KR20200128167A - 주요 열 전달 루프, 동력 사이클 루프 및 중간의 열 전달 루프를 포함하는 다수의 폐 루프들을 이용한 동력 및 열의 생성을 위한 방법 및 시스템. - Google Patents

주요 열 전달 루프, 동력 사이클 루프 및 중간의 열 전달 루프를 포함하는 다수의 폐 루프들을 이용한 동력 및 열의 생성을 위한 방법 및 시스템. Download PDF

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Abstract

주요 열 전달 루프, 몇몇의 동력 사이클 루프들 및 고온의 열 전달 루프로부터 몇몇의 동력 사이클 루프들로 열을 전달하는 중간 열 전달 루프를 포함하는 복수의 순환 루프를 이용하여 고가 열 소스로부터 동력(및 선택적으로 열)을 생성하기 위한 방법들 및 시스템들. 중간 열 전달 루프는 특히 튜브 측 및 쉘 측 사이의 매우 큰 압력 차이를 가지는 열 교환기들인 투관형 열 교환기들을 실용적인 범위까지 제거하고, 쉘 및 튜브, 플레이트 형태, 이중 파이프 및 매우 높은 차압으로 주요 열 전달 루프로부터 몇몇의 동력 사이클 루프들로 직접 열을 전달하는 유사한 열 교환기들을 제거하며, 조합된 사이클 발전소의 일부로서 가스 터빈 플루 가스로부터 다른 동력 사이클 유체들로 열을 전달하는데 보통 이용되는 열 회복 증기 생성기에서 사용되는 것과 유사한 설계로 열 전달 코일들의 이용을 최대화하도록 배열된다.

Description

주요 열 전달 루프, 동력 사이클 루프 및 중간의 열 전달 루프를 포함하는 다수의 폐 루프들을 이용한 동력 및 열의 생성을 위한 방법 및 시스템.
본 출원은 2018년 3월 29일에 출원된 일련번호 62/650,150호를 가지는 미국 특허가출원 및 2018년 9월 10일에 출원된 일련번호 62/729,105호를 가지는 미국 특허가출원의 우선권을 청구한다. 이들 전부는 모두 여기에 참조로 포함된다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 고가의 열을 유용한 작업 및 동력으로 전환하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 고가의 열이 복수의 열 전달 유체, 루프들 및 열 변환 디바이스들 또는 시스템들을 이용하여 동력 사이클에 전달되는 열 에너지를 전달하고 변환하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
동력의 생성은, 일반적으로 화력(thermal power) 사이클을 포함하지 않는, 물 터빈들, 바람 터빈들, 및 태양광 발전, 및 랭킨(Rankine) 사이클, 브레이톤(Brayton) 사이클, 에어-브레이톤(Air-Brayton) 사이클, 칼리나(Kalina) 사이클 및 다른 많은 것들과 같은 열역학적 사이클에 기초한 화력 사이클을 포함하는 다른 방법들을 포함하는, 다양한 방법들로 수행될 수 있다.
화력 발전소(thermal power plant)들은 일반적으로 연료를 연소시켜서 종래 화력 사이클들을 이용하는 유용한 동력 (및 잠재적으로 유용한 저가 열)을 생산하는데 필요한 고가 열을 생산한다. 일부 화력 발전소들은, 가스, 연료유 또는 석탄 연소 증기(예를 들어 랭킨 또는 칼리나 사이클들)와 같은 외부 연소를 이용하고 연소 열을, 보일러 튜브들, 과열기 튜브들, 이코노마이저(economizer) 튜브들 또는 다른 디바이스들과 같은, 열 전달 디바이스의 일부 형태를 거쳐 (예를 들어 물/스팀인) 동력 사이클 유체로 전달한다. 그러나 외부 연소 발전소에서, 연소 열은, 중간 유체들 또는 열 전달 디바이스들 없이, 뜨거운 플루 가스(flue gas)로부터 연소 공정에 의해 동력 사이클로 직접 전달된다.
다른 화력 발전소는 동력 사이클을 생성하기 위해 내연기관을 이용하였다. 엔진들의 이러한 부류의 예들은 가스 터빈들, 디젤 엔진들 및 오토(Otto)-사이클 엔진들을 포함한다. 이러한 형태들의 내연기관들은 열의 소스로부터 동력 사이클의 구동(motive) 유체로 열 전달을 필요로 하지 않는다. 다시, 어떠한 중간 유체들 또는 열 전달 디바이스들도 이러한 부류의 화력 발전소들에 필요치 않는다. 사실, 그러한 엔진들로, 연소 공정에 의해 형성된 뜨거운 플루 가스는 또한 동력 사이클 유체이다.
다른 그룹의 화력 발전소들은 동력 사이클 유체로 열의 직접적인 전달이 없이 비-연소 고가 열 소스 또는 외부 연소를 이용할 수 있다. 그러한 비-연소 열 소스들의 예들은 (태양광과 혼동되지 않는) 태양 열, 원자력, 및 지열 소스들을 포함할 수 있다. 그러한 열 소스들을 이용한 발전소는 열 소스로부터 (예를 들어 물/증기인) 동력 사이클 유체로 직접 열을 전달하도록 설계될 수 있지만, 실제로 용융염, 액체 금속, 오일 또는 불활성 가스와 같은, 다른 열 전달 유체가 이용되어서 집중된 태양 수집기, 원자력 반응기 또는 지열 소스로부터 열 에너지를 흡수한다.
톰슨(Thomson)(US4362149)은 열 전달 유체가 열 에너지 소스를 통해 순환하는 열 저장 시스템 및 방법을 기술한다. 열 에너지 소스는 태양이다. 액체 알칼리 금속은 열 전달 유체이다. 시스템은 순환하는 공기 스트림에 의해 가열되고 냉각되는 암석 덩어리로부터 그리고 그것으로 열을 전달한다. 고가 열은 열 전달 유체로부터 유용한 작업 및 동력을 생성하는 증기 생성기를 거쳐 (예를 들어 물/증기인) 동력 사이클 유체로 전달된다.
반 후크(Van Hook)(US4668494)는 암모니아, 증기 개조 탄화수소(steam reform hydrocarbon)을 제조하고 탄화수소 가스화하기 위한 화학 합성 공정을 위한 고가 태양 에너지를 이용하는 방법을 기술한다. 반 후크는 용융 무기물 염과 같은 열 전달 유체를 이용하여서 열을 다양한 태양 수신기들로부터 화학 합성 반응기들 및 관련 설비들로 이송하고 열 전달 유체로부터 이러한 설비로 이송한다. 고온의 니켈-기반 합금들이 용융염 및 반응기 설비의 작동 조건 때문에 필요해진다.
카르다(Karda)(US4768345)는 두 유체들을 이용하고 열 에너지 저장을 포함하는 태양 열 발전소를 기술한다. 제1 유체는 열 저장 매개체 및 태양 열 수집기로 기여하고 태양 열 수집기 내에 안정적으로 존재하는 상 변화 유체이다. 제2 유체는 태양 열 수집기를 통해 순환하고, 태양 열 수집기로부터 열을 흡수하며 이어서 흡수된 열로부터 동력 및 유용한 작업을 생성하기 위해 에너지 이용 구역을 통과하는 동력 사이클 유체이다.
리트윈(Litwin)(US6957536B2, US8365529B2)은 고가 열이 태양 수집기로부터 흡수되고 개방된 공기-브레이톤 사이클을 거쳐 작업 및 동력으로 변환되는 태양 열 발전소를 기술한다. 외기는 열 교환기 내 용융염 또는 액체 금속으로 기술되는 열 전달 유체를 이용하여 가열되고 압축된다. 열 전달 유체는 경로, 파이프들, 도관들 및 저장 탱크들을 통해 다양하게 흘러서 태양 수집기로부터 열을 흡수한다.
아가(Aga)(US2014/0075939A1)는 고가 열이 태양 수집기로부터 흡수되고 증기 랭킨 사이클을 거쳐 작업 및 동력으로 변환되는 태양 열 발전소를 기술한다. 랭킨 사이클의 증기는 태양 에너지 수집기에 의해 또는 태양 에너지 수집기에 의해 개별적으로 가열된 열 저장 유체에 의해 직접 가열된다.
울리(Woolley)(US9368244B2)는 고가 열이 핵분열 반응기로부터 흡수되고 브레이튼 사이클을 거쳐 유용한 작업 및 동력으로 변환되는 용융염 원자력 발전소를 기술한다. 이러한 구성에서, 브레이튼 사이클은 폐 헬륨 사이클 또는 개방된 공기-브레이튼 사이클 또는 폐 랭킨 사이클이다. 용융염으로부터의 열은 중간 열 전달 유체로 전달되고 이어서 동력 사이클로 전달되어 원자로로부터의 잠재적 오염으로부터 동력 사이클을 고립화시킨다.
심(Shim)(US8365529B2)은 랭킨 사이클 또는 브레이튼 사이클 발전소 중 하나의 작동 유체에 직접 열을 전달하는 열 교환기들 및 지열을 수집하는 주요 열 전달 유체로서 용융염을 이용하는 지열 발전소를 개시한다.
이러한 예들에서, 열 에너지는 태양 수집기, 원자로 또는 지열 소스로부터 또는 열 전달 유체 또는 열 저장 유체로부터 전달된다. 이러한 예들 각각에서, 열 전달 유체에 의한 다양한 동력 사이클의 오염 또는 (예를 들어 공기, 증기, 탄화수소들인) 동력 사이클 유체에 의한 다양한 열 전달 유체들의 오염은 열 전달 디바이스 내 일종의 누설이 있다면 가능해진다. 게다가, 큰 압력차가 열 전달 유체 및 동력 사이클 유체 사이에 존재하면, 더 높은 응력 레벨들이 열 교환 디바이스들의 다양한 구성요소들 상에 가해진다.
중간 열 전달 루프(IHTL)를 이용하여 동력을 생성하기 위한 방법들 및 시스템들이 제공된다.
일 실시예에서, 상기 방법은: 억제된 하우징 내에 국한되고, 일렬로 배열된, 네 개 이상의 별개의 열 전달 디바이스들을 제공하는 단계; 하우징을 통해 그리고 네 개 이상의 별개의 열 전달 디바이스 주위에 중간 열 전달 유체(IHTF)를 순환시키는 단계; 가열된 주요 열 전달 유체를 제공하도록 외부 열 소스를 이용하여 주요 열 전달 유체(PHTF)를 가열하는 단계; 하우징 내 네 개 이상의 별개의 열 전달 디바이스들 중 제1을 통해 가열된 주요 열 전달 유체의 제1 부분을 순환시키고 하우징 내 네 개 이상의 별개의 열 전달 디바이스들 중 제2를 통해 가열된 주요 열 전달 유체의 제2 부분을 순환시키는 단계, 그에 의해 중간 열 전달 유체는 제1 및 제2 별개의 열 전달 디바이스들로부터 가열된 주요 열 전달 유체에 의해 간접적으로 가열됨; 하우징 내 네 개 이상의 별개의 열 전달 디바이스들 중 제3을 통해 동력 사이클 유체(PCF)의 적어도 일부를 순환시키고 가열된 동력 사이클 유체를 제공하도록 하우징 내 네 개 이상의 별개의 열 전달 디바이스들 중 제4를 통해 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 순환시키는 단계, 그에 의해 동력 사이클 유체는 중간 열 전달 유체에 의해 제3 및 제4 별개의 열 전달 디바이스들 내에서 간접적으로 가열됨; 및 하우징을 나가는 가열된 동력 사이클 유체를 이용하여 동력을 생성하는 단계를 포함한다.
본문 내에 포함되어 있음.
본 발명의 위에서 언급된 특징들 내의 방법이 상세히 이해되기 위해, 위에서 개략적으로 요약된, 본 발명의 더 구체적인 상세한 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있고, 그 중 일부는 첨부의 도면들에 설명된다. 그러나 첨부 도면들은 오직 본 발명의 대표적인 실시예들을 설명하고 그러므로 그 범위를 제한하도록 고려되지 않음이 주목되고, 본 발명은 다른 등가의 효과적인 실시예들을 허용할 수 있다.
