KR101794180B1 - 성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents

성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법 및 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것으로, 제 1 성층식 축열 탱크(2)의 제 1 열 전달 매체(10)의 액체 응집 상태에서 유기 랭킨 사이클(36)의 작동 유체(41)가 제 1 또는 제 2 서브 섹션(8, 9) 내로 도입되고 열 전달 매체(10)와 직접적으로 재료 접촉하게 될 때, 제 1 성층식 축열 탱크(2)는 제 1 서브 섹션(8)에서 제 1 온도를 그리고 제 2 서브 섹션(9)에서 제 2 온도를 가지며, 제 2 온도의 제 2 서브 섹션(9)에서 제 1 성층식 축열 탱크(2)의 압력은 작동 유체(41)의 증기압보다 작거나 같다.

Description

성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법 및 디바이스 {METHOD AND DEVICE FOR DISCHARGING A THERMAL STRATIFICATION STORAGE TANK}
본 발명은 성층식 축열 탱크(stratified thermal storage tank)를 디스차징(discharging)하기 위한 방법 및 디바이스(device)에 관한 것이다.
성층식 축열 탱크들은 에너지(energy)의 생성이, 시간과 관련하여, 에너지 사용과 분리되는 것을 가능케 한다. 특히, 예컨대, 재생 에너지들(regenerative energies)과 같은 에너지원들(energy sources)이 변동하는 경우에, 시간과 관련하여 이러한 분리(dissociation)는 에너지, 특히 전기 에너지의 공급을 보장한다. 디스차징의 목적들을 위해서, 성층식 축열 탱크들은 일반적인 증기 회로들(steam circuits) 및/또는 유기 랭킨 사이클(ORC; organic Rankine cycle) 시스템들(systems)에 연결될 수 있다. 이에 따라, ORC 시스템에 연결된 성층식 축열 탱크의 사용은, 열 에너지(thermal energy)의 생성 및 전기 에너지(전기 에너지는 ORC 시스템에 의해 제공됨) 및/또는 열 에너지의 출력이 에너지 컨슈머(consumer)에 있어서 시간과 관련하여 분리되는 것을 가능케 하여, 이에 의해 예컨대, 에너지 수요(energy demand)에서의 로드 피크들(load peaks)의 균형이 잡히게 하여, 전체적으로 공급의 안정성(security of supply)을 개선한다.
성층식 축열 탱크는 ORC 시스템에 의해서 디스차징될 수 있다. 이 경우에, 열(heat)이 열 교환기의 벽들을 통해서 ORC 시스템의 작동 유체로 전달된다. 성층식 축열 탱크로부터 ORC 시스템의 작동 유체로의 열 전달을 보장하기 위해서, 소정의 온도 차이들이 열 전달을 위한 구동력(driving force)으로서 요구된다. 이와 동시에, 상기 온도 차이들은 성층식 저장 탱크로부터 추출될 수 있는 열 에너지(열(heat))의 온도 레벨(level), 즉, 열 에너지의 활용가능 값을 제한한다. 게다가, 성층식 축열 탱크에서 열 에너지의 저장을 위해 사용될 수 없는 구조 공간은 열 교환기의 열 전달 표면들을 위해서 이용가능하게 만들어져야 한다.
열 교환기 내의 제 1 측 상의 ORC 시스템의 작동 유체가 성층식 저장 탱크(제 2 측)의 열 전달 매체(heat transfer medium)로부터 열을 흡수한다는 점에서, 열 전달 표면들을 갖는 열 교환기를 갖춘 성층식 축열 탱크는, ORC 시스템에 의해 디스차징된다.
열을 흡수하기 위한 목적을 위해서, ORC 시스템의 증발기를 통해 성층식 축열 탱크의 열 전달 매체를 라우팅(route)하는 것이 종래 기술로부터 공지되어 있다. 게다가, 성층식 축열 탱크의 내측에 로케이팅되고(located) 성층식 축열 탱크의 열 전달 매체와 열적으로 접촉되는 증발기를 통해 ORC 시스템의 작동 유체를 라우팅하는 것이 종래 기술로부터 공지되어 있다. 환언하면, 성층식 축열 탱크로부터의 열은, ORC 시스템의 작동 유체의 증발을 발생시키는 증발기를 통해서 ORC 시스템으로 항상 전달되며, 첫 번째로 언급된 경우의 증발기는 성층식 축열 탱크 외측에(outside) 로케이팅되고, 두 번째로 언급된 경우의 증발기는 성층식 축열 탱크 내측에(inside) 로케이팅된다. 열 전달 매체로부터 작동 유체로의 효과적인 열 전달을 위해서, 종래 기술에 따른 증발기들은, 대규모의(extensive) 열 전달 표면들을 갖는데, 이 열 전달 표면들은, 한편으로는 대형의 구조 공간을 필요로 하며, 다른 한편으로는 높은 투자 비용들로 인해서 성층식 축열 탱크의 비용 효율성을 감소시킨다.
성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 디바이스가 DE 28 52 064 A1으로부터 공지되어 있다. 성층식 축열 탱크를 디스차징하는 목적을 위해서, ORC 시스템의 작동 유체(저비등 매체)가 성층식 축열 탱크 내로 도입되고 성층식 축열 탱크의 열 전달 매체와 직접 접촉하여 증발된다.
DE 10 2010 044200 A1은 열 전달 매체로서 물을 갖는 제어된 가압식 저장 탱크를 개시한다.
따라서, 본 발명은 성층식 축열 탱크의 디스차징을 개선하는 목적을 기반으로 한다.
이 목적은, 독립항인 제 1 항의 특징들을 갖는 방법에 의해 그리고 독립항인 제 13 항의 특징들을 갖는 디바이스에 의해 성취된다. 본 발명의 유리한 실시예들 및 개량예들은 종속항들에서 부여된다.
성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 본 발명에 따른 방법의 경우에, 제 1 서브 구역(sub-region)에서 제 1 온도를 가지며 제 2 서브 구역에서 제 2 온도를 갖는 제 1 성층식 축열 탱크에서, 액체 응집 상태(liquid state of aggregation)에서 유기 랭킨 사이클의 작동 유체는 제 1 성층식 축열 탱크의 유체 열 전달 매체 내로, 그리고 제 1 또는 제 2 서브 구역 내로 도입되어, 열 전달 매체와 직접적으로 재료 접촉하게 되며, 제 2 온도의 제 2 서브 구역에서, 제 1 성층식 축열 탱크의 압력은 작동 유체의 증기압보다 작거나 같다.
본 발명에 따르면, 액체 응집 상태에서 ORC 시스템의 작동 유체는 성층식 저장 탱크의 유체 열 전달 매체 내로 직접 도입되며, 그 결과, 직접적인 재료 접촉(direct material contact)이 열 전달 매체와 작동 유체 사이에서 실행된다. 이 경우에, 원칙적으로는, 구별되는 2 가지 경우들이 존재한다. 한편으로는, ORC 시스템의 작동 유체는 열 전달 매체보다 더 큰 밀도를 가질 수 있다. 다른 한편으로는, 열 전달 매체에 대해 더 작은 밀도의 작동 유체가 가능하다.
