KR20110116491A - Rankine cycle system and method of controlling the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 랭킨사이클 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 터빈 후단과 재열기 전, 후단의 압력과 사이클 효율을 지속적으로 모니터링하고, 그에 따라 터빈의 전단 온도를 제어함으로써 최적의 사이클 운영이 가능하다.The present invention relates to a Rankine cycle system and a control method thereof.
According to the present invention, optimum cycle operation is possible by continuously monitoring the pressure and cycle efficiency of the rear stage and before and after the reheater, and controlling the front end temperature of the turbine accordingly.

Description

랭킨사이클 시스템 및 그 제어방법{Rankine cycle system and method of controlling the same}Rankine cycle system and method of controlling the same

본 발명은 랭킨사이클 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈 후단과 재열기 전, 후단의 압력과 사이클 효율을 지속적으로 모니터링하고, 그에 따라 터빈의 전단 온도를 제어함으로써 최적의 사이클 운영을 가능하게 하는 랭킨사이클 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a Rankine cycle system and a control method thereof, and more particularly, to continuously monitor the pressure and the cycle efficiency of the rear stage and before and after the reheater, and to control the front end temperature of the turbine accordingly. The present invention relates to a Rankine cycle system and a control method thereof.

일반적으로 랭킨사이클(Rankine Cycle)은 펌프, 증발기, 터빈, 응축기로 구성되는 것으로서, Carnot 사이클에서는 실현 불가능한 등온팽창, 압축과정을 정압팽창, 압축과정으로 대치하여 실현가능 상태로 만든 사이클이다.In general, the Rankine Cycle is composed of a pump, an evaporator, a turbine, and a condenser. The Rankine Cycle replaces the isothermal expansion and compression processes, which are not feasible in the Carnot cycle, with the static pressure expansion and compression processes.

랭킨사이클을 이용한 발전 또는 동력시스템의 구조는 도 1에서 나타낸 것과 같이, 증발기(10), 터빈(20), 응축기(30) 및 펌프(40) 순으로 사이클이 구성되고, 상기 증발기(10)의 전, 후방에 각각 예열기(11)와 과열기(12)가 마련되며, 응축기(30) 후방에 응축수를 저장하기 위한 응축탱크(35)가 구비되어 있다. 또한 상기 응축탱크(35)를 지난 액체 상태의 냉매의 유량을 측정하기 위해 별도의 유량계를 더 구비할 수 있다.As shown in FIG. 1, the cycle of the power generation or power system using the Rankine cycle consists of an evaporator 10, a turbine 20, a condenser 30, and a pump 40. The preheater 11 and the superheater 12 are provided at the front and the rear, respectively, and a condensation tank 35 for storing the condensed water is provided at the rear of the condenser 30. In addition, a separate flow meter may be further provided to measure the flow rate of the refrigerant in the liquid state passing through the condensation tank 35.

이러한 랭킨사이클 시스템에 있어서 주로 유기매체를 작동유체로 사용하는 유기랭킨사이클(Organic Rankine Cycle) 시스템이 널리 활용되고 있는데, 유기랭킨사이클 시스템은 비교적 저온의 온도 범위 (60 ~ 200℃)의 열원을 회수하여 전기를 생산하는 시스템이다.In the Rankine cycle system, an organic rankine cycle system using mainly organic media as a working fluid is widely used. The organic rankine cycle system recovers a heat source in a relatively low temperature range (60 to 200 ° C.). System to produce electricity.

저온에서 고압의 기체를 생산하여 터빈을 구동하여야 하는 유기랭킨시스템의 특성상, 작동유체로는 비등점이 낮고, 증발압력이 높은 프레온 계열의 냉매가 사용된다.Due to the characteristics of the organic Rankine system, which produces a high-pressure gas at low temperature and drives a turbine, a freon-based refrigerant having a low boiling point and a high evaporation pressure is used as the working fluid.

