KR102351552B1 - Manufacturing and generating apparatus using liquefied air with sensible heat storage and latent heat storage, manufacturing and generating method using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a liquefied air production and power generation device provided with a sensible heat storage and latent heat storage function, and a liquefied air production and power generation method using the same. According to an embodiment of the present invention, the device comprises: a compression unit for compressing a gas; a cooling unit for cooling the gas compressed by the compression unit; a sensible heat storage unit filled with a porous medium so that the compressed and cooled gas is further cooled; a latent heat storage unit filled with a phase change material so that the cooling heat of the additionally cooled gas is maintained or the gas is further cooled; a storage tank for storing the gas in which the cooling heat is maintained or the additional cooling is performed by the latent heat storage unit; an expansion valve for adiabatic expansion of the gas in which the cooling heat is maintained or the additional cooling is performed; a heating unit for heating the adiabatic expanded gas; and a power generation unit for generating electricity using the heated gas. The present invention can increase the efficiency of process costs and processes by reducing the amount of cooling heat supplied to the gas from the outside.

Description

현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치, 이를 이용한 액화공기 생산 및 발전방법{MANUFACTURING AND GENERATING APPARATUS USING LIQUEFIED AIR WITH SENSIBLE HEAT STORAGE AND LATENT HEAT STORAGE, MANUFACTURING AND GENERATING METHOD USING THE SAME}Liquefied air production and power generation device equipped with sensible heat storage and latent heat storage function, and liquefied air production and power generation method using the same

본 발명은 현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치, 이를 이용한 액화공기 생산 및 발전방법에 대한 발명이다.The present invention relates to a liquefied air production and power generation device equipped with sensible heat storage and latent heat storage functions, and a liquefied air production and power generation method using the same.

일반적인 액화공기발전장치는 기체를 압축장치로 압축하고, 냉각장치로 냉각하고, 위 압축 및 냉각된 기체를 저장탱크에 저장시킨다. 그리고, 저장탱크에 저장된 기체를 가열하고 가열된 기체를 이용하여 공기터빈 등을 이용하여 발전을 하게 된다.A general liquefied air power generator compresses gas with a compression device, cools it with a cooling device, and stores the compressed and cooled gas in a storage tank. Then, the gas stored in the storage tank is heated, and the heated gas is used to generate electricity using an air turbine or the like.

위와 같은 일반적인 액화공기발전장치는 압축 및 냉각된 기체가 별도의 과정 없이 저장탱크에 저장되므로, 압축장치 및 냉각장치에서 압축 및 냉각된 기체가 저장탱크로 유입되는 과정에서 온도가 상승되는 문제점이 있다. 따라서, 압축 및 냉각된 기체의 냉열을 유지시키기 위하여 별도의 장치를 구비하는 등 공정비용 및 공정효율이 감소되는 문제점이 있다.Since the compressed and cooled gas is stored in the storage tank without a separate process in the above general liquefied air power generation device, there is a problem in that the temperature rises in the process in which the compressed and cooled gas in the compression device and the cooling device flows into the storage tank. . Therefore, there is a problem in that the process cost and process efficiency are reduced, such as having a separate device to maintain the cooling heat of the compressed and cooled gas.

본 발명의 일 실시예들은 상기와 같은 배경에 착안하여 발명된 것으로서, 압축 및 냉각된 기체를 1차로 추가 냉각하고, 1차로 추가 냉각된 기체의 냉열을 유지 또는 2차로 추가 냉각시키며, 압축 및 추가 냉각된 기체의 냉열을 재사용할 수 있는 현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치, 이를 이용한 액화공기 생산 및 발전방법을 제공하고자 한다.As one embodiment of the present invention was invented in view of the above background, the compressed and cooled gas is primarily additionally cooled, and the cooling heat of the additionally cooled gas is primarily maintained or secondly additionally cooled, compressed and added An object of the present invention is to provide a liquefied air production and power generation device equipped with sensible heat storage and latent heat storage functions that can reuse the cooling heat of cooled gas, and a liquefied air production and power generation method using the same.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기체가 압축되는 압축부; 상기 압축부에 의해 압축된 기체가 냉각되는 냉각부; 상기 압축 및 냉각된 기체가 추가 냉각되도록 다공성매질이 충진되는 현열저장부; 추가 냉각된 상기 기체의 냉열이 유지되도록 또는 상기 기체가 추가 냉각되도록 상변화물질이 충진되는 잠열저장부; 상기 잠열저장부에 의해 냉열이 유지 또는 추가 냉각된 상기 기체가 저장되는 저장탱크; 냉열이 유지 또는 추가 냉각된 상기 기체를 단열팽창시키는 팽창밸브; 상기 단열팽창된 기체를 가열시키는 가열부; 및 상기 가열된 기체를 이용하여 전기를 생산하는 발전부를 포함하는, 현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a compression unit in which the gas is compressed; a cooling unit for cooling the gas compressed by the compression unit; a sensible heat storage unit filled with a porous medium so that the compressed and cooled gas is further cooled; a latent heat storage unit filled with a phase change material so that the cooling heat of the additionally cooled gas is maintained or the gas is further cooled; a storage tank in which cooling heat is maintained or additionally cooled by the latent heat storage unit is stored; an expansion valve for adiabatic expansion of the cooled gas being maintained or further cooled; a heating unit for heating the adiabatic expanded gas; And a liquefied air production and power generation device having a sensible heat storage and latent heat storage function including a power generation unit for generating electricity using the heated gas may be provided.

또한, 상변화물질에 냉열이 보충되도록 상기 팽창밸브에 의해 단열팽창된 기체는 상기 가열부로 이동되기 전 상기 잠열저장부로 이동되는, 현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치가 제공될 수 있다.In addition, there is provided a liquefied air production and power generation device equipped with a sensible heat storage and latent heat storage function, wherein the gas adiabatically expanded by the expansion valve to supplement the cooling heat in the phase change material is moved to the latent heat storage unit before moving to the heating unit. can be

또한, 현열저장부 및 상기 잠열저장부를 경유하여 상기 저장탱크로 이동되는 기체를 제1 경로부 기체라 정의하고, 상기 저장탱크로부터 이동되어 상기 잠열저장부 및 상기 현열저장부로 경유되는 기체를 제2 경로부 기체라 정의했을 때, 상기 제2 경로부 기체는 상기 제1 경로부 기체가 상기 잠열저장부 내에서 유동되는 공간의 적어도 일부를 경유하여 유동되도록 구성되는, 현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치가 제공될 수 있다. In addition, the gas moving to the storage tank via the sensible heat storage unit and the latent heat storage unit is defined as a first path gas, and the gas moving from the storage tank and passing through the latent heat storage unit and the sensible heat storage unit is used as a second gas. When defined as a path gas, the second path gas has a sensible heat storage and latent heat storage function, configured to flow through at least a portion of a space in which the first path gas flows in the latent heat storage unit A liquefied air production and power generation device may be provided.

