(57)【要約】      （修正有）【課題】優秀な効率の熱回収装置および方法を提供する。【解決手段】１００℃未満の低級熱源を捨てずに利用してスチームを生成することができ、生成されたスチームを多様な工程に用いることができるので、反応器または蒸留塔に使われるための外部熱源である高温スチームの使用量を節減でき、エネルギー節減効率を最大化させることができるだけでなく、第１圧縮機１１０で消耗される電力を自体で生産することができ、第１圧縮機１１０を通過した冷媒の流れの一部気化現象を減少させることができるので、優秀な効率で熱を回収することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流れる配管を通じて流体連結された蒸発器、第１圧縮機、第１凝縮機および圧力降下装置を含む第１循環ループ;および前記第１循環ループと前記蒸発器を共有し、冷媒が流れる配管を通じて流体連結された蒸発器、タービン、第２凝縮機および第２圧縮機を含む第２循環ループを含み、
前記蒸発器から流出される冷媒の流れは流体分配器に流入され、前記流体分配器に流入された冷媒の流れは前記流体分配器で分離されて一部は前記第１圧縮機に流入され、残りの一部は前記タービンに流入され、
前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れは前記第１凝縮機に流入されて前記第１凝縮機に流入される第２流体の流れと熱交換され、
前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは前記圧力降下装置に流入され、
前記タービンから流出される冷媒の流れは前記第２凝縮機に流入され、
前記第２凝縮機から流出される冷媒の流れは前記第２圧縮機に流入され、
前記圧力降下装置から流出される冷媒の流れと前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れは流体混合器に流入されて合流させられてから前記蒸発器に流入され、
前記蒸発器に流入される冷媒の流れは前記蒸発器に流入される第１流体の流れと熱交換される、熱回収装置。
【請求項２】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量に対する、前記流体分配器で分離されて前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの流量の比は下記の一般式１を満足する、請求項１に記載の熱回収装置:
[一般式１]
０.３≦ Fc/Fe≦ ０.５
前記一般式１において、Fcは前記流体分配器で分離されて前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの流量を示し、Feは前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量を示す。
【請求項３】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量に対する、前記流体分配器で分離されて前記タービンに流入される冷媒の流れの流量の比は下記の一般式２を満足する、請求項１に記載の熱回収装置:
[一般式２]
０.５≦ Ft/Fe≦ ０.７
前記一般式２において、Ftは前記流体分配器で分離されて前記タービンに流入される冷媒の流れの流量を示し、Feは前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量を示す。
【請求項４】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量は、１０，０００kg/時間〜１００，０００kg/時間である、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項５】
前記流体分配器で分離されて前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの流量は、５，０００kg/時間〜４０，０００kg/時間である、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項６】
前記流体分配器で分離されて前記タービンに流入される冷媒の流れの流量は、５，０００kg/時間〜６０，０００kg/時間である、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項７】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れの温度と前記蒸発器に流入される第１流体の流れの温度が、下記の一般式３を満足する、請求項１に記載の熱回収装置:
[一般式３]
１℃≦ TEin - TEout≦ ２０℃
前記一般式３において、TEinは前記蒸発器に流入される第１流体の流れの温度を示し、TEoutは前記蒸発器から流出される冷媒の流れの温度を示す。
【請求項８】
前記流体分配器で分離されて前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの圧力と前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力の比が、下記の一般式４を満足する、請求項１に記載の熱回収装置:
[一般式４]
２≦ PC1out/ PC1in≦ ５
前記一般式４において、PC1outは前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力(bar)を示し、PC1inは前記流体分配器で分離されて前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの圧力(bar)を示す。
【請求項９】
前記第２凝縮機から流出されて前記第２圧縮機に流入される冷媒の流れの圧力と前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力の比が、下記の一般式５を満足する、請求項１に記載の熱回収装置:
[一般式５]
２≦ PC2out/PC2in ≦ ７
前記一般式５において、PC2outは前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力(bar)を示し、PC2inは前記第２凝縮機から流出されて前記第２圧縮機に流入される冷媒の流れの圧力(bar)を示す。
【請求項１０】
前記蒸発器に流入される冷媒の流れの温度は、４０℃〜９０℃である、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項１１】
前記蒸発器に流入される前記第１流体の流れは、廃熱の流れまたは前記凝縮機を通過した凝縮水の流れである、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項１２】
前記蒸発器に流入される前記第１流体の流れの流量は、５０，０００kg/時間〜５００，０００kg/時間である、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項１３】
前記蒸発器に流入される前記第１流体の流れの温度は、６０℃〜１００℃である、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項１４】
前記蒸発器から流出される流体の流れの温度は、６０℃〜１００℃である、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項１５】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れの温度は、６０℃〜１００℃である、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項１６】
前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れの温度は、１１０℃〜１７０℃である、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項１７】
前記第１凝縮機に流入される前記第２流体は水であり、前記第１凝縮機で熱交換された水はスチームで排出される、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項１８】
前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは、１１５℃〜１５０℃の温度で前記圧力降下装置に流入される、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項１９】
前記スチームの温度は、１１５℃〜１５０℃で、前記スチームの圧力は、０.５〜２.２kgf/cm2gである、請求項１７に記載の熱回収装置。
【請求項２０】
前記圧力降下装置から流出される前記冷媒の流れは、４０℃〜９０℃の温度で前記流体混合器に流入される、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項２１】
前記冷媒は、温度-エントロピー線図の飽和蒸気曲線の接線の傾きが正の傾きを有する冷媒である、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項２２】
前記温度-エントロピー線図の飽和蒸気曲線の接線の傾きは５０℃〜１３０℃において１〜３である、請求項２１に記載の熱回収装置。
【請求項２３】
前記冷媒は、R２４５fa、R１２３４zeおよびR１２３４yfからなる群から選択された１種以上の、請求項２１に記載の熱回収装置。
【請求項２４】
前記蒸発器と前記流体分配器の間の配管および前記第１凝縮機および前記圧力降下装置の間の配管に流体連結された第１熱交換器をさらに含み、
前記蒸発器から流出される冷媒の流れは、前記第１熱交換器に流入された後に前記流体分配器に流入され、
前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは、前記第１熱交換器に流入された後に前記圧力降下装置に流入され、
前記蒸発器から流出される冷媒の流れと前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは、前記第１熱交換器で熱交換される、請求項２１に記載の熱回収装置。
【請求項２５】
前記第１凝縮機から流出されて前記第１熱交換器に流入される冷媒の流れの温度と前記第１熱交換器から流出されて前記流体分配器に流入される冷媒の流れの温度が、下記の一般式６を満足する、請求項２４に記載の熱回収装置:
[一般式６]
１℃≦TR1in -TR1out≦ ５０℃
前記一般式６において、TR1inは前記第１凝縮機から流出されて前記第１熱交換器に流入される冷媒の流れの温度を示し、TR1outは前記第１熱交換器から流出されて前記流体分配器に流入される冷媒の流れの温度を示す。
【請求項２６】
前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは、１１５℃〜１３０℃の温度で前記第１熱交換器に流入される、請求項２４に記載の熱回収装置。
【請求項２７】
前記第１熱交換器から流出されて前記流体分配器に流入される冷媒の流れは、９０℃〜１５０℃の温度で前記流体分配器に流入される、請求項２４に記載の熱回収装置。
【請求項２８】
前記第１熱交換器から流出されて前記圧力降下装置に流入される冷媒の流れは、７０℃〜１２０℃の温度で前記圧力降下装置に流入される、請求項２４に記載の熱回収装置。
【請求項２９】
前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れの温度は、１１０℃〜１７０℃である、請求項２４に記載の熱回収装置。
【請求項３０】
前記タービンと前記第２凝縮機の間の配管および前記第２圧縮機および前記流体混合器の間の配管に流体連結された第２熱交換器をさらに含み、
前記タービンから流出される冷媒の流れは、前記第２熱交換器に流入された後に前記第２凝縮機に流入され、
前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れは、前記第２熱交換器に流入された後に前記流体混合器に流入され、
前記タービンから流出される冷媒の流れと前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れは、前記第２熱交換器で熱交換される、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項３１】
前記タービンから流出される冷媒の流れは、９０℃〜１２０℃の温度で第２熱交換器に流入される、請求項３０に記載の熱回収装置。
【請求項３２】
前記タービンから流出される冷媒の流れは、前記第２熱交換器を通過した後に５０℃〜７５℃の温度で前記第２凝縮機に流入される、請求項３０に記載の熱回収装置。
【請求項３３】
前記第２凝縮機から流出される冷媒の流れは、３０℃〜５０℃の温度で前記第２圧縮機に流入される、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項３４】
前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れは、３０℃〜５０℃の温度で前記第２熱交換器に流入される、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項３５】
前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れは、前記第２熱交換器を通過した後に４０℃〜７０℃の温度で前記流体混合器に流入される、請求項１に記載の熱回収装置。
【請求項３６】
冷媒の流れを蒸発器に流入させ、前記蒸発器から流出される冷媒の流れの一部を第１圧縮機に流入させ、前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れを第１凝縮機に流入させ、前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れを圧力降下装置に流入させ、前記圧力降下装置から流出される冷媒の流れを前記蒸発器に流入させる第１循環段階;および前記蒸発器から流出される冷媒の流れの残りの一部をタービンに流入させ、前記タービンから流出される冷媒の流れを第２凝縮機に流入させ、前記第２凝縮機から流出される冷媒の流れを第２圧縮機に流入させ、前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れを前記蒸発器に流入させる第２循環段階を含む冷媒循環段階;
前記蒸発器に流入される冷媒の流れを前記蒸発器に流入される第１流体の流れと熱交換させる第１熱交換段階;前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れを前記第１凝縮機に流入される第２流体の流れと熱交換させる第２熱交換段階を含む、熱回収方法。
【請求項３７】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量に対し、前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの流量の比は、下記の一般式１を満足する、請求項３６に記載の熱回収方法:  [一般式１]
０.３≦ Fc/Fe≦ ０.５
前記一般式１において、Fcは前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの流量を示し、Feは前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量を示す。
【請求項３８】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量に対し、前記タービンに流入される冷媒の流れの流量の比は下記の一般式２を満足する、請求項３６に記載の熱回収方法:
[一般式２]
０.５≦ Ft/Fe≦ ０.７
前記一般式２において、Ftは前記タービンに流入される冷媒の流れの流量を示し、Feは前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量を示す。
【請求項３９】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れの温度と前記蒸発器に流入される前記第１流体の流れの温度が、下記の一般式３を満足する、請求項３６に記載の熱回収方法:
[一般式３]
１℃≦ TEin - TEout≦ ２０℃
前記一般式３において、TEinは前記蒸発器に流入される前記第１流体の流れの温度を示し、TEoutは前記蒸発器から流出される冷媒の流れの温度を示す。
【請求項４０】
前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの圧力と前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力の比が、下記の一般式４を満足する、請求項３６に記載の熱回収方法:
[一般式４]
２≦ PC1out/ PC1in ≦ ５
前記一般式４において、PC1outは前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力(bar)を示し、PC1inは前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れ(bar)の圧力を示す。
【請求項４１】
前記第２凝縮機から流出されて前記第２圧縮機に流入される冷媒の流れの圧力と前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力の比が、下記の一般式５を満足する、請求項３６に記載の熱回収方法:
[一般式５]
２≦ PC2out/PC2in≦ ７
前記一般式５において、PC2outは前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力(bar)を示し、PC2inは前記第２凝縮機から流出されて前記第２圧縮機に流入される冷媒の流れの圧力(bar)を示す。
【請求項４２】
前記冷媒は、温度-エントロピー線図の飽和蒸気曲線の接線の傾きが正の傾きを有する冷媒である、請求項３６に記載の熱回収方法。
【請求項４３】
前記第１循環段階は、前記蒸発器から流出される冷媒の流れを前記第１熱交換器に流入させた後に前記第１圧縮機に流入させ、前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れを前記第１熱交換器に流入させた後に前記圧力降下装置に流入させることをさらに含む、請求項４２に記載の熱回収方法。
【請求項４４】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れと前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れを前記第１熱交換器で熱交換させる第３熱交換段階をさらに含む、請求項４３に記載の熱回収方法。
【請求項４５】
前記第１凝縮機から流出されて前記第１熱交換器に流入される冷媒の流れの温度と前記第１熱交換器から流出されて前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの温度が、下記の一般式６を満足する、請求項４３に記載の熱回収方法:
[一般式６]
１℃≦TR1in -TR1out≦５０℃
前記一般式６において、TR1inは前記第１凝縮機から流出されて前記第１熱交換器に流入される冷媒の流れの温度を示し、TR1outは前記第１熱交換器から流出されて前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの温度を示す。
【請求項４６】
