KR102021900B1 - 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법에 관한 것으로, 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 메인 사이클 내 펌프 유입단으로 상기 작동 유체를 공급하는 공급 펌프와, 상기 공급 펌프에서 상기 메인 사이클의 펌프 유입단과 연결되어 상기 작동 유체가 흐르는 공급관과, 상기 공급관에서 분기되어 상기 공급 펌프로 재순환되는 재순환 라인을 포함하며, 상기 공급관으로부터 미리 설정된 최소 유량의 상기 작동 유체가 추기되어 상기 재순환 라인을 통해 상기 공급 펌프로 재순환되는 것을 특징으로 한다.

Description

초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법{Supercritical CO2 generating system and method for operating thereof}
본 발명은 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작동 유체 공급 펌프의 과열 및 파손을 방지할 수 있는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법에 관한 것이다.
국제적으로 효율적인 전력 생산에 대한 필요성이 점차 커지고 있고, 공해물질 발생을 줄이기 위한 움직임이 점차 활발해짐에 따라 공해물질의 발생을 줄이면서 전력 생산량을 높이기 위해 여러 가지 노력을 기울이고 있으며, 그 노력의 일환으로 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 사용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(Power generation system using Supercritical CO2)에 대한 연구 개발이 활성화되고 있다.
초임계 상태의 이산화탄소는 액체 상태와 유사한 밀도에 기체와 비슷한 점성을 동시에 가지므로 기기의 소형화와 더불어, 유체의 압축 및 순환에 필요한 전력소모를 최소화할 수 있다. 동시에 임계점이 섭씨 31.4도, 72.8기압으로, 임계점이 섭씨 373.95도, 217.7기압인 물보다 매우 낮아서 다루기가 용이한 장점이 있다. 이러한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 섭씨 550도에서 운전할 경우 약 45% 수준의 순발전효율을 보이며, 기존 스팀 사이클의 발전효율 대비 20% 이상의 발전효율 향상과 함께 터보기기를 축소할 수 있는 장점이 있다.
일반적으로 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 발전에 사용된 이산화탄소를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(close cycle)을 이루며, 작동 유체로 초임계 상태의 이산화탄소를 이용한다.
초임계 이산화탄소 작동 유체는 별도의 저장 탱크에 저장되며, 공급 펌프에 의해 초임계 이산화탄소 발전 시스템으로 공급된다. 이러한 작동 유체의 충전 시스템의 일 예가 미국특허등록 8281593호에 개시되어 있다.
또한, 별도의 공급 시스템 없이 발전 사이클 내에 작동 유체 공급을 위한 펌프와 스타트업 펌프가 구비된 충전 펌프 시스템이 한국특허공개 제2015-7028161호에 개시되어 있다.
그런데 전술한 선행문헌에 개시된 작동 유체의 충전 시스템은 별도의 유량 제어를 위한 구성이 없어 최소 유량 이하의 작동 유체 유량이 계속 흐르는 경우, 공급 펌프가 과열되거나 그에 따른 파손이 발생하는 문제가 있다. 따라서 작동 유체 공급 펌프의 과열 및 파손을 방지할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
미국특허등록 8281593호 (등록일 2012.10.09)
본 발명의 목적은 작동 유체 공급 펌프의 과열 및 파손을 방지할 수 있는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법은, 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 메인 사이클 내 펌프 유입단으로 상기 작동 유체를 공급하는 공급 펌프와, 상기 공급 펌프에서 상기 메인 사이클의 펌프 유입단과 연결되어 상기 작동 유체가 흐르는 공급관과, 상기 공급관에서 분기되어 상기 공급 펌프로 재순환되는 재순환 라인을 포함하며, 상기 공급관으로부터 미리 설정된 최소 유량의 상기 작동 유체가 추기되어 상기 재순환 라인을 통해 상기 공급 펌프로 재순환되는 것을 특징으로 한다.
작동 유체를 저장하는 저장 탱크를 더 포함하고, 상기 재순환 라인은 상기 공급관에서 분기되어 상기 저장 탱크로 연결되며, 상기 최소 유량의 작동 유체는 상기 저장 탱크를 거쳐 상기 공급 펌프로 재순환되는 것을 특징으로 한다.
상기 공급관에 설치되어 상기 메인 사이클로 공급되는 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제1 제어 밸브와, 상기 재순환 라인 상에 설치되어 상기 공급관으로부터 상기 저장 탱크로 공급하는 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제2 제어 밸브를 더 포함한다.
상기 공급 펌프의 배출단에 설치되어 상기 작동 유체의 유량을 측정하는 유량 측정기를 더 포함한다.