또한, 다공성매질에 냉열이 보충되도록 상기 잠열저장부로 이동된 상기 기체는 상기 가열부로 이동되기 전 상기 현열저장부로 이동되는, 현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치가 제공될 수 있다.In addition, the gas moved to the latent heat storage unit to supplement the cooling heat in the porous medium is moved to the sensible heat storage unit before moving to the heating unit. A liquefied air production and power generation device having a sensible heat storage and latent heat storage function can be provided. have.

또한, 현열저장부 및 상기 잠열저장부를 경유하여 상기 저장탱크로 이동되는 기체를 제1 경로부 기체라 정의하고, 상기 저장탱크로부터 이동되어 상기 잠열저장부 및 상기 현열저장부로 경유되는 기체를 제2 경로부 기체라 정의했을 때, 상기 제2 경로부 기체는 상기 제1 경로부 기체가 상기 현열저장부 내에서 유동되는 공간의 적어도 일부를 경유하여 유동되도록 구성되는, 현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치가 제공될 수 있다. In addition, the gas moving to the storage tank via the sensible heat storage unit and the latent heat storage unit is defined as a first path gas, and the gas moving from the storage tank and passing through the latent heat storage unit and the sensible heat storage unit is used as a second gas. When defined as a path gas, the second path gas has a sensible heat storage and latent heat storage function configured to flow through at least a part of a space in which the first path gas flows in the sensible heat storage unit A liquefied air production and power generation device may be provided.

또한, 기체의 상기 잠열저장부로부터 상기 저장탱크로의 이동을 허용 또는 차단하는 개폐밸브를 더 포함하는, 현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치가 제공될 수 있다.In addition, there may be provided an apparatus for producing and generating liquefied air having sensible heat storage and latent heat storage functions, further comprising an on/off valve for allowing or blocking movement of gas from the latent heat storage unit to the storage tank.

또한, 기체가 상기 잠열저장부로부터 상기 저장탱크로 이동된 후 상기 기체의 이동을 차단하고, 상기 기체가 상기 저장탱크로부터 상기 팽창밸브를 경유하여 상기 잠열저장부로 이동된 후 상기 기체의 이동을 허용하도록 상기 개폐밸브를 제어하는 제어기를 더 포함하는, 현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치가 제공될 수 있다. In addition, after the gas is moved from the latent heat storage unit to the storage tank, the movement of the gas is blocked, and the movement of the gas is allowed after the gas is moved from the storage tank to the latent heat storage unit through the expansion valve. A liquefied air production and power generation device having a sensible heat storage and latent heat storage function may be provided, further comprising a controller for controlling the on-off valve to do so.

또한, 저장탱크에 수용된 상기 기체의 일부는 상기 압축부로 회수되는, 현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치가 제공될 수 있다.In addition, a portion of the gas accommodated in the storage tank is recovered to the compression unit, a liquefied air production and power generation device having a sensible heat storage and latent heat storage function may be provided.

또한, 액화공기 생산 및 발전장치를 이용한 액화공기 생산 및 발전방법에 있어서, 기체를 압축하는 압축단계; 상기 압축된 기체를 냉각하는 냉각단계; 상기 압축 및 냉각된 기체를 추가 냉각하는 현열저장단계; 상기 추가 냉각된 상기 기체의 냉열을 유지하는 잠열저장단계; 상기 냉열이 유지된 기체를 단열팽창시키는 단열팽창단계; 상기 단열팽창된 기체를 가열하는 가열단계; 및 상기 가열된 기체를 이용하여 전기를 생산하는 발전단계를 포함하는, 액화공기 생산 및 발전방법이 제공될 수 있다.In addition, in the liquefied air production and power generation method using the liquefied air production and power generation device, the compression step of compressing the gas; a cooling step of cooling the compressed gas; a sensible heat storage step of further cooling the compressed and cooled gas; a latent heat storage step of maintaining the cooling heat of the additionally cooled gas; an adiabatic expansion step of adiabatic expansion of the gas in which the cold heat is maintained; a heating step of heating the adiabatic expanded gas; and a power generation step of generating electricity using the heated gas, liquefied air production and power generation method may be provided.

또한, 냉열보충단계를 더 포함하고, 상기 냉열보충단계는 상기 상변화물질에 냉열이 보충되도록 상기 팽창밸브에 의해 단열팽창된 기체는 상기 가열부로 이동되기 전 상기 잠열저장부로 이동되고, 상기 다공성매질에 냉열이 보충되도록 상기 잠열저장부로 이동된 상기 기체는 상기 가열부로 이동되기 전 상기 현열저장부로 이동되는, 액화공기 생산 및 발전방법이 제공될 수 있다.In addition, the method further includes a cooling and heat supplementation step, wherein in the cooling and heat supplementation step, the gas adiabatically expanded by the expansion valve is moved to the latent heat storage portion before being moved to the heating portion so that cold heat is supplemented to the phase change material, and the porous medium A method for producing and generating liquefied air may be provided, in which the gas moved to the latent heat storage unit is moved to the sensible heat storage unit before being moved to the heating unit so that the cooling heat is supplemented.

또한, 저장탱크에 수용된 상기 기체의 일부가 상기 압축부로 회수되는 회수단계를 더 포함하는, 액화공기 생산 및 발전방법이 제공될 수 있다.In addition, the liquefied air production and power generation method may be provided, further comprising a recovery step of recovering a portion of the gas accommodated in the storage tank to the compression unit.

본 발명의 일 실시예들은 압축 및 냉각된 기체를 효율적으로 1차로 추가 냉각할 수 있다. Embodiments of the present invention can efficiently primary additional cooling of the compressed and cooled gas.