작동 유체의 밀도가 열 전달 매체의 밀도보다 더 크다면, 성층식 축열 탱크의 제 2 서브 구역 내로 작동 유체가 도입되는 것이 바람직하다. 성층식 축열 탱크에서 유체 열 전달 매체에 대해서, 작동 유체의 밀도가 더 작은 경우에, 성층식 축열 탱크의 제 1 서브 구역 내로 작동 유체가 도입되는 것이 제공된다.
유체 열 전달 매체의 밀도에 대해서, 작동 유체의 밀도가 더 낮은 경우에, 성층식 축열 탱크의 제 1 서브 구역 내로 작동 유체가 도입되는 것이 바람직하다. 특히, 성층식 축열 탱크의 제 1 서브 구역은 성층식 축열 탱크의 제 2 서브구역보다 더 낮은 온도를 갖는다. 환언하면, 제 1 온도는 제 2 온도보다 낮다. 열 전달 매체의 밀도에 대해서 작동 유체의 밀도가 더 작은 결과로서, 열 전달 매체 내로 액체 상태로 도입되는 작동 유체는 성층식 저장 탱크에서 상승하며, 이에 의해, 본 발명에 따르면, 성층식 축열 탱크의 제 2 서브 구역에 진입한다. 이 경우에, 제 2 서브 구역은 성층식 저장 탱크의 사이트(site)에서 우세한 중력(force of gravity)에 대해, 제 1 서브 구역 위에 로케이팅된다. 본 발명에 따르면, 이에 따라 직접적인 재료 접촉 및 성층식 축열 탱크의 제 2 서브 구역 내로의 액체 작동 유체의 상승은 성층식 축열 탱크의 제 2 서브 구역에서 액체 작동 유체의 증발을 유발한다. 이는, 제 2 서브 구역에서 성층식 축열 탱크의 압력이 작동 유체의 증기압보다 작거나 같기 때문에, 그러하다. 이 경우에 작동 유체의 증기압은 성층식 축열 탱크의 제 2 서브 구역에서의 제 2 온도에 따르며, 상기 제 2 온도에 따라 조절될 것이다. 용어 "증기압"은 ORC 시스템의 액체 작동 유체를 액체 응집 상태로부터 기체 응집 상태로 변형시키는 압력을 나타내며, 이는 성층식 축열 탱크의 제 2 서브 구역에서 존재하는 온도, 즉, 제 2 온도에 존재한다. 환언하면, 액체 작동 유체의 증발 지점은 성층식 축열 탱크의 제 2 서브 구역에서 이루어진다. 액체 작동 유체와 성층식 저장 탱크의 유체 열 전달 매체와의 직접적인 재료 접촉 그리고 제 2 서브 구역에서의 결과로서 실행되는 작동 유체의 증발의 결과로서, 제 2 서브 구역에서의 성층식 축열 탱크의 열이 증발 프로세스(vaporization process)에 의해서 성층식 축열 탱크의 열 전달 매체로부터 작동 유체로 직접 전달된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 열 교환기들 및/또는 열 전달 표면들을 갖는 추가의 증발기들이 필요 없다. 본 발명이 증발기들, 열 교환기들 및/또는 열 전달 표면들을 갖지 않기 때문에, 상기 컴포넌트들(components) 내에서 또는 상기 컴포넌트들에서의 열 에너지의 추가 손실들이 회피될 수 있으며, 이에 의해 성층식 축열 탱크의 디스차징의 효율을 증가시킨다.
본 발명에 따르면, 성층식 축열 탱크의 유체 열 전달 매체와 유체 작동 유체의 직접적인 재료 접촉의 추가의 이점은 더 높은 제 2 온도 및 그 결과 더 높은 증기압이 얻어질 수 있다는 점이다. 유리하게는, 성층식 축열 탱크에서 증발된 작동 유체가 ORC 시스템의 터빈(turbine)으로 복귀된다면, 터빈 내로의, 실질적으로 증기압에 해당하는, 입력 압력이 이에 의해 증가될 수 있고, 이에 의해 발전(generation of electricity)시 ORC 시스템의 더 큰 효율을 가능하게 한다.
ORC 시스템의 액체 작동 유체가 성층식 축열 탱크에서의 유체 열 전달 매체보다 더 큰 밀도를 갖는다면, 본 발명은 성층식 축열 탱크의 제 2 서브 구역 내에 액체 작동 유체가 도입되는 것을 제공한다. 환언하면, 액체 작동 유체는 성층식 축열 탱크의 서브 구역 내로 직접 도입되고, 열 전달 매체와 재료 접촉되게 하며, 여기서 압력은 작동 유체의 증기압보다 작거나 같다. 그 결과, 본 발명에 따르면, 작동 유체가 성층식 축열 탱크 내에 나타난 직후에, 작동 유체의 증발이 발생한다. 유리하게는, ORC 시스템의 액체 작동 유체는 가능한 한 높은 (제 2) 온도를 갖는 성층식 축열 탱크의 서브 구역 내로 도입된다. 성층식 축열 탱크에서의 열 전달 매체와 재료 접촉에 후속하여 증발되는 작동 유체는, 증발 이후에 유체 열 전달 매체보다 더 작은 밀도를 가지며, 그리고 그 결과 ORC 시스템의 터빈으로 증기 응집 상태로 라우팅될 수 있다. 또다시, 성층식 축열 탱크의 열은, 작동 유체를 증발시키는 프로세스에 의해서 작동 유체로 전달되고, ORC 시스템의 작동 회로 내로 도입된다.
일반적으로, ORC 시스템을 위해 가능한 한 높은 (제 2) 온도로 성층식 축열 탱크에서의 압력에 해당하는 증기압을 갖는 작동 유체를 사용하는 것이 유리하다. 환언하면, 작동 유체는 가능한 한 높은 (제 2) 온도에서만 증발되며, 이 온도는, 기껏해야, 성층식 축열 탱크에서의 가장 높은 온도와 같다. 그 결과, 유리하게는, 열 전달 매체로부터 ORC 시스템의 작동 유체로의 전달의 효율이 개선된다.
성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 본 발명에 따른 디바이스(device)는 유기 랭킨 사이클을 수행하도록 설계된 시스템 및 제 1 성층식 축열 탱크를 포함하고, 제 1 성층식 축열 탱크는 제 1 서브 구역에서 제 1 온도를 가지고 제 2 서브 구역에서 제 2 온도를 가지며, 제 1 성층식 축열 탱크 및 시스템은 액체 응집 상태로 유기 랭킨 사이클의 작동 유체가 제 1 성층식 축열 탱크 유체 열 전달 매체 내로, 제 1 또는 제 2 서브 구역 내로 도입되며 열 전달 매체와 직접적으로 재료 접촉되는 방식으로 설계 및 연결되고, 제 2 온도의 제 2 서브 구역에서, 제 1 성층식 축열 탱크의 압력은 작동 유체의 증기압보다 작거나 같다.