도 1은 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라 동력을 생성하기 위한 실례의 시스템(100)의 개략적으로 나타낸다. 시스템(100)은 또한 IHTF가 실질적으로 블로워 또는 유사한 디바이스를 이용함으로서 재순환되는 시스템을 도시한다.
도 2는 여기에 제공된 하나 이상의 실시예에 따라 동력을 생성하기 위한 다른 실례의 시스템(200)의 개략적으로 나타낸다. 시스템(200) IHTF가 자연 대류에 의해 재순환되는 것을 제외하고 시스템(100)과 유사하다.
도 3은, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라, 선택적인 저장, 적어도 하나의 순환 펌프 및 고가 열 소스를 구비한 주요 열 전달 루프의 개략적으로 나타낸다.
도 4는, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라, IHTF의 순환 흐름율을 유지하기 위한 실례의 제어 도면을 도시한다.
도 5는, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라, PHTF의 각각의 부분의 흐름율을 유지하기 위한 실례의 제어 도면을 도시한다.
도 6A는 열 전달 디바이스의 온도 균형 상의 IHTF 순환율의 조정에 의해 야기된 효과를 나타낸다.
도 6B는 열 전달 디바이스의 냉각 단부에서 온도 핀치(pinch) 상의 IHTF 순환율의 조정에 의해 야기된 효과를 나타낸다.
도 6C는 열 전달 디바이스의 뜨거운 단부에서 온도 핀치 상의 IHTF 순환율의 조정에 의해 야기된 효과를 나타낸다.
도 7은, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라, 다른 실례의 시스템(700)을 개략적으로 나타낸다. 시스템(700)은 IHTF가 실질적으로 재순환하지 않는다는 것을 제외하고는 시스템(100 및 200)과 유사하다.
도 8은, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라, 다른 실례의 시스템(800)을 개략적으로 나타낸다. 시스템(800)은 (예를 들어 HP 터빈, MP 터빈 및/또는 LP 터빈인) 몇몇의 터빈들 중 적어도 하나로부터 추출된 PCF의 적어도 일부를 이용하여 PCF를 예열하는 시스템을 포함한다.
도 9는, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라, 다른 실례의 시스템(900)을 개략적으로 나타낸다. 시스템(900)은 (예를 들어 HP 터빈, MP 터빈 및/또는 LP 터빈인) 몇몇의 터빈 중 적어도 하나로부터 추출된 PCF의 적어도 일부를 이용하여 IHTF를 예열하는 시스템을 포함한다.
도 10은 터빈 추출 스트림들의 연속에 의해 PCF를 점진적으로 가열하는 열 교환기들의 케스케이드(cascade)이거나 이를 포함하는 PCF 예열기(810)의 다이어그램을 나타낸다.
도 11은 PCF를 가열하는 것 외에 예열기(810)와 원칙적으로 유사한 IHTF 예열기(910)의 다이어그램을 나타내고, IHTF 예열기(910)는 점진적으로 가열된다.
도 12는, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라, 시스템들(100, 200, 700, 800, 900, 1400, 1800, 1900 및/또는 2000)을 위한 어떠한 작동 공정을 보여주는 흐름도를 도시한다.
도 13은, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라, 예열기(810) 또는 예열기(910)를 위한 온도 대 열 흐름의 예를 도시한다.
도 14는, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라, 다른 실례의 시스템(1400)을 개략적으로 나타낸다. 시스템(1400)은 그것이 고압 터빈 다음의 오직 단일의 PCF 재가열을 도시하는 것 외에는 시스템(900)과 유사하다.
도 15는 이중 재가열 랭킨 사이클 적용을 위해, 투관형 열교환기(shell and tube heat exchanger)들의 그룹들과 같은, PCF 열교환기들에 PHTF를 직접 이용하는 비교 시스템(1500)을 개략적으로 나타낸다.
도 16은 단일의 재가열 랭킨 사이클 적용을 위해, 투관형 열교환기들의 그룹들과 같은, PCF 열 교환기들에 PHTF를 직접 이용하는 다른 비교 시스템(1600)을 개략적으로 나타낸다.
도 17은, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라, IHTF 예열기(910)의 다이어그램을 나타낸다.
도 18은, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라, 다른 실례의 시스템(1800)을 개략적으로 나타낸다. 시스템(1800)은, 예를 들어 열교환 디바이스(164)를 이용하여, PCF의 과열 및, 예를 들어 열 교환 디바이스들(162, 165 및 168)을 이용하여, PCF의 증발, 예를 들어 열교환 디바이스(169)를 이용하여, 과냉각된(subcooled) 조건으로부터 별개의 PCF 가열을 포함할 수 있는 시스템(1400)의 변형이다.
도 19는, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라, 다른 실례의 시스템(1900)을 개략적으로 나타낸다. 시스템(1900)은, 예를 들어 162 및 167인, 하나의 적은 열 교환 디바이스에 의해 PCF 증발이 수행될 수 있는 시스템(1800)의 변형이다.
도 20은, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라, 다른 실례의 시스템(2000)을 개략적으로 나타낸다. 시스템(2000)은 시스템(900)의 변형이고 더 적은 PHTF 열 교환 디바이스들을 포함하고 흐름 제어 디바이스들을 이용하여 PCF의 흐름을 나누어 IHTF 및 PHTF로부터 이용가능한 열을 더 잘 이용한다.
도 21은 도 20에 도시된 시스템(2000)을 참조하여 설명된 실시예들을 위한 코일들(161 내지 169)을 위한 다양한 온도 프로파일을 도시한다.
다음의 개시는 본 발명의 다른 특징들, 구조들 또는 기능들을 시행하기 위한 몇몇의 예시적인 실시예들을 설명하는 것으로 이해된다. 구성요소들, 배열들 및 구성들의 예시적인 실시예들은 본 발명을 간략화하도록 아래에서 기술되지만, 이러한 예시적인 실시예들은 예로서만 제공되고 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니다. 추가적으로, 본 발명은 여기에 제공된 도면들을 거쳐 그리고 다양한 예시적인 실시예들 내에서 참조번호들 및/또는 문자들을 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순화 및 명확화를 위한 목적이고 도면 내에 언급된 구성들 및/또는 다양한 예시적인 실시예들 사이의 관계를 그 자체로 지시하려는 것은 아니다. 게다가, 뒤따르는 설명 내 제2 특징 상의 또는 위의 제1 특징의 형태는 제1 및 제2 특징들이 직접적인 접촉 내에 형성되는 실시예들을 포함할 수 있고 또한 추가적인 특징들이 제1 및 제2 특징들 사이에 개재되게 형성될 수 있어서 제1 및 제2 특징들은 직접 접촉할 수 없는 실시예를 포함할 수 있다. 아래에 나타난 예시적인 실시예들은 또한 어떠한 방법들의 조합에서 조합될 수 있고, 즉 일 예시적인 실시예로부터의 요소는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않게, 다른 예시적인 실시예에서 이용될 수 있다. 도면들은 축척에 맞을 필요는 없고 일부 특징들 및 일부 도면들의 모습들은 명확화 및/또는 간결화를 위해 축척에서 또는 도식적으로 도시될 수 있다.
또한, 일부 용어들이 특정 구성요소들을 가리키도록 다음의 상세한 설명 및 청구항들을 거쳐 사용된다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 다양한 주체가 다른 이름으로 동일한 구성요소를 가리킬 수 있으며, 그와 같이 여기에 기술된 요소들에 대한 명명 규칙은, 여기서 특별하게 정의되지 않는다면, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니다. 게다가, 여기에 사용된 명명 규칙은 이름은 다르지만 기능은 그렇지 않은 구성요소들 사이를 구별하도록 의도되지 않는다. 게다가, 다음의 논의 및 청구항에서, 용어들 "포함하는(including)" 및 "포함하는(comprising)"은 개방형(open-ended) 방식으로 사용되고, 따라서 "포함하지만, 제한하지 않는"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
본 문헌의 모든 수칙 값들은 특별히 언급되지 않는다면 정확하거나 대략적인 값("약")일 수 있다. 따라서, 본 문헌의 다양한 실시예들은 의도된 범위를 벗어나지 않게 여기에 개시된 숫자들, 값들 및 범위들로부터 파생될 수 있다.
용어 "또는"은 배타적이고 포함하는 경우 모두를 포괄하도록 의도된다. 즉, "A 또는 B"는, 여기서 표현이 특정되지 않는다면, A 및 B 중 적어도 하나와 같은 것으로 의도된다.
부정관사 "하나(a)" 또는 "하나(an)"는 문맥에서 명확히 다르게 지칭되지 않는다면 단수 형태(즉 "하나(one)") 및 복수 지시대상 모두를 가리킨다.
용어 "위(up)" 및 "아래(down)"; "위로(upward)" 및 "아래로(downward)"; "상부(upper)" 및 "하부(lower)"; "위쪽으로(upwardly)" 및 "아래쪽으로(downwardly)"; "위(above)" 및 "아래(below)"; 및 여기에 사용된 다른 유사한 용어들은 서로에 대한 상대 위치를 가리키고 동일한 것을 사용하는 장치 및 방법들이 다양한 각도들 또는 방향들에서 동등하게 효과적이기 때문에 특정 공간적 방향을 나타내는 것을 의도하지는 않는다.
상세한 설명이 이제 제공될 것이다. 첨부의 청구항 각각은 별개의 발명을 정의하고, 이는 침해 목적을 위해 청구항 내에 특정된 제한들 또는 다양한 요소들에 등가물을 포함하는 것으로 인식된다. 문맥에 따라, "본 발명"에 참조는 일부의 경우에는 특정 실시예들만을 가리킬 수 있다. 다른 경우에서, "본 발명"에 참조는 청구항의, 모두일 필요는 없는, 하나 이상에서 언급된 청구대상을 가리킬 수 있다. 각각의 발명들은 특정 실시예들, 버전들 및 예시들을 포함하여 이제 아래에서 더 상세히 설명될 것이지만, 본 발명은 이러한 실시예들, 버전들 및 예시들에 제한되지 않고, 본 문헌 내 정보가 공개적으로 이용가능한 정보 및 기술과 조합될 때 이들은 당업자가 발명들을 만들고 이용하도록 포함된다.
도 1은, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예에 따라, 동력을 생성하기 위한 실례의 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 시스템(100)은 서브 시스템(sub system; 1)으로 도시된 고가 열 소스, 서브 시스템(1)으로부터 발전소로 PHTF를 순환시키는 시스템, 스트림들(101, 102, 103, 104 및 105)를 거쳐 PHTF로부터 순환하는 IHTF로 열을 전달하고 스트림들(107, 108, 109, 110 및 112)을 거쳐 서브 시스템(1)으로 PHTF를 회수하는 하나 이상의 열 교환 디바이스들(네 개가 도시됨 161, 163, 165, 및 167), 동력 사이클 내 몇몇의 지점들에서 IHTF로부터 순환하는 PCF로 열을 전달하는 하나 이상의 열 교환 디바이스들(여섯 개가 도시됨 160, 162, 164, 166, 168, 및 169) 및 고가 열로부터 유용한 작업 및 동력을 생성하는 터빈 생성기 시스템의 세 개의 단계들(예를 들어 HP 터빈, MP 터빈 및 LP 터빈)을 포함한다. 시스템(100)은 폐쇄된(closed) 중간 열 전달 루프를 나타내고 여기서 중간 열 전달 루프는 실질적으로 재순환한다. 시스템(100)은 펌프, 팬 또는 블로워 또는 다른 압축 디바이스를 더 포함하여서 IHTF의 순환을 야기 및/또는 제어하고 또한 밸브 또는 댐퍼(6), 분리기(4) 및 펌프(5)를 포함할 수 있다.
터빈 생성기 시스템은 또한 유용한 동력을 소모하는 근교 또는 원거리 동력 그리드로 분배될 수 있는 전기 에너지로 몇몇의 터빈들의 유용한 동력을 변환하는 전기 생성기, PCF를 냉각하고 가능하게 응축하는 응축기 시스템, 몇몇의 열 교환 디바이스들로 다시 PCF의 재순환을 야기하고 가압하는 펌프 및 몇몇의 터빈들을 포함할 수 있다. PCF 시스템은 또한 열 전달을 통해 산업적 공정을 위해 공정 가열을 필요로 하는 외부 시스템으로 PCF를 응축하고 및/또는 냉각할 수 있다. 공정 가열을 위한 그러한 외부 열의 이용은 일반적으로 열병합(Cogeneration)으로 알려져 있다. 게다가, 그러한 열병합 이용들은 염수 소스로부터 신선한 물을 생산하는 열 담수화를 포함할 수 있다. 적절한 염수 소스들은, 제한적이지 않게, 바다물, 염수 대수층들(saline aquifers), 오일&가스 생산 시설로부터 생산된 물을 포함할 수 있다.