또한, 1차로 추가 냉각된 기체의 냉열을 유지 또는 2차로 추가 냉각시켜 냉각된 기체의 열손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect of preventing heat loss of the cooled gas by primarily maintaining the cooling heat of the additionally cooled gas or secondarily cooling the additionally cooled gas.

또한, 압축 및 추가 냉각된 기체를 이용하여 발전을 하기 전에 위 압축 및 추가 냉각된 기체의 냉열을 재사용할 수 있는 효과가 있다. In addition, there is an effect that the cooling heat of the compressed and additionally cooled gas can be reused before generating power using the compressed and additionally cooled gas.

따라서, 외부에서 기체에 공급되는 냉열의 양을 감소시켜 공정비용 및 공정효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, there is an effect that can increase the process cost and process efficiency by reducing the amount of cooling heat supplied to the gas from the outside.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화공기 생산 및 발전방법의 단계를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing the configuration of a liquefied air production and power generation device equipped with a sensible heat storage and latent heat storage function according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a view showing the steps of the liquefied air production and power generation method according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, specific embodiments for implementing the technical idea of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '접속', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 접속, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when it is stated that a component is 'connected', 'connected', 'supplied', 'transferred', or 'contacted' to another component, it may be directly connected, connected, supplied, transmitted, or contacted with the other component. However, it should be understood that other components may exist in the middle.

본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.In addition, in the present specification, the expressions of the upper side, the lower side, the side, etc. are described with reference to the drawings, and it is to be noted in advance that if the direction of the corresponding object is changed, it may be expressed differently. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings, and the size of each component does not fully reflect the actual size.

또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Also, terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by these terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The meaning of "comprising," as used herein, specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, operation, element, component, and/or group. It does not exclude the existence or addition of

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치(1, 이하 액화공기 생산 및 발전장치라 한다)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. Hereinafter, with reference to the drawings, a detailed configuration of the liquefied air production and power generation device (1, hereinafter referred to as liquefied air production and power generation device) equipped with sensible heat storage and latent heat storage functions according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1을 참조하면, 본 실시예에서 액화공기 생산 및 발전장치(1)는 압축부(100), 냉각부(200), 현열저장부(300), 잠열저장부(400), 저장탱크(500), 팽창밸브(600), 가열부(700) 및 발전부(800)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the liquefied air production and power generation device 1 in this embodiment includes a compression unit 100 , a cooling unit 200 , a sensible heat storage unit 300 , a latent heat storage unit 400 , and a storage tank 500 . ), an expansion valve 600 , a heating unit 700 , and a power generation unit 800 .

압축부(100)는 기체를 압축하는 기능을 할 수 있다. 압축부(100)는, 상압(약 100 kPa, 약 1 bar)의 공기를 일정 이상의 압력, 일 예로, 약 5 bar 내지 100 bar 의 압력으로 압축시킬 수 있다.The compression unit 100 may function to compress gas. The compression unit 100 may compress air at normal pressure (about 100 kPa, about 1 bar) to a pressure higher than a certain level, for example, a pressure of about 5 bar to 100 bar.

냉각부(200)는 압축부(100)에 의해 압축된 기체를 냉각하는 기능을 할 수 있다. 냉각부(200)는 압축된 기체를 약 -50 도 내지 -200 도로 냉각할 수 있다. The cooling unit 200 may function to cool the gas compressed by the compression unit 100 . The cooling unit 200 may cool the compressed gas to about -50 degrees to -200 degrees.

현열저장부(300)는 압축부(100) 및 냉각부(200)에 의해 압축 및 냉각된 기체를 1차로 추가 냉각 하는 기능을 할 수 있다. 현열저장부(300) 내부에는 다수 개의 다공성매질(320)이 충진될 수 있으며, 다공성매질(320)은 석영, 구리, 유리구술, 자갈 등의 다양한 열용랑 및 전도율을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 현열저장부(300)의 다공성매질(320)은 초기 셋팅시 외부에서 별도의 냉열을 공급받아 냉열이 축열(畜熱,　heat　storage)될 수 있다. 압축부(100) 및 냉각부(200)에 의해 압축 및 냉각된 기체는 현열저장부(300)의 다공성매질(320)과 접촉되고, 접촉면적이 증가되면서 1차로 추가 냉각이 이루어져 약 -200 도 정도까지 냉각될 수 있다. 한편, 다공성매질(320)에 의해 기체가 냉각되면서 상대적으로 다공성매질(320)의 온도는 상승될 수 있다. The sensible heat storage unit 300 may function to primarily additionally cool the gas compressed and cooled by the compression unit 100 and the cooling unit 200 . A plurality of porous media 320 may be filled inside the sensible heat storage unit 300, and the porous medium 320 may include materials having various thermal tolerance and conductivity, such as quartz, copper, glass spheres, and gravel. . The porous medium 320 of the sensible heat storage unit 300 may receive a separate cooling heat from the outside at the time of initial setting, and the cooling heat may be stored. The gas compressed and cooled by the compression unit 100 and the cooling unit 200 is in contact with the porous medium 320 of the sensible heat storage unit 300, and as the contact area is increased, additional cooling is performed primarily to about -200 degrees can be cooled to an extent. Meanwhile, as the gas is cooled by the porous medium 320 , the temperature of the porous medium 320 may be relatively increased.