본 발명에 따른 디바이스는, 액체, 그리고 후속하여 또한 증발된(기체) 작동 유체가 성층식 축열 탱크의 유체 열 전달 매체와 직접 재료 접촉되는 것을 가능케 한다. 후속하는 이점들은 이미 설명된 본 발명에 따른 방법에 관한 것과 동일한 유형이다.
본 발명의 개량예에서, 제 1 성층식 축열 탱크에서 증발되는 작동 유체는 유기 랭킨 사이클로 복귀된다.
증발된 그리고 따라서 기체 작동 유체를 복귀시키는 것은 성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 특히 유리한 사이클 프로세스를 가능케 한다. ORC 시스템에서 작동 유체로 복귀되기 이전에, 증발된 작동 유체는 증발된 작동 유체에 존재하는 열 전달 매체의 잔류물들(residues)을 분리시키는 분리기(separator)를 통해 라우팅되어, ORC 시스템의 작동 회로(circuit) 내로 아주 약간의(scarcely any) 열 전달 매체가 디스차징되고, 최적으로는(at best) 어떠한 열 전달 매체도 디스차징되지 않는 것이 제공된다. 작동 유체의 증발에 후속하여 실행될 작동 유체 및 열 전달 매체의 재료 분리는 분리기들의 사용으로 제한되지 않으며, 종래 기술에 따른 공지의 그리고/또는 등가의 디바이스들에 의해서 실행될 수 있다.
본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 성층식 축열 탱크에서의 증발 이전에, 열 전달 매체의 밀도 이하인 밀도를 갖는 작동 유체가 사용되며, 작동 유체의 변함없이 진정으로(constantly genuinely) 더 낮은 밀도가 바람직하다.
유체 열 전달 매체와 비교하여 액체 작동 유체의 더 낮은 밀도는, 작동 유체가 제 1 온도로 성층식 축열 탱크의 제 1 서브 구역 내로 도입되거나 피딩될(fed) 수 있다는 이점을 갖는다. 성층식 축열 탱크의 사이트에서 우세한 중력의 작용은, 열 전달 매체에 비해, 덜 치밀한 작동 유체가 성층식 축열 탱크의 제 2 서브 구역에서 상승하는 것을 유발한다. 이 경우에 성층식 축열 탱크의 제 1 서브 구역은 제 2 서브 구역 아래에 로케이팅되고, 상대적인 용어들인 "위(above)" 및 "아래(below)"는 공지된 바와 같이 중력의 우세한 방향과 관련된다. 전형적으로, 성층식 축열 탱크에서 열 전달 매체는, 따라서, 제 2 서브 구역에서 제 2 온도를 가질 것이며, 이 제 2 온도는 성층식 축열 탱크의 제 1 서브 구역의 온도를 초과한다. 액체 작동 유체의 더 작은 밀도 및 작동 유체의 결과적 상승의 이점은, 작동 유체가 제 2 서브 구역에 존재하는 성층식 축열 탱크의 온도까지 가열되며, 이에 의해 열 전달 매체와 액체 작동 유체 사이의 열 전달을 개선한다는 것이다. 추가의 이점은, 상승의 결과로서, 액체 작동 유체가 성층식 축열 탱크의 열 전달 매체와 끊임없이 재료 접촉하여 제 1 온도로부터 제 2 온도로의 작동 유체의 느린 가열(slow heating)이 실행된다는 것이다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 130℃(403.15 K)의 온도에서 1 MPa 미만의 증기압을 갖는 작동 유체가 사용된다.
130℃의 온도에서 1 MPa 미만의 증기압을 갖는 작동 유체들은 본원에서는 저압 유체들로서 지정된다. 이러한 저압 유체들의 이점은, 공지된 성층식 축열 탱크들과 조합하여, 저압 유체들이 본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 적용을 가능하게 한다는 것이다. 이는, 종래 기술에 따른 전형적인 성층식 축열 탱크, 특히 성층식 저장 물 탱크들(water stratified storage tanks)이 1 MPa 미만, 그리고 특히 0.3 MPa 내지 1 MPa의 범위인 압력을 갖기 때문에, 그러하다. 이 경우에, ORC 시스템의 작동 유체는 가능한 한 높은 제 2 온도에서 증발되어야 한다. 그 결과, 성층식 축열 탱크에서 제 2 서브 구역 아래의 압력은, 항상 작동 유체의 증기압보다 더 커야만 한다. 작동 유체의 증발은, 단지 제 2 온도, 예컨대 130℃의 제 2 온도에서 성층식 축열 탱크의 제 2 서브 구역에서만 발생한다.
130℃에서, ORC 시스템들에서 사용되는 전형적인 작동 유체들, 이를테면, 예컨대 R245fa는 2 MPa 내지 3 MPa의 범위의 증기압을 갖는다. 따라서, 상기 작동 유체들의 증기압은, 전체적으로 성층식 축열 탱크에 존재하는 압력보다 전형적으로 상당히 더 커서, 예컨대, 50℃의 온도에서 작동 유체를 도입하는 경우, 작동 유체의 증발은 이미 가능했을 것이다. 종래 기술에 따른 전형적인 작동 유체들, 예컨대, R245fa는 결과적으로 성층식 축열 탱크에서 존재하는 가장 높은 온도보다 더 낮은 (제 1) 온도에서 이미 증발했을 것이어서, 성층식 축열 탱크의 열 전달 매체로부터 ORC 시스템의 도입된 작동 유체로의 열 전달이 바람직하지 않은 낮은 온도에서 실행되었을 것이다. 저압 유체들은, 그에 반해서, 성층식 저장 탱크들에서 우세한 압력들의 범위에 있는 증기압을 가져서, 이들 유체들은 제 2 온도를 얻을 때만 증발한다.
물질들 1,1,1,2,2,4,5,5,5-노나플루오로(nonafluoro)-4-(트리플루오로메틸(trifluoromethyl))-3-펜타논(pentanone)(상표명 Novec™ 649), 퍼플루오로메틸부타논(perfluoromethylbutanone), 1-클로로(chloro)-3,3,3-트리플루오로(trifluoro)-l-프로펜(propene), 시스(cis)-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로(hexafluoro)-2-부텐(butene) 및/또는 시클로펜탄(cyclopentane) 중 적어도 하나를 포함하는 작동 유체들이 특히 중요하다.