한편, 증기 동력 사이클의 이상적인 사이클인 랭킨사이클에 대하여 첨부된 도 2에서 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.On the other hand, the Rankine cycle, which is an ideal cycle of the steam power cycle, will be described in detail with reference to FIG. 2.

도면에 나타낸 것과 같이, 1-2 과정은 압축 과정으로서, 여기서는 펌프에서 작동유체의 등엔트로피 압축이 이루어지는데, 포화 액체 상태에서 보일러 작동압력까지 압축이 일어난다.As shown in the figure, the process 1-2 is a compression process, in which isotropic compression of the working fluid is performed in the pump, which occurs from saturated liquid to the boiler operating pressure.

그리고, 2-3 과정이 가열 과정으로서, 여기서는 보일러에서 정압 가열이 이루어지며, 작동유체가 압축 액체 상태로 보일러로 들어가 과열 증기 상태가 된다. 이때, 곡선 아래의 영역이 열전달 양을 나타낸다.And, 2-3 process is the heating process, in which the constant pressure heating is performed in the boiler, the working fluid enters the boiler in a compressed liquid state and becomes a superheated steam state. At this time, the area under the curve indicates the amount of heat transfer.

한편, 3-4 과정은 팽창 과정이고, 여기서는 작동유체가 터빈에서 발전기의 축을 회전시켜 일을 생산하며 이때, 증기의 압력과 온도는 낮아져서 4의 상태가 된다.On the other hand, process 3-4 is an expansion process, where the working fluid produces work by rotating the shaft of the generator in the turbine, where the pressure and temperature of the steam are lowered to 4 states.

또한, 4-1 과정은 응축 과정으로서, 여기서는 작동유체가 나머지 열을 호수나 강 또는 대기와 같은 저열원으로 방출하고 일정한 압력으로 응축된 후 다시 펌프로 돌아가게 된다. 이때, 4-1 아래의 면적은 방출된 열량을 나타낸다.In addition, the process 4-1 is a condensation process, where the working fluid releases the remaining heat to a low heat source such as a lake, river or atmosphere, condenses at a constant pressure, and then returns to the pump. At this time, the area under 4-1 represents the amount of heat released.

그런데, 이러한 랭킨사이클 시스템을 운용함에 있어서 작동유체 유량과 관련하여 압력강하가 발생하여 터빈 효율이 감소하는 문제점이 발생한다. 그리고, 터빈 효율의 감소는 사이클 효율 감소로 직결되어 원가 손실로 이어질 수 있다.However, in operating such a Rankine cycle system, a pressure drop occurs in relation to a working fluid flow rate, thereby causing a problem of decreasing turbine efficiency. In addition, a reduction in turbine efficiency may directly lead to a decrease in cycle efficiency, which may lead to cost loss.

따라서, 압력강하를 실시간으로 파악하여 이를 방지할 수 있는 랭킨사이클 시스템 및 그 제어방법의 필요성이 대두되고 있다.Therefore, there is a need for a Rankine cycle system and a control method thereof capable of identifying and preventing a pressure drop in real time.

본 발명은 터빈 후단과 재열기 전, 후단의 압력과 사이클 효율을 지속적으로 모니터링하고, 그에 따라 터빈의 전단 온도를 제어함으로써 최적의 사이클 운영을 가능하게 하는 랭킨사이클 시스템 및 그 제어방법을 제공한다.The present invention provides a Rankine cycle system and a method of controlling the same, which continuously monitor the pressure and cycle efficiency of the rear stage and before and after the reheater, and thereby control the turbine front temperature accordingly.