상기 재순환 라인은 상기 유량 측정기와 상기 제1 제어 밸브의 사이에서 분기되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 제어 밸브는 전후단 압력 차를 일정하게 조절하는 압력 제어 밸브인 PCV(Pressure control valve) 또는 작동 유체의 유량 레벨을 제어하는 레벨 제어 밸브인 LCV(Level control valve)이고, 상기 제2 제어 밸브는 상기 작동 유체의 유량을 조절하는 유량 제어 밸브인 FCV(Flow control valve)로 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 사이클의 시동 시에는 상기 제1 제어 밸브를 폐쇄하고 상기 제2 제어 밸브를 일부 개방하여 상기 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 공급 펌프로 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 공급 펌프로 상기 최소 유량의 상기 작동 유체를 공급한 후 상기 메인 사이클에서 요구되는 상기 작동 유체의 요구 유량을 판단해 상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 사이클에서 요구되는 상기 작동 유체의 요구 유량이 설정값 이상이면 상기 제2 제어 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 제어 밸브를 개방하며, 상기 요구 유량이 설정값 이하이면 상기 제1 제어 밸브를 개방하고 상기 제2 제어 밸브를 일부 개방하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 사이클의 운전 중에는 상기 제1 제어 밸브를 폐쇄하고, 상기 공급 펌프의 과열이 발생하면 상기 제2 제어 밸브를 개방해 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 공급 펌프로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 메인 사이클 내 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 상기 작동 유체를 공급하는 공급 펌프와, 상기 공급 펌프에서 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 연결되어 상기 작동 유체가 흐르는 제1 공급 라인과, 상기 메인 사이클의 시동 시 상기 작동 유체를 상기 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 공급하는 스타트업 펌프와, 상기 스타트업 펌프에서 상기 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 연결되어 상기 작동 유체가 흐르는 제2 공급 라인과, 상기 제1 공급 라인 및 상기 제2 공급 라인으로부터 각각 분기되어 상기 스타트업 펌프 및 상기 공급 펌프로 재순환되는 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인을 포함하며, 상기 제1 공급 라인 및 상기 제2 공급 라인으로부터 미리 설정된 최소 유량의 상기 작동 유체가 추기되어 상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인을 통해 상기 스타트업 펌프 및 상기 공급 펌프로 재순환되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법을 제공한다.
상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인은 상기 작동 유체를 냉각하는 컨덴서 쪽으로 연결되어 상기 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 컨덴서를 거쳐 상기 공급 펌프로 재순환되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인에 각각 설치되어 상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인으로 분기되는 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브를 더 포함한다.
상기 제1 공급 라인 및 제2 공급 라인 각각에 설치되되 상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인이 분기되는 분기점 이후에 설치되어 상기 제1 공급 라인 및 제2 공급 라인의 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제1 밸브 및 제2 밸브를 더 포함한다.
상기 공급 펌프 및 스타트업 펌프의 배출단에 설치되어 상기 작동 유체의 유량을 측정하는 유량 측정기를 더 포함한다.
상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브는 상기 작동 유체의 유량을 조절하는 유량 제어 밸브인 FCV(Flow control valve)로 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 사이클의 시동 시에는 상기 제2 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 제어 밸브 및 상기 제2 제어 밸브를 일부 개방하여 상기 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 스타트업 펌프 및 공급 펌프로 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 스타트업 펌프 및 공급 펌프로 상기 최소 유량의 상기 작동 유체를 공급한 후 상기 메인 사이클에서 요구되는 상기 작동 유체의 요구 유량을 판단해 상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 사이클에서 요구되는 상기 작동 유체의 요구 유량이 설정값 이상이면 상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 밸브를 개방하며, 상기 요구 유량이 설정값 이하이면 상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브를 일부 개방하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 사이클의 운전 중에는 상기 제2 밸브를 폐쇄하고, 상기 스타트업 펌프의 과열이 발생하면 상기 제2 제어 밸브를 개방해 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 스타트업 펌프로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법은 유량 제어를 위한 구성과 최소 유량을 안정적으로 공급할 수 있는 별도의 유로를 구비함으로써 작동 유체 공급 펌프의 과열과 그에 따른 파손을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체 공급 시스템을 도시한 모식도,
도 2는 작동 유체 공급 펌프의 토출량 및 온도 관계를 도시한 그래프,
도 3은 일반적인 작동 유체 공급 펌프의 운전 라인을 도시한 그래프,
도 4는 본 발명의 작동 유체 공급 펌프의 운전 라인을 도시한 그래프,
도 5는 도 1의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 시동 시 운전 방법을 도시한 순서도,
도 6은 도 1의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 운전중 운전 방법을 도시한 순서도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 8은 도 7의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 시동 시 운전 방법을 도시한 순서도,
도 9는 도 7의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 운전중 운전 방법을 도시한 순서도,
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 일 예를 도시한 모식도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
일반적으로 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 발전에 사용된 이산화탄소를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(close cycle)을 이루며, 작동 유체로 초임계 상태의 이산화탄소를 이용한다.
초임계 이산화탄소 발전 시스템은 작동 유체가 초임계 상태의 이산화탄소이므로 화력 발전소 등에서 배출되는 배기 가스를 이용할 수 있어 단독 발전 시스템뿐만 아니라 화력 발전 시스템과의 하이브리드 발전 시스템에도 사용될 수 있다. 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체는 배기 가스로부터 이산화탄소를 분리하여 공급할 수도 있고, 별도의 이산화탄소를 공급할 수도 있다.