본 발명에 따르면, 상기 물질들은 종래 기술에 따라 공지된 성층식 축열 탱크들과 결합하여 사용될 수 있다. 예컨대, 130℃의 온도에서, 1,1,1,2,2,4,5,5,5-노나플루오로(nonafluoro)-4-(트리플루오로메틸(trifluoromethyl))-3-펜타논(pentanone)(상표명 Novec™ 649)은 0.87 MPa의 증기압을 가지며, 시클로펜탄은 0.8 MPa의 증기압을 갖는다. 따라서, 130℃에서, 상기 유체들의 증기압은, 예컨대 2.34 MPa의 증기압을 갖는 R245fa의 증기압보다 상당히 아래에 있다. 상기 물질들의 추가 이점은 이 물질들의 기술적 관리 용이성(technical manageability)이다. 이 물질들은 예컨대, 불연성(non-combustibility) 및 매우 낮은 온실 가스 가능성(greenhouse-gas potential)과 같은 물질들의 안전 특징들 및 양호한 환경과의 적합성(environmental compatibility)을 특징으로 한다. 일반적으로, 물질들 Novec™ 649 및 퍼플루오로메틸부타논은, 플루오로케톤(fluoroketones) 물질군(substance group)에 할당될 수 있지만, 시클로펜탄은 시클로알칸(cycloalkanes) 물질군에 할당될 수 있다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 유체 열 전달 매체로서 물이 사용된다.
열 전달 매체로서의 물은, 다른 열 전달 매체에 비해서 그의 높은 비열 용량(specific thermal capacity)을 특징으로 한다. 그 결과, 이후에 성층식 축열 물탱크(thermal water stratified storage tank)로서 실현되는 성층식 축열 탱크는, 성층식 축열 탱크의 내부 저장 온도(in storage temperature)와 외부 저장 온도(out storage temperature) 사이에 통상적인 온도 차이가 있는 경우에, 다른 성층식 저장 탱크들에 비해서, 더 큰 저장 용량(storage capacity)을 갖는다. 특히, 물은 전형적으로 충분한 양으로 입수가능하다. 열 전달 매체로서의 물의 추가 이점은, 상기 작동 유체들에서, 예컨대 Novec™ 649 또는 시클로펜탄에서 물이 쉽게 용해되지 않는다는 것이다.
성층식 축열 탱크에서 열 전달 매체로서 물이 사용되면, 특히 제어된 가압식 저장 탱크 또는 제어된 가압식 물 저장 탱크(pressurized water storage tank)가 성층식 축열 탱크로서 유리하다.
제어된 가압식 저장 탱크의 사용은, 성층식 축열 탱크에서의 압력이 압력 범위 내에서 제어되는 것을 가능케 한다. 가압식 저장 탱크에서의 압력의 제어는, 가압식 저장 탱크 내의 압력이 작동 유체의 증기압으로 조절되는 것을 가능케 하여, 제 2 온도에 관계없이, 작동 유체의 증발이 가압식 저장 탱크의 제 2 서브 구역에서 발생한다. 이 경우의 압력은, 어떠한 작동 유체의 증발도 제 2 서브 구역 아래에서 우세한 온도로 제 2 서브구역 아래에서 발생하지 않는 방식으로 제어된다. 그 결과, 액체 작동 유체의 증발이 가능한 한 따뜻한 가압식 저장 탱크의 층에서 성취될 수 있다. 이 경우에, 가압식 저장 탱크 그리고 또한 일반적인 성층식 축열 탱크의 온도는, 층의 높이와 상호관련되어(correlated), 가능한 한 높은 증발 위치가 가능한 한 높은 온도에 대응한다. 특히, 증발된(기체) 작동 유체가 성층식 축열 탱크 밖으로 라우팅되고 그리고 ORC 시스템의 터빈 내로 라우팅되는 서브 구역에서, 성층식 축열 탱크가 터빈을 위한 입구 압력(inlet pressure)(가능한 한 높은 입구 압력이 바람직함)을 갖는다면, 유리하다. 그 결과, 제 2 서브 구역 아래, 특히 제 1 성층식 축열 탱크의 제 1 서브 구역에서의 압력은, 성층식 축열 탱크의 제 2 서브 구역에서보다 더 큰데, 이는 성층식 저장 탱크에서의 정수압(hydrostatic pressure)이 높이에 따라 감소하기 때문이다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 액체 응집 상태에서, 열 전달 매체와의 혼화성(miscible)이 거의 없는 특히 열 전달 매체와의 혼화성이 없는 작동 유체가 사용된다.
환언하면, 액체 작동 유체 및 유체 열 전달 매체는, 2 상(phase) 유체를 실현하는데, 하나의 상은 액체 작동 유체로 구성되고, 다른 상은 유체 열 전달 매체로 구성된다. 또한, 액체 응집 상태에서 열 전달 매체와의 낮은 혼화성(miscibility)을 갖는 작동 유체가 제공될 수 있다. 특히, 액체 상태 및 기체 응집 상태 양자 모두에서, 열 전달 매체에 낮은 용해도(solubility)를 갖는 작동 유체가 바람직하다.
작동 유체 및 열 전달 매체의 혼합물이 2 상 혼합물로서 존재하기 때문에, 상기 유체들의 재료 분리는 쉽게 성취가능하다. 특히, 액체 작동 유체는 열 전달 매체와 혼합되지 않아서, 열 전달 매체에 축적될 수 있는 작동 유체의 잔류물들이 결과적으로 감소된다. 특히, 이미 언급된 저압 유체들 Novec™ 649, 퍼플루오로메틸펜타논 및 시클로펜탄은 열 전달 매체로서 특히 바람직한 물에서 취약한 용해도를 가지며, 따라서, 단지 소량의 저압 유체들이 물과 혼화성이 있다. 예컨대, 단지 20 ppm 물이 Novec™ 649에 용해된다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 액체 작동 유체가 분배 디바이스(distributing device)에 의해 열 전달 매체 내로 도입되고, 분배 디바이스는 작동 유체를 열 전달 매체의 일정한 제 1 또는 제 2 온도 층에 균일하게 분배한다.
성층식 축열 탱크들, 예컨대, 물 성층식 저장 탱크들 또는 제어된 물 성층식 저장 탱크들(가압식 저장 탱크들)은 이 탱크들의 열 전달 매체의 온도에 대해서 성층식 구조를 가지며, 각각의 층은 소정의 온도 및 밀도를 갖는다. 열 전달 매체로부터 작동 유체로의 열 전달의 효율에 대해서, 따라서, 이들 층들 중 하나의 층에 액체 작동 유체를 균일하거나 균질하게 분배하는 것이 유리하다. 용어들 "균일" 및 "균질"은 각각의 경우에 비슷한(approximate) 것으로 이해되어야 하며, 층의 온도 또는 밀도에서도 마찬가지이다.