잠열저장부(400)는 현열저장부(300)에 의해 1차로 추가 냉각된 기체의 냉열을 유지 보존하거나 또는 2차로 추가 냉각하는 기능을 할 수 있다. 잠열저장부(400) 내부에는 현열저장부(300) 및 저장탱크(500)와 연통되어 기체가 이동되는 배관(410)이 구비될 수 있다. 그리고, 잠열저장부(400) 내부에는 위 배관(410)과 접촉되도록 다수 개의 PCM(phase change material, 상변화물질, 420)이 충진될 수 잇다. PCM(420)은 상변화물질로 고체 상태의 PCM(420)이 액체로 상변화되면서(일 예로, 녹으면서) 접촉되는 외부 물질의 냉열을 유지시키는 기능을 할 수 있다. 따라서, 현열저장부(300)에서 1차로 추가 냉각된 기체가 배관(410)을 따라 이동되고, 배관(410)에 접촉된 PCM(420)에 의해 배관(410)을 따라 이동되는 1차로 추가 냉각된 기체의 냉열이 유지되거나 2차로 추가 냉각될 수 있다. 다시 말해, 현열저장부(300)에 의해 1차로 추가 냉각된 기체의 냉열이 잠열저장부(400)에 의해 유지 보존되거나 2차로 추가 냉각될 수 있다. 현열저장부(300)에 의해 1차로 추가 냉각된 기체는 잠열저장부(400)에 의해 냉열이 유지되거나 2차로 추가 냉각되면서 기체 상태로 존재하게 되는데, 기체의 일부는 액체 상태로 상변화(相變化, phase change)된다. 한편, 잠열저장부(400)의 PCM(420)은 초기 셋팅시 외부에서 별도의 냉열을 공급받아 냉열이 축열될 수 있다. 한편, PCM(420)에 의해 기체의 냉열이 유지되면서 상대적으로 PCM(420)의 온도는 상승될 수 있다.The latent heat storage unit 400 may function to maintain and preserve the cooling heat of the gas additionally cooled primarily by the sensible heat storage unit 300 , or to perform secondary additional cooling. A pipe 410 communicating with the sensible heat storage unit 300 and the storage tank 500 to move the gas may be provided inside the latent heat storage unit 400 . In addition, a plurality of phase change material (PCM) (phase change material, 420) may be filled in the latent heat storage unit 400 so as to be in contact with the pipe 410 above. The PCM 420 is a phase change material, and the PCM 420 in a solid state is phase-changed into a liquid (for example, while melting) and may function to maintain the cooling and heat of an external material in contact. Therefore, the gas primarily additionally cooled in the sensible heat storage unit 300 is moved along the pipe 410 , and is primarily additionally cooled by the PCM 420 in contact with the pipe 410 , which is moved along the pipe 410 . The cooling heat of the gas may be maintained or it may be additionally cooled secondarily. In other words, the cooling heat of the gas firstly additionally cooled by the sensible heat storage unit 300 may be maintained and preserved by the latent heat storage unit 400 or may be additionally cooled secondarily. The gas primarily additionally cooled by the sensible heat storage unit 300 remains in a gaseous state while the cooling heat is maintained by the latent heat storage unit 400 or is secondarily further cooled.變化, phase change). On the other hand, the PCM 420 of the latent heat storage unit 400 may receive a separate cooling heat from the outside at the time of initial setting, and the cooling heat may be stored. Meanwhile, the temperature of the PCM 420 may be relatively increased while the cooling heat of the gas is maintained by the PCM 420 .

저장탱크(500)는 잠열저장부(400)에서 냉열이 유지 또는 2차로 추가 냉각된 기체 및 상변화된 액체를 수용하는 기능을 할 수 있다. 저장탱크(500)에서 냉열이 유지 또는 2차로 추가 냉각된 기체의 일부는 다시 압축부(100)로 회수되어 재사용될 수 있다. 다시 말해, 압축부(100)로 회수된 기체는 상술한 냉각부(200), 현열저장부(300), 잠열저장부(400)를 거쳐 다시 저장탱크(500)로 유입될 수 있다. The storage tank 500 may function to maintain the cooling heat in the latent heat storage unit 400 or to receive the secondly cooled gas and the phase-changed liquid. A portion of the gas, which is maintained in the cooling heat in the storage tank 500 or additionally cooled secondarily, may be recovered by the compression unit 100 again and reused. In other words, the gas recovered to the compression unit 100 may be introduced into the storage tank 500 again through the cooling unit 200 , the sensible heat storage unit 300 , and the latent heat storage unit 400 .

팽창밸브(600)는 저장탱크(500)에서 냉열이 유지된 기체를 단열팽창시켜 온도를 더욱 냉각시키는 기능을 할 수 있다. 다시 말해, 저장탱크(500)에 수용된 냉열이 유지 또는 2차로 추가 냉각된 기체가 팽창밸브(600)를 거치면서 3차로 추가 냉각될 수 있다. 팽창밸브(600)는 JT밸브(줄톰슨 밸브)일 수 있으며, JT밸브뿐만 아니라 익스팬더(expander) 등의 다양한 팽창장치를 포함할 수 있다. 한편, 팽창밸브(600)는 잠열저장부(400)와 저장탱크(500) 사이에 추가로 배치될 수도 있다. 다시 말해, 잠열저장부(400)에서 냉열이 유지 또는 2차로 추가 냉각된 기체를 단열팽창시켜 더욱 추가 냉각한 다음 저장탱크(500)에 유입되도록 형성할 수도 있다. The expansion valve 600 may function to further cool the temperature by adiabatic expansion of the gas in which the cooling heat is maintained in the storage tank 500 . In other words, the cooling heat received in the storage tank 500 may be maintained or the secondly additionally cooled gas may be additionally cooled tertiarily through the expansion valve 600 . The expansion valve 600 may be a JT valve (Jul Thompson valve), and may include various expansion devices such as a JT valve as well as an expander. Meanwhile, the expansion valve 600 may be additionally disposed between the latent heat storage unit 400 and the storage tank 500 . In other words, it may be formed such that the cooling heat is maintained in the latent heat storage unit 400 or the secondary cooled gas is further cooled by adiabatic expansion and then introduced into the storage tank 500 .

팽창밸브(600)에 의해 단열팽창된 기체는 다시 잠열저장부(400)로 유입되어 잠열저장부(400) 내부의 PCM(420)에 냉열을 보충해주는 기능을 할 수 있다. 전술하였듯이, 잠열저장부(400)에서 PCM(420)에 의해 기체의 냉열이 유지되면서 PCM(420)의 온도는 상대적으로 상승될 수 있다. 따라서, 팽창밸브(600)에 의해 단열팽창된 기체를 다시 잠열저장부(400)로 유입시켜 온도가 상승될 수 있는 PCM(420)에 다시 냉열을 보충해주는 것이다.The gas adiabatically expanded by the expansion valve 600 may flow back into the latent heat storage unit 400 to supplement the cooling heat in the PCM 420 inside the latent heat storage unit 400 . As described above, the temperature of the PCM 420 may be relatively increased while the cooling heat of the gas is maintained by the PCM 420 in the latent heat storage unit 400 . Accordingly, by introducing the gas adiabatically expanded by the expansion valve 600 back into the latent heat storage unit 400 , the cooling heat is again supplemented to the PCM 420 , the temperature of which can be increased.