사이클 내의 초임계 이산화탄소(이하 작동 유체)는 압축기를 통과한 후, 히터 등과 같은 열원을 통과하면서 가열되어 고온고압의 작동 유체가 되어 터빈을 구동시킨다. 터빈에는 발전기 또는 펌프가 연결되며, 발전기에 연결된 터빈에 의해 전력을 생산하고 펌프에 연결된 터빈을 이용해 펌프를 구동한다. 터빈을 통과한 작동 유체는 열교환기를 거치면서 냉각되며, 냉각된 작동 유체는 다시 압축기로 공급되어 사이클 내를 순환한다. 터빈이나 열교환기는 복수 개가 구비될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템이란 사이클 내에서 유동하는 작동 유체 모두가 초임계 상태인 시스템뿐만 아니라, 작동 유체의 대부분이 초임계 상태이고 나머지는 아임계 상태인 시스템도 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예에서 작동 유체로 이산화탄소가 사용되는데, 여기서 이산화탄소란, 화학적인 의미에서 순수한 이산화탄소, 일반적인 관점에서 불순물이 다소 포함되어 있는 상태의 이산화탄소 및 이산화탄소에 한가지 이상의 유체가 첨가물로서 혼합되어 있는 상태의 유체까지도 포함하는 의미로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체 공급 시스템을 도시한 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체 공급 시스템은 초임계 이산화탄소 발전 시스템 내로 작동 유체를 공급한다. 본 시스템은 후술할 공급 펌프의 안정적인 제어를 목적으로 한다.
공급된 작동 유체는 발전 시스템의 폐 루프 사이클(이하 메인 사이클) 내를 순환하면서 압축 및 가열되어 터빈을 구동시켜 전기 에너지를 생산한다. 터빈 구동 후의 작동 유체는 열교환을 통해 냉각되어 사이클 내를 순환한다.
작동 유체의 공급 시스템은 작동 유체를 저장하는 저장 탱크(100)와, 작동 유체를 사이클 내로 공급하는 공급 펌프(200)와, 복수의 밸브 및 유량 측정기(flow meter, 600)를 구비한다. 또한, 매스 컨트롤 탱크(Mass Control Tank) 또는 열 엔진(Heat Engine)이 추가로 구비될 수 있다.
본 발명의 각 구성들은 작동 유체가 흐르는 이송관에 의해 연결되며, 특별히 언급하지 않더라도 작동 유체는 이송관을 따라 유동하는 것으로 이해되어야 한다. 다만, 복수 개의 구성들이 일체화 되어 있는 경우, 일체화된 구성 내에 사실상 이송관의 역할을 하는 부품 내지 영역이 있을 것이므로, 이 경우에도 당연히 작동 유체는 이송관을 따라 유동하는 것으로 이해되어야 한다.
저장 탱크(100)는 작동 유체를 저장하며, 버퍼 기능을 갖는 탱크이다. 컨덴서의 형상을 변경해 버퍼 기능을 갖는 버퍼 탱크 또는 버퍼 기능을 갖는 컨덴서로 구비될 수 있다. 저장 탱크(100)는 매스 컨트롤 탱크 또는 열 엔진(300)으로부터 배출되는 작동 유체를 이송하는 배출 라인(310)과, 공급 펌프(200)로 작동 유체를 이송하는 공급 라인(110)이 연결된다. 배출 라인(310)에는 배출 라인(310)의 개폐를 위한 밸브가 구비된다.
공급 펌프(200)에는 메인 사이클로 작동 유체를 공급하기 위한 공급관(210)이 구비되고, 공급관(210) 상에는 제1 제어 밸브(400)가 설치된다. 공급 펌프(200)의 배출단에 인접하여 유량 측정기(600)가 설치되고, 유량 측정기(600)와 제1 제어 밸브(400)의 사이에서 재순환 라인(230)이 분기되며, 공급 펌프(200)의 후단과 저장 탱크(100)의 전단을 연결한다. 재순환 라인(230) 상에는 제2 제어 밸브(500)가 설치되며, 유량 측정기(600)에서 측정된 측정 결과를 토대로 제2 제어 밸브(500)가 제어된다.
제1 제어 밸브(400)는 메인 사이클 상에서 요구되는 압력을 미리 설정하고, 설정 압력을 추종하는 압력 제어 밸브인 PCV(Pressure control valve)일 수 있다. 즉, 메인 사이클의 컨덴서 후단에서 펌프로 공급되는 라인의 작동 유체 압력이 특정 값 이하인 경우, PCV 인 제1 제어 밸브(400)를 열어 작동 유체를 추가로 공급할 수 있다. 반대로 메인 사이클의 컨덴서 후단에서 펌프로 공급되는 라인의 작동 유체의 압력이 너무 높을 경우(설정값 이상일 경우)에는 제1 제어 밸브(400)를 닫아 작동 유체의 공급을 중단할 수 있다.
또는 제1 제어 밸브(400)는 작동 유체의 버퍼 레벨(buffer의 level)을 제어하는 레벨 제어 밸브인 LCV(Level control valve)로 구비될 수 있다. 즉, 메인 사이클의 컨덴서 후단 유량을 유지할 수 있는 버퍼의 설치가 가능한데, 버퍼 레벨이 너무 낮아서 펌프에 공동현상(cavitation) 또는 서지(surge)가 발생할 수 있다. 이때 펌프를 보호하기 위해 버퍼 레벨이 너무 낮으면 제1 제어 밸브를 열어 작동 유체를 공급해 버퍼 레벨이 특정 수위 이상이 되도록 할 수 있다. 특정 수위 이상의 버퍼 레벨이 유지되면 제1 제어 밸브를 닫아 작동 유체의 추가 공급을 중단할 수 있다.