전형적인 성층식 저장 탱크들은, 성층식 저장 탱크의 개별 층들이 수평으로 연장하도록―성층식 저장 탱크의 사이트에서 우세한 중력에 대해서―수직으로 배향된다. 유체 열 전달 매체의 층에서, 특히 성층식 축열 탱크의 제 1 또는 제 2 서브 구역에 로케이팅된 층에서 액체 작동 유체의 균일한 분배는, 열 전달 매체와 액체 작동 유체 사이에서 재료 접촉의 표면(접촉 표면)을 확대시켜, 이에 의해 열 전달 매체로부터 작동 유체로의 열 전달 효율을 개선하는 효과를 갖는다.
게다가, 성층식 축열 탱크의 수평방향 층에서 액체 작동 유체의 균일한 분배는, 유입중인(incoming) 작동 유체의 임펄스들(impulses)의 분배가 가능한 한 균일해지는 것을 가능케 하여, 층들의 인터믹싱(intermixing)을 유발하는 것이 가능한 원치않는 혼합 프로세스들이 방지될 수 있다.
가능한 분배 디바이스들은, 예컨대, 성층식 저장 탱크들에서 사용되는 것과 같은 수평방향 분배 파이프 시스템들(pipe systems)이다. 특히, 본원에 공지된 분배 디바이스들은 열 전달 매체 내로 작동 유체의 어드미션 레이트(rate of admission)의 감소를 유발한다(Goppert 등의 Chemie Ingenieur Technik, 2008, 80 No. 3 참조). 게다가, 기체 작동 유체의 어드미션 레이트는 분배 디바이스의 어드미션 홀들(admission holes)의 단면적의 변경에 의해서 조절될 수 있다. 어드미션 홀들의 단면적들의 조절의 추가의 이점은, 기체 작동 유체의 주요한 기포 크기(primary bubble size)가 설정될 수 있다는 것이다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예에서, 열 전달 매체에 축적된 작동 유체는 ORC 시스템의 유기 랭킨 사이클로 복귀된다.
본 발명에 따르면, 성층식 축열 탱크의 열 전달 매체와 액체 및/또는 기체 작동 유체의 직접적인 재료 접촉으로 인해서, 원칙적으로, 작동 유체가 성층식 축열 탱크의 열 전달 매체로 들어가는 것을 방지하는 것은 가능하지 않다. 성층식 축열 탱크의 열 전달 매체에 축적된 이러한 작동 유체는, 유리하게는, 성층식 축열 탱크의 열 전달 매체로부터 분리되고, ORC 시스템의 유기 랭킨 사이클로 역으로 복귀된다. 열 전달 매체에 축적된 작동 유체 및 열 전달 매체의 재료 분리는 종래 기술에 따라 공지된 분리 디바이스들 및/또는 분리기들 및/또는 등가물에 의해서 실행될 수 있다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 상변화 재료(PCM; phase-change material)가 열 에너지를 저장하기 위한 성층식 축열 탱크에 사용된다.
이에 따라, 성층식 저장 탱크는 2 개의 열 전달 매체를 포함하며, 추가의 열 전달 매체는 상변화 재료로서 실현된다. 상변화 재료들, 또는 상변화 저장 탱크들이 바람직한데, 왜냐하면, 이들이 낮은 손실, 많은 사이클 반복들과 함께 그리고 장시간 주기에 걸쳐 열 에너지를 저장할 수 있기 때문이다. 특히, (증기압에서) 액체 작동 유체의 증발 온도(제 2 온도)보다 낮은 융점(melting point)(상변화 온도)을 갖는 상변화 재료가 바람직하다. 예컨대, 제 2 서브 구역에서의 액체 작동 유체의 증발 온도는 130℃일 수 있어, 125℃의 상변화 재료의 융점이 바람직하다. 이에 따라, 증발 온도보다 기껏해야 5 % 낮은 융점이 바람직하다.
바람직하게는, 성층식 저장 탱크는 고체 응집 상태에서 존재하는 추가의 열 전달 매체를 포함할 수 있다. 이 경우에, 고체 열 전달 매체의 기공률(porosity)이 이 목적을 위해서 적응될 수 있다. 예컨대, 기공률은 유체 열 전달 매체보다 밀도가 더 낮은 액체 작동 유체가 상승하는 것을 가능케 하도록 선택될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 제 2 성층식 축열 탱크가 사용되고, 제 2 성층식 축열 탱크는 열 전달 매체를 통해 제 1 성층식 축열 탱크에 유체 연결되며, 제 2 온도를 갖는 제 2 성층식 축열 탱크의 열 전달 매체는 제 2 서브 구역에서 제 1 성층식 축열 탱크에 공급되고, 그리고 제 1 성층식 축열 탱크의 제 1 서브 구역에서 제 1 온도를 갖는 제 1 성층식 축열 탱크의 열 전달 매체는 제 2 성층식 축열 탱크로 복귀된다.
이 경우에, 본원에 존재하는 유체 열 전달 매체로 인해, 제 1 성층식 축열 탱크의 열 용량보다 실질적으로 더 큰 열 용량을 갖는 제 2 성층식 축열 탱크가 바람직하다. 유리하게는, 제 2 성층식 축열 탱크에 대해서 작동 유체의 증발 프로세스는, 이에 의해 제 1 성층식 축열 탱크 내로 전달된다. 이는, 제 2 성층식 축열 탱크에서의 층들의 교란(disturbance) 및/또는 인터믹싱(intermixing)을 회피하는 것을 가능케 하며, 제 2 성층식 축열 탱크는 제 1 성층식 축열 탱크에 비해서, 제 2 성층식 축열 탱크의 실질적으로 더 큰 열 용량으로 인해, 열 에너지를 저장하기 위한 실제의 성층식 축열 탱크를 구성한다.
열 전달 매체가 제 2 온도(따뜻함)에서 제 1 성층식 축열 탱크의 제 2 서브 구역 내로 도입되고 제 1 온도(차가움)를 갖는 열 전달 매체가 제 1 성층식 축열 탱크의 제 1 서브 구역으로부터 제 2 성층식 축열 탱크로 복귀되는 방식으로, 제 1 성층식 축열 탱크 및 제 2 성층식 축열 탱크가 연결된다. 환언하면, 제 2 성층식 축열 탱크는 제 1 성층식 축열 탱크에 의해서 디스차징된다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 제 1 성층식 축열 탱크는 분배 디바이스를 포함하고, 이 분배 디바이스는 액체 작동 유체를 열 전달 매체의 일정한 제 1 또는 제 2 온도 층에 균일하게 분배하도록 설계된다.