前記第２循環段階は、前記タービンから流出される冷媒の流れを第２熱交換器に流入させた後に前記第２凝縮機に流入させ、前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れを前記第２熱交換器に流入させた後に前記蒸発器に流入させることをさらに含む、請求項３６に記載の熱回収方法。
【請求項４７】
前記タービンから流出される冷媒の流れと前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れを前記第２熱交換器で熱交換させる第４熱交換段階をさらに含む、請求項４６に記載の熱回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は熱回収装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般の化学工程においては、反応器または蒸留塔を経る多様なルートで熱交換がなされ、このような熱交換後に発生する廃熱は、再使用されるか廃棄され得る。例えば、図１のように、前記廃熱が１００℃未満、例えば、５０〜９０℃水準の顕熱状態の低級熱源の場合には温度が非常に低いので、実質的に再使用が不可能であり、したがって凝縮水によって凝縮された後、捨てられている。
【０００３】
一方、低圧または高圧のスチームは産業分野において多様な用途で用いられており、特に、化学工程においては、高温および高圧のスチームが主に用いられている。前記高温および高圧のスチームは、一般に常圧および常温の水を気化点まで加熱して、水蒸気に変わった水に高圧の圧力を加えて内部エネルギーを増加させることによって高温および高圧のスチームを生産しており、この場合、液体状態の水を気化させるために、多量のエネルギーの消耗を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本出願は熱回収装置および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本出願は熱回収装置に関するものである。本出願の熱回収装置によれば、産業現場または多様な化学工程、例えば石油化学製品の製造工程で排出される１００℃未満の低級熱源を捨てずに利用してスチームを生成することができ、生成されたスチームを多様な工程に用いることができるので、反応器または蒸留塔に使われるための外部熱源である高温スチームの使用量を節減でき、エネルギー節減効率を最大化させることができる。さらに、本出願の熱回収装置は、圧縮機で消耗される電力を自ら生産することができ、圧縮機を通過した冷媒流れの一部の気化現象を減少させることができるので、優秀な効率で熱を回収することができる。
【０００６】
以下、添付された図面を参照して、本出願の多様な実現例を説明するが、添付された図面は例示的なものであって、本出願による熱回収装置の権利範囲を制限するものではない。
【０００７】
図２は本出願の例示的な熱回収装置１０を模式的に示した図面である。
【０００８】
図２に示されたように、本出願の熱回収装置１０は、第１循環ループR1および第２循環ループR2を含む。前記第１および第２循環ループR1、R2は冷媒が循環するように配管を通じて連結された循環システムであり、一実施例において、前記第１循環ループR1はヒートポンプサイクル(Heat Pump Cycle)で、前記第２循環ループR2は有機ランキンサイクル(Organic Rankine Cycle、ORC)であり得る。図２に示された通り、前記第１循環ループR1は蒸発器１００、第１圧縮機１１０、第１凝縮機１１１および圧力降下装置１１２を含み、例えば、前記蒸発器１００、第１圧縮機１１０、第１凝縮機１１１および圧力降下装置１１２は配管を通じて連結され、好ましくは前記配管を通じて冷媒または流体が流れるように流体連結(fluidically connected)されていることもあり得る。また、図２のように、前記第２循環ループR2はさらに、蒸発器１００、タービン１２０、第２凝縮機１２１および第２圧縮機１２２を含み、前記蒸発器１００、タービン１２０、第２凝縮機１２１および第２圧縮機１２２は配管を通じて連結され、好ましくは前記配管を通じて冷媒または流体が流れるように流体連結(fluidically connected)されていることもあり得る。
【０００９】
一実施例において、前記第１循環ループR1および第２循環ループR2は蒸発器(Evaporator)を共有する。一般のヒートポンプサイクルと有機ランキンサイクルの場合、それぞれ蒸発器を含めており、例えば、前記ヒートポンプサイクルと有機ランキンサイクルを単純結合させる場合には、２機の蒸発器が必要とされ、優秀な性能係数を得るために、過量のエネルギーを消耗しなければならない。しかしながら、本出願の熱回収装置では１機の蒸発器だけを用いることによって、エネルギー消耗を最小化しながらも優秀な性能係数を有する熱回収装置を実現することができる。また、本出願の熱回収装置１０は二つの相反する目的を有した工程、すなわち、電気を利用して熱を生産するヒートポンプサイクルと熱を利用して電気を生産する有機ランキンサイクルを結合することによって、電気を消費することなく低温の熱を高温の熱で作ることができる。また、本出願の熱回収装置１０によれば、前記熱回収装置が後述する流体分配器１０１を含むことによって、流体の流れをヒートポンプサイクルと有機ランキンサイクルに適切に分配することができ、状況によって電気の使用を減らすとしても熱またはスチームを追加的にさらに生産できるように調節するかまたは高温のスチームの生産を減らすとしても電気を追加的に生産できるように調節することができ、したがって、運用弾力性を有するハイブリッド工程を実現することができる。
【００１０】
例示的な本出願の熱回収装置では、第１循環ループR1と第２循環ループR2が前記蒸発器１００を共有し、これによって、前記蒸発器１００で流出される冷媒の流れは分離された後、第１循環ループR1と第２循環ループR2をそれぞれ循環し、前記第１循環ループR1と第２循環ループR2を循環した冷媒の流れは再び合流された後に前記蒸発器１００に流入され得る。
【００１１】
例えば、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)は流体分配器１０１に流入され、前記流体分配器に流入された冷媒の流れは前記流体分配器で分離されて流出され得る。この場合、前記冷媒の流れの一部(FA1)は第１循環ループR1の第１圧縮機１１０に流入され、残りの一部(FB1)は前記第２循環ループR2のタービン１２０に流入され得る。
【００１２】
前記流体分配器１０１は前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れの流量を適切な割合で分配させるために、本出願の熱回収装置１０に含まれ得る。前記流体分配器１０１で前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)を適切に配分して前記第１循環ループR1および第２循環ループR2に適切に分配させることによって、ヒートポンプサイクルと前記有機ランキンサイクルが結合している本出願の熱回収装置１０が１機の蒸発器だけを使う場合にも、前記熱回収装置１０が優秀な性能係数を有することができる。また、前述した通り、前記熱回収装置１０が前記流体分配器１０１を含むことによって、流体の流れをヒートポンプサイクルと有機ランキンサイクルに適切に分配することができ、状況によって電気の使用を減らすとしても熱またはスチームを追加的にさらに生産できるように調節するかまたは高温のスチームの生産を減らすとしても電気を追加的に生産できるように調節することができ、したがって、運用弾力性を有するハイブリッド工程を実現することができる。
【００１３】
一実施例において、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量に対する、流体分配器１０１から分離されて第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の流量の比は下記の一般式１を満足することができる。
【００１４】
[一般式１]
０.３≦ Fc/Fe≦ ０.５
【００１５】
前記一般式１で、Fcは流体分配器１０１から分離されて第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の流量を示し、Feは蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量を示す。
【００１６】
すなわち、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量に対する、流体分配器１０１から分離されて第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の流量の比Fc/Feは０.３〜０.５、例えば、０.３２〜０.４５または０.３５〜０.４の範囲内に調節され得るが、これに制限されるものではない。
【００１７】
また、一実施例において、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量に対する、前記流体分配器１０１から分離されてタービン１２０に流入される冷媒の流れ(FB1)の流量の比は下記の一般式２を満足することができる。
【００１８】
[一般式２]
０.５≦ Ft/Fe≦ ０.７
【００１９】
前記一般式２で、Ftは流体分配器１０１から分離されてタービン１２０に流入される冷媒の流れ(FB1)の流量を示し、Feは蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量を示す。
【００２０】
すなわち、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量に対する、前記流体分配器１０１から分離されてタービン１２０に流入される冷媒の流れ(FB1)の流量の比Ft/Feは、０.５〜０.７、例えば、０.５５〜０.６８または０.６〜０.６５の範囲内で調節され得るが、これに制限されるものではない。
【００２１】
前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量に対する、流体分配器１０１から分離されて第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の流量の比が前記一般式１を満足し、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量に対する、前記流体分配器１０１から分離されてタービン１２０に流入される冷媒の流れ(FB1)の流量の比が前記一般式２を満足することによって、本出願の熱回収装置１０は１機の蒸発器だけを使う場合にも、優秀な性能係数を有することができる。
【００２２】
前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量、流体分配器１０１から分離されて第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の流量および流体分配器１０１から分離されてタービン１２０に流入される冷媒の流れ(FB1)の流量は、前記一般式１および一般式２を満足するのであれば、特に制限されず、適用しようとする工程の種類および各工程の条件により多様に調節することができる。一実施例において、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量は１０，０００kg/時間〜１００，０００kg/時間、例えば、２０，０００kg/時間〜９０，０００kg/時間または３０，０００kg/時間〜８０，０００kg/時間であり、好ましくは、４５，０００kg/時間〜５５，０００kg/時間であり得るが、これに制限されるものではない。また、前記流体分配器１０１から分離されて第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の流量は５，０００kg/時間〜４０，０００kg/時間、例えば、８，０００kg/時間〜３５，０００kg/時間または１０，０００kg/時間〜３０，０００kg/時間であり、好ましくは、１５，０００kg/時間〜２５，０００kg/時間であり得るが、これに制限されるものではない。また、前記流体分配器１０１から分離されてタービン１２０に流入される冷媒の流れ(FB1)の流量は５，０００kg/時間〜６０，０００kg/時間、例えば、１０，０００kg/時間〜５０，０００kg/時間または２０，０００kg/時間〜４０，０００kg/時間であり、好ましくは、２５，０００kg/時間〜３５，０００kg/時間であり得るが、これに制限されるものではない。
【００２３】
前記蒸発器１００は、冷媒の流れと外部から流入される第１流体の流れを熱交換させるために、本出願の熱回収装置１０に含まれ、前記熱交換を通じて、冷媒は気化された後前記蒸発器１００に流入される流れより相対的に高温の気相の流れで前記蒸発器１００から流出され得る。前記で「気相」とは、冷媒の流れの全体成分のうち気体成分の流れが濃厚(rich)である状態を意味し、例えば、前記冷媒の流れの全体成分のうち気体成分の流れのモル分率が０.９〜１.０である状態を意味する。
【００２４】
前記蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)は、例えば、廃熱の流れまたは凝縮機を通過した凝縮水の流れであり、前記廃熱の流れは、例えば、発熱反応器の冷却水であり得るが、これに制限されるものではない。本出願では特に、１００℃未満、例えば、５０〜９０℃水準の顕熱状態の低級熱源の廃熱の流れを好ましく用いることができる。
【００２５】
例えば、前記蒸発器１００へは流体連結された配管を通じて冷媒の流れ(F5)および廃熱の流れなどの第１流体の流れ(W1)が流入され、流入された前記冷媒の流れ(F5)および第１流体の流れ(W1)は前記蒸発器１００で相互熱交換された後に、前記流体連結された配管を通じて前記蒸発器１００からそれぞれ流出され得る。
【００２６】
一実施例において、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の温度と前記蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)の温度は下記の一般式３を満足することができる。
【００２７】
[一般式３]
１℃≦ TEin - TEout≦ ２０℃
【００２８】
前記一般式３で、TEinは蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)の温度を示し、TEoutは前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の温度を示す。
【００２９】
すなわち、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の温度と前記蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)の温度の差TEin - TEoutは１〜２０℃、例えば、１〜１５℃、２〜２０℃、１〜１０℃または２〜１０℃の範囲で調節され得る。
【００３０】
前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の温度と前記蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)の温度が前記一般式３を満足することによって、低温の廃熱、特に、１００℃未満、例えば、５０〜９０℃水準の顕熱状態の低級熱源の廃熱を利用して、高温のスチームを生産することができる。
【００３１】
前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の温度と前記蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)の温度は、前記一般式３を満足するのであれば、特に制限されず、適用しようとする工程の種類および各工程の条件により多様に調節することができる。一実施例において、前記蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)の温度は６０℃〜１００℃、例えば、７０℃〜９０℃、８０℃〜９５℃、８０℃〜８５℃または８３℃〜８７℃であり得るが、特にこれに制限されるものではない。また、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の温度は、６０℃〜１００℃、例えば、６０℃〜９５℃、６５℃〜９０℃、６５℃〜９５℃、または７０℃〜８５℃であり得るが、特にこれに制限されるものではない。
【００３２】
この場合、前記蒸発器１００で前記冷媒の流れと熱交換された後に流出される前記流体の流れ(W2)の温度は６０℃〜１００℃、例えば、６０℃〜９５℃、６５℃〜９０℃、６５℃〜９５℃、または７０℃〜８５℃であり得るが、特にこれに制限されるものではない。
【００３３】
また、前記蒸発器１００に流入される冷媒の流れ(F5)の温度は、前記蒸発器１００に流入される流体の流れ(W1)の温度よりは低い温度、例えば、４０℃〜９０℃、４０℃〜８０℃、または７３℃〜７７℃であり得るが、これに制限されるものではない。
【００３４】
前記蒸発器１００に流入され、流出される冷媒の流れ(F5、F1)の圧力は冷媒の種類および運転条件により異なり得るが、特に制限されるものではない。例えば、前記蒸発器１００に流入され、流出される冷媒の流れ(F5、F1)の圧力は２.０kgf/cm2g〜２０.０kgf/cm2g、例えば、２.０kgf/cm2g〜１０.０kgf/cm2gまたは２.１kgf/cm2g〜７.０kgf/cm2gであり得るが、これに制限されるものではない。前記冷媒の流れの圧力を２.０kgf/cm2g〜２０.０kgf/cm2gで調節することによって、前記第１圧縮機１１０の圧縮比を容易に調節することができる。一般的に、圧縮機の流出圧力は温度によって決まるか、流入圧力が高いと、圧縮比を低く維持することができる。前記圧縮比が高くなるほど、低温の熱源から高温のスチームを生成することができるが、この場合、性能係数が減少し、圧縮比が低くなるほど、性能係数は増加するものの、低温の熱源から高温のスチームを生成し難いという問題が発生する。前記で、圧力単位kgf/cm2gは計器圧力(gauge pressure)を意味する。
【００３５】
前記蒸発器１００に流入され、流出される第１流体の流れ(W1、W2)の圧力は特に制限されず、例えば、０.５kgf/cm2g〜２.０kgf/cm2g、例えば、０.７kgf/cm2g〜１.５kgf/cm2gまたは０.８kgf/cm2g〜１.２kgf/cm2gであり得る。
【００３６】
また、前記蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)の流量は５０，０００kg/時間以上、例えば、１００，０００kg/時間以上、または２００，０００kg/時間以上であり、好ましくは、２５０，０００kg/時間以上であり得るが、これに制限されるものではない。前記蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)の流量が増加するほど、同じ熱量を冷媒に伝達しても、熱伝達後流出される流体の流れ(W2)の流出温度が高く維持されて、蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の流出温度も高く維持することができる。したがって、前記蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)の流量の上限は特に制限されず、前記装置の効率性および経済性を考慮して、例えば、５００，０００kg/時間以下、または３５０，０００kg/時間以下であり得るが、これに制限されるものではない。
【００３７】