본 발명에 의한 랭킨사이클 시스템은 작동유체에 고열원으로부터 열을 공급하여 증발시키는 증발기;와, 상기 증발기에서 증발된 작동유체가 고압으로 분사되어 열에너지가 운동에너지로 변환되며 일을 생산하는 터빈;과, 상기 작동유체를 재가열하여 상기 터빈으로 재공급하는 재열기;와, 상기 터빈에서 일을 생산한 작동유체의 열이 저열원으로 방출되는 응축기;와, 상기 작동유체를 등엔트로피 상태로 압축시키는 펌프; 및 상기 터빈 후단과, 상기 재열기 전, 후단의 압력을 모니터링하고, 그에 따라 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 제어하는 제어부를; 포함하여 이루어질 수 있다.Rankine system according to the present invention is an evaporator for supplying heat to the working fluid from a high heat source to evaporate; and a turbine for the working fluid evaporated in the evaporator is injected at a high pressure to convert the thermal energy into kinetic energy to produce work; And A reheater for reheating the working fluid and resupplying it to the turbine; a condenser for dissipating heat from the working fluid produced in the turbine to a low heat source; and a pump for compressing the working fluid in an isentropic state. ; And a control unit configured to monitor the pressure at the rear end of the turbine and the rear end before the reheater and to control the working fluid temperature at the front end of the turbine accordingly. It can be made, including.

여기서, 상기 터빈 후단과, 재열기 전, 후단에서 작동유체의 압력을 측정하는 압력센서와, 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 조절하기 위한 온도조절수단을 더 포함할 수 있다.Here, the rear end of the turbine, before and after the reheater may further include a pressure sensor for measuring the pressure of the working fluid, and a temperature control means for adjusting the operating fluid temperature of the front end of the turbine.

더욱 바람직하게는 상기 온도조절수단은 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 측정하여 상기 제어부로 전달하는 온도센서와, 상기 제어부로부터 수신되는 명령에 따라 작동유체가 가열되는 온도를 조절하는 가열온도 조절부를 포함하여 이루어질 수 있다.More preferably, the temperature control means includes a temperature sensor for measuring the operating fluid temperature of the front end of the turbine and transmitting it to the control unit, and a heating temperature control unit for adjusting the temperature at which the working fluid is heated according to a command received from the control unit. It can be done by.

이때, 상기 제어부는 상기 재열기에서 압력강하가 발생하는 경우 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 하강시키고, 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 하강시킨 후, 사이클 효율이 감소하는 경우 상기 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 다시 상승시키도록 구성될 수 있다.In this case, when the pressure drop occurs in the reheater, the control unit lowers the operating fluid temperature of the front end of the turbine, lowers the operating fluid temperature of the front end of the turbine, and then operates the front end of the turbine when the cycle efficiency decreases. It may be configured to raise the fluid temperature again.

한편, 본 발명에 의한 랭킨사이클 시스템의 제어방법은 증발기에서 고열원으로부터 열을 공급하여 작동유체를 증발시키는 단계;와, 상기 증발기에서 증발된 작동유체가 고압으로 분사되어 열에너지가 운동에너지로 변환되며 터빈에서 일을 생산하는 단계;와, 재열기에서 상기 작동유체를 재가열하여 상기 터빈으로 재공급하는 단계;와, 응축기에서 작동유체의 열이 저열원으로 방출되는 단계; 및 펌프에서 작동유체를 등엔트로피 상태로 압축시키는 단계;를 포함하며, 상기 터빈 후단과, 상기 재열기 전, 후단의 압력을 모니터링하고, 그에 따라 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 제어하는 단계;를 더 포함하여 이루어질 수 있다.On the other hand, the control method of Rankine cycle system according to the present invention comprises the steps of evaporating the working fluid by supplying heat from a high heat source in the evaporator; Producing work in the turbine; and reheating the working fluid in the reheater and resupplying it to the turbine; and dissipating heat from the working fluid into the low heat source in the condenser; And compressing the working fluid to an isentropic state in a pump, and monitoring the pressure at the rear end of the turbine and before and after the reheater, and controlling the working fluid temperature at the front end of the turbine accordingly. It can be made to include more.