제2 제어 밸브(500)는 작동 유체의 유량을 조절하는 유량 제어 밸브인 FCV(Flow control valve)로 구비될 수 있다.
제1 제어 밸브(400)가 압력 제어 밸브인 경우, 공급 펌프(200) 입력단에서 요구되는 압력에 따라 제어되고, 제1 제어 밸브(400)가 레벨 제어 밸브인 경우 메인 사이클의 컨덴서에서 요구되는 작동 유체의 레벨에 따라 제어된다. 제2 제어 밸브(500)는 유량 제어 밸브이므로 공급 펌프(200)로 재순환되는 작동 유체의 최소 재순환 유량에 따라 제어된다.
유량 측정기(600)는 공급 펌프(200)의 배출단(후단)에 설치되어 작동 유체의 최소 유량을 측정(FIT, flow instrument and transmitter)하며, 오리피스(orifice) 타입, 벤트리(venture) 타입, 초음파(ultra-sonic) 타입 등 그 종류에 관계 없이 적용될 수 있다. 공급 펌프(200) 후단의 작동 유체 유량이 설정값 보다 적은 경우, 공급 펌프(200)로 설정값 이상의 작동 유체가 공급될 수 있도록 공급관(210)에서 재순환 라인(230)으로 흐르는 유량을 증가시킨다(설정값에 해당하는 유량을 최소 유량으로 정의함). 이때, 제2 제어 밸브(500)는 메인 사이클의 펌프 유입단으로 작동 유체가 공급되는 것을 중단시키지 않으면서도 재순환 라인(230)으로 순환되는 작동 유체가 증가할 수 있도록 제어되는 것이 바람직하다. 즉, 제2 제어 밸브(500)가 완전히 개방하지는 않으면서 재순환 라인(230)으로 최소 유량의 작동 유체가 공급될 수 있도록 제어된다. 단, 메인 사이클로의 작동 유체 공급이 필요없을 때에는 제1 제어 밸브(400)가 폐쇄되고 제2 제어 밸브(500)가 완전히 개방될 수도 있다.
매스 컨트롤 탱크 또는 열 엔진(300)에는 비상 상황이 발생할 때 고압의 작동 유체를 소량 공급할 수 있도록 보조 이송관()이 연결될 수 있다. 보조 이송관()은 전술한 공급관(210)과 연결되어 공급 펌프(200)로부터 작동 유체의 일부를 추기해 공급받을 수 있다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 작동 유체 공급 장치에 있어서, 공급 펌프의 운전에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다(각 구성의 참조 번호는 도 1을 참조하기로 함).
도 2는 작동 유체 공급 펌프의 토출량 및 온도 관계를 도시한 그래프, 도 3은 일반적인 작동 유체 공급 펌프의 운전 라인을 도시한 그래프, 도 4는 본 발명의 작동 유체 공급 펌프의 운전 라인을 도시한 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 공급 펌프(200)로 공급되는 작동 유체의 유량이 설계값 대비 너무 적을 경우, 공급 펌프(200) 내부 마찰의 증가로 공급 펌프의 온도가 상승하게 된다(도 2의 음영 구간). 즉, 작동 유체의 유량이 너무 적으면 펌프의 고정자와 회전자가 회전하면서 발생하는 마찰열을 충분히 제거하지 못하기 때문에 펌프가 과열된다. 펌프의 과열은 작동 유체의 온도 상승을 야기하며, 작동 유체가 섭씨 31도 이상 가열되면 초임계 상태가 되어 부피가 약 50배 증가하게 된다. 갑작스러운 작동 유체의 부피 증가는 펌프에 치명적인 손상을 발생시키므로, 펌프 내의 작동 유체는 액상을 유지하도록 펌프 과열을 방지할 필요가 있다.
예를 들어, 토출량이 250㎥/h로 설계된 공급 펌프에 50㎥/h 이하의 유량이 흐르는 경우, 펌프 내 온도가 급격히 상승함을 알 수 있다. 따라서 과열에 의한 문제가 발생할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일반적으로 작동 유체 공급 펌프의 설계값 대비 발전 시스템에서 요구되는 작동 유체의 유량이 30% 이내인 영역(도 3의 음영 구간)을 펌프 과열 운전 영역으로 정의할 수 있다.
펌프가 과열될 경우, 펌프의 자체 보호 로직에 의해 펌프가 급정지(trip, 트립)되고, 펌프가 급정지되면 외부 열교환기로 작동 유체가 공급되지 않아 외부 열교환기 역시 과열된다. 외부 열교환기가 과열되면 열교환 튜브가 파손되어 발전 시스템의 신뢰도(reliability)가 급락하게 된다. 발전 시스템의 신뢰도 하락은 발전 시스템의 운용에 매우 중요한 문제이므로 이를 방지할 필요가 있다. 또한, 펌프 과열이 지속적으로 일어날 경우, 펌프 역시 파손되므로 펌프를 교체해야 하는 문제가 발생한다.