前記第１循環ループR1において、前記第１圧縮機１１０は、前記蒸発器１００から流出される気相の冷媒の流れ(F1)を圧縮させて温度および圧力を上昇させるために、本出願の熱回収装置１０に含まれ、前記第１圧縮機１１０を通過して圧縮されて、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)に比べて相対的に高温および高圧の気相の冷媒の流れ(FA2)は、後述する第１凝縮機１１１に流入され得る。
【００３８】
例えば、蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)は前述した流体分配器１０１で分配された後流体連結された配管を通じて前記第１圧縮機１１０に流入することができ、流入された前記冷媒の流れ(FA1)は前記第１圧縮機１１０で圧縮された後に、前記流体連結された配管を通じて流出(FA2)され得る。
【００３９】
一実施例において、前記流体分配器１０１から分離されて第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の圧力と第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)の圧力の比は下記の一般式４を満足することができる。
【００４０】
[一般式４]
２≦ PC1out/PC1in≦ ５
【００４１】
前記一般式４で、PC1outは前記第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)の圧力(bar)を示し、PC1inは流体分配器１０１から分離されて前記第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の圧力(bar)を示す。
【００４２】
すなわち、前記流体分配器１０１から分離されて第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の圧力と第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)の圧力の比PC1out/PCinは２〜５、例えば、２〜４、好ましくは３〜４の範囲で調節され得る。前記圧力の比PC1out/PCinは前記流体分配器１０１から分離されて第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の圧力および第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)の圧力の単位がbarである場合を基礎にして計算された値であり、測定される圧力の単位により換算される具体的な圧力の値が変わる場合、前記圧力の比が一般式４を満足しないこともあり得ることは技術分野で自明である。したがって、前記一般式４は測定された圧力の値をbarの圧力単位に換算して満足するすべての場合を含むことができる。
【００４３】
前記流体分配器１０１から分離されて第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の圧力と第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)の圧力の比が前記一般式４を満足することによって、前記蒸発器１００で気化された冷媒は後述する第１凝縮機１１１を通過する流体の流れと熱交換されるに十分な熱量を有するように高温および高圧状態で圧縮され得る。
【００４４】
前記流体分配器１０１から分離されて第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の圧力と第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)の圧力は前記一般式４を満足するのであれば、特に制限されず、適用しようとする工程の種類および各工程の条件に応じて多様に調節することができる。一実施例において、前記流体分配器１０１から分離されて第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の圧力は２.０kgf/cm2g〜２０kgf/cm2g、例えば、２.０kgf/cm2g〜１０.０kgf/cm2gまたは２.１kgf/cm2g〜７.０kgf/cm2gであり得るが、これに制限されるものではない。また、前記第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)の圧力は１５〜３０kgf/cm2g、例えば、１８〜３０kgf/cm2g、または２０〜３０kgf/cm2gであり得るが、これに制限されるものではない。
【００４５】
また、前記第１圧縮機１１０で圧縮された後に流出される前記冷媒の流れ(FA2)の温度は１１０℃〜１７０℃、例えば、１２０℃〜１５０℃、または１２３℃〜１６５℃であり得るが、これに制限されるものではない。
【００４６】
前記第１圧縮機１１０では、気相の流れを圧縮させることができる圧縮装置であれば、技術分野において公知の多様な圧縮装置を制限なく使うことができ、一実施例において、前記第１圧縮機１１０はコンプレッサーであり得るが、これに制限されるものではない。
【００４７】
前記第１循環ループR1で、前記第１凝縮機１１１は、前記第１圧縮機１１０から流出された高温および高圧の冷媒の流れ(FA2)と外部から流入される第２流体の流れ(W3)を熱交換させるために、本出願の熱回収装置１０に含まれ、前記熱交換を通じて、冷媒は凝縮された後前記第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)に比べて相対的に低温の液相の流れで流出(FA3)され、前記第２流体の流れ(W3)は前記冷媒が凝縮時に発生する潜熱を吸収することができる。前記で「液相」とは、冷媒の流れの全体成分のうち液体成分の流れが濃厚な状態を意味し、例えば、前記冷媒の流れの全体成分のうち液体成分の流れのモル分率が０.９〜１.０である状態を意味する。
【００４８】
一実施例において、前記第１凝縮機１１１に流入される第２流体は水(make-up Water)であり得るが、この場合、前記第１凝縮機１１１で熱交換された水は前記冷媒が凝縮時に発生する潜熱を吸収して気化して、スチーム形態で排出され得る。
【００４９】
例えば、前記第１凝縮機１１１には流体連結された配管を通じて第１圧縮機から流出された冷媒の流れ(FA2)および前記冷媒の流れを熱交換させるための第２流体の流れ(W3)が流入され得るが、流入された前記冷媒の流れ(FA2)および第２流体の流れ(W3)は前記第１凝縮機１１１で相互熱交換された後に、前記流体連結された配管を通じて前記第１凝縮機１１１からそれぞれ流出され得る。
【００５０】
前記第１凝縮機１１１に流入される第２流体の流れ(W3)の温度および圧力は特に制限されず、多様な温度および圧力の流体の流れを前記第１凝縮機に流入させることができる。例えば、１１０℃〜１２０℃、例えば、１１２℃〜１１６℃、または１１５℃〜１１８℃の温度および０.５〜０.９kgf/cm2g、例えば、０.６〜０.８kgf/cm2gの圧力で第２流体の流れ(W3)を前記第１凝縮機１１１に流入させることができる。
【００５１】
また、前記第１凝縮機１１１に流入される第２流体の流れ(W3)の流量は、特に制限されず、３００kg/時間〜６，０００kg/時間、例えば、５００kg/時間〜１，０００kg/時間、８００kg/時間〜２，０００kg/時間、または９００kg/時間〜１，１００kg/時間であり得る。
【００５２】
一実施例において、前記第１圧縮機１１０から流出された冷媒(FA2)と前記第１凝縮機で熱交換された水(W4)は１１５℃〜１５０℃、例えば、１１５℃〜１４５℃、１２０℃〜１４０℃、または１１５℃〜１３７℃の温度および０.５〜２.５kgf/cm2g、例えば、０.７〜２.２kgf/cm2gの圧力を有するスチームで前記第１凝縮機１１１から流出され得る。
【００５３】
また、前記第１凝縮機１１１で前記第２流体の流れ(W3)と熱交換された冷媒の流れ(FA3)は１１５℃〜１５０℃、例えば、１１５℃〜１４５℃または１２０℃〜１４５℃、好ましくは１２４℃〜１４３℃の温度で前記第１凝縮機１１１から流出され得るが、これに制限されるものではない。前記第１凝縮機１１１で前記第２流体の流れ(W3)と熱交換された冷媒の流れ(FA3)の圧力は、冷媒の種類および運転条件により多様に変更させることができ、例えば、１５〜３０kgf/cm2g、１８〜２９.５kgf/cm2g、または２０〜２９.３kgf/cm2gの圧力で前記第１凝縮機１１１から流出(FA3)され得るが、これに制限されるものではない。
【００５４】
例示的な本出願の熱回収装置１０は、さらに、貯蔵タンク３００を含むことができる。図２に示された通り、前記貯蔵タンク３００は、第１凝縮機１１１と配管を通じて流体連結された状態で具備され得る。前記貯蔵タンク３００は第１凝縮機１１１に流入される流体の流れを供給するための装置であって、前記貯蔵タンク３００には、第１凝縮機１１１に流入される流体、例えば、水が貯蔵されていることができる。
【００５５】
前記貯蔵タンク３００から流出された第２流体の流れ(W3)は配管に沿って第１凝縮機１１１に流入され、前記第１凝縮機１１１に流入された冷媒の流れ(FA2)と熱交換され得る。この場合、前記熱交換された流体の流れ(W4)、例えば、高温高圧の水は前記貯蔵タンクに再流入された後、減圧されて、スチーム形態で排出され得る。
【００５６】
前記圧力降下装置１１２は、前記第１凝縮機１１１から流出される高温、高圧および液相の冷媒の流れ(FA3)を膨張させて温度および圧力を低くするために、本出願の熱回収装置１０に含まれ、前記圧力降下装置１１２を通過した、冷媒の流れ(FA4)は膨張した後前記第１凝縮機１１１から流出される冷媒の流れ１１１に比べて相対的に低温および低圧状態で前述した蒸発器１００に再流入され得る。
【００５７】
例えば、第１凝縮機１１１から流出される冷媒の流れ(FA3)は、流体連結された配管を通じて前記圧力降下装置１１２に流入することができ、流入された前記冷媒の流れは前記圧力降下装置１１２で膨張した後に、前記第１凝縮機１１１から流出される冷媒の流れ(FA3)に比べて相対的に低温および低圧状態で前記流体連結された配管を通じて流出(FA4)できる。一実施例において、前記圧力降下装置１１２から流出される冷媒の流れ(FA4)は４０℃〜９０℃、例えば、４０℃〜８０℃または４５℃〜８５℃、好ましくは４５℃〜７７℃の温度で前記圧力降下装置１１２から流出され得るが、これに制限されるものではない。また、前記圧力降下装置１１２から流出される冷媒の流れ(FA4)の圧力は、冷媒の種類および運転条件により多様に変更させることができ、例えば、２.０kgf/cm2g〜１０kgf/cm2g、例えば、２.５kgf/cm2g〜８.０kgf/cm2gまたは２.２kgf/cm2g〜７.０kgf/cm2gであり、好ましくは２.０kgf/cm2g〜６.５kgf/cm2gの圧力で前記圧力降下装置１１２から流出され得るが、これに制限されるものではない。
【００５８】
前記第１循環ループで、前記圧力降下装置１１２は、例えば前記第１凝縮機１１１から流出された冷媒の流れ(FA3)が流れる配管に設置されたコントロールバルブまたはタービンであり得る。
【００５９】
前記圧力降下装置１１２がタービンの場合、前記タービンは発電装置であり、例えば、配管を通じて流れる冷媒、すなわち流体の力学的なエネルギーを電気エネルギーに変換させることができる水車(hydraulic turbine)であり得るが、前記水車を利用する場合、第１圧縮機１１０で消耗される電力を熱回収装置１０自体で生産することができるので、前記回収装置の性能係数を増加させることができる。
【００６０】
前記第２循環ループR2で、タービン１２０は第１圧縮機１１０に使われる電気を生産するために本出願の熱回収装置１０に含まれ、前記蒸発器１００から流出される気相の冷媒の流れ(F1)が前記タービン１２０に流入され、前記タービン１２０で膨張しながら温度および圧力が低くなる場合、エンタルピーをなくしてしまい、前記なくしたエンタルピーの分だけ、前記タービン１２０では仕事が発生する。前記タービン１２０で発生した仕事は前述した第１圧縮機１１０で圧縮する時に使うことができる。
【００６１】
前記タービン１２０を通過して膨張し、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)に比べて相対的に低温および低圧の気相の冷媒の流れ(FB2)は後述する第２凝縮機１２１に流入され得る。例えば、蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)は前述した流体分配器１０１で分配された後、流体連結された配管を通じて前記タービン１２０に流入(FB1)され、流入された前記冷媒の流れ(FB1)は前記タービン１２０で膨張した後に、前記流体連結された配管を通じて流出(FB2)され得る。
【００６２】
前記第２循環ループR2で、前記第２凝縮機１２１は、前記タービン１２０から流出された低温および低圧の冷媒の流れ(FB2)を凝縮させるために、本出願の熱回収装置１０に含まれ、前記第２凝縮機１２１を通じて、冷媒は凝縮された後前記タービンから流出される冷媒の流れ(FB2)に比べて相対的に低温および低圧の液相の流れで流出(FB3)され得る。
【００６３】
前記第２循環ループR2で、前記第２圧縮機１２２は、前記第２凝縮機１２１から流出される液相の冷媒の流れ(FB3)を圧縮させて温度および圧力を上昇させるために、本出願の熱回収装置１０に含まれ、前記第２圧縮機１２２を通過して圧縮された後、前記第２凝縮機１２１から流出される冷媒の流れ(FB3)に比べて相対的に高温および高圧の気相の冷媒の流れ(FB4)は流体混合器１０２に流入された後に前述した蒸発器１００に流入され得る。
【００６４】
例えば、第２凝縮機１２１から流出される冷媒の流れ(FB3)は流体連結された配管を通じて前記第２圧縮機１２２に流入することができ、流入された前記冷媒の流れ(FB3)は前記第２圧縮機１２２で圧縮された後に、前記流体連結された配管を通じて流出(FB4)できる。
【００６５】
一実施例において、前記第２凝縮機１２１から流出されて第２圧縮機１２２に流入される冷媒の流れ(FB3)の圧力と前記第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4)の圧力の比が下記の一般式５を満足することができる。
【００６６】
[一般式５]
２≦ PC2out/PC2in≦ ７
【００６７】
前記一般式５で、PC2outは前記第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4)の圧力(bar)を示し、PC2inは第２凝縮機１２１から流出されて第２圧縮機１２２に流入される冷媒の流れ(FB3)の圧力(bar)を示す。
【００６８】
すなわち、前記第２凝縮機１２１から流出されて第２圧縮機１２２に流入される冷媒の流れ(FB3)の圧力と第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4)の圧力の比PC2out/PC2inは２〜７、例えば、２〜５、好ましくは２.５〜４.５の範囲で調節され得る。前記圧力の比PC2out/PC2inは前記第２凝縮機１２１から流出されて第２圧縮機１２２に流入される冷媒の流れ(FB3)の圧力および前記第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4)の圧力の単位がbarである場合を基礎にして計算された値であり、測定される圧力の単位により換算される具体的な圧力の値が変わる場合、前記圧力の比が一般式５を満足しないこともあり得ることは技術分野で自明である。したがって、前記一般式５は測定された圧力の値をbarの圧力単位に換算して満足するすべての場合を含むことができる。
【００６９】
前記第２凝縮機１２１から流出されて第２圧縮機１２２に流入される冷媒の流れ(FB3)の圧力と第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4)の圧力の比が前記一般式５を満足することによって、前記タービン１２０で電気を発生させて低下した圧力を補充するに充分な程度に圧縮され得る。
【００７０】
前記第２凝縮機１２１から流出されて第２圧縮機１２２に流入される冷媒の流れ(FB3)の圧力と第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れの圧力(FB4)は前記一般式５を満足するのであれば、特に制限されず、適用しようとする工程の種類および各工程の条件により多様に調節することができる。一実施例において、前記第２凝縮機１２１から流出されて第２圧縮機１２２に流入される冷媒の流れ(FB3)の圧力は０.５kgf/cm2g〜３.０kgf/cm2g、例えば、１.２kgf/cm2g〜２.５kgf/cm2gまたは１.０kgf/cm2g〜２.０kgf/cm2gであり得るが、これに制限されるものではない。また、前記第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4)の圧力は２.０kgf/cm2g〜２０.０kgf/cm2g、例えば、２.０kgf/cm2g〜１０.０kgf/cm2gまたは２.２kgf/cm2g〜７.０kgf/cm2gであり得るが、これに制限されるものではない。
【００７１】
前記第２圧縮機１２２で圧縮された後に流出される前記冷媒の流れ(FB4)は、前述した第１循環ループR1の圧力降下装置１１２から流出される冷媒の流れ(FA4)と前記流体混合器１０２で合流させられてから前記蒸発器１００に流入され得る。
【００７２】
前記第２圧縮機１２２としては、液相の流れを圧縮させることができる圧縮装置であれば、技術分野において公知の多様な圧縮装置を制限なく用いることができ、一実施例において、前記第２圧縮機１２２はポンプであり得るが、これに制限されるものではない。
【００７３】
本出願の熱回収装置１０では、前記第１循環ループR1に含まれる、蒸発器１００、第１圧縮機１１０、第１凝縮機１１１および圧力降下装置１１２を通過する冷媒の流れおよび第２循環ループR2に含まれる蒸発器１００、タービン１２０、第２凝縮機１２１および第２圧縮機１２２を通過する冷媒の流れがそれぞれ相異する温度および圧力特性を有し、気相および/または液相の流れで前記蒸発器１００、第１圧縮機１１０、第１凝縮機１１１、圧力降下装置１１２、タービン１２０、第２凝縮機１２１および第２圧縮機１２２に流入または流出されることによって、前記冷媒の流れの温度、圧力および状態変化による潜熱をスチーム生成のための熱源として用いることができる。また、本出願の熱回収装置１０では、１００℃未満の低温の廃熱を利用してスチームを生成するための最適の温度および圧力条件を設定することによって、優秀な効率でスチームを生成することができる。
【００７４】
一実施例において、前記蒸発器１００に流入される冷媒の流れ(F5)は液相の流れであり、前記冷媒の流れ中の液相の流れの体積分率は０.８〜１.０、例えば、０.９〜１.０、好ましくは０.９９〜１.０であり得る。
【００７５】
また、前記第１圧縮機１１０またはタービン１２０から流出される冷媒の流れ(FA2、FB2)は気相の流れであり、前記冷媒の流れ中の気相の流れの体積分率は０.８〜１.０、例えば、０.９〜１.０、好ましくは０.９９〜１.０であり得る。
【００７６】
前記第１凝縮機１１１、第２凝縮機１２１または第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FA3、FB3、FB4)は液相の流れであり、前記冷媒の流れ中の液相の流れの体積分率は０.８〜１.０、例えば、０.９〜１.０、好ましくは０.９９〜１.０であり得る。
【００７７】
また、前記圧力降下装置１１２から流出された冷媒の流れ(FA4)は液相の流れであり、前記冷媒の流れ中の気相の流れ分率は０〜０.２、例えば、０〜０.１５、好ましくは０〜０.１であり得る。