도 2는 고가 열 소스(서브 시스템(1)), PHTF로부터 IHTF로 열을 전달하는 다양한 열 변환 디바이스들(예를 들어 161, 163, 165, 및 167), 발전소 내 몇몇의 지점들에서 IHTF로부터 PCF로 열을 전달하는 다양한 열 변환 디바이스들(예를 들어 160, 162, 164, 166, 168, 및 169) 및 고가 열로부터 유용한 작업 및 동력을 생성하는 터빈 생성기 시스템의 세 개의 단계들(HP 터빈, MP 터빈 및 LP 터빈)을 구비한 발전소를 나타내는 시스템(200)의 개략도이다. 시스템(200)은 폐쇄된 중간 열 전달 루프를 도시하고 여기서 중간 열 전달 루프는 실질적으로 재순환된다. 시스템(200)의 설비는 중간 열 전달 루프 내 수직 방향으로 뜨겁고 차가운 다리들(legs) 또는 구획들을 형성하도록 배열되어서 IHTF의 순환은 실질적으로 상기 뜨겁고 차가운 루프의 다리들 사이의 부력 차이에 의해 야기된다.
도 3은 주요 열 전달 시스템(서브 시스템(1))을 구비하여 이용된 실례의 주요 열 전달 루프(Primary Heat Transfer Loop; PHTL)를 도시한다. 서브 시스템(1)은 적어도 하나의 순환 펌프(302) 및 고가 열 소스(303)을 포함할 수 있다. 도 1, 2 및 3을 참조하여, 주요 열 전달 루프(PHTL)는 용융염(molten salt), 오일 또는 공정의 모든 작업 조건들에 대해 액체 상태로 유지하는 다른 매개체와 같은 재순환하는 PHTF를 포함할 수 있다. PHTL은 또한 하나 이상의 탱크들(301), 하나 이상의 순환 펌프들(302) 및 적어도 세 개의 열 교환 디바이스들을 포함할 수 있어서 1) 고가 열 소스(High-Value Heat Source; HVHS)(303)로부터 열을 흡수함으로써 PHTF의 열을 상승시키고 2) 적어도 두 개의 열 교환 디바이스들(예를 들어 적어도 두 개의 코일들 160-169)을 통해 중간 열 전달 루프(Intermediate Heat Transfer Loof; IHTL)로 열을 방출함으로써 PHTF의 온도를 하강시킨다. HVHS는 하나 이상의 태양 열 수집기들 또는 수신기들, 집중된 태양 열 수집기들 또는 수신기들, 원자로들, 지열 수집기들, 수소, 탄화수소 또는 바이오연료의 연소와 연관된 열 소스들 또는 당업자에게 알려진 다른 열 소스들을 포함할 수 있다.
PHTF는 200℃만큼 아래의 온도에서 고가 열 소스로 PHTL을 통해 순환할 수 있고 1000℃ 또는 그 이상만큼 높은 온도에서 HVHS를 떠나는 50℃, 100℃, 150℃, 200℃, 300℃, 400℃, 500℃ 또는 그 이상의 PHTF의 온도 내 증가에 의해 입증된 바와 같은 열 소스로부터 에너지를 얻을 수 있다.
더 높은 압력이 가능할 수 있지만 일반적으로 액체 상태 내 열 전달 유체를 유지할 필요가 없더라도 PHTL은 약 0.1 바라(Bara)의 최소 압력 및 약 20 바라의 최대 압력에서 작동할 수 있다. PHTL의 최대 압력은 실질적으로 HVHS(303) 및 저장 탱크(301) 또는 열 전달 디바이스들(예를 들어 코일들 160-171) 사이의 높이 차이에 의해 결정될 수 있어서 PHTF의 작동 압력 및 증기 압력 사이의 허용가능한 여유가 유지된다. PHTL 압력은 약 1 내지 약 10 바라일 수 있다.
PHTL은 또한 밸브들(305, 306 및 307) 및 보충 히터들(304)을 포함하는 추가 설비, 서브시스템들 및 디바이스들을 포함할 수 있다. 이러한 추가 설비, 서브시스템들 및 디바이스들은 플랜트가 비가동(idle) 또는 낮은 용량에 있을 수 있을 때 주기 동안 PHTF를 예열하는데 이용될 수 있다. 이들은 또한 PHTL 또는 시스템들(100, 200, 700, 800, 900, 1400, 1500, 1600, 1800, 1900 및/또는 2000)의 다른 부분들의 가동을 돕고 실질적으로 PHTF의 온도 또는 플랜트 부하를 변경하는데 이용될 수 있다.
서브 시스템(1)은 하나 이상의 펌프들(302)을 포함할 수 있다. 도 3은 PHTF의 제1 부분을 경로(322)를 거쳐 303으로 향하게 하고, PHTF의 제2 부분을 밸브(305)의 제어 하에서 경로(330)를 거쳐 바이패스(303)로 향하게 하도록 경로들, 파이프들, 도관들 및/또는 밸브들(305, 306, 307)의 시스템을 통해 저장 탱크(301)로부터 HVHS(303)로 순환시키는데 이용될 수 있는 단일의 펌프(302)를 도시한다. 밸브(305)는 경로(324)를 거쳐 향해진 PHTF의 온도를 제어하도록 조정될 수 있다. 경로(324) 내 PHTF의 온도가 원하는 온도 아래에 있다면, 밸브(305)는 더 많은 PHTF가 경로(322 및 323)를 거쳐 303으로 향하게 하고 더 적은 PHTF가 경로(330)를 거쳐 향하도록 조절될 수 있다. 다른 한편, 경로(324) 내 PHTF의 온도가 원하는 온도 이상이라면, 밸브(305)는 대안적으로 경로(322 및 323)를 거쳐 더 적은 PHTF를 303으로 향하게 하고 더 많은 PHTF를 경로(303)를 거쳐 향하게 하도록 조절될 수 있다. 경로(324)로부터, PHTF는 경로(326) 및 밸브(307)를 거쳐 탱크(301)로 순환되는 경로(325)를 거치거나 시스템들(100, 200, 700, 800, 900, 1400, 1500, 1600, 1800, 1900 및/또는 2000)에 의해 예시된 발전소로의 경로(101)로 향해질 수 있다. 경로(101)를 거쳐 향해진 PHTF는 경로(112)를 거쳐 밸브(307)로 복귀할 수 있고 탱크(301)로 복귀할 수 있다.
PHTF는 경로(327) 및 밸브(306) 및 보조 히터(304)로의 경로(326) 및 이어서 탱크(301) 내 저장된 PHTF를 가열하도록 탱크(301)로 복귀하는 경로(329)로 향해질 수 있다. PHTF를 가열하는 이러한 수단은 다양한 경로들, 탱크들 또는 설비 내 최소의 허용가능한 온도를 유지하고 및/또는 플랜트 가동 또는 중단 과정 동안 303에 의한 낮은 열 생산의 시간 내에 필요해질 수 있다.
도 3은 서브 시스템(1)의 일 예의 배열이다. 많은 다른 배열들이 추가적인 저장 탱크들, 추가적인 펌프들 및 대안적인 제어 시스템들 및 방법들을 제공하도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 PHTF를 301로부터 303으로 그리고 발전소로 모두 순환시키는 단일의 펌프 기여를 도시하는데, 대안적인 배열들이 PHTF를 301로부터 303으로 그리고 다시 301로 순환시키는 별개의 펌프 기여 및 PHTF를 301로부터 경로(101)를 거쳐 발전소로 순환시키고 그것을 경로(112)를 거쳐 301로 복귀시키는 다른 펌프 기여를 구비하여 이용될 수 있다. 다른 배열들이 별개의 뜨겁고 차가운 PHTF 탱크들을 구비하여 이용될 수 있어서 차가운 탱크로부터의 PHTF는 303으로 순환될 수 있고 제1 부분은 발전소로 향하고 제2 부분은 뜨거운 탱크로 복귀하고 제3 부분은 뜨거운 탱크로부터 발전소로 순환되고 이어서 차가운 탱크로 복귀한다.
도 1 및 2를 참조하여, IHTL은 대기, 습한 공기, 수증기, 헬륨, 아르곤, 이산화탄소, 제논, 네온, 수소 및 크립톤을 포함하는 공기의 다른 구성성분, 다른 액체들 및 가스들 또는 몇몇의 가스들 또는 액체들의 혼합물들과 같은 순환하는 IHTF를 포함할 수 있다. IHTL은 또한 하나 이상의 순환하는 팬들(7), 펌프들(5) 및/또는 압축기들(7) 및 PHTF로부터 IHTF로 그리고 이어서 몇몇의 동력 사이클 루프들(Power Cycle Loops; PCL) 내에서 순환될 수 있는 PCF로 열을 전달하는 하나 이상의 열 전달 디바이스들(예를 들어 코일들 160 내지 169)를 포함할 수 있다. IHTL은 더 높은 압력이 가능하더라도 약 1.0 바라의 최소 압력 및 약 10 바라의 최대 압력에서 작동할 수 있다. 작동 압력은 현지의 대기압력에 가깝지만 다소 더 클 수 있다. 작동 압력은 (예를 들어 서브 시스템(199)인) IHTL을 둘러싸는 구조의 압력 및/또는 진공 비율을 최소화하도록 선택될 수 있다. IHTL의 압력의 증가는 (예를 들어 코일들 160 내지 169인) 다양한 열 전달 디바이스들의 성능(즉 열 전달 율 또는 사이즈 감소)을 향상시킬 수 있지만 또한 IHTL 인클로저(enclosure)의 적어도 비용 및 복잡성을 증가시킬 수 있다. 실용적인 설계는 인클로저의 압력 비율 및 구조적 복잡성에 비해 IHTL 인클로저(서브 시스템(199)) 및 (예를 들어 코일들 160 내지 169인) 열 전달 디바이스들의 잠재적 사이즈 감소를 고려할 수 있다.
또한 다시 IHTL 인클로저의 비용 및 복잡성을 감소시키기 위해, 그것은 압력 완화 및/또는 진공 완화 도어들 또는 패널들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사하중(dead weight) 안전 밸브들, 패널들 및 도어들은 일반적으로 가스 터빈 공기 입구 플리넘(plenum)들 및 배기 플리넘들 상에 설치되어 이러한 플리넘 인클로저들의 압력 초과 및/또는 저하를 방지한다. 유사한 방식으로, 유사한 디바이스가 IHTL 내에 설치될 수 있어서 IHTL 인클로저의 저하 압력 및/또는 초과 압력을 방지한다. 예를 들어, 저하 압력은 인클로저 내 IHTF의 평균 온도의 냉각에 의해 야기될 수 있다. 초과 압력은 (예를 들어 하나 이상의 코일들(160 내지 169)의 파손 또는 튜브 누설인) 몇몇의 열 전달 디바이스들 중 하나의 손상에 의해 야기될 수 있는 IHTL 인클로저 내로 PCF 또는 PHTF의 누설 또는 인클로저 내 IHTF의 평균 온도의 반대 증가에 의해 야기될 수 있다.
그러한 저하 또는 초과 압력 디바이스의 계획되지 않은 활성화를 방지하기 위해, 제어 시스템이 IHTL 내 IHTF의 질량 또는 몰들을 일상적으로 조정하도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템은 IHTL 압력의 이전에 기재된 범위 내에 있는 압력 설정지점의 1%, 2%, 3%, 5%, 10% 또는 20% 내에서 IHTL의 압력을 유지하도록 IHTF를 추가하거나 제거하도록 이용될 수 있다. 특히, 서브 시스템(199)(IHTL) 내 압력이 원하는 압력 이하라면, 추가적인 IHTF가 외부 소스, 저장소 또는 대기로부터 밸브 및/또는 펌프 또는 압축기(미도시)를 거쳐 IHTL로 추가될 수 있다. 또는, IHTL 내 압력이 원하는 압력 이상이면, IHTF의 일부는 제거될 수 있고 외부 소스, 저장소로 복귀될 수 있거나 유사한 밸브 및/또는 펌프 또는 압축기(미도시)를 거쳐 대기로 배기될 수 있다.