특히, 본 발명에 의한 랭킨사이클 시스템의 제어방법은 상기 재열기에서 압력강하가 발생하는 경우 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 하강시키고, 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 하강시킨 후, 사이클 효율이 감소하는 경우 상기 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 다시 상승시키도록 구성될 수 있다.In particular, the control method of the Rankine cycle system according to the present invention lowers the working fluid temperature of the front end of the turbine when the pressure drop occurs in the reheater, and decreases the cycle efficiency after the working fluid temperature of the front end of the turbine is lowered. If it can be configured to increase the working fluid temperature of the turbine front end again.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.According to the present invention has the following effects.

첫째, 터빈 후단과 재열기 전, 후단의 압력과 사이클 효율을 지속적으로 모니터링하고, 그에 따라 터빈의 전단 온도를 제어함으로써 최적의 사이클 운영이 가능하다.First, the optimum cycle operation is possible by continuously monitoring the pressure and cycle efficiency of the rear stage and before and after the reheater and controlling the turbine front temperature accordingly.

둘째, 시스템 효율을 항상 최적의 상태로 운영하여 비용절감과 함께 시스템의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.Second, there is an advantage in that the system efficiency is always operated in an optimal state, and the cost and the stability and reliability of the system can be secured.

도 1은 종래 기술의 랭킨사이클 시스템을 도시한 구성도
도 2는 일반적인 랭킨사이클을 나타낸 그래프
도 3은 본 발명에 따른 랭킨사이클 시스템을 도시한 구성도
도 4는 본 발명에 따른 랭킨사이클 시스템의 개념도와 그래프
도 5는 본 발명에 따른 랭킨사이클 시스템에서 재열 과정을 증가시켰을 경우 등온과정으로 접근하게 되는 것을 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram showing a Rankine cycle system of the prior art
2 is a graph showing a general Rankine cycle
3 is a block diagram showing a Rankine cycle system according to the present invention
4 is a conceptual diagram and graph of the Rankine cycle system according to the present invention
Figure 5 is a graph showing that the approach to the isothermal process when the reheating process is increased in the Rankine cycle system according to the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Like numbers refer to like elements throughout.

도 3은 본 발명에 따른 랭킨사이클 시스템을 도시한 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 랭킨사이클 시스템의 개념도와 그래프이며, 도 5는 본 발명에 따른 랭킨사이클 시스템에서 재열 과정을 증가시켰을 경우 등온과정으로 접근하게 되는 것을 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a block diagram showing a Rankine cycle system according to the present invention, Figure 4 is a conceptual diagram and a graph of the Rankine cycle system according to the present invention, Figure 5 is a case of increasing the reheating process in the Rankine cycle system according to the present invention This graph shows the approach to isothermal processes.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 랭킨사이클 시스템은 크게 작동유체에 고열원으로부터 열을 공급하여 증발시키는 증발기(10);와, 상기 증발기(10)에서 증발된 작동유체가 고압으로 분사되어 열에너지가 운동에너지로 변환되며 일을 생산하는 터빈(20);과, 상기 작동유체를 재가열하여 상기 터빈(20)으로 재공급하는 재열기(15);와, 상기 터빈(20)에서 일을 생산한 작동유체의 열이 저열원으로 방출되는 응축기(30);와, 상기 작동유체를 등엔트로피 상태로 압축시키는 펌프(40); 및 상기 터빈(20) 후단과, 상기 재열기(15) 전, 후단의 압력을 모니터링하고, 그에 따라 상기 터빈(20) 전단의 작동유체 온도를 제어하는 제어부(미도시)를; 포함하여 이루어질 수 있다.3 to 5, the Rankine cycle system according to the present invention includes an evaporator 10 for supplying heat from a high heat source to a working fluid and evaporating it; and a working fluid evaporated in the evaporator 10 at a high pressure. Turbine 20 is injected to convert the thermal energy into kinetic energy to produce work; and a reheater 15 for reheating the working fluid to re-supply to the turbine 20; and in the turbine 20 A condenser 30 for dissipating heat of the working fluid to a low heat source; and a pump 40 for compressing the working fluid to an isentropic state; And a control unit (not shown) for monitoring a pressure at the rear end of the turbine 20 and before and after the reheater 15 and controlling the operating fluid temperature at the front end of the turbine 20 accordingly. It can be made, including.