【００７８】
前記で、体積分率(volume fraction)は前記配管を通じて流れる冷媒の流れ全体の体積流量(volume flow rate)に対する液相の流れまたは気相の流れの体積流量の比率を意味し、前記体積流量は単位時間当りに流れる流体の体積を示し、下記の一般式７によって求めることができる。
【００７９】
[一般式７]
体積流量 = Av (m3/s)
【００８０】
前記一般式７で、Aは配管の断面積(m2)を示し、vは冷媒の流れの流速(m/s)を示す。
【００８１】
本出願の熱回収装置１０のさらに他の実現例は、第１熱交換器１１３を含む。図３は、本出願のさらに他の実現例による熱回収装置１０を模式的に示した図面である。
【００８２】
図３に示された通り、本出願の熱回収装置１０は前記蒸発器１００と流体分配器１０１の間および第１凝縮機１１１および圧力降下装置１１２の間に位置する第１熱交換器１１３をさらに含む。例えば、前記第１熱交換器１１３は前記蒸発器１００と流体分配器１０１の間に連結された配管および第１凝縮機１１１および圧力降下装置１１２の間に連結された配管に連結されており、一実施例において、前記第１熱交換器１１３は、蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1-1)が前記第１熱交換器１１３を通過した後、第１圧縮機１１０に流入(FA1)され、第１凝縮機１１１から流出される冷媒の流れ(FA3-1)が前記第１熱交換器１１３を通過した後、前記圧力降下装置１１２に流入(FA3-2)されるように、前記配管に流体連結されていることができる。本出願の熱回収装置１０が前記第１熱交換器１１３を含むことによって、冷媒の等エントロピー圧縮時に発生する冷媒の一部気化現象を防止することができ、これによって、前記熱回収装置１０の熱交換効率を上昇させることができる。前記で「等エントロピー圧縮」とは、系のエントロピーを一定に維持する条件で圧縮させることを意味し、例えば、系の周辺との熱交換がない状態で圧縮させる断熱圧縮過程を意味し得る。
【００８３】
図４は、本出願の例示的な冷媒の温度-エントロピー線図を示したグラフである。一実施例において、前記熱回収装置１０を循環する前記冷媒は、図４に示された通り、温度-エントロピー線図の飽和蒸気曲線(saturated vapor curve)の接線の傾きが正の傾きを有する冷媒であり、例えば、横軸はエントロピー(J/kg・K)、縦軸は温度(℃)である前記冷媒の温度-エントロピー線図の飽和蒸気曲線の接線の傾きは５０℃〜１３０℃で１〜３であり得る。前記温度-エントロピー線図で飽和蒸気曲線は線図の臨界点(critical point)を基準として線図右側の曲線の部分を意味する。すなわち、図４に示された通り、冷媒の温度-エントロピー線図で、前記冷媒が等-エントロピー圧縮される場合(図４の矢印方向)、前記冷媒の飽和蒸気曲線の接線の傾きが正の傾きを有するので気相から液相に相変化が発生する区間が存在するようになり、これによって、第１圧縮機１１０内で冷媒の流れの一部が気化する現象が発生する可能性がある。前記冷媒の一部気化現象を防止するために、本出願の熱回収装置１０は前記第１熱交換器１１３を含むことがあり、これによって、前記熱回収装置１０の熱交換効率を上昇させることができる。
【００８４】
前記冷媒としては、温度-エントロピー線図の飽和蒸気曲線の接線の傾きが正の値を有する冷媒であれば、技術分野で公知された多様な冷媒を用いることができるが、特に制限されず、例えば、R２４５fa、R１２３４zeおよびR１２３４yfからなる群から選択された１種以上の冷媒を用いることができる。
【００８５】
図３のように、本出願の実現例に係る熱回収装置１０の第１循環ループR1では、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1-1)は前記第１熱交換器１１３に流入された後に、前記第１圧縮機に流入(FA1)され、前記第１凝縮機１１１から流出される冷媒の流れ(FA3-1)は前記第１熱交換器１１３に流入された後に前記圧力降下装置１１２に流入(FA3-2)され、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1-1)と前記第１凝縮機１１１から流出される冷媒の流れ(FA3-1)は前記第１熱交換器１１３で熱交換され得る。
【００８６】
一実施例において、前記第１凝縮機１１１から流出されて第１熱交換器１１３に流入される冷媒の流れ(FA3-1)の温度と第１熱交換器１１３から流出されて前記流体分配器１０１に流入される冷媒の流れ(F1-2)の温度が下記の一般式６を満足することができる。
【００８７】
[一般式６]
１℃≦TR1in -TR1out≦ ５０℃
【００８８】
前記一般式６で、TR１inは第１凝縮機１１１から流出されて第１熱交換器１１３に流入される冷媒の流れ(FA3-1)の温度を示し、TR1outは前記第１熱交換器１１３から流出されて前記流体分配器１０１に流入される冷媒の流れ(F1-2)の温度を示す。
【００８９】
すなわち、前記第１凝縮機１１１から流出されて第１熱交換器１１３に流入される冷媒の流れ(FA3-1)の温度と第１熱交換器１１３から流出されて前記流体分配器１０１に流入される冷媒の流れ(F1-2)の温度の差TR3in -TR3outは１〜５０℃、例えば、５〜４５℃、５〜５０℃、１０〜４５℃、１〜４０℃または１５〜３５℃の範囲で調節され得る。
【００９０】
前記第１凝縮機１１１から流出されて第１熱交換器１１３に流入される冷媒の流れ(FA3-1)の温度と第１熱交換器１１３から流出されて前記流体分配器１０１に流入される冷媒の流れ(F1-2)の温度が前記一般式６を満足することによって、前述した冷媒の一部気化現象を防止できる程度に前記第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れの温度を十分に上昇させることができ、これによって、前記熱回収装置１０の熱交換効率を上昇させることができる。
【００９１】
前記第１凝縮機１１１から流出されて第１熱交換器１１３に流入される冷媒の流れ(FA3-1)の温度と第１熱交換器１１３から流出されて前記流体分配器１０１に流入される冷媒の流れ(F1-2)の温度は前記一般式６を満足するのであれば、特に制限されず、適用しようとする工程の種類および各工程の条件により多様に調節することができる。一実施例において、前記第１凝縮機１１１から流出されて前記第１熱交換器１１３に流入される冷媒の流れ(FA3-1)の温度は、１１５℃〜１５０℃、例えば、１１８℃〜１４５℃、１２０℃〜１４８℃または１２０℃〜１４５℃であり得るが、特にこれに制限されるものではない。また、前記第１熱交換器１１３から流出されて流体分配器１０１に流入される冷媒の流れ(F1-2)は９０℃〜１５０℃、例えば、９０℃〜１３０℃、９０℃〜１２０℃、１００℃〜１３０℃または９０℃〜１２８℃の温度で前記流体分配器１０１に流入され得る。
【００９２】
一実施例において、前記第１熱交換器１１３から流出されて圧力降下装置１１２に流入される冷媒の流れ(FA3-2)の温度は７０℃〜１２０℃、例えば、７５℃〜１２０℃、または８０℃〜１２０℃であり得るが、特にこれに制限されず、前記第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)は、１１０℃〜１７０℃、例えば、１３０℃〜１５０℃、１３５℃〜１７０℃または１３５℃〜１６５℃の温度で前記第１圧縮機１１０から流出されて前記第１凝縮機１１１に流入できるが、これに制限されるものではない。
【００９３】
本出願の熱回収装置１０が前記第１熱交換器１１３を含むことによって、前記第１圧縮機１１０内での冷媒の一部気化現象を防止することができる。この場合、前記第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)は気相の流れであり、前記第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)内の気相の流れの体積分率は０.９５〜１.０、例えば、０.９９〜１.０、好ましくは１.０であり得る。
【００９４】
本出願の熱回収装置１０のさらに他の実現例は、第２熱交換器１２３を含む。図５は、本出願のさらに他の実現例による熱回収装置１０を模式的に示した図面である。
【００９５】
図５に示された通り、本出願の熱回収装置１０は前記タービン１２０と第２凝縮機１２１の間および第２圧縮機１２２および流体混合器１０２の間に位置する第２熱交換器１２３をさらに含む。例えば、前記第２熱交換器１２３は前記タービン１２０と第２凝縮機１２１の間に連結された配管および第２圧縮機１２２および流体混合器１０２の間に連結された配管に連結されており、一実施例において、前記第２熱交換器１２３は、タービン１２０から流出される冷媒の流れ(FB2-1)が前記第２熱交換器１２３を通過した後第２凝縮機１２１に流入(FB2-2)され、第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4-1)が前記第２熱交換器１２３を通過した後前記流体混合器１０２に流入(FB4-2)されるように前記配管に流体連結されていることもあり得る。
【００９６】
一実施例において、前記タービン１２０から流出される冷媒の流れ(FB2-1)は９０℃〜１２０℃、例えば、９０℃〜１１５℃または９５℃〜１１２℃の温度で第２熱交換器１２３に流入することができ、前記タービンから流出される冷媒の流れ(FB2-1)は前記第２熱交換器１２３を通過した後に５０℃〜７５℃、例えば、５５℃〜７０℃または５０℃〜７０℃の温度で第２凝縮機１２１に流入(FB2-2)できるが、これに制限されるものではない。
【００９７】
一実施例において、前記第２凝縮機１２１から流出される冷媒の流れ(FB3)は３０℃〜５０℃、例えば、３５℃〜４５℃または３５℃〜４０℃の温度で第２圧縮機１２２に流入できるが、これに制限されるものではない。
【００９８】
また、前記第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4-1)は３０℃〜５０℃、例えば、３５℃〜４５℃または３５℃〜４０℃の温度で第２熱交換器１２３に流入(FB4-1)することができ、前記第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4-1)は第２熱交換器１２３を通過した後に４０℃〜７０℃、例えば、４５℃〜６５℃または４０℃〜６５℃の温度で流体混合器１０２に流入された後に蒸発器１００に流入(FB4-2)され得るが、これに制限されるものではない。
【００９９】
本出願の熱回収装置１０のさらに他の実現例は、図６のように、第１熱交換器１１３および第２熱交換器１２３をすべて含むことができ、これによる効果は前述した通りである。図６は、本出願のさらに他の実現例による熱回収装置１０を模式的に示した図面である。
【０１００】
本出願のさらに他の実現例は、熱回収方法を提供する。例示的な前記熱回収方法は、前述した熱回収装置１０を用いて遂行することができ、これを通じて、前述した通り、産業現場または多様な化学工程、例えば石油化学製品の製造工程で排出される１００℃未満の低級熱源を捨てずに利用してスチームを生成することができ、生成されたスチームを多様な工程に用いることができるので、反応器または蒸留塔に用いるための外部熱源である高温スチームの使用量を節減でき、エネルギー節減効率を極大化させることができる。ひいては、本出願の熱回収方法によれば、圧縮機で消耗される電力を自体で生産することができ、圧縮機を通過した冷媒の流れの一部気化現象を減少させることができるので、優秀な効率で熱を回収することができる。
【０１０１】
本出願の一実施例による前記熱回収方法は冷媒循環段階、第１熱交換段階および第２熱交換段階を含む。
【０１０２】
前記冷媒循環段階は、第１循環段階および第２循環段階を含み、前記第１循環段階は前述した第１循環ループR1を通じて冷媒が循環する段階で、前記第２循環段階は前記第２循環ループR2を通じて冷媒が循環する段階であり得る。
【０１０３】
一実施例において、前記第１循環段階では、冷媒の流れを蒸発器１００、第１圧縮機１１０、第１凝縮機１１１および圧力降下装置１１２を順に通過するように循環させて、例えば、前記第１循環段階では、(a-ｉ)冷媒の流れを蒸発器１００に流入させ、(a-ｉｉ)前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の一部を第１圧縮機１１０に流入させ、(a-ｉｉｉ)前記第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)を第１凝縮機１１１に流入させ、(a-ｉｖ)前記第１凝縮機１１１から流出される冷媒の流れ(FA3)を圧力降下装置１１２に流入させ、(a-ｖ)前記圧力降下装置から流出される冷媒の流れ(FA4)を前記蒸発器１００に再流入させることができる。
【０１０４】
また、前記第２循環段階では、冷媒の流れを蒸発器１００、タービン１２０、第２凝縮機１２１および第２圧縮機１２２を順に通過するように循環させて、例えば、前記第２循環段階では、(b-ｉ)前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の残りの一部をタービン１２０に流入させ、(b-ｉｉ)前記タービン１２０から流出される冷媒の流れ(FB2)を第２凝縮機１２１に流入させ、(b-ｉｉｉ)前記第２凝縮機１２１から流出される冷媒の流れ(FB3)を第２圧縮機１２２に流入させ、(b-ｉｖ)前記第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4)を前記蒸発器１００に再流入させることができる。
【０１０５】
また、前記熱回収方法は、前記蒸発器１００に流入される冷媒の流れ(F5)を前記蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)と熱交換させる第１熱交換段階および前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れ(FA2)を前記第１凝縮機に流入される第２流体の流れ(W3)と熱交換させる第２熱交換段階を含む。
【０１０６】
前記冷媒循環段階、第１熱交換段階および第２熱交換段階は順次的になされるか、または順序に関係なく互いに独立的になされ得る。また、前記第１循環段階の(a-ｉ)〜(a-ｖ)の過程および第２循環段階の(b-ｉ)〜(b-ｉｖ)の過程は循環過程であるので、前記の通りに冷媒の流れが循環されることさえできれば、いずれの過程が先に実行されてもよい。
【０１０７】
一実施例において、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量に対する第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の流量の比は下記の一般式１を満足することができる。
【０１０８】
[一般式１]
０.３≦ Fc/Fe≦ ０.５
【０１０９】
前記一般式１で、Fcは第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の流量を示し、Feは蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量を示す。
【０１１０】
また、一実施例において、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量に対する前記タービン１２０に流入される冷媒の流れ(FB1)の流量の比は下記の一般式２を満足することができる。
【０１１１】
[一般式２]
０.５≦ Ft/Fe≦ ０.７
【０１１２】
前記一般式２で、Ftは流体分配器１０１から分離されてタービン１２０に流入される冷媒の流れ(FB1)の流量を示し、Feは蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量を示す。
【０１１３】
前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量に対する前記第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の流量の比が前記一般式１を満足して前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の全体流量に対する前記タービン１２０に流入される冷媒の流れ(FB1)の流量の比が前記一般式２を満足することによって、本出願の熱回収装置１０が１機の蒸発器だけを使う場合にも、前記熱回収装置が優秀な性能係数を有することができる。
【０１１４】
また、本出願の熱回収方法で、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れの全体流量、前記第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の流量、前記タービン１２０に流入される冷媒の流れ(FB1)の流量条件に対する詳しい説明は前記熱回収装置１０で記述したものと同一であるため、省略する。
【０１１５】
例示的な本出願の熱回収方法で、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の温度と前記蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)の温度は下記の一般式３を満足することができる。
【０１１６】
[一般式３]
１℃≦ TEin - TEout≦ ２０℃
【０１１７】
前記一般式３で、TEinは蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)の温度を示し、TEoutは前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の温度を示す。
【０１１８】
前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の温度と前記蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)の温度が前記一般式３を満足することによって、低温の廃熱、特に、１００℃未満、例えば、５０〜９０℃水準の顕熱状態の低級熱源の廃熱を利用して、高温のスチームを生産することができ、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1)の温度と前記蒸発器１００に流入される第１流体の流れ(W1)の温度に関する詳しい説明は、前述した熱回収装置１０で説明したものと同一であるため、省略する。
【０１１９】
また、本出願の熱回収方法では、前記第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の圧力と第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)の圧力の比は下記の一般式４を満足することができる。
【０１２０】
[一般式４]
２≦ PC1out/PC1in ≦ ５
【０１２１】
前記一般式４で、 PC1outは前記第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)の圧力(bar)を示し、 PC1inは前記第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の圧力(bar)を示す。
【０１２２】
前記第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の圧力と第１圧縮機１１０から流出される冷媒の流れ(FA2)の圧力の比が前記一般式４を満足することによって、前記蒸発器１００で気化された冷媒は後述する第１凝縮機１１１を通過する第２流体の流れ(W3)と熱交換されるに十分な熱量を有するように高温および高圧状態で圧縮され、第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の圧力と第１圧縮機から流出される冷媒の流れ(FA2)の圧力条件に関する詳しい説明は、前述した熱回収装置１０で説明したものと同一であるため、省略する。