게다가, IHTL의 작동 압력은 IHTL 및 PHTL 사이의 압력 차이를 감소시키도록 선택될 수 있다. PHTL은 PHTL, IHTL 및 PCL의 가장 높은 작동 온도를 필요로 하도록 가정될 수 있다. 결과적으로, PHTL은 크리프(creep) 변형 및/또는 부식과 같은 야금 조건에 놓일 수 있는 그것의 구성요소들의 구성성분을 위한 특정 고온 합금들을 필요로 할 수 있다. PHTL 및 IHTL의 압력 사이의 압력 차이를 최소화 하는 것은 PHTL 구성요소들의 스트레스를 감소시킬 것이고 일반적인 파이핑 및 특히 튜빙, 플레이트 또는 열 전달 디바이스들의 유사한 구성요소들을 위한 하부 파이프 스케쥴(즉 파이프 또는 튜브 직경을 참조한 더 얇은 벽 또는 감소된 플레이트 두께)의 이용 및/또는 덜 비싼 금속 합금을 허용할 것이다. 파이프 스케쥴(schedule)을 낮추는 것은 파이핑 도는 튜빙 또는 플레이트들의 열 전도 저항을 감소시킴으로써 열 전달 디바이스들 내 열 전달 계수를 향상시키는 이점을 가진다. 파이프 스케쥴을 낮추는 것은 또한 PHTL의 다양한 구성요소들을 제조하는 재료 비용을 감소시키는데 특히 일반적으로 높인 비용의 니켈, 코발트, 몰리브데넘 및 크로뮴-기반 합금들이 필요할 수 있기 때문이다. IHTF의 압력은 다소 PHTF로부터 IHTF로 열을 전달하는 다양한 열 전달 디바이스들에서 PHTL의 최소 압력 이하에서 그리고 현지의 대기 압력 이상에 있을 수 있다. PHTF 대비 IHTF의 낮은 압력은 PHTF의 누설이 PHTL로부터 IHTL로임을 보증할 수 있다.
PHTL은 이러한 다양한 열 교환 디바이스들의 위치로 발전소와 직접 소통하는 PHTL의 가장 높은 부분으로부터 높이 변화와 일치하는 최소 압력을 가질 수 있다. 예시적으로, 2.0의 비중을 가진 용융염이 PHTF로 이용되고 PHTL의 가장 높은 지점이 이러한 열 교환 디바이스들보다 100m 높을 수 있다면, 약 20 바(bar)의 최소 압력 차이가 기대될 수 있다. HVHS(303) 및 발전소 사이의 경로 내에 저장 탱크가 놓이는 것 또는 적은 높이 차이를 가진 적용에 대해, 최대 압력 차이는 10 바, 또는 5 바 또는 2 바일 수 있다. 이는 초-임계 또는 초-초-임계 랭킨 사이클 발전소와 같은 PCF로 직접 열을 전달하도록 PHTF가 필요하다면 수 백 바 도는 그 이상의 압력 차이와 대조될 수 있다. 게다가, 그러한 발전소에서, 투관형 열교환기들(shell-and tube heat exchangers)이 가장 필요할 수 있으며 유틸리티 규모의 발전소를 위해 병렬로 다수의 열 교환기들이 필요할 수 있다. 이러한 다수의 병렬 투관형 열 교환기들은 부분-부하 내지 전체-부하 작동으로 중단으로부터 가동까지 플랜트 작업의 모드들 동안 파이핑의 움직임 및 잠재적 열 성장을 극복하기 위해 복잡한 파이핑 배열을 필요로 할 수 있다.
IHTL은 추가적인 덕팅을 더하여 자유로운 열 성장이 IHTF를 재순환시키는 것을 허용하도록 지지된 (예를 들어 코일들(160-169)인) 다양한 열 전달 디바이스들을 위한 열 전달 코일들을 구비한 가스 터빈 조합된 사이클 열 회복 증기 생성기(Heat Recovery Steam Generator; HRSG)의 플루 가스 / 가스 터빈 배기의 흐름 경로와 같은 IHTF를 위한 흐름 경로 및 구조를 포함할 수 있다. HRSG 구조와 유사한 구성은 상용 쉘 및 튜브의 제한 없이 소규모에서 유틸리티 규모의 발전소로 열 전달 코일의 쉬운 규모 조정을 제공하는데 IHTL의 HRSG와 같은 흐름 경로의 구조가 IHTL이 현지의 대기압 근처, 일반적으로 그 이상의 압력에서 작동할 수 있는 바와 같이 PHTF 및 PCF를 위해 필요할 수 있는 더 큰 열 전달 코일들이 필요한 더 큰 단면 영역(흐름 경로 영역)을 수용하도록 규모가 정해질 수 있기 때문이다.
수평 배열을 위해(도 1), 순환하는 팬 또는 블로워 또는 압축기(7)가 순환을 유지하도록 제공될 수 있고 댐퍼 또는 유사한 시스템(6)이 재순환율을 조절하도록 제공될 수 있다. 또는, 블로워(7)의 작동 특성들(가이드 베인들 및/또는 회전 블레이드/베인들 위치 또는 작동 속도)은 재순환율을 조절하도록 조절될 수 있다. 순환하는 팬 또는 블로워(7)를 구비하고 댐퍼(6)를 구비하거나 구비하지 않는 이러한 배열에서, IHTF의 재순환율이 원하는 흐름율보다 작다면, 블로워(7) 작동 속도는 증가될 수 있거나, 블로워의 입구 가이드 베인들은 더 개방된 위치 또는 각도로 이동될 수 있거나, 회전하는 블레이드들 또는 스테이터 베인들은 더 개방된 위치로 이동될 수 있거나 각도 또는 댐퍼(6)는 더 개방된 위치 또는 각도로 이동될 수 있다. 또는, IHTF의 재순환율이 원하는 흐름율보다 더 크면, 블로워(7) 작동 속도는 감소될 수 있거나, 블로워의 입구 가이드 베인들은 덜 개방된 위치 또는 각도로 이동될 수 있거나, 회전하는 블레이드들 또는 스테이터 베인들은 덜 개방된 위치 또는 각도로 이동될 수 있거나 댐퍼(6)는 덜 개방된 위치 또는 각도로 이동될 수 있다.
수직 배열에 대해(도 2), 다양한 열 전달 디바이스들이(코일들(160 내지 169)) IHTL 내 고온 대 저온 IHTF의 다른 부력으로부터 자연 순환을 용이하게 하도록 IHTL의 고온 및 저온 레그들(legs) 또는 구획들을 생성하도록 배열될 수 있다. 블로워(7)가 도 1에서와 같이 선택적으로 사용될 수 있고 및/또는 댐퍼 시스템(6)이 재순환율을 조절하도록 사용될 수 있다.
이러한 자연 순환은 IHTL의 고온 대 저온 레그들의 다른 밀도로부터 기인한다. 그러한 순환을 구동하는 차압(differential pressure)은 다른 밀도들의 유체의 기둥이 적용될 때 아르키메데스(Archimedes) 원리를 이용하여 추정될 수 있다. 순환을 구동하는 차압은 현지의 중력 상수(예를 들어 9.8m/s/s)에 의해 곱해진 고온 및 저온 레그들의 밀도 차이에 의해 곱해진 고온 및 저온 레그들의 평균 높이와 대략 동일할 수 있다. 예를 들어, 100m의 고온 및 저온 레그 높이들 및 400℃의 온도 차이를 구비한 주변 대기압에서의 건조 공기는 약 0.5kPa 또는 약 50mmWG의 차압을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 자연 순환 및 강제 순환의 조합이 이용되어 블로워(7)로부터 필요한 차압을 감소시키고 그로 인해 이러한 재순환 블로워(7)를 구동하는데 요구되는 동력을 감소시키도록 이용될 수 있다.
동력 사이클 루프들(Power Cycle Loops; PCL)은 물(H2O), 이산화탄소(CO2), 공기의 다른 구성성분들, 다양한 탄화수소 유체들, 또는 PCL 내에서 경험되는 온도 및 압력의 범위 내에서 실질적인 밀도 변화 또는 상 변화를 거칠 수 있는 다른 유체들을 포함할 수 있는 재순환 PCF를 포함할 수 있다. 이는 특히 PCL을 통해 임계 압력 및/또는 온도 위로의 조건에서 유지될 수 있어서 엄격한 상 변화를 겪지 않는 CO2 또는 유사한 유체들을 포함하는 PCF를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. PCL은 IHTF로부터 PCF로 그리고 일부 실시예들에서는 또한 적어도 PCF의 일부로부터 적어도 IHTF의 일부로 열을 전달하고, 산업적 공정 가열, 열 담수화 또는 유사한 용도에 제한되지 않는, 다른 외부적 가열 용도들을 위한 외부적 열 소모 또는 응축될 수 있는 하나 또는 몇몇의 냉각기들(12)에 동력으로 변환되지 않는 열을 궁긍적으로 거부하는 (예를 들어 적어도 하나의 코일들(160 내지 169)인) 하나 이상의 열 전달 디바이스들을 더 포함할 수 있다. 열 전달 디바이스들은 또한 사이클 내 일 지점에서의 PCF로부터 사이클 내 다른 지점으로 열을 전달할 수 있다.
동력 사이클은 랭킨 사이클 발전소, 초 임계(Super Critical) 랭킨 사이클 발전소, 초초 임계(Ultra Super Critical) 랭킨 사이클 발전소 또는 증기 랭킨 사이클 플랜트에 대해 350℃ 내지 750℃ 및 100바 내지 400바의 최대 온도 및 압력을 가진 동력 사이클 내 가장 높은 온도 및 가장 높은 압력인 이러한 설명들 사이에서 주요 차이를 가진 다른 설명으로 일반적으로 알려진 서브시스템들 및 구성요소들을 포함할 수 있다. 추가적인 랭킨 사이클 발전소는 이러한 조건들을 600바 및 950℃로 확장할 수 있다. 다른 PCF는 유체 열 안정성, 열 전달, 동력 사이클 구성요소들의 야금학(metallurgy) 및 유사한 효과에 기반한 다른 최대 압력 및 온도들에 제한될 수 있다.
게다가, 동력 사이클은 또한 브레이톤 사이클, 칼리나 사이클 및 당업자들에게 알려진 다른 동력 사이클들을 포함하는, 랭킨 사이클들 중 하나와 다른 압축-형태의 사이클들일 수 있다. 브레이톤 사이클에 대해, PCF는 PCL의 압력 및 온도의 범위 내에서 상변화에 대한 필요함 없이 선택될 것이다. 브레이톤 사이클의 작동 압력은 당업자에게 일반적으로 알려진 시스템들 및 재료들에 기반하여 1650℃만큰 높을 수 있다. 그러나, 야금학 및 비-금속, 세라믹, 금속-세라킥 하이브리드 재료들에서의 추가적인 진보들이, 아마 2000℃만큼 높게, 브레이톤 사이클에 대한 더 높은 온도에서 제공될 수 있다.
IHTF로부터 PCF로 그리고 PCF로부터 IHTF로 열을 전달하는 디바이스 내 PCF의 작동 압력은 IHTF에서보다 클 수 있다. PHTF로부터 IHTF로 열을 전달하는 디바이스 내 PHTF의 작동 압력은 또한 IHTF에서보다 클 수 있다. 그와 같이, PCL 또는 IHTF 중 하나 내의 누설의 경우, PCF 및또는 PHTF는 IHTL 내로 누설될 것이다. 탐지기들이 제공되어 PHTF 또는 PCF 중 하나에 의해 IHTL의 오염의 경우 모니터 및/또는 경고를 줄 수 있다. 그러한 탐지기들은 당업자에게 알려진 것을 포함할 수 있고 습도 센서들, 전도 센서들, 먼지 센서들, 질량 스펙트로미터들 및 가스 크로마토그래프들을 포함하고 이에 제한되지 않을 수 있다. 그와 같이, IHTF 또는 다른 유체에 의해 PHTF 또는 PCF의 오염의 위험은 실제적으로 불가능하지 않다면 매우 낮을 수 있다.