따라서 펌프의 과열 및 그에 따른 파손을 방지하기 위해 도 4에 도시된 바와 같이, 펌프 과열 운전 영역에서 최소 유량 이상의 작동 유체가 안정적으로 흐르도록 제어할 필요가 있다. 이를 위해, 전술한 제1 제어 밸브(400) 및 제2 제어 밸브(500), 유량 측정기(600) 및 재순환 라인(230)을 구비하여 공급 펌프(200)로 재순환되는 작동 유체의 유량을 제어하는 것이다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체 공급 장치에 있어서, 공급 펌프의 과열 방지 방법을 순서에 따라 설명하기로 한다(각 구성의 참조 번호는 도 1을 참조하기로 함).
도 5는 도 1의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 시동 시 운전 방법을 도시한 순서도, 도 6은 도 1의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 운전중 운전 방법을 도시한 순서도이다.
초임계 이산화탄소 발전 시스템의 시동 시에는 메인 사이클 내로 작동 유체를 공급함과 동시에 공급 펌프(200)의 과열을 방지할 수 있도록 최소 유량 또는 그 이상의 작동 유체 유량을 공급해야 한다.
이를 위해 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 제어 밸브(400)는 완전히 개방되고, 제2 제어 밸브(500)는 일부가 개방되도록 제어된다(제1 단계, S1). 제2 제어 밸브(500)를 일부 개방해 최소 유량으로 작동 유체가 공급 펌프(200)로 공급되도록 하여 공급 펌프(200)의 과열을 방지함과 동시에 메인 사이클로 작동 유체를 공급하도록 작동 유체 공급 장치를 운용한다(제2 단계, S2).
그 후 발전 시스템의 요구 유량을 판단한다(제3 단계, S3). 발전 시스템 요구 유량이 충분히 많은 경우(실험에 의한 설정값이 정해질 수 있으며, 예를 들어 도 4의 30% 이상 구간에 해당할 수 있음), 재순환 라인(230)의 제2 제어 밸브(500)를 완전히 폐쇄하여 메인 사이클로만 작동 유체가 공급되도록 한다(4-1단계, S4-1).
반대로 발전 시스템 요구 유량이 적은 경우(실험에 의한 설정값이 정해질 수 있으며, 예를 들어 도 4의 30% 이하 구간에 해당할 수 있음), 재순환 라인으로 최소 유량의 작동 유체가 공급될 수 있도록 제2 제어 밸브(500)를 개방한다(4-2단계, S4-2). 이러한 과정에 따라 공급 펌프(200)의 안정적인 기동 제어와 과열을 방지할 수 있다(5단계, S5).
도 6에 도시된 바와 같이, 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 운전 중에는 초임계 이산화탄소 발전 시스템으로 작동 유체를 추가 공급할 필요가 없으므로, 제1 제어 밸브(400)를 완전히 폐쇄하게 된다(제1 단계, S10). 작동 유체 공급 시스템에 문제가 발생해 공급 펌프(200)에 최소 유량 보다 적은 양의 작동 유체가 순환하게 되면 공급 펌프(200)의 과열이 발생할 수 있다(제2 단계, S20).
좀더 상세히 살펴보면, 이상적인 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 추가 작동유체의 공급 없이 계속적인 운전이 가능하다. 하지만 실제 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 터보기기에서 발생하는 작동 유체의 누설(Leakage)과 외기온도 변화에 의한 내부 작동 유체 전체 유량 변화가 있어, 일부 작동 유체가 작동 유체 공급 시스템에서 계속적으로 공급되어야 한다. 이 때 너무 적은 유량을 지속적으로 공급하게 되면 펌프가 과열된다.
또는 작동 유체의 맥동 유량이 불규칙하게 공급 펌프(200)로 지속적으로 공급될 수 있다. 이는 공급 펌프의 고장을 야기 시키며, 펌프 기동속도 때문에 즉각적인 작동 유체의 공급이 불가능하다. 이를 해소하기 위해 최소 유량을 제2 제어 밸브 (500)을 통해 지속적으로 흐르게 하면서 필요에 따라 공급펌프 파손없이 즉각적인 CO2를 공급하는 것이 바람직하다.
따라서 공급 펌프(200)의 과열을 방지하기 위해 제2 제어 밸브(500)를 개방하고, 작동 유체의 유량이 최소 유량을 유지하거나 또는 그 이상의 유량이 공급 펌프(200)로 순환될 수 있도록 제2 제어 밸브(500)의 개도를 제어한다(제3 단계, S30).
작동 유체 공급 시스템의 문제를 해결하면 제1 제어 밸브(400)를 조절하여 개방 대기 상태로 공급 펌프(200)의 구동을 준비하고(제4 단계, S40), 공급 펌프(200)의 과열이나 파손, 급정지 없이 작동 유체를 메인 사이클로 재공급할 수 있다(제5 단계, S50).
이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체 공급장치에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 작동 유체 공급 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 작동 유체를 공급하는 터보 펌프(100’) 후단 및 시동 시 별도로 구동되는 스타트업 펌프(100)의 후단에 각각 유량 측정기(500')를 구비할 수 있다. 본 시스템은 터보 펌프(100’) 및 스타트업 펌프(100)의 안정적인 제어(과열 방지)를 목적으로 한다.