먼저, 증발기(10)에서는 고열원으로부터 열을 공급하여 작동유체를 증발시킨다. First, the evaporator 10 supplies heat from a high heat source to evaporate the working fluid.

그리고, 상기 증발기(10)에서 증발된 작동유체가 상기 터빈(20)으로 고압으로 분사되어 열에너지가 운동에너지로 변환되며 일을 생산한다. Then, the working fluid evaporated from the evaporator 10 is injected into the turbine 20 at high pressure, and thermal energy is converted into kinetic energy to produce work.

또한, 상기 재열기(15)에서는 일을 생산하고 회수된 상기 작동유체를 재가열하여 상기 터빈으로 재공급하게 된다.In addition, the reheater 15 produces and reheats the working fluid recovered and resupplyed to the turbine.

상기 터빈(20) 후단의 작동유체는 재열기(15)를 통해 열을 회수하게 되며, 상기 재열기(15)를 통해 사이클 효율이 증가하게 된다. 터빈(20)으로 들어가기 전의 증기는 매우 높은 온도까지 과열되는데 재열기(15)는 이러한 터빈(20)에 들어가는 증기를 두 단계로 팽창 시키는 것으로서, 이와 같이 본 발명에 따른 랭킨사이클 시스템은 재열 과정이 추가된다.The working fluid of the rear end of the turbine 20 recovers heat through the reheater 15, and the cycle efficiency increases through the reheater 15. The steam before entering the turbine 20 is superheated to a very high temperature and the reheater 15 expands the steam entering the turbine 20 in two stages. Thus, the Rankine cycle system according to the present invention is a reheating process. Is added.

그런데, 도 5에서 보는 바와 같이, 재열이 이루어지는 단의 수가 증가하면 우측의 그림과 같이 등온과정으로 접근하게 되므로, 두개 이상의 재열은 비현실적이며, 단일 재열 효과의 1/2인 것으로 알려져 있다.By the way, as shown in Figure 5, when the number of stages to be reheated is approached by the isothermal process as shown in the figure on the right, two or more reheats are unrealistic, it is known that half of the single reheating effect.

이때, 최적 재열 압력은 최대 압력의 1/4이며, 예를 들어 증발기(10) 압력이 12MPa인 사이클에서는 최적 재열 압력은 3MPa이다. 재열 사이클의 목적은 팽창 과정에서의 증기의 수분 함유량을 감소시키는 것도 포함한다.At this time, the optimum reheat pressure is 1/4 of the maximum pressure. For example, in a cycle in which the evaporator 10 pressure is 12 MPa, the optimum reheat pressure is 3 MPa. The purpose of the reheat cycle also includes reducing the moisture content of the steam in the expansion process.

한편, 상기 응축기(30)에서는 작동유체의 열이 저열원으로 방출되고, 상기 펌프(40)에서 작동유체를 등엔트로피 상태로 압축시킨 후 작동유체를 증발기(10) 재공급한다.On the other hand, in the condenser 30, the heat of the working fluid is discharged to a low heat source, and the working fluid is re-supplied to the evaporator 10 after the working fluid is compressed to an isentropic state by the pump 40.

그런데, 위 과정에서 작동유체 유량이 재열기(15) 크기에 비해 클 경우 압력강하가 발생하여 터빈(20) 후단 압력이 증가하여 터빈(20) 효율이 감소하게 되고, 터빈(20) 효율 감소는 사이클 효율로 직결되어 원가 손실 등의 문제를 유발한다.However, in the above process, when the working fluid flow rate is larger than the size of the reheater 15, a pressure drop occurs and the rear pressure of the turbine 20 increases, thereby reducing the efficiency of the turbine 20, and decreasing the efficiency of the turbine 20. Directly related to cycle efficiency, it causes problems such as cost loss.