동력 사이클을 요약하면, PCF는 사이클의 가장 낮은 압력 및 온도 주위에서 냉각기 또는 응축기(12)를 나갈 수 있다. PCF는 액체 상(예를 들어 물) 또는 고밀도 유체(예를 들어 초임계 CO2) 내에 있을 수 있고 하나 이상의 펌프들 또는 압축기들(11) 내 고압으로 압축되거나 펌핑될 수 있다. 이러한 고압은 PCF의 임계 압력 위거나 아래일 수 있다. PCF는 이어서 열 전달 디바이스들의 조합으로 초기에 가열될 수 있어서 IHTF로부터 열을 전달하고(예를 들어 적어도 하나의 코일들(160 내지 169)), 동력 사이클의 다른 부분으로부터 PCF를 전달하고, 동력 사이클의 다른 부분으로부터 및/또는 이들의 조합으로부터 PCF를 직접 접촉하게 한다. 그러한 초기 가열에 이어서, PCF는 더 가열될 수 있어서, 예를 들어 도 1 및 2의 적어도 하나의 코일들(160, 162 및 164)를 이용하여, IHTF와 열을 교환시키고 그에 의해 IHTF의 온도를 감소시킴으로써, 액체를 증기화하거나, 예를 들어 350℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃, 600℃, 650℃ 또는 750℃만큼 또는 그 이상으로, 실질적으로 온도를 원하는 온도 X℃까지 증가시킬 수 있다. 그 후에, IHTF는, 예를 들어 도 1 및 2의 적어도 하나의 코일들(161,, 163 및 165)로, PHTF의 일부와 열을 교환시킴으로써, 예를 들어 약 550℃, 600℃, 650℃, 700℃ 또는 800℃만큼 또는 그 이상으로, 원하는 온도 Y℃로 재가열될 수 있다.
원하는 온도로 PCF를 가열한 후에, PCF는 동력이 생성되도록 야기하는 (예를 들어 HP 터빈인) 터빈을 통한 중간 압력 레벨로 압력이 감소될 수 있고 전기 생성기 또는 유사 동력 변환 디바이스로 유용한 방식으로 전달될 수 있다. 이제 중간 압력 레벨 PCF는, 예를 들어 도 1 및 2의 코일(166)을 거쳐, IHTF와 열을 교환하고 그에 따라 IHTF의 온도를 다시 감소시킴으로써 다른 온도 및 유사한 높은 압력 또는 다른 온도로 재가열될 수 있다. IHTF는 다시, 예를 들어 도 1 및 2의 코일(167)을 거쳐, PHTF와 열을 교환함으로써 재가열될 수 있다.
PCF의 재가열 후에, PCF는 동력이 생성되게 야기하고 유용한 방식으로 전달되는 (예를 들어 MP 터빈인) 다른 터빈을 통해 더 낮은 압력 레벨로 압력이 다시 감소될 수 있다.
PHTF의 일부와 열을 교환함으로써 원하는 온도 Y℃로 IHTF를 가열하고, 다음으로, 예를 들어 X℃인, 원하는 온도로 PCF를 가열하고 (예를 들어 HP 터빈, MP 터빈 및/또는 LP 터빈인) 터빈 디바이스를 통해 원하는 방식으로 동력을 생성하고 전달하도록 PCF의 압력을 감소시키는 이러한 순서는 원하는 낮은 압력에 도달하고, 예를 들어 대기, 냉각 타워(13) 또는 유사한 시스템인, 외부 시스템으로 잔존 열을 제거함으로써 열 전달 디바이스(예를 들어 12) 내에서 PCF가 냉각될 때까지 몇 차례 반복될 수 있다. 이러한 지점에서, PCF는 다시 펌프 또는 압축기(11)로 흘러서 다시 재순환된다.
IHTF는 재순환될 수 있고 연속해서 PHTF로부터 열을 흡수함으로써 가열될 수 있으며 이어서 동력 사이클 과정 내에서 복수의 지점들에서 PCF로 열을 방출함으로써 냉각될 수 있다. IHTF가 적어도 하나의 재순환 팬, 블로워 또는 압축기(7)로 들어가기 전에, IHTF의 온도는 약 A℃일 수 있고, 여기서 A℃는 약 20℃, 40℃, 60℃, 80℃, 100℃ 또는 200℃만큼이다. 더 높은 온도가 허용가능하지만, 그러한 재순환 팬, 블로워 또는 압축기를 거쳐 IHTF의 압력을 증가시키는데 요구되는 동력은 이러한 팬, 블로워 또는 압축기로 들어가는 IHTF의 절대 온도에 비례하여서 다른 잠재적 이익이 이러한 증가된 동력 요구보다 크지 않다면 더 낮은 온도가 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, IHTF는 온도 A로의 냉각 후에 (예를 들어 IHTF가 수증기, 또는 가습된 가스라면) 상 변화 또는 부분적인 상 변화를 겪을 수 있다. 선택적으로, 분리기(4) 및 응축 펌프(5)가 (7)과 평행하게 IHTF의 응축된 부분을 펌핑하고 서브 시스템(199)으로 들어가기 전에 증기 및 액체 부분들을 혼합하도록 이용될 수 있거나 또는 액체 부분이 완전히 증기화되고 제1 열 교환 디바이스 내 액체 부분의 증기화에 의해 열 전달율을 향상시키는 것을 보증하도록 서브 시스템(199) 내 제1 열 교환 디바이스로 증기 부분이 들어간 후에 액체 부분을 주입하거나 분무하도록 이용될 수 있다.
IHTF는 이어서 (예를 들어 도 1 및 2의 코일(160)으로) PCF와 열을 교환함으로써 중간 온도 B℃로 가열될 수 있고, 여기서 B℃는 약 80℃ 내지 약 400℃ 또는 약 500℃일 수 있다. 이어서 IHTF는 (예를 들어 도 1 및 2의 코일(161)로) PHTF의 부분과 열을 교환함으로써 온도 C℃로 더 가열될 수 있고, 여기서 C℃는 400℃, 500℃, 600℃, 700℃ 또는 약 800℃ 이상이다.
PCF는, 예를 들어, PHTF의 일부와 함께 IHTF를 가열함으로써 IHTF와 열을 교환하고 이어서 PCF가 온도 X℃에 도달할 때까지 (예를 들어, 코일들(160 내지 169) 중 적어도 두 개를 이용하여) IHTF로부터 PCF로 그러한 열을 전달함으로써 더 가열될 수 있다. 이러한 순서 내의 단계들의 수는 PCF의 흐름율, IHTF의 흐름율, PHTF의 공급 온도, PHTF의 최소 작동 온도, 중간 및 PHTF 사이의 열 교환기 접근 온도, 또는 전술한 사항들의 두 개 이상의 조합을 포함하는 다양한 온도를 고려함으로써 결정될 수 있다. 각각의 단계에서의 열 전달 표면 영역(유효 영역)은 이용가능한 온도 차이들 및 다양한 유체들에 대한 조합된 열 전달 계수에 기반하여 선택될 수 있다.
특정 실시예들에서, 온도 B℃는 PHTF의 최소 허용가능한 작동 온도보다 크거나 동일하거나 유사하도록 선택될 수 있다. 이러한 최소 온도는 용융염의 녹는점, 열 전달 오일의 유동점 또는 PHTF의 흐름-가능성과 관련된 다른 방식에 의해 결정될 수 있다. 일부의 경우, 제1 PHTF의 녹는 온도보다 낮은 IHTF의 최소 작동 온도를 가지는 그러한 열 전달 디바이스들을 위한 제1보다 더 낮은 녹는 온도를 가지는 제2 PHTF를 이용하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 경우들을 위해, 제2 PHTF는 제4 루프 내에서 순환되게 가열될 수 있고 고가 열 소스에 의해 직접 가열되거나 적어도 하나의 열 교환 디바이스를 거쳐 제1 PHTF에 의해 가열될 수 있다.
이제 도 4를 참조하여, 다양한 열 전달 디바이스들의 열 전달 효과를 제어하기 위해, IHTF의 흐름율은 제어 표면들의 이용, 조정가능한 속도 팬들, 블로워들 또는 압축기들 또는 다른 수산들에 의해 조정될 수 있다. (도 4 및 아이템들 6 및/또는 7 참조) IHTL 내, 예를 들어 온도 또는 온도 차이인, 다양한 수단들은 원하는 설정 지점에 도달하도록 이러한 흐름율을 조정하는데 이용될 수 있다. IHTF 흐름율이 조정될 수 있어서 IHTF 입구 온도에서 PCF 히터의 PCF 출구 온도를 뺀 "뜨거운-측" 차이는 고정되거나 가변적인 온도 이득 설정점에 빼거나 더하여 동일한 히터의 PCF 입구 온도를 IHTF 출구 온도에서 뺀 "차가운-측" 차이와 같을 수 있다. 차가운-측 접근 온도는 고정되거나 가변적인 이득 또는 설정점을 빼거나 더하여 목표 열 교환 디바이스의 뜨거운-측 접근 온도와 같거나 유사할 수 있다. 가변적이라면, 이러한 온도 이득 설정점은, 적어도 부분적으로, IHTF 흐름율, PCF 흐름율, PHTF 흐름율, 생성된 순 동력, 및/또는 생성된 총 동력에 기반하여 결정되거나 추정될 수 있다.
뜨거운-측 및 차가운-측 온도 차이들을 측정하거나 결정하는 많은 잠재적 방법들이 있음이 명백하고 모두는 IHTF 흐름율을 조정하는데 기초로서 이용되는 동일한 효과를 가질 수 있다. 예를 들어, IHTF의 온도는 열 전달 디바이스로의 입구 및 출구 IHTF 스트림들에 근접한 제1 및 제2 위치들에서 측정되거나 결정될 수 있고 유사하게 PCF의 온도는 열 전달 디바이스로의 PCF 출구 및 입구에 근접한 제1 및 제2 위치들에서 측정되거나 결정될 수 있어서, 뜨거운-측 차이는 제1 IHTF 및 PCF 위치들 사이의 온도 차이로부터 계산될 수 있고 차가운-측 차이는 제2 IHTF 및 PCF 위치들 사이의 온도 차이로부터 계산될 수 있다. 이러한 뜨거운-측 차이 및 차가운-측 차이 사이의 차이가 0이면, 그것들은 균형을 이룬다. 등가의 결과는 제1 IHTF 위치 및 제 PCF 위치에서 온도의 합계를 제2 IHTF 위치 및 제1 PCF 위치에서 온도의 합계를 빼게 계산함으로써 찾아질 것이다. 이러한 결과가 0이라면, 뜨거운-측 및 차가운-측 핀치(pinch)들은 균형을 이룬다. 다른 방법은 별개의 온도의 측정을 필요로 할 수 없지만 이러한 온도 차이들을 직접 측정하는 것을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 써모커플(thermocouple)은 원하는 측정 위치 및 참조 위치에서의 온도 사이의 차이를 측정한다. 이러한 참조 위치가 다른 스트림(stream) 위치가 되도록 선택된다면, 온도 차이들은 직접 측정될 수 있다. 유사하게, 써미스터(thermistor)들이 온도 차이들을 직접 측정하도록 유사한 방식으로 이용될 수 있다. 게다가, 하나 이상의 휘트스톤 브리지들(Wheatstone Bridges) 또는 당업자에게 알려진 유사한 디바이스들을 이용함으로써, 두 쌍의 온도 위치들 사이의 차이의 직접적인 측정 또는 결정이 이루어질 수 있다. 이러한 개시의 목적을 위해, 뜨거운-측 차이가 차가운-측 차이와 유사한 정도를 정량화하거나 확인하는 이러한 수단들 또는 방법들 각각은 IHTF 흐름율의 조정에 대해 동일하다.
이러한 방법은 하나 또는 몇몇의 열 전달 디바이스들의 뜨거운-측 또는 차가운-측 핀치의 균형을 맞춰서 회피하는데 이용될 수 있다. 하나 이상의 히터들은 이러한 온도 차이들에 대해 기초로서 선택될 수 있고 그것들은 높고-낮은 결과들, 다양한 평균 또는 IHTF 흐름율의 조정에 입력을 제공하는 최적화 방법에 기초하여 선택되고, 개별적으로 이용될 수 있다.