현열저장부(300) 및 잠열저장부(400)를 경유하여 저장탱크(500)로 이동되는 기체를 제1 경로부 기체라 정의하고, 저장탱크(500)로부터 이동되어 잠열저장부(400) 및 현열저장부(300)로 경유되는 기체를 제2 경로부 기체라 정의했을 때, 제2 경로부 기체는 제1 경로부 기체가 잠열저장부(400) 내에서 유동되는 공간의 적어도 일부를 경유하여 유동되도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 제1 경로부 기체가 잠열저장부(400) 내에서 유동되는 공간(일 예로 배관(410))과 제2 경로부 기체가 잠열저장부(400) 내에서 유동되는 공간(일 예로 배관(410))은 동일할 수 있다. A gas that moves to the storage tank 500 via the sensible heat storage unit 300 and the latent heat storage unit 400 is defined as a first path gas, and is moved from the storage tank 500 to the latent heat storage unit 400 and When the gas passing through the sensible heat storage unit 300 is defined as the second path gas, the second path gas passes through at least a part of the space in which the first path gas flows in the latent heat storage unit 400 . It can be configured to flow. In other words, a space in which the gas in the first path flows in the latent heat storage unit 400 (eg, a pipe 410 ) and a space in which the gas in the second path flows in the latent heat storage unit 400 (eg, a pipe) (410)) may be the same.

잠열저장부(400)의 PCM(420)에 냉열을 보충해 준 기체는 다시 현열저장부(300)로 유입되어 현열저장부(300) 내부의 다공성매질(320)에 냉열을 보충해줄 수 있다. 전술하였듯이, 현열저장부(300)에서 다공성매질(320)에 의해 기체가 냉각되면서 다공성매질(320)의 온도는 상대적으로 상승될 수 있다. 따라서, 잠열저장부(400)에 냉열을 보충해 준 기체를 다시 현열저장부(300)로 유입시켜 온도가 상승될 수 있는 다공성매질(320)에 다시 냉열을 보충해주는 것이다.The gas that has supplemented the cooling heat in the PCM 420 of the latent heat storage unit 400 may flow back into the sensible heat storage unit 300 to supplement cooling heat in the porous medium 320 inside the sensible heat storage unit 300 . As described above, as the gas is cooled by the porous medium 320 in the sensible heat storage unit 300 , the temperature of the porous medium 320 may be relatively increased. Accordingly, the gas supplemented with cooling heat in the latent heat storage unit 400 is introduced into the sensible heat storage unit 300 again to supplement cooling heat in the porous medium 320 in which the temperature can be increased.

현열저장부(300) 및 잠열저장부(400)를 경유하여 저장탱크(500)로 이동되는 기체를 제1 경로부 기체라 정의하고, 저장탱크(500)로부터 이동되어 잠열저장부(400) 및 현열저장부(300)로 경유되는 기체를 제2 경로부 기체라 정의했을 때, 제2 경로부 기체는 제1 경로부 기체가 현열저장부(300) 내에서 유동되는 공간의 적어도 일부를 경유하여 유동되도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 제1 경로부 기체가 현열저장부(300) 내에서 유동되는 공간(일 예로 다공성매질(320)과 접촉되는 공간)과 제2 경로부 기체가 현열저장부(300) 내에서 유동되는 공간(일 예로 다공성매질(320)과 접촉되는 공간)은 동일할 수 있다. A gas that moves to the storage tank 500 via the sensible heat storage unit 300 and the latent heat storage unit 400 is defined as a first path gas, and is moved from the storage tank 500 to the latent heat storage unit 400 and When the gas passing through the sensible heat storage unit 300 is defined as the second path unit gas, the second path unit gas passes through at least a part of the space in which the first path unit gas flows in the sensible heat storage unit 300 . It can be configured to flow. In other words, the space in which the first path gas flows in the sensible heat storage unit 300 (eg, a space in contact with the porous medium 320 ) and the second path unit gas flows in the sensible heat storage unit 300 . The space (for example, the space in contact with the porous medium 320) may be the same.

가열부(700)는 현열저장부(300)의 다공성매질(320)에 냉열을 보충해 준 기체를 유입받아 가열시키는 기능을 할 수 있다. 저장탱크(500)에 수용된 후 팽창밸브(600)에 의해 단열팽창된 기체는 곧바로 가열부(700)에 의해 가열되어 발전부(800)로 유입될 수도 있으나, 본 실시예에서는 현열저장부(300), 잠열저장부(400) 및 팽창밸브(600)를 거쳐 냉열이 축열된 기체의 냉열이 낭비되지 않도록 냉열이 축열된 기체를 다시 잠열저장부(400) 및 현열저장부(300)로 이동시켜 냉열을 보충해주는 것이다.The heating unit 700 may function to receive and heat the gas supplemented with cooling heat into the porous medium 320 of the sensible heat storage unit 300 . After being accommodated in the storage tank 500, the adiabatic expanded gas by the expansion valve 600 may be directly heated by the heating unit 700 and introduced into the power generation unit 800, but in this embodiment, the sensible heat storage unit 300 ), the latent heat storage unit 400 and the expansion valve 600 to move the stored gas back to the latent heat storage unit 400 and the sensible heat storage unit 300 so that the cooling heat of the gas stored in the cooling heat is not wasted. It supplements the cold.

발전(發電)부는 가열부(700)에 의해 가열된 기체를 이용하여 전기를 생산하는 기능을 할 수 있다. 발전부(800)는 증기터빈을 포함할 수 있다. The power generation unit may function to produce electricity by using the gas heated by the heating unit 700 . The power generation unit 800 may include a steam turbine.