터보 펌프(100’)의 후단은 메인 사이클의 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 제1 공급 라인(A)이 연결되며, 제1 공급 라인(A)에서 컨덴서(400') 쪽으로 분기되는 제1 순환 라인(C)이 구비된다. 스타트업 펌프(100)의 후단은 메인 사이클의 열교환기(300') 또는 리큐퍼레이터(200') 쪽으로 제2 공급 라인(B)이 연결되며, 제2 공급 라인(B)에서 컨덴서(400') 쪽으로 분기되는 제2 순환 라인(D)이 구비된다. 또한, 제1 순환 라인(C)의 분기점 이후에 라인 개폐를 위한 제1 밸브(V1)가, 제2 순환 라인(D)의 분기점 이후에 라인 개폐를 위한 제2 밸브(V2)가 구비된다.
터보 펌프(100’)와 스타트업 펌프(100)의 후단인 제1 공급 라인(A) 및 제2 공급 라인(B) 상에는 각각 유량 측정기(500')가 설치된다. 또한, 제1 순환 라인(C) 및 제2 순환 라인(D) 상에는 각각 제1 제어 밸브(400) 및 제2 제어 밸브(700')가 설치된다. 제1 공급 라인(A) 및 제2 공급 라인(B)은 제1 순환 라인(C) 및 제2 순환 라인(D)이 분기되는 분기점 이후에서 합류하여 열교환기(300') 또는 리큐퍼레이터(200') 쪽으로 작동 유체를 공급한다. 제1 순환 라인(C) 및 제2 순환 라인(D)을 통해 이동하는 작동 유체는 리큐퍼레이터(200')에서 오는 작동 유체 순환 라인에 합류해 컨덴서(400')로 순환된다.
본 실시 예에서 유량 측정기(500')는 도 1의 실시 예와 동일하며, 제1 제어 밸브(600') 및 제2 제어 밸브(700')는 도 1의 실시 예에 따른 제1 제어 밸브(400)와 마찬가지로 유량 제어 밸브(flow control valve)로 구비될 수 있다(동일한 구성이므로 상세 설명을 생략함).
전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체 공급 장치에 있어서, 공급 펌프의 과열 방지 방법을 순서에 따라 설명하기로 한다(각 구성의 참조 번호는 도 7을 참조하기로 함).
도 8은 도 7의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 시동 시 운전 방법을 도시한 순서도, 도 9는 도 7의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 운전중 운전 방법을 도시한 순서도이다.
초임계 이산화탄소 발전 시스템의 시동 시에는 메인 사이클 내로 작동 유체를 공급함과 동시에 스타트업 펌프(100) 및 터보 펌프(100’)의 과열을 방지할 수 있도록 최소 유량 또는 그 이상의 작동 유체 유량을 공급해야 한다.
이를 위해 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 밸브(V2)는 완전히 닫고, 제1 제어 밸브(600') 및 제2 제어 밸브(700')는 일부를 개방한다(제1 단계, S1'). 제1 제어 밸브(600') 및 제2 제어 밸브(700')를 일부 개방해 최소 유량의 작동 유체가 제1 순환 라인(C) 및 제2 순환 라인(D)으로 공급된다(제2 단계, S2'). 이 작동 유체는 컨덴서를 거쳐 스타트업 펌프(100) 및 터보 펌프(100’)로 순환되므로 스타트업 펌프(100) 및 터보 펌프(100’)의 과열을 방지할 수 있다. 동시에 메인 사이클 내로 작동 유체를 공급하는 제1 밸브(V1)는 폐쇄되지 않으므로 메인 사이클로 작동 유체를 공급할 수 있다.
그 후 발전 시스템의 요구 유량을 판단한다(제3 단계, S3'). 발전 시스템의 요구 유량이 충분히 많은 경우(실험에 의한 설정값이 정해질 수 있으며, 예를 들어 도 4의 30% 이상 구간에 해당할 수 있음), 제1 순환 라인(C) 및 제2 순환 라인(D)의 제1 제어 밸브(600') 및 제2 제어 밸브(700')를 완전히 폐쇄하여 메인 사이클로만 작동 유체가 공급되도록 한다(4-1단계, S4-1').
반대로 발전 시스템 요구 유량이 적은 경우(실험에 의한 설정값이 정해질 수 있으며, 예를 들어 도 4의 30% 이하 구간에 해당할 수 있음), 제1 순환 라인(C) 및 제2 순환 라인(D)으로 최소 유량의 작동 유체가 공급될 수 있도록 제1 제어 밸브(600') 및 제2 제어 밸브(700')를 개방한다(4-2단계, S4-2'). 이러한 과정에 따라 터보 펌프(100’)의 안정적인 기동 제어와 과열을 방지할 수 있다(5단계, S5').
도 9에 도시된 바와 같이, 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 운전 중에는 초임계 이산화탄소 발전 시스템으로 작동 유체를 추가 공급할 필요가 없으므로, 제2 밸브(V2)를 완전히 폐쇄하게 된다(제1 단계, S10'). 스타트업 펌프(100)의 운전 중 발전 시스템에 문제가 발생해 스타트업 펌프(100)에 최소 유량 보다 적은 양의 작동 유체가 순환하게 되면 스타트업 펌프(100)의 과열이 발생할 수 있다(제2 단계, S20').