【０１２３】
前記第２凝縮機１２１から流出されて第２圧縮機１２２に流入される冷媒の流れ(FB3)の圧力と第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4)の圧力の比が下記の一般式５を満足することができる。
【０１２４】
[一般式５]
２≦ PC2out/PC2in ≦ ７
【０１２５】
前記一般式５で、PC2outは前記第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4)の圧力(bar)を示し、PC2inは第２凝縮機１２１から流出されて第２圧縮機１２２に流入される冷媒の流れ(FB3)の圧力(bar)を示す。
【０１２６】
前記第２凝縮機１２１から流出されて第２圧縮機１２２に流入される冷媒の流れ(FB3)の圧力と第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4)の圧力の比が前記一般式５を満足することによって、前記タービン１２０で電気を発生させて低下した圧力を補充するのに充分な程度に圧縮され、前記第２凝縮機１２１から流出されて第２圧縮機１２２に流入される冷媒の流れ(FB3)の圧力と第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4)の圧力条件に関する詳しい説明は、前述した熱回収装置１０で説明したものと同一であるため、省略する。
【０１２７】
また、本出願の熱回収方法で、具体的な温度、圧力および流量条件は前記熱回収装置１０で記述したものと同一であるため、省略する。
【０１２８】
本出願の熱回収方法のさらに他の実現例で、前記冷媒循環段階の第１循環段階および第２循環段階で前記冷媒は、前述した通り、温度-エントロピー線図の飽和蒸気曲線の接線の傾きが正の傾きを有する冷媒であり、例えば、横軸はエントロピー(J/kg・K)、縦軸は温度(℃)である前記温度-エントロピー線図の飽和蒸気曲線の接線の傾きは５０℃〜１３０℃で１〜３であり得る。また、この場合、前記第１循環段階は、前記蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1-1)を第１熱交換器１１３に流入させた後に第１圧縮機１１０に流入(FA1)させて、第１凝縮機１１１から流出される冷媒の流れ(FA3-1)を第１熱交換器１１３に流入させた後に圧力降下装置１１２に流入(FA3-2)させることをさらに含むことができる。
【０１２９】
このような場合、本出願のさらに他の実現例の熱回収方法は、蒸発器１００から流出される冷媒の流れ(F1-1)と前記第１凝縮機１１１から流出される冷媒の流れ(FA3-1)を第１熱交換器１１３で熱交換させる第３熱交換段階をさらに含むことができる。前記第３熱交換段階は前述した熱回収装置１０の第１熱交換器１１３を通じてなされ、これによって、前述した通り、冷媒の等エントロピー圧縮時に発生する冷媒の一部気化現象を防止し、前記熱回収装置１０の熱交換効率を上昇させることができる。
【０１３０】
一実施例において、前記第１凝縮機１１１から流出されて第１熱交換器１１３に流入される冷媒の流れ(FA3-1)の温度と第１熱交換器１１３から流出されて前記流体分配器１０１に流入される冷媒の流れ(F1-2)の温度は下記の一般式６を満足することができる。
【０１３１】
[一般式６]
５℃≦TR1in -TR1out≦ ２０℃
【０１３２】
前記一般式６で、TR1inは第１凝縮機１１１から流出されて第１熱交換器１１３に流入される冷媒の流れ(FA3-1)の温度を示し、TR1outは前記第１熱交換器１１３から流出されて前記流体分配器１０１に流入される冷媒の流れ(F1-2)の温度を示す。
【０１３３】
前記第１凝縮機１１１から流出されて第１熱交換器１１３に流入される冷媒の流れ(FA3-1)の温度と第１熱交換器１１３から流出されて前記流体分配器１０１に流入される冷媒の流れ(F1-2)の温度が前記一般式６を満足することによって、前述した冷媒の一部気化現象を防止できる程度に前記第１圧縮機１１０に流入される冷媒の流れ(FA1)の温度を十分に上昇させることができ、これによって、前記熱回収装置１０の熱交換効率を上昇させることができる。
【０１３４】
前記第３熱交換段階で、冷媒の流れの具体的な温度、圧力および流量条件は前記熱回収装置１０で記述したものと同一であるため、省略する。
【０１３５】
本出願の熱回収方法のさらに他の実現例で、前記第２循環段階は、タービン１２０から流出される冷媒の流れ(FB2-1)を第２熱交換器１２３に流入させた後に第２凝縮機１２１に流入(FB2-2)させて、第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4-1)を第２熱交換器１２３に流入させた後に蒸発器１００に流入(FB4-2)させることをさらに含むことができる。
【０１３６】
また、このような場合、前記熱回収方法は、前記タービン１２０から流出される冷媒の流れ(FB2-1)と前記第２圧縮機１２２から流出される冷媒の流れ(FB4-1)を前記第２熱交換器１２３で熱交換させる第４熱交換段階をさらに含むことができる。
【０１３７】
前記第４熱交換段階は前述した熱回収装置１０の第２熱交換器１２３を通じてなされ、前記第４熱交換段階で、冷媒の流れの具体的な温度、圧力および流量条件は前記熱回収装置１０で記述したものと同一であるため、省略する。
【０１３８】
前記熱回収方法のさらに他の実現例で、前記第１凝縮機１１１に流入される第２流体(W3)は水であり、また、例示的な本出願の熱回収方法は前記第１凝縮機１１１に流入される冷媒の流れと熱交換された水をスチームで排出させるスチーム生成段階をさらに含むことができる
【０１３９】
また、前記熱回収方法の他の実現例は、前記蒸発器１００から流出される流体の流れを凝縮させて排出する段階をさらに含むことができる。
【０１４０】
本出願の熱回収装置１０および方法は多様な石油化学工程に適用され得る。
【０１４１】
例えば、n-ブタノール製造時にヨウ素反応工程の場合、工程で発生する廃熱の温度は約８５℃で、この場合、約７.６Gcal/時間の熱量が捨てられるので、前記ヨウ素反応工程に適用され得る。また、アルキレーション反応を通したクメンの製造工程の場合、約６.８Gcal/時間の熱量が捨てられており、前記クメンの製造工程にも適用が可能である。また、アクリル酸の製造工程時、吸収器で発生する廃熱の温度は約７５℃で、この場合、約１.６〜３.４Gcal/時間の熱量が捨てられており、前記アクリル酸の製造工程にも適用が可能である。
【発明の効果】
【０１４２】
本出願の熱回収装置および方法によれば、産業現場または多様な化学工程、例えば石油化学製品の製造工程で排出される１００℃未満の低級熱源を捨てずに利用してスチームを生成することができ、生成されたスチームを多様な工程に用いることができるので、反応器または蒸留塔に使われるための外部熱源である高温スチームの使用量を節減でき、エネルギー節減効率を最大化させることができるだけでなく、圧縮機で消耗される電力を自体で生産することができ、圧縮機を通過した冷媒の流れの一部気化現象を減少させることができるので、優秀な効率で熱を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】従来の廃熱処理装置を模式的に示した図面。
【図２】本出願の一実施例の熱回収装置を模式的に示した図面。
【図３】本出願の他の実現例による熱回収装置を模式的に示した図面。
【図４】本出願の冷媒の温度-エントロピー線図を例示的に示したグラフ。
【図５】本出願のさらに他の実現例に係る熱回収装置を模式的に示した図面。
【図６】本出願のさらに他の実現例による熱回収装置を模式的に示した図面。
【図７】本出願の実施例に係る熱回収装置を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【０１４４】
以下本出願による実施例および本出願によらない比較例を通じて本出願をより詳細に説明するが、本出願の範囲は下記実施例によって制限されるものではない。
【０１４５】
実施例１
図５の熱回収装置を利用して、スチームを生成した。
【０１４６】
冷媒(１、１、１、３、３-pentafluoropropane、R２４５fa)を蒸発器に流入させ、前記蒸発器で分離された冷媒の流れの一部をコンプレッサー、第１凝縮機および圧力降下装置を順に通過するように、前記冷媒を循環させた。具体的には、６９.６℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態の冷媒の流れを５０，０００kg/時間の流量で蒸発器に流入させ、これと同時に前記蒸発器で８５.０℃、１.０kgf/cm2g(１.９６bar)、気体体積分率が０.０である状態の廃熱の流れを３００，０００kg/時間の流量で流入させて熱交換をさせた。前記熱交換後廃熱の流れは７８.２℃、１.０kgf/cm2g(１.９６bar)、気体体積分率が０.０である状態で３００，０００kg/時間の流量で流出させ、冷媒の流れは８０.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が１.０である状態で流出させた後流体分配器に流入させた。前記流体分配器で分離された冷媒の流れを１９，０００kg/時間の流量で前記コンプレッサーに流入させ、また、前記コンプレッサーで圧縮された冷媒の流れは１２５.０℃、２０.７kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が０.８２である状態でコンプレッサーから流出させた。この場合、前記コンプレッサーで使用された仕事の量は１３５５８３.０Wであった。前記コンプレッサーから流出された冷媒の流れを第１凝縮機に流入させ、これと同時に前記第１凝縮機に１１５.０℃、０.７kgf/cm2g(１.６７bar)、気体体積分率が０.０である状態の水を１，０００kg/時間の流量で流入させて前記冷媒の流れと熱交換をさせた。前記熱交換後、水は１１５.０℃、０.７kgf/cm2g(１.６７bar)、気体体積分率が０.７５である状態のスチームで排出され、冷媒の流れは凝縮されて１２５.０℃、２０.７kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が０.０である状態で流出された後にコントロールバルブに流入された。この時、前記第１凝縮機で凝縮された熱量は４６３４２２.８Wであった。また、前記コントロールバルブを通過した冷媒の流れを７５.４℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記コントロールバルブから流出させた後流体混合器に流入させた。
【０１４７】
一方、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れがタービン、第２熱交換器、第２凝縮機、ポンプ、前記第２熱交換器および流体混合器を順に通過するように循環させた。具体的に、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れを３１，０００kg/時間の流量で前記タービンに流入させ、前記タービンから流出されて前記第２熱交換器に流入された冷媒の流れを第２凝縮機に流入させた。また、前記第２凝縮機から流出させた冷媒の流れはポンプに流入させ、前記ポンプで圧縮された冷媒の流れを再び第２熱交換器に流入させ、前記タービンから流出されて第２熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた後に、流体混合器に流入させた。具体的に、前記タービンで膨張した冷媒の流れを６３.１℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記タービンから流出させた後、前記第２熱交換器に流入させた。この場合、前記タービンで生成された仕事の量は１３７７１３.０Wであった。前記ポンプから流出される冷媒の流れと前記第２熱交換器で熱交換された冷媒の流れは、５１.６℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記第２熱交換器から流出された後、前記第２凝縮機に流入されて凝縮された。前記第２凝縮機で凝縮されて３９.６℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が０.０である状態で流出される冷媒の流れはポンプに流入させて圧縮させた。前記ポンプを通過して圧縮された冷媒の流れを、４０.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記ポンプから流出させた後、前記第２熱交換器に流入させ、前記タービンから流出されて前記第２熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた。前記ポンプから流出されて、第２熱交換器に流入されて熱交換された冷媒の流れは、４６.６℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記第２熱交換器から流出させ、流体混合器に流入させた。前記ポンプから流出された冷媒の流れと前記コントロールバルブから流出された冷媒の流れを前記流体混合器で合流させた後に、５０，０００kg/時間の流量で前記蒸発器に再流入させた。
【０１４８】
この場合、熱回収装置の性能係数を下記の一般式８によって計算し、下記の表１に示した。前記性能係数は、前記圧縮機に投入されたエネルギー対比熱交換媒体が吸収した熱量を示し、すなわち、エネルギー投入量対比回収したエネルギーの比率を意味する。例えば、性能係数が３であれば、投入した電気の３倍の熱量を得たことを意味する。
【０１４９】
【数１】
2019124456.tif 000003
【０１５０】
前記一般式８で、Qは第１凝縮機によって凝縮された熱量を示し、Wはコンプレッサーがした仕事の総量(コンプレッサーで使われた仕事の量-タービンで生産された仕事の量)を示す。
【０１５１】
実施例２
図７の熱回収装置を利用して、スチームを生成した。
【０１５２】
冷媒(１、１、１、３、３-pentafluoropropane、R２４５fa)を蒸発器に流入させ、前記蒸発器で分離された冷媒の流れの一部を第１熱交換器、コンプレッサー、第１凝縮機、第１熱交換器および圧力降下装置を順に通過するように、前記冷媒を循環させた。具体的には、６９.６℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態の冷媒の流れを５０，０００kg/時間の流量で蒸発器に流入させ、これと同時に前記蒸発器で８５.０℃、１.０kgf/cm2g(１.９６bar)、気体体積分率が０.０である状態の廃熱の流れを３００，０００kg/時間の流量で流入させて熱交換をさせた。前記熱交換後廃熱の流れは７８.２℃、１.０kgf/cm2g(１.９６bar)、気体体積分率が０.０である状態で３００，０００kg/時間の流量で流出させ、冷媒の流れは８０.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が１.０である状態で流出させた後第１熱交換器に流入させた。前記蒸発器から流出されて前記第１熱交換器に流入された冷媒の流れを流体分配器に流入させて一部をコンプレッサーに流入させ、前記コンプレッサーから流出させた冷媒の流れは第１凝縮機に流入させて、第１凝縮機を通過する流体の流れと熱交換させた。また、前記第１凝縮機から流出させた冷媒の流れは再び第１熱交換器に流入させ、前記蒸発器から流出されて前記第１熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた後、コントロールバルブに流入させた。具体的に、前記蒸発器から流出され、第１熱交換器に流入されて熱交換された冷媒の流れを１１５.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記第１熱交換器から流出させた後に前記流体分配器に流入させた。前記流体分配器で冷媒の流れを分離した後に、分離された冷媒の流れを１９，０００kg/時間の流量で前記コンプレッサーに流入させ、また、前記コンプレッサーで圧縮された冷媒の流れは１４２.３℃、２０.６kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記コンプレッサーから流出させた。この場合、前記コンプレッサーで使われた仕事の量は１５１６８２.０Wであった。前記コンプレッサーから流出された冷媒の流れを第１凝縮機に流入させ、これと同時に前記第１凝縮機で１１５.０℃、０.７kgf/cm2g(１.６７bar)、気体体積分率が０.０である状態の水を１，０００kg/時間の流量で流入させて前記冷媒の流れと熱交換をさせた。前記熱交換後、水は１２０.０℃、０.７kgf/cm2g(１.６７bar)、気体体積分率が１.０である状態のスチームで排出され、凝縮された冷媒の流れを１２４.９℃、２０.６kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が０.０８である状態で流出させた後に前記第１熱交換器に流入させた。この時、前記第１凝縮機で凝縮された熱量は６２０７７９.０Wであった。前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは前記蒸発器から流出される冷媒の流れと前記第１熱交換器で熱交換された後に、８５.３℃、２０.６kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記第１熱交換器から流出された後にコントロールバルブに流入された。また、前記冷媒の流れを７５.４℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.１１である状態で前記コントロールバルブから流出させた後流体混合器に流入させた。
【０１５３】
一方、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れがタービン、第２熱交換器、第２凝縮機、ポンプ、前記第２熱交換器および流体混合器を順に通過するように循環させた。具体的に、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れを３１，０００kg/時間の流量で前記タービンに流入させ、前記タービンから流出されて前記第２熱交換器に流入された冷媒の流れを第２凝縮機に流入させた。また、前記第２凝縮機から流出させた冷媒の流れはポンプに流入させ、前記ポンプで圧縮された冷媒の流れを再び第２熱交換器に流入させ、前記タービンから流出されて第２熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた後に、流体混合器に流入させた。具体的に、前記タービンで膨張した冷媒の流れを９７.６℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記タービンから流出させた後前記第２熱交換器に流入させた。この場合、前記タービンで生成された仕事の量は１５１６８２.０Wであった。前記タービンから流出されて第２熱交換器に流入され、前記ポンプから流出される冷媒の流れと熱交換された冷媒の流れは、６４.５℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記第２熱交換器から流出された後、前記第２凝縮機に流入されて凝縮された。前記第２凝縮機で凝縮されて３９.６℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が０.０である状態で流出される冷媒の流れはポンプに流入させて圧縮させた。前記ポンプを通過して圧縮された冷媒の流れを、４０.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記ポンプから流出させた後、前記第２熱交換器に流入させ、前記タービンから流出されて前記第２熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた。前記ポンプから流出されて、第２熱交換器に流入されて熱交換された冷媒の流れは、５９.５℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記第２熱交換器から流出させ、流体混合器に流入させた。前記ポンプから流出された冷媒の流れと前記コントロールバルブから流出された冷媒の流れを前記流体混合器で合流させた後に、５０，０００kg/時間の流量で前記蒸発器に再流入させた。