개폐밸브(900)는 잠열저장부(400)로부터 저장탱크(500)로의 기체의 이동을 허용 또는 차단하도록 잠열저장부(400)와 저장탱크(500) 사이에 배치될 수 있다. 전술하였듯이, 현열저장부(300) 및 잠열저장부(400)를 경유하여 저장탱크(500)로 이동되는 제1 경로부 기체 및 저장탱크(500)로부터 이동되어 잠열저장부(400) 및 현열저장부(300)로 경유되는 제2 경로부 기체는 잠열저장부(400)의 배관(410)과 현열저장부(300)의 다공성매질(320)과 접촉되는 공간에서 유동되는 공간이 동일할 수 있다. 따라서, 기체가 잠열저장부(400)로부터 저장탱크(500)로 이동된 이후 개폐밸브(900)를 차단하여 저장탱크(500)로의 더 이상의 기체의 유입을 막을 필요가 있다. 개폐밸브(900)를 차단한 이후에는 저장탱크(500)의 기체를 다시 잠열저장부(400) 및 현열저장부(300)로 되돌아가게 하면 된다. 다시 말해, 기체가 냉각부(200), 현열저장부(300), 잠열저장부(400) 및 저장탱크(500)로 이동된 이후 개폐밸브(900)를 차단하고, 기체는 저장탱크(500)에서 팽창밸브(600), 잠열저장부(400) 및 현열저장부(300)로 되돌아가게 된다. 한편, 개폐밸브(900)는 자동으로 작동되는 밸브를 포함할 수 있다. The opening/closing valve 900 may be disposed between the latent heat storage unit 400 and the storage tank 500 to allow or block movement of gas from the latent heat storage unit 400 to the storage tank 500 . As described above, the gas in the first path is moved to the storage tank 500 via the sensible heat storage unit 300 and the latent heat storage unit 400 , and the latent heat storage unit 400 and the sensible heat storage unit are moved from the storage tank 500 . The second passage gas passing through the unit 300 may have the same flow space in a space in contact with the pipe 410 of the latent heat storage unit 400 and the porous medium 320 of the sensible heat storage unit 300 . . Therefore, after the gas is moved from the latent heat storage unit 400 to the storage tank 500 , it is necessary to block the on-off valve 900 to prevent further inflow of the gas into the storage tank 500 . After shutting off the on/off valve 900 , the gas in the storage tank 500 may be returned to the latent heat storage unit 400 and the sensible heat storage unit 300 again. In other words, after the gas moves to the cooling unit 200 , the sensible heat storage unit 300 , the latent heat storage unit 400 and the storage tank 500 , the opening/closing valve 900 is blocked, and the gas is stored in the storage tank 500 . is returned to the expansion valve 600 , the latent heat storage unit 400 , and the sensible heat storage unit 300 . On the other hand, the on-off valve 900 may include a valve that is automatically operated.

본 실시예에서, 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어기는 기체가 잠열저장부(400)로부터 저장탱크(500)로 이동된 후 기체의 이동을 차단하도록 개폐밸브(900)를 제어하는 기능을 할 수 있다. 그리고 기체가 저장탱크(500)로부터 팽창밸브(600)를 경유하여 잠열저장부(400)로 되돌아간 이후에는 기체의 이동을 허용하도록 개폐밸브(900)를 제어할 수 있다.In this embodiment, it may further include a controller (not shown). The controller may function to control the on/off valve 900 to block the movement of the gas after the gas is moved from the latent heat storage unit 400 to the storage tank 500 . In addition, after the gas returns to the latent heat storage unit 400 from the storage tank 500 via the expansion valve 600 , the on/off valve 900 may be controlled to allow the movement of the gas.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 가지는 액화공기 생산 및 발전장치 (1)의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation and effect of the liquefied air production and power generation device 1 having the configuration as described above will be described.

압축부(100) 및 냉각부(200)에 의해 압축 및 냉각된 기체는 현열저장부(300)에서 1차로 추가 냉각될 수 있다. 현열저장부(300)에 의해 1차로 추가 냉각된 기체는 잠열저장부(400)에 의해 냉열이 유지 보존되거나 2차로 추가 냉각 될 수 있고, 냉열이 유지 보존되거나 2차로 추가 냉각된 기체는 저장탱크(500)에 저장된다. 이와 같이, 현열저장부(300)에 의해 기체를 효율적으로 1차로 추가 냉각시키는 효과를 얻을 수 있고, 잠열저장부(400)에 의해 1차로 추가 냉각된 기체의 냉열을 유지 보존하거나 2차로 추가 냉각시킴으로써 냉각된 기체의 열손실을 방지할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 외부에서 현열저장부(300) 및 잠열저장부(400)에 공급하는 냉열의 양을 감소시킬 수 있으므로 공정비용 및 공정효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다. The gas compressed and cooled by the compression unit 100 and the cooling unit 200 may be additionally cooled primarily in the sensible heat storage unit 300 . The gas that has been primarily additionally cooled by the sensible heat storage unit 300 may be maintained and preserved as cold heat by the latent heat storage unit 400 or may be additionally cooled secondarily. (500) is stored. In this way, it is possible to obtain the effect of efficiently primary additional cooling of the gas by the sensible heat storage unit 300 , and maintain and preserve the cooling heat of the gas primarily additionally cooled by the latent heat storage unit 400 , or secondary additional cooling This has the effect of preventing heat loss of the cooled gas. Therefore, since the amount of cooling heat supplied from the outside to the sensible heat storage unit 300 and the latent heat storage unit 400 can be reduced, there is an effect that can increase process cost and process efficiency.

기체는 팽창밸브(600)를 통해 단열팽창되면서 3차로 추가 냉각될 수 있고, 다시 잠열저장부(400)로 되돌아 가면서 상대적으로 온도가 상승될 수 있는 PCM(420)에 냉열을 보충해주고, 다시 현열저장부(300)로 되돌아 가면서 상대적으로 온도가 상승될 수 있는 다공성매질(320)에 냉열을 보충해 준다. 이와 같이, 상대적으로 온도가 상승될 수 있는 PCM(420) 및 다공성매질(320)에 다시 냉열을 보충해줌으로써, 외부에서 현열저장부(300) 및 잠열저장부(400)에 공급하는 냉열의 양을 감소시켜 공정비용 및 공정효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.The gas can be further cooled in the third while adiabatic expansion through the expansion valve 600, and supplements the cooling heat to the PCM 420, which can be relatively increased in temperature while returning to the latent heat storage unit 400, and again sensible heat While returning to the storage unit 300, it supplements the cooling heat to the porous medium 320, which can be relatively increased in temperature. In this way, by supplementing the cooling heat again to the PCM 420 and the porous medium 320, which can be relatively increased in temperature, the amount of cooling heat supplied to the sensible heat storage unit 300 and the latent heat storage unit 400 from the outside. There is an effect that can increase the process cost and process efficiency by reducing

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액화공기 생산 및 발전방법(S1)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. Hereinafter, a detailed configuration of the liquefied air production and power generation method S1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 .