따라서, 본 발명에 따른 랭킨사이클 시스템은 상기 터빈(20) 후단과, 재열기(15) 전, 후단에서 작동유체의 압력을 측정하는 압력센서(50)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.Therefore, the Rankine cycle system according to the present invention preferably further comprises a pressure sensor 50 for measuring the pressure of the working fluid at the rear end of the turbine 20 and before and after the reheater 15.

즉, 상기 압력센서(50)는 상기 터빈(20) 후단과, 재열기(15) 전 후단에 설치되어 작동유체의 압력을 실시간으로 모니터링하게 된다.That is, the pressure sensor 50 is installed at the rear end of the turbine 20 and the rear end of the reheater 15 to monitor the pressure of the working fluid in real time.

원래, 재열기(15)에서 압력강하가 발행하지 않으면 터빈(20) 후단과 재열기(15) 전단 그리고 후단에서의 압력은 동일하여야 한다. 그러나, 터빈(20) 전단 압력이 증가할 경우 작동유체 유량이 증가하고, 그로 인하여 일정 수준에서 재열기(15)에서 압력강하가 발생한다.Originally, if no pressure drop occurs in the reheater 15, the pressures at the rear end of the turbine 20 and at the front and rear ends of the reheater 15 should be equal. However, when the shear pressure of the turbine 20 increases, the working fluid flow rate increases, thereby causing a pressure drop in the reheater 15 at a predetermined level.

따라서, 사이클 효율을 지속적으로 모니터링을 해서 재열기(15) 압력상승으로 인해 사이클 효율이 적정 수치 이하로 내려갈 경우 터빈(20) 전단 온도를 떨어뜨려야 한다.Therefore, the cycle efficiency should be continuously monitored and the turbine 20 shear temperature should be lowered if the cycle efficiency drops below an appropriate value due to the reheater 15 pressure rise.

터빈(20) 전단 온도를 떨어뜨리면 터빈(20) 전 후단 압력차가 감소하므로 유량이 감소하여 재열기(15)에서의 강하가 감소하므로 터빈(20) 후단 압력이 감소하여 터빈(20) 효율이 증가하게 된다.When the front end temperature of the turbine 20 is decreased, the pressure difference in the front and rear ends of the turbine 20 decreases, so that the flow rate decreases and the drop in the reheater 15 decreases. Done.

이를 위해, 본 발명에 따른 랭킨사이클 시스템은 상기 터빈(20) 전단의 작동유체 온도를 조절하기 위한 온도조절수단을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.To this end, the Rankine cycle system according to the present invention preferably further comprises a temperature control means for adjusting the operating fluid temperature of the front end of the turbine (20).

구체적으로, 상기 온도조절수단은 상기 터빈(20) 전단의 작동유체 온도를 측정하여 상기 제어부로 전달하는 온도센서(60)와, 상기 제어부로부터 수신되는 명령에 따라 작동유체가 가열되는 온도를 조절하는 가열온도 조절부(미도시)를 포함하여 이루어질 수 있다.Specifically, the temperature control means is a temperature sensor 60 for measuring the operating fluid temperature of the front end of the turbine 20 and transmits to the control unit, and adjusts the temperature at which the working fluid is heated in accordance with a command received from the control unit Heating temperature control unit (not shown) may be made.

상기 제어부는 마이크로 프로세서를 포함하며, 각종 센서들로부터 보내지는 정보를 취합하여 계산하고, 그에 따른 필요한 명령을 각 구성요소들에 전달하게 된다.The control unit includes a microprocessor, collects and calculates information sent from various sensors, and delivers necessary instructions to each component.