【０１５４】
この場合、熱回収装置の性能係数を下記の表１に示した。
【０１５５】
実施例３
蒸発器から流出された冷媒の流れを流体分配器に流入させて分離するものの、前記流体分配器で冷媒の流れを分離した後に、前記流体分配器で分離された冷媒の流れを２５，０００kg/時間の流量で前記コンプレッサーに流入させ、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れを２５，０００kg/時間の流量で前記タービンに流入させた。また、第１凝縮機に流入される水の流量を３，０００kg/時間の流量で流入させ、前記第１凝縮機で熱交換された水を１１５.０℃、０.７kgf/cm2g(１.６７bar)、気体体積分率が０.３３である状態のスチームで排出させたことを除いては実施例１と同じ方法でスチームを生成した。
【０１５６】
この場合、熱回収装置の性能係数を下記の表１に示した。
【０１５７】
実施例４
蒸発器から流出された冷媒の流れを流体分配器に流入させて分離するものの、前記流体分配器で冷媒の流れを分離した後に、前記流体分配器で分離された冷媒の流れを４０，０００kg/時間の流量で前記コンプレッサーに流入させ、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れを１０，０００kg/時間の流量で前記タービンに流入させた。また、第１凝縮機に流入される水の流量を３，０００kg/時間の流量で流入させ、前記第１凝縮機で熱交換された水を１１５.０℃、０.７kgf/cm2g(１.６７bar)、気体体積分率が０.５３である状態のスチームで排出させたことを除いては実施例１と同じ方法でスチームを生成した。
【０１５８】
この場合、熱回収装置の性能係数を下記の表２に示した。
【０１５９】
実施例５
図７の熱回収装置を利用して、スチームを生成した。
【０１６０】
冷媒(１、１、１、３、３-pentafluoropropane、R２４５fa)を蒸発器に流入させ、前記蒸発器で分離された冷媒の流れの一部を第１熱交換器、コンプレッサー、第１凝縮機、第１熱交換器および圧力降下装置を順に通過するように、前記冷媒を循環させた。具体的には、６９.６℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態の冷媒の流れを５０，０００kg/時間の流量で蒸発器に流入させ、これと同時に前記蒸発器で８５.０℃、１.０kgf/cm2g(１.９６bar)、気体体積分率が０.０である状態の廃熱の流れを３００，０００kg/時間の流量で流入させて熱交換をさせた。前記熱交換後廃熱の流れは７８.２℃、１.０kgf/cm2g(１.９６bar)、気体体積分率が０.０である状態で３００，０００kg/時間の流量で流出させ、冷媒の流れは８０.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が１.０である状態で流出させた後第１熱交換器に流入させた。前記蒸発器から流出されて前記第１熱交換器に流入された冷媒の流れを流体分配器に流入させて一部をコンプレッサーに流入させ、前記コンプレッサーから流出させた冷媒の流れは第１凝縮機に流入させ、第１凝縮機を通過する流体の流れと熱交換させた。また、前記第１凝縮機から流出させた冷媒の流れは再び第１熱交換器に流入させ、前記蒸発器から流出されて前記第１熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた後、コントロールバルブに流入させた。具体的に、前記蒸発器から流出されて、第１熱交換器に流入されて熱交換された冷媒の流れを１１０.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記第１熱交換器から流出させた後に前記流体分配器に流入させた。前記流体分配器で冷媒の流れを分離した後に、分離された冷媒の流れを１９，０００kg/時間の流量で前記コンプレッサーに流入させ、また、前記コンプレッサーで圧縮された冷媒の流れは１３７.２℃、２０.７kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記コンプレッサーから流出させた。この場合、前記コンプレッサーで使われた仕事の量は１４９９１６.０Wであった。前記コンプレッサーから流出された冷媒の流れを第１凝縮機に流入させ、これと同時に前記第１凝縮機で１１５.０℃、０.７kgf/cm2g(１.６７bar)、気体体積分率が０.０である状態の水を３，０００kg/時間の流量で流入させて前記冷媒の流れと熱交換をさせた。前記熱交換後、水は１１５.０℃、０.７kgf/cm2g(１.６７bar)、気体体積分率が０.３４である状態のスチームで排出され、凝縮された冷媒の流れを１２５.０℃、２０.７kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が０.０である状態で流出させた後に前記第１熱交換器に流入させた。この時、前記第１凝縮機で凝縮された熱量は６３４５２４.０Wであった。前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは前記蒸発器から流出される冷媒の流れと前記第１熱交換器で熱交換された後に、８８.２℃、２０.７kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記第１熱交換器から流出された後にコントロールバルブに流入された。また、前記冷媒の流れを７５.４℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.１５である状態で前記コントロールバルブから流出させた後流体混合器に流入させた。
【０１６１】
一方、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れがタービン、第２熱交換器、第２凝縮機、ポンプ、前記第２熱交換器および流体混合器を順に通過するように循環させた。具体的に、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れを３１，０００kg/時間の流量で前記タービンに流入させ、前記タービンから流出されて前記第２熱交換器に流入された冷媒の流れを第２凝縮機に流入させた。また、前記第２凝縮機から流出させた冷媒の流れはポンプに流入させ、前記ポンプで圧縮された冷媒の流れを再び第２熱交換器に流入させ、前記タービンから流出されて第２熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた後に、流体混合器に流入させた。具体的に、前記タービンで膨張した冷媒の流れを９２.６℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記タービンから流出させた後前記第２熱交換器に流入させた。この場合、前記タービンで生成された仕事の量は１４９９１６.０Wであった。前記タービンから流出されて第２熱交換器に流入され、前記ポンプから流出される冷媒の流れと熱交換された冷媒の流れは、６２.６℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記第２熱交換器から流出された後、前記第２凝縮機に流入されて凝縮された。前記第２凝縮機で凝縮されて３９.６℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が０.０である状態で流出される冷媒の流れはポンプに流入させて圧縮させた。前記ポンプを通過して圧縮された冷媒の流れを、４０.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記ポンプから流出させた後、前記第２熱交換器に流入させ、前記タービンから流出されて前記第２熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた。前記ポンプから流出されて、第２熱交換器に流入されて熱交換された冷媒の流れは、５７.６℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記第２熱交換器から流出させ、流体混合器に流入させた。前記ポンプから流出された冷媒の流れと前記コントロールバルブから流出された冷媒の流れを前記流体混合器で合流させた後に、５０，０００kg/時間の流量で前記蒸発器に再流入させた。
【０１６２】
この場合、熱回収装置の性能係数を下記の表２に示した。
【０１６３】
実施例６
図７の熱回収装置を利用して、スチームを生成した。
【０１６４】
冷媒(１、１、１、３、３-pentafluoropropane、R２４５fa)を蒸発器に流入させ、前記蒸発器で分離された冷媒の流れの一部を第１熱交換器、コンプレッサー、第１凝縮機、第１熱交換器および圧力降下装置を順に通過するように、前記冷媒を循環させた。具体的には、６９.６℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態の冷媒の流れを５０，０００kg/時間の流量で蒸発器に流入させ、これと同時に前記蒸発器で８５.０℃、１.０kgf/cm2g(１.９６bar)、気体体積分率が０.０である状態の廃熱の流れを３００，０００kg/時間の流量で流入させて熱交換をさせた。前記熱交換後廃熱の流れは７８.２℃、１.０kgf/cm2g(１.９６bar)、気体体積分率が０.０である状態で３００，０００kg/時間の流量で流出させ、冷媒の流れは８０.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が１.０である状態で流出させた後第１熱交換器に流入させた。前記蒸発器から流出されて前記第１熱交換器に流入された冷媒の流れを流体分配器に流入させて一部をコンプレッサーに流入させ、前記コンプレッサーから流出させた冷媒の流れは第１凝縮機に流入させ、第１凝縮機を通過する流体の流れと熱交換させた。また、前記第１凝縮機から流出させた冷媒の流れは再び第１熱交換器に流入させ、前記蒸発器から流出されて前記第１熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた後、コントロールバルブに流入させた。具体的に、前記蒸発器から流出されて、第１熱交換器に流入されて熱交換された冷媒の流れを９０.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記第１熱交換器から流出させた後に前記流体分配器に流入させた。前記流体分配器で冷媒の流れを分離した後に、分離された冷媒の流れを１９，０００kg/時間の流量で前記コンプレッサーに流入させ、また、前記コンプレッサーで圧縮された冷媒の流れは１２５.０℃、２０.７kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が０.９２である状態で前記コンプレッサーから流出させた。この場合、前記コンプレッサーで使われた仕事の量は１４１５９６.０Wであった。前記コンプレッサーから流出された冷媒の流れを第１凝縮機に流入させ、これと同時に前記第１凝縮機で１１５.０℃、０.７kgf/cm2g(１.６７bar)、気体体積分率が０.０である状態の水を３，０００kg/時間の流量で流入させて前記冷媒の流れと熱交換をさせた。前記熱交換後、水は１１５.０℃、０.７kgf/cm2g(１.６７bar)、気体体積分率が０.２８である状態のスチームで排出され、凝縮された冷媒の流れを１２５.０℃、２０.７kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が０.０である状態で流出させた後に前記第１熱交換器に流入させた。この時、前記第１凝縮機で凝縮された熱量は５２０５９０.８Wであった。前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは前記蒸発器から流出される冷媒の流れと前記第１熱交換器で熱交換された後に、１１４.０℃、２０.７kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記第１熱交換器から流出された後にコントロールバルブに流入された。また、前記冷媒の流れを７５.４℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記コントロールバルブから流出させた後流体混合器に流入させた。
【０１６５】
一方、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れがタービン、第２熱交換器、第２凝縮機、ポンプ、前記第２熱交換器および流体混合器を順に通過するように循環させた。具体的に、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れを３１，０００kg/時間の流量で前記タービンに流入させ、前記タービンから流出されて前記第２熱交換器に流入された冷媒の流れを第２凝縮機に流入させた。また、前記第２凝縮機から流出させた冷媒の流れはポンプに流入させ、前記ポンプで圧縮された冷媒の流れを再び第２熱交換器に流入させ、前記タービンから流出されて第２熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた後に、流体混合器に流入させた。具体的に、前記タービンで膨張した冷媒の流れを７２.９℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記タービンから流出させた後前記第２熱交換器に流入させた。この場合、前記タービンで生成された仕事の量は１４１６８６.０Wであった。前記タービンから流出されて第２熱交換器に流入され、前記ポンプから流出される冷媒の流れと熱交換された冷媒の流れは、５５.２℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記第２熱交換器から流出された後、前記第２凝縮機に流入されて凝縮された。前記第２凝縮機で凝縮されて３９.６℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が０.０である状態で流出される冷媒の流れはポンプに流入させて圧縮させた。前記ポンプを通過して圧縮された冷媒の流れを、４０.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記ポンプから流出させた後、前記第２熱交換器に流入させ、前記タービンから流出されて前記第２熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた。前記ポンプから流出されて、第２熱交換器に流入されて熱交換された冷媒の流れは、５０.２℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記第２熱交換器から流出させ、流体混合器に流入させた。前記ポンプから流出された冷媒の流れと前記コントロールバルブから流出された冷媒の流れを前記流体混合器で合流させた後に、５０，０００kg/時間の流量で前記蒸発器に再流入させた。
【０１６６】
この場合、熱回収装置の性能係数を下記の表２に示した。
【０１６７】
実施例７
図７の熱回収装置を利用して、スチームを生成した。
【０１６８】
冷媒(１、１、１、３、３-pentafluoropropane、R２４５fa)を蒸発器に流入させ、前記蒸発器で分離された冷媒の流れの一部を第１熱交換器、コンプレッサー、第１凝縮機、第１熱交換器および圧力降下装置を順に通過するように、前記冷媒を循環させた。具体的には、６９.６℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態の冷媒の流れを５０，０００kg/時間の流量で蒸発器に流入させ、これと同時に前記蒸発器で８５.０℃、１.０kgf/cm2g(１.９６bar)、気体体積分率が０.０である状態の廃熱の流れを３００，０００kg/時間の流量で流入させて熱交換をさせた。前記熱交換後廃熱の流れは７８.４℃、１.０kgf/cm2g(１.９６bar)、気体体積分率が０.０である状態で３００，０００kg/時間の流量で流出させ、冷媒の流れは７７.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が１.０である状態で流出させた後第１熱交換器に流入させた。前記蒸発器から流出されて前記第１熱交換器に流入された冷媒の流れを流体分配器に流入させて一部をコンプレッサーに流入させ、前記コンプレッサーから流出させた冷媒の流れは第１凝縮機に流入させ、第１凝縮機を通過する流体の流れと熱交換させた。また、前記第１凝縮機から流出させた冷媒の流れは再び第１熱交換器に流入させ、前記蒸発器から流出されて前記第１熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた後、コントロールバルブに流入させた。具体的に、前記蒸発器から流出されて、第１熱交換器に流入されて熱交換された冷媒の流れを１０８.２℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記第１熱交換器から流出させた後に前記流体分配器に流入させた。前記流体分配器で冷媒の流れを分離した後に、分離された冷媒の流れを１９，０００kg/時間の流量で前記コンプレッサーに流入させ、また、前記コンプレッサーで圧縮された冷媒の流れは１３５.４℃、２０.７kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記コンプレッサーから流出させた。この場合、前記コンプレッサーで使われた仕事の量は１４９２６０.０Wであった。前記コンプレッサーから流出された冷媒の流れを第１凝縮機に流入させ、これと同時に前記第１凝縮機で１１５.０℃、０.７kgf/cm2g(１.６７bar)、気体体積分率が０.０である状態の水を１，０００kg/時間の流量で流入させて前記冷媒の流れと熱交換をさせた。前記熱交換後、水は１２０.０℃、０.７kgf/cm2g(１.６７bar)、気体体積分率が１.０である状態のスチームで排出され、凝縮された冷媒の流れを１２５.０℃、２０.７kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が０.０１である状態で流出させた後に前記第１熱交換器に流入させた。この時、前記第１凝縮機で凝縮された熱量は６２０７７９.０Wであった。前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは前記蒸発器から流出される冷媒の流れと前記第１熱交換器で熱交換された後に、８７.０℃、２０.７kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記第１熱交換器から流出された後にコントロールバルブに流入された。また、前記冷媒の流れを７５.４℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記コントロールバルブから流出させた後流体混合器に流入させた。