액화공기 생산 및 발전장치를 이용한 액화공기 생산 및 발전방법(S1)은 압축단계(S100), 냉각단계(S200), 현열저장단계(S300), 잠열저장단계(S400), 단열팽창단계(S500), 가열단계(S700) 및 발전단계(S800)를 포함할 수 있다. The liquefied air production and power generation method (S1) using the liquefied air production and power generation device is a compression step (S100), a cooling step (S200), a sensible heat storage step (S300), a latent heat storage step (S400), adiabatic expansion step (S500) , a heating step (S700) and a power generation step (S800) may be included.

압축단계(S100)는 기체를 압축하는 단계를 포함할 수 있다. 냉각단계(S200)는 압축된 기체를 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 현열저장단계(S300)는 압축 및 냉각된 기체를 추가 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 잠열저장단계(S400)는 추가 냉각된 기체의 냉열을 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 단열팽창단계(S500)는 냉열이 유지된 기체를 단열팽창시키는 단계를 포함할 수 있다. 가열단계(S700)는 단열팽창된 기체를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 발전단계(S800)는 가열된 기체를 이용하여 전기를 생산하는 단계를 포함할 수 있다. The compression step (S100) may include a step of compressing the gas. The cooling step (S200) may include cooling the compressed gas. The sensible heat storage step ( S300 ) may include additional cooling of the compressed and cooled gas. The latent heat storage step ( S400 ) may include maintaining the cooling heat of the additionally cooled gas. The adiabatic expansion step (S500) may include the step of adiabatic expansion of the gas in which the cold heat is maintained. The heating step (S700) may include heating the adiabatic expanded gas. The power generation step ( S800 ) may include a step of generating electricity using the heated gas.

본 실시예에서, 냉열보충단계(S600)를 더 포함할 수 있다. 냉열보충단계(S600)는 상변화물질에 냉열이 보충되도록 팽창밸브(600)에 의해 단열팽창된 기체는 가열부(700)로 이동되기 전 잠열저장부(400)로 이동될 수 있고, 다공성매질(320)에 냉열이 보충되도록 잠열저장부(400)로 이동된 기체는 가열부(700)로 이동되기 전 현열저장부(300)로 이동될 수 있다. In this embodiment, the cooling and heat supplement step (S600) may be further included. In the cooling and heat replenishment step (S600), the gas adiabatically expanded by the expansion valve 600 so that the cooling heat is replenished to the phase change material may be moved to the latent heat storage unit 400 before being moved to the heating unit 700, and a porous medium The gas moved to the latent heat storage unit 400 to supplement the cooling heat in the 320 may be moved to the sensible heat storage unit 300 before moving to the heating unit 700 .

본 실시예에서, 저장탱크(500)에 수용된 기체의 일부가 압축부(100)로 회수되는 회수단계(미도시)를 더 포함할 수 있다. In this embodiment, a recovery step (not shown) in which a portion of the gas accommodated in the storage tank 500 is recovered to the compression unit 100 may be further included.

이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.Although the embodiments of the present invention have been described as specific embodiments, these are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and should be construed as having the widest scope according to the technical idea disclosed in the present specification. A person skilled in the art may implement a pattern of a shape not specified by combining/substituting the disclosed embodiments, but this also does not depart from the scope of the present invention. In addition, those skilled in the art can easily change or modify the disclosed embodiments based on the present specification, and it is clear that such changes or modifications also fall within the scope of the present invention.

1: 액화공기 생산 및 발전장치 100: 압축부
200: 냉각부 300: 현열저장부
320: 다공성매질 400: 잠열저장부
410: 배관 420: 상변화물질
500: 저장탱크 600: 팽창밸브
700: 가열부 800: 발전부
900: 개폐밸브1: liquefied air production and power generation device 100: compression unit
200: cooling unit 300: sensible heat storage unit
320: porous medium 400: latent heat storage unit
410: pipe 420: phase change material
500: storage tank 600: expansion valve
700: heating unit 800: power generation unit
900: on/off valve

Claims (11)