이와 같은 구성에 의하여 상기 제어부는 상기 재열기(15)에서 압력강하가 발생하는 경우 상기 터빈(20) 전단의 작동유체 온도를 하강시킴으로써, 터빈(20) 효율이 일정 수준 이하로 떨어지는 것을 방지한다.By such a configuration, when the pressure drop occurs in the reheater 15, the controller lowers the operating fluid temperature of the front end of the turbine 20, thereby preventing the turbine 20 efficiency from falling below a predetermined level.

그러나 터빈(20) 전단 온도를 떨어뜨리면 터빈(20)에서의 엔탈피 낙차가 감소하므로 터빈(20) 효율을 이상적이라고 가정한 아이센트로픽 사이클 효율은 감소한다.However, lowering the turbine 20 front end temperature reduces the enthalpy drop in the turbine 20, thereby reducing the eccentric cycle efficiency assuming that the turbine 20 efficiency is ideal.

그러므로, 상기 제어부는 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 하강시킨 후, 사이클 효율이 감소하는 경우 상기 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 다시 상승시킨다.Therefore, the control unit lowers the working fluid temperature of the front end of the turbine, and then raises the working fluid temperature of the front end of the turbine again when the cycle efficiency decreases.

이때, 상기 제어부는 아래와 같은 수식에 의하여 작동유체로의 열전달량(qin)과 열방출량(qout)을 측정하여 시스템의 사이클 효율을 측정한다. At this time, the control unit measures the cycle efficiency of the system by measuring the heat transfer amount (q in ) and the heat release amount (q out ) to the working fluid according to the following formula.

여기서 열전달량은 증발기(10)에서 열전달량과 재열기(15)에서의 열전달량을 더한 값이다.Here, the heat transfer amount is a value obtained by adding a heat transfer amount in the evaporator 10 and a heat transfer amount in the reheater 15.

Figure pat00001
Figure pat00001

따라서 상기 제어부는 재열기(15)의 압력 강하와, 사이클 효율을 지속적으로 모니터링하여 적정 수치가 유지되도록 터빈(20) 전단 온도를 제어함으로써, 사이클 효율을 최적으로 유지하게 된다.Therefore, the controller continuously monitors the pressure drop and the cycle efficiency of the reheater 15 to control the turbine 20 front end temperature so that an appropriate value is maintained, thereby maintaining the cycle efficiency optimally.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims described below You can do it. It is therefore to be understood that the modified embodiments are included in the technical scope of the present invention if they basically include elements of the claims of the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 증발기　　　 11 : 예열기
12 : 과열기　　　 15 : 재열기
20 : 터빈 30 : 응축기
35 : 응축탱크 40 : 펌프
50 : 압력센서 60 : 온도센** Description of symbols for the main parts of the drawing **
10: evaporator 11: preheater
12: superheater 15: reheater
20 turbine 30 condenser
35: condensation tank 40: pump
50: pressure sensor 60: temperature sensor

Claims (9)