성층식 축열 탱크의 수평방향 층에서의 작동 유체의 균일한 분배는, 유체 열 전달 매체에서의 작동 유체의 유리한 분배를 생성하며, 이는 추가로 층들의 가능한 인터믹싱들을 방지한다. 이미 설명된 방법의 이점들과 유사하고 등가인 이점들이 분배 디바이스의 사용의 결과로서 발생한다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 디바이스는 제 2 성층식 축열 탱크를 포함하며, 제 2 온도를 갖는 제 2 성층식 축열 탱크의 열 전달 매체가 제 2 서브 구역에서 제 1 성층식 축열 탱크에 공급되고, 그리고 제 1 성층식 축열 탱크의 제 1 서브 구역에서, 제 1 온도를 갖는 제 1 성층식 축열 탱크의 열 전달 매체가 제 2 성층식 축열 탱크로 복귀되는 방식으로, 제 1 성층식 축열 탱크 및 제 2 성층식 축열 탱크가 설계되고 열 전달 매체를 통해 유체 연결된다.
이전의 방법의 경우에서와 같이, 제 1 성층식 축열 탱크보다 실질적으로 더 큰 열 용량을 갖는 제 2 성층식 축열 탱크가 바람직하다. 이에 따라, 제 2 성층식 축열 탱크는, 증발 프로세스가 열 에너지를 위한 실제 성층식 저장 탱크를 실현하는 제 2 성층식 축열 탱크로부터 제 1 성층식 축열 탱크로 전달되는 것을 가능케 한다. 이 경우에, 유체 열 전달 매체를 통해, 언급된 방식으로 제 1 성층식 축열 탱크에 유체 연결되는 제 2 성층식 축열 탱크의 열은, 제 1 성층식 축열 탱크 내로 전달되고 제 1 성층식 축열 탱크에서 작동 유체를 증발시키기 위해 사용된다. 언급된 이점들에 추가로, 이미 논의된 방법의 이점들과 유사하고 등가인 이점들이 뒤따른다.
본 발명의 추가의 이점들, 피처들(features) 및 상세들이 하기 설명된 예시적 실시예들 및 도면들에 의해 개시된다.
도 1은 ORC 시스템(system)에 연결된(coupled) 제어된 가압식 저장 탱크(pressurized storage tank)를 도시하며, ORC 시스템의 작동 유체는 가압식 저장 탱크의 열 전달 매체 내로 직접 도입되며, 열 전달 매체보다 더 작은 밀도를 갖는다.
도 2는 ORC 시스템에 연결된 제어된 가압식 저장 탱크를 도시하며, ORC 시스템의 작동 유체는 성층식 저장 탱크의 열 전달 매체 내로 직접 도입되며, 액체 응집 상태에서 작동 유체는 열 전달 매체 보다 더 큰 밀도를 갖는다.
도 3은 제 2 가압 열 저장 탱크를 도시하며, 이 탱크는 열 전달 매체에 의해 제 1 가압 열 저장 탱크에 유체 연결된다.
도면들에서, 동일한 유형인 엘리먼트들(elements)은 동일한 참조들에 의해 나타낸다.
도 1은 가압식 저장 탱크(2)를 도시하며, 이 저장 탱크의 압력은 압력 범위 내에서 제어될 수 있다. 이 경우에, 가압식 저장 탱크(2)는 액체 응집 상태에서 작동 유체(41)가 분배 디바이스(12)를 통해 제어된 가압식 저장 탱크(2)의 열 전달 매체(10) 내로 도입되는 방식으로 ORC 시스템(6)에 연결된다. 이 경우에, ORC 시스템(6)은 터빈(turbine)(14), 응축기(condenser)(16) 및 피드 펌프(feed pump)(28)를 포함한다. ORC 시스템(6)의 언급된 컴포넌트들은, 이에 따라 유기 랭킨 사이클(organic Rankine cycle)(36)을 실현한다.
이러한 예시적 실시예에서, 제어된 가압식 저장 탱크(2)의 열 전달 매체(10)는 물(10)이다. 게다가, 제어된 가압식 저장 탱크(2)는 가압식 저장 탱크(2)의 사이트에서 우세한 중력(force of gravity)(100)에 대해서 수직으로 배향된다. 그 결과, 제어된 가압식 저장 탱크(2)는, 제 1 서브 구역(8)에서, 가압 열 저장 탱크(2)의 제 2 서브 구역(9)의 제 2 온도보다 낮은 제 1 온도를 갖는다. 환언하면, 제 1 서브 구역(8)은 가압식 저장 탱크(2)의 수직 배향과 관련하여 제 2 서브 구역(9) 아래에 로케이팅된다.
도 1은 팽창 용기(expansion vessel)(24), 펌프(29), 팽창 밸브(expansion valve)(20) 및 저장소(reservoir)(26)를 추가로 도시한다.
언급된 컴포넌트들(20, 24, 26, 29)은 가압식 저장 탱크(2) 및/또는 열 전달 매체(10)를 제어하도록 기능한다.
ORC 시스템(6)의 액체 작동 유체(41)는, 열 전달 매체(10)가 작동 유체(41)와 직접적으로 재료 접촉하는 방식으로 분배 디바이스(12)를 통해, 제어된 가압식 저장 탱크(2)의 제 1 서브 구역(8)으로 도입된다. 이 경우에, 작동 유체(41)는 열 전달 매체(10)보다 밀도가 더 작다. 작동 유체(41)의 더 작은 밀도로 인해, 작동 유체(41)는 열 전달 매체(10) 내에서 상승한다. 가압식 저장 탱크(2) 내의 압력으로 인해, 그리고 워터 칼럼(water column)의 정수압(hydrostatic pressure)으로 인해서, 작동 유체(41)가 상승함에 따라 어떠한 작동 유체(41)의 증발도 발생하지 않는다. 단지, 가압식 저장 탱크(2)의 제 2 서브 구역(9)에서만, 가압식 저장 탱크(2)에서의 압력이 작동 유체(41)의 증기압(vapor pressure)보다 작거나 같다. 그 결과, 본 발명에 따르면, 작동 유체(41)의 증발이 제 2 온도로 가압식 저장 탱크(2)의 제 2 서브 구역(9)에서 발생한다. 환언하면, 작동 유체(41)의 증발 지점(vaporization point)은 가압식 축열 탱크(2)의 제 2 서브 구역(9)에서만 이루어진다. 그 결과, 유리하게는, 열 전달 매체(10)에 저장된 열은 성층식 축열 탱크(2)의 제 2 서브 구역(9)에서의 제 2 온도에 대응하는 가능한 한 높은 온도 레벨로 작동 유체(41, 42)에 전달된다.
증발된 작동 유체(42)는 가압식 축열 탱크(2)의 상단부에서 축적되며(accumulates), 이로부터, ORC 시스템(6)의 작동 회로(36)로, 특히 터빈(14)으로 역으로 복귀될 수 있다.
예컨대, 650 kg/㎥의 밀도를 갖는 시클로펜탄(cyclopentane)(C5H10))이 작동 유체(41)로서 사용될 수 있다. 가압식 저장 탱크(2) 내로 도입된 이후에, 물(10)이 1000 kg/㎥의 밀도를 가지며, 그리고 이에 따라 시클로펜탄보다 상당히 더욱 치밀하기 때문에, 그 결과, 작동 유체(41)가 상방으로 상승한다.