도 5는, 하나 이상의 실시예들에 따라, PHTF의 각각의 부분의 흐름율을 관리하기 위한 도식적인 제어도를 도시한다. 각각의 IHTF 히터들로의 PHTF의 각각의 부분의 흐름율은 이러한 히터들 각각을 나가는 PHTF의 온도가 PHTF의 최소 작동 온도 너머라는 것을 보증하도록 선택되고 및/또는 제어될 수 있다. 이러한 제한 제어는 각각의 IHTF 히터로의 PHTF의 부분의 흐름율을 추가로 활성화할 수 있다. 이러한 히터들 각각이 일반적으로 히터의 뜨거운 측에서 핀치 지점에 도달할 것이므로, 특정 히터로의 PHTF 흐름율은 히터로부터 IHTF의 출구 온도를 제어하도록 효과적으로 이용될 수 있다.
도 6A는 IHTF 흐름율이 뜨거운-측 및 차가운-측 핀치들의 균형을 맞추도록 조정될 때(양-방향 화살표로 표시됨) 샘플 히터의 온도 프로파일을 도시한다. 실선이 IHTF의 열 흐름 대 온도 변화를 도시하고 점선이 PCF 온도 프로파일을 도시한다면, 도 6A를 참조로 하여, 도 6B는 도 6A 또는 6C 중 하나보다 차가운 측에서의 더 작은 온도 차이를 보여주고 도 6A 또는 6C 중 하나보다 뜨거운 측에서의 더 큰 온도 차이를 보여준다. 이를 기반으로, 도 6B는 도 6A보다 IHTF의 더 낮은 흐름율을 도시하고 도 6C는 도 6A보다 IHTF의 더 높은 흐름율을 도시한다는 결론을 얻을 수 있다. 도 6A가 원하는 작동 조건을 도시한다면, 제어 시스템은 도 6B의 IHTF의 흐름율을 증가시키고 도 6C의 그것을 감소시키도록 선택할 수 있다. 그러나, 도 6A에의해 도시된 작동 조건은 일반적으로 최적일 수 없고, IHTF 흐름율의 증가는 전체 열 전달 효과를 증가시키고 일반적으로 동력 사이클의 전체 효율을 향상시키도록 기대될 수 있다. 다른 한편, 동력 플랜트가 감소된 부하로 작동되는 주기 동안, 유효 열 전달 영역을 감소시킴으로써 (예를 들어 도 1 및 2의 코일들(160 내지 169)인) 몇몇의 열 교환 디바이스들의 효율 및 열 흐름 경로의 일부 위로 0이 접근하도록 뜨거운 및/또는 차가운-측 핀치를 허용함으로써 열 전달 계수를 감소시키도록 IHTF를 감소시키는 것이 효과적일 수 있다.
도 7은 시스템(700)을 도시하고 IHTL이 폐쇄되지 않고 재순환하지만 주로 한번 통과하는 개방 루프 실시예이다. 대기가 IHTF로 이용될 수 있다. 시스템(100) 및 시스템(200)을 위해 설명되는 바와 같은 다른 IHTF 선택들이 이용될 수 있다. 대기는 일반적으로 개방 루프 시스템을 위해 경제적인 선택일 것이다. 시스템(700)에서, IHTF는 스트림(701)으로서 대기 조건들에 또는 주위에서 시스템으로 들어갈 수 있다. 시스템(100 및 200)에서와 같이, IHTF의 흐름율은 댐퍼 시스템(6) 또는 팬 또는 블로워 또는 압축기(7) 또는 조정가능한 특성들을 가진 유사한 디바이스에 의해 조절될 수 있다. 시스템(700)의 다른 특징들은 IHTF가 (예를 들어, 도 7 내 코일(169)인) 최종 열 전달 디바이스를 이용하여 냉각된 후에, IHTF는 대기(132)로 배출될 수 있음을 제외하고는 시스템(100) 또는 시스템(200)과 유사할 수 있다. 스트림(132)의 온도 및 압력은 "통풍 저항(stack loss)"(즉, 대기로 배출되는 IHTF의 미이용 에너지)을 최소화하도록 대기 조건들 근처일 수 있다.
냉각기 또는 응축기(12) 및 주변 열 제거 시스템(13)은 공기-핀 응축기 또는 유사한 열 교환 디바이스(702)를 이용하여 시스템(700)을 위한 PCF의 직접 냉각에 의해 대체될 수 있다. PCF 스트림(164)은 스트림(150)을 형성하도록 PCF를 냉각하거나 응축하도록 702로 순환될 수 있다. 시스템(100 및 200)처럼, 펌프 또는 압축기(11)가 PCF를 재순환시키고 압력을 증가시키는데 이용될 수 있다. 디바이스(702)로 설명되었더라도, 시스템(700)은 시스템(100 및 200)과 유사한 냉각기 또는 응축기(12)를 이용하도록 동일하게 배열될 수 있다. 유사하게, 시스템(100, 200) 및 다른 시스템들은 열 교환 디바이스(702)를 구비하여 동일하게 배열될 수 있다.
시스템(700)은 또한 수직으로 배열될 수 있다. (예를 들어 도 7의 코일들(160 내지 171)인) 다양한 열 전달 디바이스들은 IHTL의 뜨거운 그리고 차가운 레그들 또는 구획들을 생성하도록 배열될 수 있어서 IHTL 내 뜨거운 대 차가운 IHTF의 다른 부력들로부터 자연 순환을 수월하게 할 수 있다. 주변 입구(701)의 위치는 먼지, 및 다른 대기 오염들이 들어가는 것을 피하도록 충분한 높이에 위치될 수 있다. 다양한 열 전달 디바이스들의 오염을 최소화하기 위해, 입구 조건 디바이스들(예를 들어 미립자 필터들, 수분 분리기들)이 701을 위해 제공될 수 있다. 배기(132)가 대기와 유사한 부력을 가질 수 있으므로, 스트림(132)을 위한 배기 출구는 도한 대기 분산을 향상시키도록 132를 촉진하는 (예를 들어 벤츄리(venturi) 또는 이와 유사한) 디바이스를 포함할 수 있다. 시스템(200)처럼, 시스템(700)의 수직 실시예는 또한 IHTF 흐름율 제어, 가동 및 중단-설계 작동을 증가시키고 및/또는 수월하게 하도록 팬 또는 블로워 또는 압축기(7) 및/또는 댐퍼 시스템(6)을 포함할 수 있다.
도 8은 터빈들, HP 터빈, MP 터빈 및/또는 LP 터빈 중 적어도 하나로부터 추출된 PCF의 적어도 일부를 이용하여 PCF를 예열하는 수단을 포함하는 시스템들(100, 200 및/또는 700)의 향상인 시스템(800)을 도시한다. 랭킨 사이클 터빈(들)로부터의 PCF의 일부는 추출될 수 있고 PCF를 예열하는데 이용될 수 있다. 일반적으로, 이러한 전략은 주요 열 소스를 거쳐 PCF를 가열하기 전에 PCF를 예열하도록 추출된 PCF의 증발의 열을 이용함으로써 전체 사이클 효율을 증가시킨다. 도 8에 도시된 바와 같이, PCF 스트림(164)은 스트림(150)을 형성하도록 응축기(12) 내에서 냉각되고 및/또는 응축될 수 있다. 스트림(150)은, PCF 스트림(820)과, 펌프 또는 압축기(11)를 거쳐 압력을 증가시키기 전에, 후에 또는 동안에, 혼합될 수 있다. 스트림(820)은 서브 시스템(810) 후 추출된 PCF 스트림들의 조합에 의해 형성된 스트림이다. 압력 증가 후 스트림들(150 및 820)의 조합은 (예를 들어 스트림(132 내지 120)인) 팬/블로워/압축기(7)를 거쳐 IHTF의 압력을 증가시키기 전에, 예를 들어 코일(169)을 이용하여, IHTF로부터 열을 전달하는데 이용될 수 있다. 스트림(120)은 도 8의 코일(160) 및 PCF 스트림(152)을 거쳐 재가열될 수 있다. PCF 스트림(850)은 이어서 열 교환기 서브 시스템(810)을 이용하여 가열될 수 있다. 도 10은 서브 시스템(810)을 형성할 수 있는 캐스케이드(cascading) 열 교환기들의 샘플 배열을 도시한다.
도 9는 시스템(900)의 터빈들, HP 터빈, MP 터빈 및/또는 LP 터빈 중 적어도 하나로부터 추출된 PCF의 적어도 일부를 이용하여 IHTF를 예열하는 수단을 포함하는 시스템들(100, 200 및/또는 700) 및 대안적인 시스템(800)의 향상인 시스템(900)을 도시한다. 시스템(800 및 900)은, PHTF/PHTL인, 주요 열 소스로부터 가열을 필요로 할 수 있는 다른 스트림을 예열하도록 터빈으로부터 추출된 PCF의 일부를 이용하는 공동의 의도를 공유한다. 시스템(900)을 위해, 서브 시스템(910)이 터빈들로부터 추출된 PCF의 일부를 이용하여 IHTF를 예열하는데 이용될 수 있다.
시스템(100, 200, 700 및 800)과 달리, 시스템(900)은 코일(169)로부터 PCF를 이용하여 IHTF를 예열하는 코일(160)을 서브 시스템(910)으로 대체한다. 서브 시스템(910)은 PCF 추출물들(예를 들어 801 내지 807)을 이용하여 IHTF를 예열한다. 결과적으로, PCF 스트림(152)은 IHTF 스트림(120)으로 열을 전달함으로써 냉각되지 않아서 시스템(800)과 같이 서브 시스템(810)에 의해 재가열을 필요로하지 않는다. 그리고, 시스템(800)처럼, 시스템(900)은 터빈 추출물들로부터의 열을 이용하여서 응축기(12)(또는 702) 내 환경으로 제거된 열을 감소시켜서 사이클 효율을 향상시킨다.
표 1은 IHTF로서 공기 및 PCF로서 물/증기, PHTF로서 질산 나트륨 및 질산 칼륨의 혼합물을 포함하거나 일 수 있는 용융염을 이용하는 시스템(900)의 예시적인 실시예를 도시한다. 이 예시에서, 이중 재가열 랭킨 사이클이 약 550℃로의 이중 재가열 및 고압 터빈 입구 조건들을 위해 약 300바 및 550℃로 이용될 수 있다. 표 1은 흐름율 및 비율에 따라 도 9의 몇몇의 스트림들의 리스트에 의해 뒤따라진 전체 사이클 성능 정보를 제공한다.
도 10은 도 8에 설명된 바와 같은 BFW 또는 보일러 공급 물로 알려진 152 및/또는 850과 같은 PCF 스트림들을 가열하도록 다양한 터빈들로부터 PCF 추출물들을 이용하는 서브 시스템(810)의 설명적인 배열을 도시한다. 이 배열에서, 일련의 열 교환기들(820a-g)은 PCF 추출물들(801-807)로부터 PCF 유체로 열을 전달한다. 스트림들(801 내지 807)은 터빈들(HP 터빈, MP 터빈 및/또는 LP 터빈)로부터 다른 압력 레벨들에서 추출되고 스트림(801)은 가장 높은 압력 및 온도 스트림이고 다른 스트림들 각각은 이전 스트림들보다 더 낮은 압력이고 또한 더 낮은 온도이다. 이 예에서, 스트림(807)은 가장 낮은 압력을 가진다. 도 10에 도시된 바와 같이, 스트림(801)은 (예열된 PCF의 흐름에 관해) 최종 열 교환기를 거쳐 통과하고 이어서 그것의 압력은, 밸브, 제어 밸브 또는 오리피스와 같은, 흐름 제어 디바이스를 가로질러 떨어질 수 있고, 다음의 추출된 스트림(802)과 혼합될 수 있다. 이러한 혼합된 스트림은 다음의 열 교환기를 통과하고 추가적을 압력이 떨어질 수 있고 다음의 추출된 스트림(803)과 혼합될 수 있다. 다음으로, 모든 스트림들은 최종적으로 스트림(807)의 가장 낮은 압력으로 떨어지고 제1 열 교환기(820g)를 통과한다. 조합된 스트림(820)은 (예를 들어 PCF가 물 또는 증기일 때 물로) 충분히 응축될 수 있고 이어서 스트림(151)의 압력으로 펌프(11) 또는 유사한 펌프를 거쳐 펌핑될 수 있다.