기체가 압축되는 압축부;
상기 압축부에 의해 압축된 기체가 냉각되는 냉각부;
상기 압축 및 냉각된 기체가 추가 냉각되도록 다공성매질이 충진되는 현열저장부;
추가 냉각된 상기 기체의 냉열이 유지되도록 또는 상기 기체가 추가 냉각되도록 상변화물질이 충진되는 잠열저장부;
상기 잠열저장부에 의해 냉열이 유지 또는 추가 냉각된 상기 기체가 저장되는 저장탱크;
냉열이 유지 또는 추가 냉각된 상기 기체를 단열팽창시키는 팽창밸브;
상기 단열팽창된 기체를 가열시키는 가열부; 및
상기 가열된 기체를 이용하여 전기를 생산하는 발전부를 포함하고,
상기 상변화물질에 냉열이 보충되도록 상기 팽창밸브에 의해 단열팽창된 기체는 상기 가열부로 이동되기 전 상기 잠열저장부로 이동되며,
상기 다공성매질에 냉열이 보충되도록 상기 잠열저장부로 이동된 상기 기체는 상기 가열부로 이동되기 전 상기 현열저장부로 이동되는,
현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치.a compression unit in which the gas is compressed;
a cooling unit for cooling the gas compressed by the compression unit;
a sensible heat storage unit filled with a porous medium so that the compressed and cooled gas is further cooled;
a latent heat storage unit filled with a phase change material so that the cooling heat of the additionally cooled gas is maintained or the gas is further cooled;
a storage tank in which cooling heat is maintained or additionally cooled by the latent heat storage unit is stored;
an expansion valve for adiabatic expansion of the cooled gas being maintained or further cooled;
a heating unit for heating the adiabatic expanded gas; and
and a power generation unit for generating electricity using the heated gas,
The gas adiabatically expanded by the expansion valve so that cooling heat is replenished to the phase change material is moved to the latent heat storage unit before moving to the heating unit,
The gas moved to the latent heat storage unit to supplement the cooling heat in the porous medium is moved to the sensible heat storage unit before moving to the heating unit,
Liquefied air production and power generation device equipped with sensible heat storage and latent heat storage functions. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 현열저장부 및 상기 잠열저장부를 경유하여 상기 저장탱크로 이동되는 기체를 제1 경로부 기체라 정의하고, 상기 저장탱크로부터 이동되어 상기 잠열저장부 및 상기 현열저장부로 경유되는 기체를 제2 경로부 기체라 정의했을 때,
상기 제2 경로부 기체는 상기 제1 경로부 기체가 상기 잠열저장부 내에서 유동되는 공간의 적어도 일부를 경유하여 유동되도록 구성되는,
현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치.The method of claim 1,
A gas moving to the storage tank via the sensible heat storage unit and the latent heat storage unit is defined as a first path gas, and the gas moving from the storage tank and passing through the latent heat storage unit and the sensible heat storage unit is passed through a second path. When defined as an auxiliary gas,
wherein the second passage gas is configured to flow via at least a portion of a space in which the first passage gas flows in the latent heat storage unit;
Liquefied air production and power generation device equipped with sensible heat storage and latent heat storage functions. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 현열저장부 및 상기 잠열저장부를 경유하여 상기 저장탱크로 이동되는 기체를 제1 경로부 기체라 정의하고, 상기 저장탱크로부터 이동되어 상기 잠열저장부 및 상기 현열저장부로 경유되는 기체를 제2 경로부 기체라 정의했을 때,
상기 제2 경로부 기체는 상기 제1 경로부 기체가 상기 현열저장부 내에서 유동되는 공간의 적어도 일부를 경유하여 유동되도록 구성되는,
현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치.The method of claim 1,
A gas moving to the storage tank via the sensible heat storage unit and the latent heat storage unit is defined as a first path gas, and the gas moving from the storage tank and passing through the latent heat storage unit and the sensible heat storage unit is passed through a second path. When defined as an auxiliary gas,
The second passage gas is configured to flow through at least a portion of a space in which the first passage gas flows in the sensible heat storage unit,
Liquefied air production and power generation device equipped with sensible heat storage and latent heat storage functions. 제 1 항에 있어서,
상기 기체의 상기 잠열저장부로부터 상기 저장탱크로의 이동을 허용 또는 차단하는 개폐밸브를 더 포함하는,
현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치.The method of claim 1,
Further comprising an on/off valve allowing or blocking the movement of the gas from the latent heat storage unit to the storage tank;
Liquefied air production and power generation device equipped with sensible heat storage and latent heat storage functions. 제 6 항에 있어서,
상기 기체가 상기 잠열저장부로부터 상기 저장탱크로 이동된 후 상기 기체의 이동을 차단하고, 상기 기체가 상기 저장탱크로부터 상기 팽창밸브를 경유하여 상기 잠열저장부로 이동된 후 상기 기체의 이동을 허용하도록 상기 개폐밸브를 제어하는 제어기를 더 포함하는,
현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치.7. The method of claim 6,
Block the movement of the gas after the gas is moved from the latent heat storage unit to the storage tank, and allow the movement of the gas after the gas is moved from the storage tank to the latent heat storage unit via the expansion valve Further comprising a controller for controlling the on-off valve,
Liquefied air production and power generation device equipped with sensible heat storage and latent heat storage functions. 제 1 항에 있어서,
상기 저장탱크에 수용된 상기 기체의 일부는 상기 압축부로 회수되는,
현열저장 및 잠열저장 기능이 구비된 액화공기 생산 및 발전장치.The method of claim 1,
A portion of the gas accommodated in the storage tank is recovered to the compression unit,
Liquefied air production and power generation device equipped with sensible heat storage and latent heat storage functions. 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 액화공기 생산 및 발전장치를 이용한 액화공기 생산 및 발전방법에 있어서,
기체를 압축하는 압축단계;
상기 압축된 기체를 냉각하는 냉각단계;
상기 압축 및 냉각된 기체를 추가 냉각하는 현열저장단계;
상기 추가 냉각된 상기 기체의 냉열을 유지하는 잠열저장단계;
상기 냉열이 유지된 기체를 단열팽창시키는 단열팽창단계;
상기 단열팽창된 기체를 가열하는 가열단계;
상기 가열된 기체를 이용하여 전기를 생산하는 발전단계; 및
냉열보충단계를 포함하고,
상기 냉열보충단계는, 상기 상변화물질에 냉열이 보충되도록 상기 팽창밸브에 의해 단열팽창된 기체는 상기 가열부로 이동되기 전 상기 잠열저장부로 이동되고, 상기 다공성매질에 냉열이 보충되도록 상기 잠열저장부로 이동된 상기 기체는 상기 가열부로 이동되기 전 상기 현열저장부로 이동되는,
액화공기 생산 및 발전방법.In the liquefied air production and power generation method using the liquefied air production and power generation device according to any one of claims 1, 3 and 5 to 8,
Compression step of compressing the gas;
a cooling step of cooling the compressed gas;
a sensible heat storage step of further cooling the compressed and cooled gas;
a latent heat storage step of maintaining the cooling heat of the additionally cooled gas;
an adiabatic expansion step of adiabatic expansion of the gas in which the cold heat is maintained;
a heating step of heating the adiabatic expanded gas;
a power generation step of generating electricity using the heated gas; and
Including the cooling and heat supplementation step,
In the cooling and heat replenishment step, the gas adiabatically expanded by the expansion valve so that the cooling heat is replenished to the phase change material is moved to the latent heat storage unit before moving to the heating unit, and to the latent heat storage unit so that cooling heat is replenished to the porous medium. The moved gas is moved to the sensible heat storage unit before moving to the heating unit,
Liquefied air production and power generation method. 삭제delete 제 9 항에 있어서,
상기 저장탱크에 수용된 상기 기체의 일부가 상기 압축부로 회수되는 회수단계를 더 포함하는,
액화공기 생산 및 발전방법.10. The method of claim 9,
Further comprising a recovery step of recovering a portion of the gas accommodated in the storage tank to the compression unit,
Liquefied air production and power generation method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013510257A (en) * 2009-11-09 2013-03-21 中国科学院工程熱物理研究所 Supercritical air energy storage system
JP2021099054A (en) * 2019-12-20 2021-07-01 東京瓦斯株式会社 Power generator, charger, power generation method, charging method, power charging/generating system, and heat engine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013510257A (en) * 2009-11-09 2013-03-21 中国科学院工程熱物理研究所 Supercritical air energy storage system
JP2021099054A (en) * 2019-12-20 2021-07-01 東京瓦斯株式会社 Power generator, charger, power generation method, charging method, power charging/generating system, and heat engine

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