도 2는 실질적으로 도 1과 동일한 유형의 구조를 도시한다. 도 1과 달리, 도 2에서, 열 전달 매체(10)보다 더 큰 밀도를 갖는 작동 유체(41)가 사용된다. 이 경우에, 또한, 물이 열 전달 매체(10)로서 제공된다. 가능한 한 높은 가압식 축열 탱크(2)의 온도로 열 전달 매체(10)보다 더 큰 밀도를 갖는 작동 유체(41)를 증발시키는 것을 가능케 하도록, 본 발명에 따르면, 분배 디바이스(12)를 통해 가압식 축열 탱크(2)의 제 2 서브 구역(9) 내로 작동 유체(41)를 도입하는 것이 제공된다. 이 경우에, 작동 유체(41)는 분배 디바이스(12)의 파이프 시스템을 통해 도입되는데, 이 파이프 시스템은 가압식 저장 탱크(2)의 하단부로부터 가압식 축열 탱크(2)의 제 2 서브 구역(9)까지 나선형으로(도면에서 지그재그(zigzag) 방식으로) 연장한다. 환언하면, 작동 유체(41)는 분배 디바이스(12)로부터 나타난(emerging from) 직후에, 가압식 저장 탱크(2)의 제 2 서브 구역(9)에서, 증발한다.
제 2 서브 구역(9)에서의 증발 프로세스의 결과로서, 제 2 온도에서 가압식 축열 탱크(2)로부터의 또는 열 전달 매체(10)로부터의 열을 흡수하는 증발된 작동 유체(42)는, 가압식 축열 탱크(2)의 상단부에서 축적되는데, 이는 이제, 이 유체가 열 전달 매체(10)보다 더 작은 밀도를 갖기 때문이다. 그로부터, 증발된(기체) 작동 유체(42)는 가압식 축열 탱크(2)로부터 꺼내져 ORC 시스템(6)의 터빈(14)에 공급될 수 있다.
도 3은 제 2 가압식 축열 탱크(3)를 도시하며, 이 탱크는 열 전달 매체(10)를 통해 제 1 가압식 축열 탱크(2)에 유체 연결된다. 이 경우에, 제 2 가압식 축열 탱크(3)는 제 1 가압식 축열 탱크(2)보다 실질적으로 더 큰 열 용량(thermal capacity)을 갖는다. 제 1 가압식 축열 탱크(2)는 도 2에 나타내는 바와 같이, ORC 시스템(6)에 연결된다.
ORC 시스템(6)의 작동 유체(41)는, 가압식 축열 탱크(2) 내로 도입되고 열 전달 매체(10)와 직접적으로 재료 접촉하게 된다. 앞선 도 2에서와 같이, 이 경우에 작동 유체(41)는 열 전달 매체(10)보다 더 큰 밀도를 갖는다.
제 1 가압식 저장 탱크(2)와 비교하여, 제 2 가압식 축열 탱크의 더 큰 열용량으로 인해서, 제 2 가압식 축열 탱크(3)는 실제의 가압식 축열 탱크이며, 이 탱크는 열 에너지를 저장하도록 기능한다. 도 3에 나타내는 본 발명의 예시적 실시예에서, 작동 유체(41)를 증발시키는 프로세스는 따라서 열 에너지가 저장되는 사이트(site)로부터 분리(dissociated)되었다. 이를 위해, 열 전달 매체(10)는 펌프(30)에 의해서 제 2 서브 구역(9)에서 제 2 가압식 축열 탱크(2)로부터 제거되며 제 1 가압식 축열 탱크(2)의 제 2 서브 구역(9)에 공급된다. 환언하면, 제 2 가압식 축열 탱크(3)로부터 제 1 가압식 축열 탱크(2)로의 열 전달은 공통의 열 전달 매체(10)에 의해서 실행된다. 이후, 열은 작동 유체(41)의 증발에 의해 제 1 가압식 축열 탱크(2)로부터 ORC 시스템(6)으로 전달된다.
유리하게는, 제 1 가압식 축열 탱크(2)는 제 2 가압식 축열 탱크(3)를 위한 일종의 증발 칼럼(vaporization column)을 구성한다. 제 2 가압식 축열 탱크(3)로부터 제 1 가압식 축열 탱크(2)로 증발 프로세스를 전달하는 것은, 유리하게는, 제 2 가압식 축열 탱크(3)에서 층들의 인터믹싱(intermixing)을 회피한다.
증발 프로세스를 전달하는 것의 추가 이점은, 종래 기술로부터 공지된 방식으로 열이 가압식 축열 탱크(3)로부터 추출될 수 있고, 나타내지 않은 열 소비자(heat consumer)에게 라우팅(routed)될 수 있다는 것이다. 따라서, 이에 의해 제 2 가압식 축열 탱크(3)를 디스차징하기(discharging) 위해 종래 기술로부터 공지된 추가의 프로세스가 가능해진다.
도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 예시적 실시예들은, 가압식 축열 탱크(2) 및/또는 가압식 축열 탱크(3)를 차징하기(charging) 위한 빌트인 컴포넌트들(built-in components)을 추가로 포함할 수 있다. 이 경우에, 가압식 축열 탱크들(2, 3)은 열의 직접적인 그리고/또는 간접적인 공급에 의해서 차징될(charged) 수 있다.
열의 직접적인 공급의 경우에, 따뜻한(warm) 열 전달 매체(10)가 가압식 저장 탱크(2, 3) 내로 직접적으로 유동한다. 따뜻한 열 전달 매체(10)의 유입(inflow)의 결과로서, 찬(cold) 열 전달 매체(10)가 동시에 배출되고(drawn off), 이에 따라 가압식 저장 탱크(2, 3)에 열 에너지(thermal energy)(열(heat))가 차징된다. 가압식 저장 탱크(2, 3)의 직접 차징에 비해, 간접 차징의 경우에는, 열 전달은 열원(heat source)과 열 전달 매체(10)의 간접적인 열적 접촉에 의해 실행된다. 예컨대, 추가의 빌트인 컴포넌트들(built-in components), 특히 열 교환기들(heat exchangers) 및/또는 열 전달 표면들(heat transfer surfaces)이 가압식 저장 탱크(2, 3)에 이러한 목적을 위해 제공될 수 있다. 게다가, 가압식 저장 탱크(2, 3)를 차징하기 위한 목적을 위해서, 차징 컵들(charging cups), 디플렉터 플레이트들(deflector plates) 및 분배기 튜브들(distributor tubes)이 가압식 저장 탱크들(2, 3)에서 빌트인 컴포넌트들로서 제공될 수 있다.
본 발명이 바람직한 예시적 실시예들에 의해 매우 상세히 예시 및 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시들에 의해 제한되지 않거나, 또는 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고, 당업자에 의해서 다른 변경들이 이로부터 유도될 수 있다.