도 11은 도 9에 설명된 바와 같은 120과 같은 IHTF 스트림을 가열하도록 다양한 터빈들로부터 PCF 추출물을 이용하는 시스템(910)을 도시한다. 도시된 바와 같이 IHTF 예열기(910)는 PCF를 가열하는 것을 제외하고 예열기(810)와 원칙적으로 유사하고, IHTF 예열기(910)는 점진적으로 가열된다. 예를 들어, IHTF 예열기(910)는 스트림(120 내지 121)으로부터 IHTF를 예열하도록 PCF 추출물들(801-807) 및 (예를 들어 코일들(920.1 내지 920.7)인) 열 교환 디바이스들의 유사한 캐스케이드를 이용할 수 있다.
도 12는 제안된 발전소의 실시예를 위해 작동 과정의 설정을 제공하는 차트이다. 도 12는 PHTF 및 PHTL을 포함하는 주요 열 전달 시스템을 가동하는 하나 이상의 과정들 또는 단계들을 설명한다. 도 12는 추가적으로 동력 생성 시스템(100, 200, 700, 900, 1400, 1800, 1900 및/또는 2000)을 시작하는 작동 과정을 포함한다. 도 12는 추가적으로 제어된 감속 또는 종료시 동력 생성 시스템을 멈추는 작동 과정을 포함한다.
도 13은, 여기에 제공된 하나 이상의 실시예들에 따라, 예열기(810) 또는 예열기(910)를 위한 열 흐름 대 온도의 예시를 나타내는 차트이다. 차트는 열이 추출된 스트림 및 IHTF로부터 전달되는 ITHF 및 추출된 스트림의 온도 사이의 관계를 설명한다. 다섯의 추출된 PCF 스트림들이 도시된다. 추출물들의 수는 예를 들어 1 내지 10 또는 그 이상과 같은 범위일 수 있다.
도 14는, 하나 이상의 실시예들에 따른, 다른 설명적인 시스템(1400)을 나타내는 개략도를 도시한다. 시스템(1400)은 고압 터빈 다음의 PCF의 단일 재가열만을 가진 시스템(900)의 변형을 도시한다. 이러한 배열은 과냉각된(subcooled) 조건으로부터 그것의 증발 온도의 또는 근처의 온도로, 이어서 주로 PCF를 증발시키고 마지막으로 열 교환 디바이스로, PCF를 첫번째로 가열하고 몇몇의 터빈들 중 적어도 하나로 PCF가 향하기 전에 PCF를 과열시키는 별개의 열 교환 디바이스들을 포함하는 시스템보다 PCF의 원스-스루(once-through) 가열을 포함할 수 있는 서브-임계의(sub-critical) 랭킨 사이클들과 같은 더 낮은 PCF 압력 또는 온도 적용들에 적합할 수 있다. 표 2는 PCF로 물/증기, IHTF로 건조 공기, PHTF로 질산 나트륨 및 질산 칼륨을 포함하는 용융염을 이용하는 시스템(1400)의 예시적인 실시예를 도시한다. 이러한 샘플 실시예에서, 단일의 재가열 서브-임계의 랭킨 사이클이 520℃로의 재가열 및 고압 터빈 입구 조건들을 위한 520℃ 및 약 144바로 이용될 수 있다. 표 2는 전체 사이클 성능 정보를 제공하고 도 14의 몇몇의 스트림들 각각을 그것들의 특성들 및 흐름율들에 따라 리스트화한다.
시스템(1400) 및 시스템(900)의 비교는 PHTF로부터 IHTF로 그리고 이어서 PCF로 열ㅇ르 전달함으로써 단일의 재가열을 가진 덜 복잡한 PCF 터빈 시스템들이 수용될 수 있음을 설명한다. 게다가, 재가열이 없는 PCF 터빈 시스템들이 또한 수용될 수 있고 두 개 이상의 재가열들을 구비한 PCF 터빈 시스템들도 예상된다. 다소의 재가열들이 IHTF의 수를 PCF 열 전달 코일들로 증가시키거나 감소시킴으로써 그리고 PHTF의 수를 IHTF 열 전달 코일들로 적절히 변화시킴으로써 수용될 수 있다.
도 15는 투관형 열 교환기들 또는 유사한 디바이스들의 이용에 의해 PHTF로부터 IHTF로 그리고 이어서 PHTF로부터 PCF로 직접적인 열 전달로 PCF로 열을 전달하는 일련의 열 전달 디바이스들을 이용하는 시스템(1500)을 나타낸다. 시스템(1500)은 이중 재가열을 구비한 이러한 과-임계(super-critical) 랭킨 사이클을 위해 일반적으로 투관형 열교환기들을 구비한, PHTF로부터 PCF로의 직접적인 열 전달을 나타낸다. 그러한 직접적인 열 전달을 이용하는 실시예들에서, 용융염은 PHTF로서 그리고 물 또는 증기는 PCF로서 이용될 수 있다. 몇몇의 투관형 열 교환기들이 또한 E-101, E-102 및 E-103 열 교환 디바이스들로서 기여하는 그룹 내에 배열될 수 있다. 열 교환기들의 이러한 그룹들은 1 내지 2m 직경의 열 교환기 쉘(shell)들의 사이즈 상의 특정 제한들 모두로 인해서 1, 2, 4, 8 또는 그 이상의 개별적인 열 교환기들을 포함할 수 있다. 헤더들 및 측면들을 구비한 복잡한 파이핑 시스템들이 각각의 열 교환기에 용융염 및 물/증기를 공급하는데 필요할 수 있다. 게다가, PHTF는 그러한 열 교환기들의 튜브-측 또는 쉘-측 상에 이용될 수 있다. 튜브-측 상이라면, PHTF의 국부적인 동결(freezing)은 일부 또는 많은 튜브들을 막을 수 있는 반면 쉘들의 압력 등급은 증기 시스템의 수백 바 설계 압력으로까지 필요할 것이다. 또는, 열 교환기들은 쉘 측 상에서 PHTF를 구비하여 설계될 수 있어서 압력 등급에 대한 일반적인 ASME 2/3 규칙을 따를 수 있다면 아마도 증기 설계 압력의 2/3로 열 교환기 쉘의 설계 압력을 감소시킬 수 있다. ASME 2/3 규칙을 따를 수 없다면, 압력 등급, 쉘 측 두께 및 이러한 열 교환기들의 비용을 감소시키기 위해 열 교환기들의 쉘 측(용융염 측) 상에 압력 완화 밸브를 설치할 필요가 있을 수 있을 것이다. 압력 완화 밸브들이 간헐적인 누수 또는 흐름(weeping)에 놓일 수 있기 때문에, 보온(heat tracing) 및 절연이 필요하여 이러한 압력 완화 밸브들의 허용가능한 성능 및 신뢰성을 보증하여서 보온을 안전 임계 시스템으로 만든다.
어떠한 설계 선택이 열 교환기 내 PHTF 염의 위치를 위해 이용되었는지 상관 없이, 플랜트의 최소의 가동 및 중단에 관련된 설계-외(off-design) 조건들은 매우 어려울 수 있다. 예를 들어, 열 교환기들 내 PHTF의 동결을 방지하기 위해, 복잡한 시스템들이 동결을 피하기 위해 중단 기간 동안 각각의 교환기들로부터 PHTF를 배수하고 펌핑하는데 요구될 수 있다. 대안은 PHTF의 최소 흐름 온도들이 유지되는 것을 보증하도록 몇몇의 열 교환기들을 통해 뜨거운 PCF를 순환시키고 PCF 터빈들을 바이패스시키는 복잡한 파이핑 시스템을 포함할 수 있다. 그러한 시스템들은 중단 조건들로부터 PHTL 및 PCL의 시동으로, 최대 부하로의 부하의 증가로, 정상 작동으로, 턴다운(turndown) 자동으로 그리고 마지막으로 운전예비(spinning reserve) 작동 또는 중단으로의 전환을 매우 복잡하게 한다.
반대로, 시스템(900)(및 본원의 다른 실시예들)의 몇몇의 시스템들(예를 들어 PHTL 및 IHTL)은 더 독립적인 방식으로 작동될 수 있는데 IHTF가 다른 시스템들 사이에서 중개물(intermediary)로 기여하기 때문이다. 플랜트 중단 동안, 최소 시스템들이 아이들(idle) 상태에서 플랜트를 위치시키는데 필요할 수 있다. 그러한 아이들 상태에서, 자연 대류를 거쳐 또는 블로워(아이템 7)를 거쳐 IHTF의 작은 순환과 함께 시스템 파이핑을 통해 보조 히터(예를 들어 도 3, 아이템 304)를 통해 PHTF의 작은 순환은 선택된 PHTF의 최소 흐름 온도 위로 PHTL을 통해 온도를 유지할 수 있다. 이러한 아이들 상태에서, PCL은 순환되거나 되지 않을 수 있지만 PHTF의 흐름성을 보장할 필요는 없다.
대안으로서, 보조 히터가 PHTF의 흐름성을 보장하는 최소 온도 위로 PHTF 및 IHTF를 유지하는 아이들 조건 또는 중단 동안 IHTL 내 순환하는 흐름을 가열하는데 이용될 수 있다. 또는 PHTF가 다양한 열 교환 디바이스들(예를 들어 도 1 및 2의 코일들(160 내지 169)) 내 최소 흐름 온도 아래로 실제로 떨어지면,IHTF를 가열하는 보조 히터를 구비한 IHTL의 순환이 PHTF의 흐름성을 회복시키는데 이용될 수 있다.
플랜트 가동 및 중단 동안, 몇몇의 시스템들은 상대적으로 독립된 방식으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 증기 랭킨 사이클 플랜트들에서, 터빈 바이패스 시스템들이 생성된 생 증기(live steam)(PCF)의 적어도 일부 또는 모두가 터빈들을 통하는 대신 응축기로 보내지게 허용하도록 이용될 수 있다. 이는 PCF 터빈들이 다양한 히터들과 독립되게 시동되거나 멈추도록 허용한다. 게다가, IHTL의 추가는 시스템이 PHTL의 상당한 독립성을 가지고 작동되도록 허용한다. IHTL은 PHTL을 구비하거나 구비하지 않고 완전히 작동될 수 있고 보조히터와 함께 가동 동안 다른 시스템들을 점차적으로 데우거나 중단 동안 다른 시스템이 점차적으로 냉각되는데 이용될 수 있다. IHTL을 거쳐 PHTL 시스템의 부분들의 순환 및 따뜻하게 함으로써, PHTL은 주요 열 소스가 이용가능성이 변할 때 전체 플랜트의 범위 및 가동을 단순화하고 흐름성을 보장하는 조건에서 유지될 수 있다.
도 16은 단일의 재가열 랭킨 사이클 적용을 위한, 투관형 열 교환기들의 그룹들과 같은, PCF 열 교환기들로의 직접적인 PHTF를 이용하는 다른 예시적인 시스템(1600)을 개략적으로 도시한다. 시스템(1400)과 같이, 시스템(1600)은 과냉각된 PCF를 가열하고, 이어서 PCF를 증발시키고 이어서 PCF를 과열시키도록 별개의 열 교환기 디바이스들보다 원스-스루 가열 시스템을 이용하는 것으로 도시된다. 시스템(1600)은 별개의 PCF 가열, 증발 및 과열 열 교환 디바이스들을 포함하는 예시의 적용 및 예시된 원스-스루 시스템들 모두를 포함하는 것으로 보여질 수 있다. 시스템(1500)과 유사하게, 시스템(1600)은 투관형 열 교환기들을 거쳐 직접적인 PHTL에서 PCL로의 열 전달을 이용한다. 이러한 경우, 단일의 재가열 랭킨 사이클 적용이 도시된다.