【０１６９】
一方、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れがタービン、第２熱交換器、第２凝縮機、ポンプ、前記第２熱交換器および流体混合器を順に通過するように循環させた。具体的に、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れを３１，０００kg/時間の流量で前記タービンに流入させ、前記タービンから流出されて前記第２熱交換器に流入された冷媒の流れを第２凝縮機に流入させた。また、前記第２凝縮機から流出させた冷媒の流れはポンプに流入させ、前記ポンプで圧縮された冷媒の流れを再び第２熱交換器に流入させ、前記タービンから流出されて第２熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた後に、流体混合器に流入させた。具体的に、前記タービンで膨張した冷媒の流れを９０.９℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記タービンから流出させた後前記第２熱交換器に流入させた。この場合、前記タービンで生成された仕事の量は１４８９８５.０Wであった。前記タービンから流出されて第２熱交換器に流入され、前記ポンプから流出される冷媒の流れと熱交換された冷媒の流れは、６２.０℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記第２熱交換器から流出された後、前記第２凝縮機に流入されて凝縮された。前記第２凝縮機で凝縮されて３９.６℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が０.０である状態で流出される冷媒の流れはポンプに流入させて圧縮させた。前記ポンプを通過して圧縮された冷媒の流れを、４０.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記ポンプから流出させた後、前記第２熱交換器に流入させ、前記タービンから流出されて前記第２熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた。前記ポンプから流出されて、第２熱交換器に流入されて熱交換された冷媒の流れは、５７.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記第２熱交換器から流出させ、流体混合器に流入させた。前記ポンプから流出された冷媒の流れと前記コントロールバルブから流出された冷媒の流れを前記流体混合器で合流させた後に、５０，０００kg/時間の流量で前記蒸発器に再流入させた。
【０１７０】
この場合、熱回収装置の性能係数を下記の表３に示した。
【０１７１】
実施例８
図７の熱回収装置を利用して、スチームを生成した。
【０１７２】
冷媒(１、１、１、３、３-pentafluoropropane、R２４５fa)を蒸発器に流入させ、前記蒸発器で分離された冷媒の流れの一部を第１熱交換器、コンプレッサー、第１凝縮機、第１熱交換器および圧力降下装置を順に通過するように、前記冷媒を循環させた。具体的には、６９.６℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態の冷媒の流れを５０，０００kg/時間の流量で蒸発器に流入させ、これと同時に前記蒸発器で８５.０℃、１.０kgf/cm2g(１.９６bar)、気体体積分率が０.０である状態の廃熱の流れを３００，０００kg/時間の流量で流入させて熱交換をさせた。前記熱交換後廃熱の流れは７８.２℃、１.０kgf/cm2g(１.９６bar)、気体体積分率が０.０である状態で３００，０００kg/時間の流量で流出させ、冷媒の流れは８０.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が１.０である状態で流出させた後第１熱交換器に流入させた。前記蒸発器から流出されて前記第１熱交換器に流入された冷媒の流れを流体分配器に流入させて一部をコンプレッサーに流入させ、前記コンプレッサーから流出させた冷媒の流れは第１凝縮機に流入させ、第１凝縮機を通過する流体の流れと熱交換させた。また、前記第１凝縮機から流出させた冷媒の流れは再び第１熱交換器に流入させ、前記蒸発器から流出されて前記第１熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた後、コントロールバルブに流入させた。具体的に、前記蒸発器から流出されて、第１熱交換器に流入されて熱交換された冷媒の流れを１２７.７℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記第１熱交換器から流出させた後に前記流体分配器に流入させた。前記流体分配器で冷媒の流れを分離した後に、分離された冷媒の流れを１９，０００kg/時間の流量で前記コンプレッサーに流入させ、また、前記コンプレッサーで圧縮された冷媒の流れは１６３.９℃、２９.３kgf/cm2g(２９.７bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記コンプレッサーから流出させた。この場合、前記コンプレッサーで使われた仕事の量は２０６６８５.２Wであった。前記コンプレッサーから流出された冷媒の流れを第１凝縮機に流入させ、これと同時に前記第１凝縮機で１３７.０℃、２.３kgf/cm2g(３.２４bar)、気体体積分率が０.０である状態の水を３，０００kg/時間の流量で流入させて前記冷媒の流れと熱交換をさせた。前記熱交換後、水は１３７.０℃、２.３kgf/cm2g(３.２４bar)、気体体積分率が０.２９である状態のスチームで排出され、凝縮された冷媒の流れを１４２.９℃、２９.３kgf/cm2g(２９.７bar)、気体体積分率が０.０である状態で流出させた後に前記第１熱交換器に流入させた。この時、前記第１凝縮機で凝縮された熱量は５１５４１８.０Wであった。前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは前記蒸発器から流出される冷媒の流れと前記第１熱交換器で熱交換された後に、９０.０℃、２９.３kgf/cm2g(２９.７bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記第１熱交換器から流出された後にコントロールバルブに流入された。また、前記冷媒の流れを７５.４℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記コントロールバルブから流出させた後流体混合器に流入させた。
【０１７３】
一方、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れがタービン、第２熱交換器、第２凝縮機、ポンプ、前記第２熱交換器および流体混合器を順に通過するように循環させた。具体的に、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れを３１，０００kg/時間の流量で前記タービンに流入させ、前記タービンから流出されて前記第２熱交換器に流入された冷媒の流れを第２凝縮機に流入させた。また、前記第２凝縮機から流出させた冷媒の流れはポンプに流入させ、前記ポンプで圧縮された冷媒の流れを再び第２熱交換器に流入させ、前記タービンから流出されて第２熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた後に、流体混合器に流入させた。具体的に、前記タービンで膨張した冷媒の流れを１１０.１℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記タービンから流出させた後前記第２熱交換器に流入させた。この場合、前記タービンで生成された仕事の量は１５６７４２.０Wであった。前記タービンから流出されて第２熱交換器に流入され、前記ポンプから流出される冷媒の流れと熱交換された冷媒の流れは、６９.３℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記第２熱交換器から流出された後、前記第２凝縮機に流入されて凝縮された。前記第２凝縮機で凝縮されて３９.６℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が０.０である状態で流出される冷媒の流れはポンプに流入させて圧縮させた。前記ポンプを通過して圧縮された冷媒の流れを、４０.０℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記ポンプから流出させた後、前記第２熱交換器に流入させ、前記タービンから流出されて前記第２熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた。前記ポンプから流出されて、第２熱交換器に流入されて熱交換された冷媒の流れは、６４.３℃、６.２kgf/cm2g(７.１bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記第２熱交換器から流出させ、流体混合器に流入させた。前記ポンプから流出された冷媒の流れと前記コントロールバルブから流出された冷媒の流れを前記流体混合器で合流させた後に、５０，０００kg/時間の流量で前記蒸発器に再流入させた。
【０１７４】
この場合、熱回収装置の性能係数を下記の表３に示した。
【０１７５】
比較例１
蒸発器から流出された冷媒の流れを流体分配器に流入させずに、全部コンプレッサーに流入させたことを除いては実施例１と同じ方法で、スチームを生成した。
【０１７６】
具体的には、７５.４℃、７.１kgf/cm2g、気体体積分率が０.０である状態の冷媒の流れを蒸発器に流入させ、これと同時に前記蒸発器で８５.０℃、１.０kgf/cm2g、気体体積分率が０.０である状態の廃熱の流れを３００，０００kg/時間の流量で流入させて熱交換をさせた。前記熱交換後廃熱の流れは８１.２℃、１.０kgf/cm2g、気体体積分率が０.０である状態で３００，０００kg/時間の流量で流出させ、冷媒の流れは８０.０℃、７.１kgf/cm2g、気体体積分率が１.０である状態で流出させた後コンプレッサーに流入された。また、前記コンプレッサーで圧縮された冷媒の流れは１２５.０℃、２１.３kgf/cm2g、気体体積分率が０.８２である状態でコンプレッサーから流出させた。この場合、前記コンプレッサーで使われた仕事の量は２１４０７８.６Wであった。前記コンプレッサーから流出された冷媒の流れを第１凝縮機に流入させ、これと同時に前記第１凝縮機で１１５.０℃、０.７kgf/cm2g、気体体積分率が０.０である状態の水を１、８００kg/時間の流量で流入させて前記冷媒の流れと熱交換をさせた。前記熱交換後、水は１２０.０℃、０.７kgf/cm2g、気体体積分率が１.０である状態のスチームで排出され、冷媒の流れは凝縮されて１２０.０℃、２１.３kgf/cm2g、気体体積分率が０.０である状態で流出させた後にコントロールバルブに流入された。また、前記コントロールバルブを通過した冷媒の流れを７５.４℃、７.１kgf/cm2g、気体体積分率が０.０である状態で前記コントロールバルブから流出させた後蒸発器に再流入させた。
【０１７７】
この場合、熱回収装置の性能係数を計算したし、下記の表４に示した。
【０１７８】
比較例２
図７の熱回収装置を利用して、スチームを生成した。
【０１７９】
冷媒(１、１、１、３、３-pentafluoropropane、R２４５fa)を蒸発器に流入させ、前記蒸発器で分離された冷媒の流れの一部を第１熱交換器、コンプレッサー、第１凝縮機、第１熱交換器および圧力降下装置を順に通過するように、前記冷媒を循環させた。具体的には、４７.１℃、２.２kgf/cm2g(３.１４bar)、気体体積分率が０.３４である状態の冷媒の流れを５０，０００kg/時間の流量で蒸発器に流入させ、これと同時に前記蒸発器で８５.０℃、１.０kgf/cm2g(１.９６bar)、気体体積分率が０.０である状態の廃熱の流れを３００，０００kg/時間の流量で流入させて熱交換をさせた。前記熱交換後廃熱の流れは８３.８℃、１.０kgf/cm2g(１.９６bar)、気体体積分率が０.０である状態で３００，０００kg/時間の流量で流出させ、冷媒の流れは８０.０℃、２.２kgf/cm2g(３.１４bar)、気体体積分率が１.０である状態で流出させた後第１熱交換器に流入させた。前記蒸発器から流出されて前記第１熱交換器に流入された冷媒の流れを流体分配器に流入させて一部をコンプレッサーに流入させ、前記コンプレッサーから流出させた冷媒の流れは第１凝縮機に流入させ、第１凝縮機を通過する流体の流れと熱交換させた。また、前記第１凝縮機から流出させた冷媒の流れは再び第１熱交換器に流入させ、前記蒸発器から流出されて前記第１熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた後、コントロールバルブに流入させた。具体的に、前記蒸発器から流出されて、第１熱交換器に流入されて熱交換された冷媒の流れを１０１.８℃、２.２kgf/cm2g(３.１４bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記第１熱交換器から流出させた後に前記流体分配器に流入させた。前記流体分配器で冷媒の流れを分離した後に、分離された冷媒の流れを１９，０００kg/時間の流量で前記コンプレッサーに流入させ、また、前記コンプレッサーで圧縮された冷媒の流れは１４９.１℃、２０.７kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記コンプレッサーから流出させた。この場合、前記コンプレッサーで使われた仕事の量は２６０８５３.５Wであった。前記コンプレッサーから流出された冷媒の流れを第１凝縮機に流入させ、これと同時に前記第１凝縮機で１１５.０℃、０.７kgf/cm2g(１.６７bar)、気体体積分率が０.０である状態の水を１，０００kg/時間の流量で流入させて前記冷媒の流れと熱交換をさせた。前記熱交換後、水は１２０.０℃、０.７kgf/cm2g(１.６７bar)、気体体積分率が１.０である状態のスチームで排出され、凝縮された冷媒の流れを１２５.０℃、２０.７kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が０.１４である状態で流出させた後に前記第１熱交換器に流入させた。この時、前記第１凝縮機で凝縮された熱量は６２０７７８.６Wであった。前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは前記蒸発器から流出される冷媒の流れと前記第１熱交換器で熱交換された後に、１０６.８℃、２０.７kgf/cm2g(２１.３bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記第１熱交換器から流出された後にコントロールバルブに流入された。また、前記冷媒の流れを４７.１℃、２.２kgf/cm2g(３.１４bar)、気体体積分率が０.６０である状態で前記コントロールバルブから流出させた後流体混合器に流入させた。
【０１８０】
一方、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れがタービン、第２熱交換器、第２凝縮機、ポンプ、前記第２熱交換器および流体混合器を順に通過するように循環させた。具体的に、前記流体分配器で分離された残りの冷媒の流れを３１，０００kg/時間の流量で前記タービンに流入させ、前記タービンから流出されて前記第２熱交換器に流入された冷媒の流れを第２凝縮機に流入させた。また、前記第２凝縮機から流出させた冷媒の流れはポンプに流入させ、前記ポンプで圧縮された冷媒の流れを再び第２熱交換器に流入させ、前記タービンから流出されて第２熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた後に、流体混合器に流入させた。具体的に、前記タービンで膨張した冷媒の流れを９７.８℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記タービンから流出させた後前記第２熱交換器に流入させた。この場合、前記タービンで生成された仕事の量は３４９１６.２Wであった。前記タービンから流出されて第２熱交換器に流入され、前記ポンプから流出される冷媒の流れと熱交換された冷媒の流れは、５２.１℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が１.０である状態で前記第２熱交換器から流出された後、前記第２凝縮機に流入されて凝縮された。前記第２凝縮機で凝縮されて３９.６℃、１.５kgf/cm2g(２.４５bar)、気体体積分率が０.０である状態で流出される冷媒の流れはポンプに流入させて圧縮させた。前記ポンプを通過して圧縮された冷媒の流れを、３９.６℃、２.２kgf/cm2g(３.１４bar)、気体体積分率が０.０である状態で前記ポンプから流出させた後、前記第２熱交換器に流入させ、前記タービンから流出されて前記第２熱交換器に流入される冷媒の流れと熱交換させた。前記ポンプから流出されて、第２熱交換器に流入されて熱交換された冷媒の流れは、４７.１℃、２.２kgf/cm2g(３.１４bar)、気体体積分率が０.１７である状態で前記第２熱交換器から流出させ、流体混合器に流入させた。前記ポンプから流出された冷媒の流れと前記コントロールバルブから流出された冷媒の流れを前記流体混合器で合流させた後に、５０，０００kg/時間の流量で前記蒸発器に再流入させた。
【０１８１】
この場合、熱回収装置の性能係数を下記の表４に示した。
【０１８２】
【表１】
2019124456.tif 000004
【０１８３】
【表２】
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【０１８４】
【表３】
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【０１８５】
【表４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年3月18日(2019.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流れる配管を通じて流体連結された蒸発器、第１圧縮機、第１凝縮機および圧力降下装置を含む第１循環ループ;および前記第１循環ループと前記蒸発器を共有し、冷媒が流れる配管を通じて流体連結された蒸発器、タービン、第２凝縮機および第２圧縮機を含む第２循環ループを含み、
前記蒸発器から流出される冷媒の流れは流体分配器に流入され、前記流体分配器に流入された冷媒の流れは前記流体分配器で分離されて一部は前記第１圧縮機に流入され、残りの一部は前記タービンに流入され、
前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れは前記第１凝縮機に流入されて前記第１凝縮機に流入される第２流体の流れと熱交換され、
前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは前記圧力降下装置に流入され、
前記タービンから流出される冷媒の流れは前記第２凝縮機に流入され、
前記第２凝縮機から流出される冷媒の流れは前記第２圧縮機に流入され、
前記圧力降下装置から流出される冷媒の流れと前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れは流体混合器に流入されて合流させられてから前記蒸発器に流入され、
前記蒸発器に流入される冷媒の流れは前記蒸発器に流入される第１流体の流れと熱交換され、
前記蒸発器と前記流体分配器の間の配管および前記第１凝縮機および前記圧力降下装置の間の配管に流体連結された第１熱交換器をさらに含み、