이 경우 스타트업 펌프(100)의 과열을 방지하기 위해 제2 제어 밸브(700')를 개방하고, 작동 유체의 유량이 최소 유량을 유지하거나 또는 그 이상의 유량이 스타트업 펌프(100)로 순환될 수 있도록 제2 제어 밸브(700')의 개도를 제어한다(제3 단계, S30').
발전 시스템의 문제를 해결하면 제2 밸브(V2)를 조절하여 스타트업 펌프(100)의 구동을 준비하고(제4 단계, S40'), 스타트업 펌프(100)의 과열이나 파손, 급정지 없이 작동 유체를 메인 사이클로 재공급할 수 있다(제5 단계, S50').
스타트업 펌프(100)는 기동 시와 셧다운(shut-down) 시에만 필요하나, 스타트업 펌프(100)에서 메인 사이클의 펌프로 작동 유체 공급 펌프가 전환되면서 스타트업 펌프(100)에 흐르는 유량이 불규칙해지거나 최소 유량 이하로 특정 시간 이상 운전되는 경우가 발생한다. 이 경우 스타트업 펌프(100)의 과열, 파손, 급정지 등의 문제가 발생할 수 있다. 특히, Daily start-up / daily shut-down 을 요구하는 복합화력 발전소의 경우, 매일 1 ~ 2회 이상 스타트업 펌프(100)가 작동하게 되는데, 스타트업 펌프(100)의 구동을 준비하지 않으면 설계 수명을 버티지 못하고 파손될 수 있다. 따라서 전술한 바와 같은 제4단계 및 제5 단계의 대비가 필요하다.
한편, 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법을 LNG 냉열을 이용한 시스템으로 운용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 일 예를 도시한 모식도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 작동 유체 저장 및 공급을 위한 작동 유체 공급 시스템(a)으로부터 작동 유체를 공급받는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(b)과 LNG 터미널(c)을 연계하도록 발전 시스템을 구성할 수 있다.
이 경우 작동 유체 공급 시스템()의 저장 탱크(100)로부터 작동 유체가 초임계 이산화탄소 발전 시스템()의 컨덴서(400') 쪽으로 공급되며, 나머지 시스템 구성은 도 1 및 도 7의 실시 예와 동일하다.
컨덴서(400')는 공냉식 또는 수냉식으로 작동 유체와 열교환할 수 있는데, 본 실시 예에서는 LNG의 냉열을 이용해 컨덴서(400')에서 열교환을 하도록 시스템을 구성한다.
LNG 터미널(c)은 LNG 시스템의 일부 구성으로, 영하 165도 내지 영하 150도(이하에서 기술되는 온도는 모두 섭씨 기준임)의 온도를 갖는 LNG(액화천연가스)를 저장하는 스토리지 탱크(10)와, LNG와 열교환해 기체상의 NG(천연가스, 영하 50도 내지 영상 10도 범위)로 만들어 LNG 시스템으로 공급하는 LNG 열교환기(30)를 구비한다. LNG 터미널(c)은 LNG를 영하 50도 내지 영상 10도 범위의 기체상으로 상변화 시키므로, 냉열 운전 조건이라고 정의할 수 있다.
LNG 열교환기(30)는 영하 162도 내지 영상 30도 범위의 작동 온도를 갖는 부동액을 매개로 하여 LNG를 NG로 상변화시키는데, 이 부동액을 초임계 이산화탄소 발전 시스템()의 컨덴서()를 위한 냉매로 활용할 수 있다.
LNG 냉열 운전 조건에서 초임계 이산화탄소 발전 시스템()의 컨덴서()는 영하 40도로 운전되며, 그에 따라 터보 펌프()와 스타트업 펌프()는 액체 상태로 운전될 수 있다. 또한, 도 1 및 도 7을 참조하여 설명한 작동 유체 공급 시스템과 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 적용하였으므로 공급 펌프()와 터보 펌프(), 스타트업 펌프()가 최소 유량 이하로 운전되지 않도록 제어되므로 과열되지 않고 원활한 작동 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 펌프 제어 기작이 없다면 각 펌프가 최소 유량 이하로 운전될 수 있어 과열 위험이 있고, 펌프 작동 온도가 섭씨 31도 이상으로 올라갈 수 있다. 이 경우, 작동 유체가 초임계 상태가 되어 부피가 약 50배 증가하므로 펌프에 치명적인 손상을 발생시키게 된다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 도 10의 시스템 구성을 제공하는 것이다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.