Claims (15)

  1. 성층식 축열 탱크(stratified thermal storage tank)(2, 3)를 디스차징(discharging)하기 위한 방법으로서,
    제 1 성층식 축열 탱크(2)는 제 1 서브 구역(sub-region)(8)에서 제 1 온도를 가지며, 제 2 서브 구역(9)에서 상기 제 1 온도와 비교하여 더 높은 제 2 온도를 가지고, 상기 제 2 서브 구역(9)은 측지학적으로(geodetically) 상기 제 1 서브 구역(8) 위에 배치되며, 액체 응집 상태(liquid state of aggregation)에서 유기 랭킨 사이클(organic Rankine cycle)(36)의 작동 유체(41)는 상기 제 1 성층식 축열 탱크(2)의 유체 열 전달 매체(fluid heat transfer medium)(10) 내로, 상기 제 1 서브 구역(8) 내로 도입되며, 그리고 상기 유체 열 전달 매체(10)와 직접적으로 재료 접촉(direct material contact)되고, 상기 작동 유체(41)의 밀도는 상기 유체 열 전달 매체(10)의 밀도보다 작고(less than), 그리고 상기 제 2 온도인 제 2 서브 구역(9)에서, 상기 제 1 성층식 축열 탱크(2)의 압력은 상기 작동 유체(41)의 증기압(vapour pressure)과 같은(equal to),
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 성층식 축열 탱크(2)에서 증발된 작동 유체는 상기 유기 랭킨 사이클(36)로 복귀되는,
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 성층식 축열 탱크(2)에서의 증발 이전의 밀도는 항상 상기 유체 열 전달 매체(10)의 밀도 이하인 밀도를 갖는 작동 유체(41)가 사용되는,
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 작동 유체(41)의 증기압은 130℃의 제 2 온도에서 1 MPa 미만인,
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    물질들(substances) 1,1,1,2,2,4,5,5,5-노나플루오로(nonafluoro)-4-(트리플루오로메틸(trifluoromethyl))-3-펜타논(pentanone), 퍼플루오로메틸부타논(perfluoromethylbutanone), 1-클로로(chloro)-3,3,3-트리플루오로(trifluoro)-1-프로펜(propene), 시스(cis)-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로(hexafluoro)-2-부텐(butene) 및 시클로펜탄(cyclopentane) 중 적어도 하나를 포함하는 작동 유체(41)가 사용되는,
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    물(water)(10)이 유체 열 전달 매체(10)로서 사용되는,
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    액체 응집 상태에서, 상기 유체 열 전달 매체(10)와의 혼화성(miscible)이 없는 작동 유체(41)가 사용되는,
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제어된 가압식 저장 탱크(controlled pressurized storage tank)(2)가 성층식 축열 탱크(stratified thermal storage tank)(2)로서 사용되는,
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 작동 유체(41)가 분배 디바이스(distributing device)(12)에 의해 상기 유체 열 전달 매체(10) 내로 도입되고, 상기 분배 디바이스(12)는 상기 작동 유체(41)를 상기 유체 열 전달 매체(10)의 일정한 제 1 또는 제 2 온도 층에 균일하게 분배시키는,
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유체 열 전달 매체(10)에 축적된 작동 유체(41, 42)는 상기 유기 랭킨 사이클(36)로 복귀되는,
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상변화 재료(phase-change material)가 열 에너지(energy)를 저장하기 위해서 상기 성층식 축열 탱크(2)에서 사용되는,
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 2 성층식 축열 탱크(3)가 사용되고, 상기 제 2 성층식 축열 탱크(3)는 상기 유체 열 전달 매체(10)를 통해 상기 제 1 성층식 축열 탱크(2)에 유체 연결되며, 제 2 온도를 갖는 상기 제 2 성층식 축열 탱크(3)의 유체 열 전달 매체(10)는 상기 제 2 서브 구역(9)에서 상기 제 1 성층식 축열 탱크(2)에 공급되고, 그리고 상기 제 1 성층식 축열 탱크(2)의 상기 제 1 서브 구역(8)에서 제 1 온도를 갖는 상기 제 1 성층식 축열 탱크(2)의 유체 열 전달 매체(10)는 상기 제 2 성층식 축열 탱크(3)로 복귀되는,
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 방법.
  13. 성층식 축열 탱크(2, 3)를 디스차징하기 위한 디바이스(device)로서,
    상기 디바이스는 유기 랭킨 사이클(36)을 수행하도록 설계된 시스템(system)(6) 및 제 1 성층식 축열 탱크(2)를 포함하고, 상기 제 1 성층식 축열 탱크(2)는 제 1 서브 구역(8)에서 제 1 온도를 가지며, 제 2 서브 구역(9)에서 상기 제 1 온도와 비교하여 더 높은 제 2 온도를 가지고, 상기 제 2 서브 구역(9)은 측지학적으로 상기 제 1 서브 구역(8) 위에 배치되며, 상기 제 1 성층식 축열 탱크(2) 및 상기 시스템(6)은, 액체 응집 상태에서 유기 랭킨 사이클(36)의 작동 유체(41)가 제 1 성층식 축열 탱크(2)의 유체 열 전달 매체(10) 내로, 상기 제 1 서브 구역(8) 내로 도입되며 상기 유체 열 전달 매체(10)와 직접적으로 재료 접촉되는 방식으로 설계 및 연결되고, 상기 작동 유체(41)의 밀도는 상기 유체 열 전달 매체(10)의 밀도보다 작고, 그리고 상기 제 2 온도인 제 2 서브 구역(9)에서, 상기 제 1 성층식 축열 탱크(2)의 압력은 상기 작동 유체(41)의 증기압과 같은,
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 성층식 축열 탱크(2)는 분배 디바이스(12)를 포함하고, 상기 분배 디바이스(12)는 상기 작동 유체(41)를 상기 유체 열 전달 매체(10)의 일정한 제 1 또는 제 2 온도 층에 균일하게 분배하도록 설계되는,
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 디바이스.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 디바이스는 제 2 성층식 축열 탱크(3)를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 성층식 축열 탱크(2, 3)는, 제 2 온도를 갖는 상기 제 2 성층식 축열 탱크(3)의 유체 열 전달 매체(10)가 상기 제 2 서브 구역(9)에서 상기 제 1 성층식 축열 탱크(2)에 공급되고 그리고 상기 제 1 성층식 축열 탱크(2)의 상기 제 1 서브 구역(8)에서 제 1 온도를 갖는 상기 제 1 성층식 축열 탱크(2)의 유체 열 전달 매체(10)가 상기 제 2 성층식 축열 탱크(3)로 복귀되는 방식으로, 설계되고 상기 유체 열 전달 매체(10)를 통해 유체 연결되는,
    성층식 축열 탱크를 디스차징하기 위한 디바이스.
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