작동유체에 고열원으로부터 열을 공급하여 증발시키는 증발기;
상기 증발기에서 증발된 작동유체가 고압으로 분사되어 열에너지가 운동에너지로 변환되며 일을 생산하는 터빈;
상기 작동유체를 재가열하여 상기 터빈으로 재공급하는 재열기;
상기 터빈에서 일을 생산한 작동유체의 열이 저열원으로 방출되는 응축기;
상기 작동유체를 등엔트로피 상태로 압축시키는 펌프; 및
상기 터빈 후단과, 상기 재열기 전, 후단의 압력을 모니터링하고, 그에 따라 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 제어하는 제어부를; 포함하는 랭킨사이클 시스템.An evaporator for supplying heat from a high heat source to the working fluid and evaporating it;
A turbine in which the working fluid evaporated in the evaporator is injected at a high pressure to convert thermal energy into kinetic energy and produce work;
A reheater for reheating the working fluid and resupplying it to the turbine;
A condenser for dissipating heat from a working fluid produced in the turbine to a low heat source;
A pump for compressing the working fluid to an isentropic state; And
A control unit configured to monitor the pressure at the rear end of the turbine and the rear end before the reheater and to control the working fluid temperature at the front end of the turbine accordingly; Rankine cycle system comprising. 제1항에 있어서,
상기 터빈 후단과, 재열기 전, 후단에서 작동유체의 압력을 측정하는 압력센서를 더 포함하는 랭킨사이클 시스템.The method of claim 1,
Rankine cycle system further comprises a pressure sensor for measuring the pressure of the working fluid at the rear end of the turbine, before, and reheater. 제1항에 있어서,
상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 조절하기 위한 온도조절수단을 더 포함하는 랭킨사이클 시스템.The method of claim 1,
Rankine cycle system further comprising a temperature control means for regulating the working fluid temperature of the front end of the turbine. 제3항에 있어서,
상기 온도조절수단은 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 측정하여 상기 제어부로 전달하는 온도센서와,
상기 제어부로부터 수신되는 명령에 따라 작동유체가 가열되는 온도를 조절하는 가열온도 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 랭킨사이클 시스템.The method of claim 3,
The temperature control means and the temperature sensor for measuring the operating fluid temperature of the front end of the turbine and delivers to the control unit;
Rankine cycle system comprising a heating temperature control unit for adjusting the temperature at which the working fluid is heated in accordance with the command received from the control unit. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 재열기에서 압력강하가 발생하는 경우 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 하강시키는 것을 특징으로 하는 랭킨사이클 시스템.The method according to any one of claims 1 to 4,
And the control unit lowers the working fluid temperature at the front end of the turbine when a pressure drop occurs in the reheater. 제5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 하강시킨 후, 사이클 효율이 감소하는 경우 상기 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 다시 상승시키는 것을 특징으로 하는 랭킨사이클 시스템.The method of claim 5,
And the control unit lowers the working fluid temperature of the front end of the turbine, and then raises the working fluid temperature of the front end of the turbine again when the cycle efficiency decreases. 증발기에서 고열원으로부터 열을 공급하여 작동유체를 증발시키는 단계;
상기 증발기에서 증발된 작동유체가 고압으로 분사되어 열에너지가 운동에너지로 변환되며 터빈에서 일을 생산하는 단계;
재열기에서 상기 작동유체를 재가열하여 상기 터빈으로 재공급하는 단계;
응축기에서 작동유체의 열이 저열원으로 방출되는 단계; 및
펌프에서 작동유체를 등엔트로피 상태로 압축시키는 단계;를 포함하며,
상기 터빈 후단과, 상기 재열기 전, 후단의 압력을 모니터링하고, 그에 따라 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 제어하는 단계;를 더 포함하는 랭킨사이클 시스템의 제어방법.Evaporating the working fluid by supplying heat from a high heat source in an evaporator;
The working fluid evaporated in the evaporator is injected at a high pressure to convert thermal energy into kinetic energy and to produce work in a turbine;
Reheating the working fluid in a reheater and resupplying it to the turbine;
Dissipating heat from the working fluid to the low heat source in the condenser; And
Compressing the working fluid to an isentropic state in the pump;
And monitoring the pressure at the rear end of the turbine and before and after the reheater, and controlling the operating fluid temperature at the front end of the turbine accordingly. 제7항에 있어서,
상기 재열기에서 압력강하가 발생하는 경우 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 하강시키는 것을 특징으로 하는 랭킨사이클 시스템.The method of claim 7, wherein
Rankine cycle system characterized in that for reducing the operating fluid temperature of the front end of the turbine when a pressure drop occurs in the reheater. 제8항에 있어서,
상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 하강시킨 후, 사이클 효율이 감소하는 경우 상기 상기 터빈 전단의 작동유체 온도를 다시 상승시키는 것을 특징으로 하는 랭킨사이클 시스템.The method of claim 8,
And after lowering the operating fluid temperature at the front end of the turbine, when the cycle efficiency decreases, the working fluid temperature at the front end of the turbine is raised again.
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