100: 저장 탱크 200: 공급 펌프
210: 공급관 230: 재순환 라인
300: 매스 컨트롤 탱크 또는 열 엔진
400: 제1 제어 밸브 500: 제2 제어 밸브
600: 유량 측정기

Claims (20)

  1. 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 메인 사이클 내 펌프 유입단으로 작동 유체를 공급하는 공급 펌프와,
    상기 공급 펌프에서 상기 메인 사이클의 펌프 유입단과 연결되어 상기 작동 유체가 흐르는 공급관과,
    상기 공급관에서 분기되어 상기 공급 펌프로 재순환되는 재순환 라인을 포함하며,
    상기 공급관으로부터 미리 설정된 최소 유량의 상기 작동 유체가 추기되어 상기 재순환 라인을 통해 상기 공급 펌프로 재순환되고,
    작동 유체를 저장하는 저장 탱크를 더 포함하고, 상기 재순환 라인은 상기 공급관에서 분기되어 상기 저장 탱크로 연결되며, 상기 최소 유량의 작동 유체는 상기 저장 탱크를 거쳐 상기 공급 펌프로 재순환되고,
    상기 공급관에 설치되어 상기 메인 사이클로 공급되는 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제1 제어 밸브와, 상기 재순환 라인 상에 설치되어 상기 공급관으로부터 상기 저장 탱크로 공급하는 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제2 제어 밸브를 더 포함하고,
    상기 공급 펌프의 배출단에 설치되어 상기 작동 유체의 유량을 측정하는 유량 측정기를 더 포함하고, 상기 재순환 라인은 상기 유량 측정기와 상기 제1 제어 밸브의 사이에서 분기되고,
    상기 메인 사이클의 시동 시에는 상기 제1 제어 밸브를 폐쇄하고 상기 제2 제어 밸브를 일부 개방하여 상기 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 공급 펌프로 공급되도록 하고,
    상기 메인 사이클에서 요구되는 상기 작동 유체의 요구 유량이 설정값 이상이면 상기 제2 제어 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 제어 밸브를 개방하며, 상기 요구 유량이 설정값 이하이면 상기 제1 제어 밸브를 개방하고 상기 제2 제어 밸브를 일부 개방하되,
    상기 제1 제어 밸브는 전후단 압력 차를 일정하게 조절하는 압력 제어 밸브인 PCV(Pressure control valve) 또는 작동 유체의 유량 레벨을 제어하는 레벨 제어 밸브인 LCV(Level control valve)이고, 상기 제2 제어 밸브는 상기 작동 유체의 유량을 조절하는 유량 제어 밸브인 FCV(Flow control valve)로 구비되고,
    상기 메인 사이클의 운전 중에는 상기 제1 제어 밸브를 폐쇄하고, 상기 공급 펌프의 과열이 발생하면 상기 제2 제어 밸브를 개방해 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 공급 펌프로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
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  11. 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 메인 사이클 내 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 작동 유체를 공급하는 공급 펌프와,
    상기 공급 펌프에서 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 연결되어 상기 작동 유체가 흐르는 제1 공급 라인과,
    상기 메인 사이클의 시동 시 상기 작동 유체를 상기 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 공급하는 스타트업 펌프와,
    상기 스타트업 펌프에서 상기 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 연결되어 상기 작동 유체가 흐르는 제2 공급 라인과,
    상기 제1 공급 라인 및 상기 제2 공급 라인으로부터 각각 분기되어 상기 스타트업 펌프 및 상기 공급 펌프로 재순환되는 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인을 포함하며,
    상기 제1 공급 라인 및 상기 제2 공급 라인으로부터 미리 설정된 최소 유량의 상기 작동 유체가 추기되어 상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인을 통해 상기 스타트업 펌프 및 상기 공급 펌프로 재순환되고,
    상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인은 상기 작동 유체를 냉각하는 컨덴서 쪽으로 연결되어 상기 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 컨덴서를 거쳐 상기 공급 펌프로 재순환되고,
    상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인에 각각 설치되어 상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인으로 분기되는 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브를 더 포함하고,
    상기 제1 공급 라인 및 제2 공급 라인 각각에 설치되되 상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인이 분기되는 분기점 이후에 설치되어 상기 제1 공급 라인 및 제2 공급 라인의 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제1 밸브 및 제2 밸브를 더 포함하고,
    상기 공급 펌프 및 스타트업 펌프의 배출단에 설치되어 상기 작동 유체의 유량을 측정하는 유량 측정기를 더 포함하고,
    상기 메인 사이클의 시동 시에는 상기 제2 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 제어 밸브 및 상기 제2 제어 밸브를 일부 개방하여 상기 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 스타트업 펌프 및 공급 펌프로 공급되고,
    상기 메인 사이클에서 요구되는 상기 작동 유체의 요구 유량이 설정값 이상이면 상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 밸브를 개방하며, 상기 요구 유량이 설정값 이하이면 상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브를 일부 개방하되,
    상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브는 상기 작동 유체의 유량을 조절하는 유량 제어 밸브인 FCV(Flow control valve)로 구비되고,
    상기 메인 사이클의 운전 중에는 상기 제2 밸브를 폐쇄하고, 상기 스타트업 펌프의 과열이 발생하면 상기 제2 제어 밸브를 개방해 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 스타트업 펌프로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8281593B2 (en) 2009-09-17 2012-10-09 Echogen Power Systems, Inc. Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid fill system
WO2014165144A1 (en) * 2013-03-13 2014-10-09 Echogen Power Systems, L.L.C. Control system for a heat engine system utilizing supercritical working fluid

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63162906A (ja) * 1986-12-26 1988-07-06 Hitachi Ltd 蒸気タ−ビンプラント
JP3857350B2 (ja) * 1996-03-22 2006-12-13 株式会社東芝 コンバインドサイクル発電プラントの制御装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8281593B2 (en) 2009-09-17 2012-10-09 Echogen Power Systems, Inc. Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid fill system
WO2014165144A1 (en) * 2013-03-13 2014-10-09 Echogen Power Systems, L.L.C. Control system for a heat engine system utilizing supercritical working fluid

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