前記蒸発器から流出される冷媒の流れは前記第１熱交換器に流入された後に前記流体分配器に流入され、
前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは、前記第１熱交換器に流入された後に前記圧力降下装置に流入され、
前記蒸発器から流出される冷媒の流れと前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは、前記第１熱交換器で熱交換される、熱回収装置。
【請求項２】
冷媒が流れる配管を通じて流体連結された蒸発器、第１圧縮機、第１凝縮機および圧力降下装置を含む第１循環ループ;および前記第１循環ループと前記蒸発器を共有し、冷媒が流れる配管を通じて流体連結された蒸発器、タービン、第２凝縮機および第２圧縮機を含む第２循環ループを含み、
前記蒸発器から流出される冷媒の流れは流体分配器に流入され、前記流体分配器に流入された冷媒の流れは前記流体分配器で分離されて一部は前記第１圧縮機に流入され、残りの一部は前記タービンに流入され、
前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れは前記第１凝縮機に流入されて前記第１凝縮機に流入される第２流体の流れと熱交換され、
前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは前記圧力降下装置に流入され、
前記タービンから流出される冷媒の流れは前記第２凝縮機に流入され、
前記第２凝縮機から流出される冷媒の流れは前記第２圧縮機に流入され、
前記圧力降下装置から流出される冷媒の流れと前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れは流体混合器に流入されて合流させられてから前記蒸発器に流入され、
前記蒸発器に流入される冷媒の流れは前記蒸発器に流入される第１流体の流れと熱交換され、
前記タービンと前記第２凝縮機の間の配管および前記第２圧縮機および前記流体混合器の間の配管に流体連結された第２熱交換器をさらに含み、
前記タービンから流出される冷媒の流れは、前記第２熱交換器に流入された後に前記第２凝縮機に流入され、
前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れは、前記第２熱交換器に流入された後に前記流体混合器に流入され、
前記タービンから流出される冷媒の流れと前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れは、前記第２熱交換器で熱交換される、熱回収装置。
【請求項３】
冷媒が流れる配管を通じて流体連結された蒸発器、第１圧縮機、第１凝縮機および圧力降下装置を含む第１循環ループ;および前記第１循環ループと前記蒸発器を共有し、冷媒が流れる配管を通じて流体連結された蒸発器、タービン、第２凝縮機および第２圧縮機を含む第２循環ループを含み、
前記蒸発器から流出される冷媒の流れは流体分配器に流入され、前記流体分配器に流入された冷媒の流れは前記流体分配器で分離されて一部は前記第１圧縮機に流入され、残りの一部は前記タービンに流入され、
前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れは前記第１凝縮機に流入されて前記第１凝縮機に流入される第２流体の流れと熱交換され、
前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは前記圧力降下装置に流入され、
前記タービンから流出される冷媒の流れは前記第２凝縮機に流入され、
前記第２凝縮機から流出される冷媒の流れは前記第２圧縮機に流入され、
前記圧力降下装置から流出される冷媒の流れと前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れは流体混合器に流入されて合流させられてから前記蒸発器に流入され、
前記蒸発器に流入される冷媒の流れは前記蒸発器に流入される第１流体の流れと熱交換され、
前記蒸発器と前記流体分配器の間の配管および前記第１凝縮機および前記圧力降下装置の間の配管に流体連結された第１熱交換器をさらに含み、
前記蒸発器から流出される冷媒の流れは前記第１熱交換器に流入された後に前記流体分配器に流入され、
前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは、前記第１熱交換器に流入された後に前記圧力降下装置に流入され、
前記蒸発器から流出される冷媒の流れと前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れは、前記第１熱交換器で熱交換され、
前記タービンと前記第２凝縮機の間の配管および前記第２圧縮機および前記流体混合器の間の配管に流体連結された第２熱交換器をさらに含み、
前記タービンから流出される冷媒の流れは、前記第２熱交換器に流入された後に前記第２凝縮機に流入され、
前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れは、前記第２熱交換器に流入された後に前記流体混合器に流入され、
前記タービンから流出される冷媒の流れと前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れは、前記第２熱交換器で熱交換される、熱回収装置。
【請求項４】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量に対する、前記流体分配器で分離されて前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの流量の比は下記の一般式１を満足する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱回収装置:
[一般式１]
０.３≦Fc/Fe≦０.５
前記一般式１において、Fcは前記流体分配器で分離されて前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの流量を示し、Feは前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量を示す。
【請求項５】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量に対する、前記流体分配器で分離されて前記タービンに流入される冷媒の流れの流量の比は下記の一般式２を満足する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱回収装置:
[一般式２]
０.５≦Ft/Fe≦０.７
前記一般式２において、Ftは前記流体分配器で分離されて前記タービンに流入される冷媒の流れの流量を示し、Feは前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量を示す。
【請求項６】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れの温度と前記蒸発器に流入される第１流体の流れの温度が、下記の一般式３を満足する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱回収装置:
[一般式３]
１℃≦TEin-TEout≦２０℃
前記一般式３において、TEinは前記蒸発器に流入される第１流体の流れの温度を示し、TEoutは前記蒸発器から流出される冷媒の流れの温度を示す。
【請求項７】
前記流体分配器で分離されて前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの圧力と前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力の比が、下記の一般式４を満足する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱回収装置:
[一般式４]
２≦PC1out/PC1in≦５
前記一般式４において、PC1outは前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力(bar)を示し、PC1inは前記流体分配器で分離されて前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの圧力(bar)を示す。
【請求項８】
前記第２凝縮機から流出されて前記第２圧縮機に流入される冷媒の流れの圧力と前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力の比が、下記の一般式５を満足する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱回収装置:
[一般式５]
２≦PC2out/PC2in≦７
前記一般式５において、PC2outは前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力(bar)を示し、PC2inは前記第２凝縮機から流出されて前記第２圧縮機に流入される冷媒の流れの圧力(bar)を示す。
【請求項９】
前記冷媒は、温度-エントロピー線図の飽和蒸気曲線の接線の傾きが正の傾きを有する冷媒である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱回収装置。
【請求項１０】
前記第１凝縮機から流出されて前記第１熱交換器に流入される冷媒の流れの温度と前記第１熱交換器から流出されて前記流体分配器に流入される冷媒の流れの温度が下記の一般式６を満足する、請求項１または３に記載の熱回収装置:
[一般式６]
１℃≦TR1in-TR1out≦５０℃
前記一般式６において、TR1inは前記第１凝縮機から流出されて前記第１熱交換器に流入される冷媒の流れの温度を示し、TR1outは前記第１熱交換器から流出されて前記流体分配器に流入される冷媒の流れの温度を示す。
【請求項１１】
冷媒の流れを蒸発器に流入させ、前記蒸発器から流出される冷媒の流れの一部を第１圧縮機に流入させ、前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れを第１凝縮機に流入させ、前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れを圧力降下装置に流入させ、前記圧力降下装置から流出される冷媒の流れを前記蒸発器に流入させる第１循環段階;および前記蒸発器から流出される冷媒の流れの残りの一部をタービンに流入させ、前記タービンから流出される冷媒の流れを第２凝縮機に流入させ、前記第２凝縮機から流出される冷媒の流れを第２圧縮機に流入させ、前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れを前記蒸発器に流入させる第２循環段階を含む冷媒循環段階;
前記蒸発器に流入される冷媒の流れを前記蒸発器に流入される第１流体の流れと熱交換させる第１熱交換段階;前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れを前記第１凝縮機に流入される第２流体の流れと熱交換させる第２熱交換段階を含み、
前記第１循環段階は、前記蒸発器から流出される冷媒の流れを第１熱交換器に流入させた後に前記第１圧縮機に流入させ、前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れを前記第１熱交換器に流入させた後に前記圧力降下装置に流入させることをさらに含む、熱回収方法。
【請求項１２】
冷媒の流れを蒸発器に流入させ、前記蒸発器から流出される冷媒の流れの一部を第１圧縮機に流入させ、前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れを第１凝縮機に流入させ、前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れを圧力降下装置に流入させ、前記圧力降下装置から流出される冷媒の流れを前記蒸発器に流入させる第１循環段階;および前記蒸発器から流出される冷媒の流れの残りの一部をタービンに流入させ、前記タービンから流出される冷媒の流れを第２凝縮機に流入させ、前記第２凝縮機から流出される冷媒の流れを第２圧縮機に流入させ、前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れを前記蒸発器に流入させる第２循環段階を含む冷媒循環段階;
前記蒸発器に流入される冷媒の流れを前記蒸発器に流入される第１流体の流れと熱交換させる第１熱交換段階;前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れを前記第１凝縮機に流入される第２流体の流れと熱交換させる第２熱交換段階を含み、
前記第２循環段階は、前記タービンから流出される冷媒の流れを第２熱交換器に流入させた後に前記第２凝縮機に流入させ、前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れを前記第２熱交換器に流入させた後に前記蒸発器に流入させることをさらに含む、熱回収方法。
【請求項１３】
冷媒の流れを蒸発器に流入させ、前記蒸発器から流出される冷媒の流れの一部を第１圧縮機に流入させ、前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れを第１凝縮機に流入させ、前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れを圧力降下装置に流入させ、前記圧力降下装置から流出される冷媒の流れを前記蒸発器に流入させる第１循環段階;および前記蒸発器から流出される冷媒の流れの残りの一部をタービンに流入させ、前記タービンから流出される冷媒の流れを第２凝縮機に流入させ、前記第２凝縮機から流出される冷媒の流れを第２圧縮機に流入させ、前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れを前記蒸発器に流入させる第２循環段階を含む冷媒循環段階;
前記蒸発器に流入される冷媒の流れを前記蒸発器に流入される第１流体の流れと熱交換させる第１熱交換段階;前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れを前記第１凝縮機に流入される第２流体の流れと熱交換させる第２熱交換段階を含み、
前記第１循環段階は、前記蒸発器から流出される冷媒の流れを第１熱交換器に流入させた後に前記第１圧縮機に流入させ、前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れを前記第１熱交換器に流入させた後に前記圧力降下装置に流入させることをさらに含み、
前記第２循環段階は、前記タービンから流出される冷媒の流れを第２熱交換器に流入させた後に前記第２凝縮機に流入させ、前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れを前記第２熱交換器に流入させた後に前記蒸発器に流入させることをさらに含む、熱回収方法。
【請求項１４】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量に対し、前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの流量の比は、下記の一般式１を満足する、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の熱回収方法:
[一般式１]
０.３≦Fc/Fe≦０.５
前記一般式１において、Fcは前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの流量を示し、Feは前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量を示す。
【請求項１５】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量に対し、前記タービンに流入される冷媒の流れの流量の比は下記の一般式２を満足する、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の熱回収方法:
[一般式２]
０.５≦Ft/Fe≦０.７
前記一般式２において、Ftは前記タービンに流入される冷媒の流れの流量を示し、Feは前記蒸発器から流出される冷媒の流れの全体流量を示す。
【請求項１６】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れの温度と前記蒸発器に流入される前記第１流体の流れの温度が、下記の一般式３を満足する、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の熱回収方法:
[一般式３]
１℃≦TEin-TEout≦２０℃
前記一般式３において、TEinは前記蒸発器に流入される前記第１流体の流れの温度を示し、TEoutは前記蒸発器から流出される冷媒の流れの温度を示す。
【請求項１７】
前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れの圧力と前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力の比が、下記の一般式４を満足する、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の熱回収方法:
[一般式４]
２≦PC1out/PC1in≦５
前記一般式４において、PC1outは前記第１圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力(bar)を示し、PC1inは前記第１圧縮機に流入される冷媒の流れ(bar)の圧力を示す。
【請求項１８】
前記第２凝縮機から流出されて第２圧縮機に流入される冷媒の流れの圧力と前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力の比が、下記の一般式５を満足する、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の熱回収方法:
[一般式５]
２≦PC2out/PC2in≦７
前記一般式５において、PC2outは前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れの圧力(bar)を示し、PC2inは前記第２凝縮機から流出されて前記第２圧縮機に流入される冷媒の流れの圧力(bar)を示す。
【請求項１９】
前記冷媒は、温度-エントロピー線図の飽和蒸気曲線の接線の傾きが正の傾きを有する冷媒である、請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の熱回収方法。
【請求項２０】
前記蒸発器から流出される冷媒の流れと前記第１凝縮機から流出される冷媒の流れを前記第１熱交換器で熱交換させる第３熱交換段階をさらに含む、請求項１１または１３に記載の熱回収方法。
【請求項２１】
前記第１凝縮機から流出されて前記第１熱交換器に流入される冷媒の流れの温度と前記第１熱交換器から流出されて前記流体分配器に流入される冷媒の流れの温度が、下記の一般式６を満足する、請求項１１または１３に記載の熱回収方法:
[一般式６]
１℃≦TR1in-TR1out≦５０℃
前記一般式６において、TR1inは前記第１凝縮機から流出されて前記第１熱交換器に流入される冷媒の流れの温度を示し、TR1outは前記第１熱交換器から流出されて前記流体分配器に流入される冷媒の流れの温度を示す。
【請求項２２】
前記タービンから流出される冷媒の流れと前記第２圧縮機から流出される冷媒の流れを前記第２熱交換器で熱交換させる第４熱交換段階をさらに含む、請求項１１または１３に記載の熱回収方法。