도 17은 외부 히터(예를 들어, 발화 히터, 보조 보일러, 전기 히터, 또는 이와 유사한 것)를 이용하는 IHTF를 가열하는 가동 또는 중단 히터로서 이용될 수 있는 IHTF 예열기(910)의 개략도를 도시한다. 이러한 가동 또는 중단 가열 시스템이 다양한 PHTF 및 PCF 열 교환 디바이스들 및 파이핑 네트워크들 내 최소 온도를 유지하도록 이용될 수 있어서 플랜트 또는 플랜트의 부분들이 감소된 부하 또는 열 부하에서 시작, 종료, 중단 또는 작동하는 동안 그러한 시스템들의 흐름성을 보장한다. 도 17은 도 11 및 서브 시스템(910), IHTF 예-열기를 참조하여 보여질 수 있다. 서브 시스템(910)은 PCF와 결합하여 이용될 수 있는 디바이스 또는 시스템으로서 이전에 설명되었고 발전소의 정상 작동 동안 IHTF를 효율적으로 가열하도록 적어도 하나의 PCF로부터 추출한다. 게다가, 동일한 디바이스 또는 시스템 또는 그것의 변형이 또한 PHTL이 최소 온도를 유지하는 적절한 가열을 제공하지 않고 PCL, IHTL 및또는 PHTL을 포함하는 다양한 시스템들 및 디바이스들을 위해 원하는 열적 구배(thermal gradient)를 제공하지 않는 운전 예비 또는 유사한 작동 조건, 아이들, 중단, 가동을 포함할 수 있는 설계-외 작동들 동안 IHTL을 따뜻하게 하거나 가열하는데 이용될 수 있다. 보조 보일러, 발화 히터, 전기 히터 또는 PHTL에 적어도 부분적으로 독립적이거나 독립적인 다른 열 소스를 포함할 수 있는 보조 히터와 함께, 서브 시스템(910)은 다양한 시스템들의 온도 따뜻함(warming) 또는 냉각 비율을 제어하거나 따뜻하게 하도록 순환하는 IHTF로 열을 제공하는데 이용될 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 단일의 PCF 스트림(1720)은 보조 히터(1701) 내에서 가열될 수 있고 이어서 열 교환 디바이스들(920.1 내지 920.7) 중 적어도 하나를 통해 케이스케이드되어(cascade) 가열된 IHTF 스트림(121)이 되도록 IHTF 스트림(120)을 따뜻하게 하거나 가열한다. 이제 응축된 PCF 스트림(820)은 히터(1701)로 복귀하도록 보조 펌프(1702)일 수 있는 보일러 공급 물(예를 들어 PCF) 펌프로 향해질 수 있다. IHTF의 순환율을 제어함으로써, 스트림(1721)의 순환율 및/또는 온도 및 히터(1701), IHTL 및 관련된 PHTL 및 PCL의 열 출력은 몇몇의 플랜트 작동 모드들을 위해 필요한 것에 따라 가열되거나 냉각될 수 있다.
도 18은 시스템(1800)의 개략도이고, 이는 서브-임계의 랭킨 동력 사이클 시스템을 위해 특별히 구성된 시스템(1400)의 변형 또는 변경이다. 서브-임계의 시스템을 위해 이용된다면, 시스템(1400)은 PCF를 위한 원스-스루 설계로서 설명될 수 있다. 즉, 시스템(1400)은 1) 증발 온도로 또는 근처로 PCF를 예열하고, 2) PCF를 증발시키고 3) PCF를 과열시키는 명백히 별개의 열 교환 디바이스들을 포함하지 않는다. 시스템(1800)은 그러한 별개의 열 교환 디바이스들을 제공하는 시스템(1400)의 변형이다. 코일(169)은 펌프(11)로부터 PCF 스트림(151) 및 IHTF 스트림(129)으로 열을 교환함으로써 스트림(152)을 생성하는 열을 수신할 수 있다. 스트림(152)은 그 위치에서 PCF의 증발 온도에 근접하다는 것이 예상된다. 스트림(152)은 이어서 적어도 하나의 그러나 몇몇의 스트림들로 나눠어질 수 있고, 예를 들어 스트림(1853, 1854 및 1855)가 도 18에 도시된다. 이러한 몇몇의 스트림들은 적어도 하나의 그러나 아마도 몇몇의 증발기 드럼들로 향하며, 예를 들어 1880, 1881 및 1882가 도 18에 도시된다. 몇몇의 증발기 드럼들 각각은 적어도 하나의 IHTF 스트림(예를 들어 122, 125 및 128이 도 18에 도시됨)과 열을 교환하고 PCF를 증발시키도록 서브 시스템(1899) 내로 확장하는 증발기 튜브들 또는 코일들로 연결될 수 있다. 당업자는 증발기 튜브들 또는 코일들을 통한 흐름이 증발하는 PCF의 서모사이폰(thermosyphon) 효과에 의해 유발될 수 있음을 이해한다. 증발된 PCF는 이어서 적어도 하나의 증기 스트림(예를 들어 1856, 1857 및 1858이 도 18에 도시됨) 내에 수집될 수 있고 포화된 증기 PCF로서 스트림 또는 경로(155)로 향해질 수 있다. 스트림(155)은 이어서, HP 터빈으로 향해지는, 과열 스트림, 156, 전에 적어도 하나의 IHTF 스트림(예를 들어 스트림(124)이 도 18에 도시됨)과 열을 교환함으로써 추가적인 가열을 위해 적어도 하나의 과열 디바이스(예를 들어 코일(164)이 도 18에 도시됨)로 향해질 수 있다.
여전히 도 18을 참조하고 특히 PCF 스트림(1853, 1854 및/또는 1855)를 참조하여, 당업자는 그것들의 개별적인 증발기 드럼들(1880, 1881 및/또는 1882)로의 이러한 스트림들의 흐름율이 PCF가 증발기 드럼 및 증발기 코일들 내에서 증발될 수 있을 때 신선한 액체 PCF가 추가될 수 있도록 이러한 증발기 드럼들 각각 내에 액체 PCF의 개념상으로 일정한 레벨을 유지하는 레벨 제어 시스템 또는 레벨 제어 밸브에 의해 일반적으로 제어될 수 있음을 이해한다.
도 19는, 하나 이상의 실시예들에 따른, 다른 예시적인 시스템(1900)의 개략도를 도시한다. 시스템(1900)은 PCF 증발이, 예를 들어 162 및 167인, 하나의 적은 열 교환 디바이스에 의해 수행될 수 있는 시스템(1800)의 변형이다. 도 19에 도시된 바와 같이, 대부분의 PCF는 IHTF 스트림(122)과 함께 PCF를 가열함으로써 증발기(1981) 내에서 증발될 수 있다. 나머지 PCF는 IHTF 스트림(127)과 함께 PCF를 가열함으로써 증발기(1980) 내에서 증발될 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 코일(162)로 들어가기 바로 전에, 스트림(122)은 코일(161) 내에서 PHTF 스트림(158)에 의해 가열되었다. 반대로 스트림(127)은 코일(166) 내에서 PCF 스트림(158)을 재가열한 후에 스트림(126)으로부터 생성되었다. 그와 같이, 스트림(127)은 스트림(122)보다 덜 뜨거울 수 있고 코일(162) 내 스트림(122)에 비해 콩리(167) 내 PCF만큼을 증발시킬 수 없다. 그러나, 코일(167) 내 PCF의 일부를 증발시킨 후 스트림(127)으로부터 생성되는, 스트림(128)을 이용함으로써, 코일(168)로부터 (스트림(152)의) PCF 출력 온도는 PCF의 증발 온도에 또는 근처로 유지될 수 있음은 예상치 못한 일이고 놀라운 일이다.
여전히 도 19를 참조하여, 표 3은 IHTF로서 공기, PCF로서 물/증기, PHTF로서 질산 나트륨 및 질산 칼륨의 혼합물을 포함하는 용융염을 이용하는 시스템(1900)의 예시적인 실시예를 도시한다. 이러한 샘플 실시예에서, 단일의 재가열 서브-임계의 랭킨 사이클이 고압 터빈 입구 조건들을 위해 약 144바 및 520℃로 이용될 수 있고 하나는 또한 520℃로 재가열된다. 표 3은 전체 사이클 성능 정보를 제공하고 그것들의 특성들 및 흐름율들에 따라 도 19의 몇몇의 스트림들 각각을 리스트화한다.
도 20은, 하나 이상의 실시예들에 따라, 다른 예시적인 시스템(2000)의 개략도를 도시한다. 시스템(2000)은 시스템(900)의 변형이고 더 적은 PHTF 열 교환 디바이스들을 포함하고 IHTF 및 PHTF로부터 이용가능한 열을 더 잘 이용하도록 PCF의 흐름을 나누는 흐름 제어 디바이스들을 이용한다. 시스템(2000)은 초 임계 랭킨 사이클 적용들 또는 PCF의 원스-스루 가열과 함께 서브 임계의 적용들에 적합하다. 서브 시스템(2099) 내 및/또는 몇몇의 열 교환 디바이스들(예를 들어 도 20에 도시된 코일들(161 내지 169)) 내 몇몇의 위치들에서의 열 전달을 관리하거나 제어하기 위해, 코일(169) 내에서 예열된 PCF 스트림(152)은 적어도 두 개의 스트림들로 나뉠 수 있고, 예를 들어 2052 및 2053이 도 20에 도시된다. 이러한 적어도 두 개의 스트림들의 흐름율은 제어 밸브 또는 밸브들의 작용에 의해 조정될 수 있다. 도 20은 스트림(152)을 스트림(2052 및 2053)으로 나누는 단일의 3-웨이 밸브(2060)를 도시하지만 이러한 스트림들의 흐름을 조정하는 많은 다른 대안들이 당업자에게 알려져 있다. 이러한 몇몇의 스트림들 각각은 적어도 하나의 열 전달 디바이스로 향해질 수 있다. 도 20은 PCF 스트림(2052)이 코일(166)로 향해질 수 있고 IHTF 스트림(126)에 의해 가열될 수 있는데 반해 PCF 스트림(2053)은 코일(163)로 향해질 수 있고 IHTF 스트림(123)에 의해 가열될 수 있음을 도시한다. IHTF 스트림들(123 및 126) 모두는 다른 PCF 스트림들(즉, 스트림들(156 및 165), 각각)을 가열하는데 이미 이용된 스트림들(즉, 스트림들(122 및 125), 각각)에 으해 생성되는데 마지막이 몇몇의 코일들 중 하나 내에서 PHTF 스트림에 의해 가열되기 때문이다. 그와 같이, 스트림들(122 및 125) 내에 남아 있는 잔존 열의 양에 기반하여 스트림들(2052 및 2053)로 나뉠 때 그것들은 스트림(152)의 더 크거나 작은 부분을 가열하는 용량을 가질 수 있다. 몇몇의 제어 방법들이 이러한 두 개의 스트림들 사이의 나눔을 조정하는데 이용될 수 있다. 스트림(2053)에 비해 스트림(2052)으로 향하는 흐름은 스트림들(2054 및 2055)의 온도들이 대략 동일하도록 조정될 수 있다. 이러한 방법을 위해, 스트림(2054)의 온도가 스트림(2055)보다 높다면, 스트림(152)의 더 큰 부분은 스트림(2052)으로 향해야 한다. 역으로, 스트림(2054)의 온도가 스트림(2055)보다 작다면, 스트림(152)의 더 적은 부분은 스트림(2052)으로 향해야 한다.
다른 제어 방법으로서, 스트림(2053)에 비해 스트림(2052)으로 향해진 흐름은 IHTF 스트림들(124 및 127)의 온도들이 대략 동일하도록 조정될 수 있다. 이러한 방법을 위해, 스트림(127)의 온도가 스트림(124)보다 높다면, 스트림(152)의 더 큰 부분은 스트림(2052)으로 향해질 수있다. 역으로, 스트림(127)의 온도가 스트림(124)보다 작다면, 스트림(152)의 더 적은 부분은 스트림(2052)으로 향해질 수 있다. 이러한 두 제어 방법들의 설명들은 스트림들의 온도 평형이 방법들에 대한 합리적인 목표임을 가정한다. 그러나, 일부의 경우들에서, 온도 차이가 각각의 스트림들이 -20℃, -10℃, -5℃, +5℃, +10℃ 또는 +20℃의 다른 온도를 가지는 목표로 이용될 수 있다. 다른 경우들에서, 엔탈피 또는 엔트로피와 같은, 개별적인 스트림들의 일부 다른 특성이 제어 방법들을 위한 목표로서 이용될 수 있다.
여전히 도 20을 참조하여, 표 4는 IHTF로서 건조 공기, PCF로서 물/증기, PHTF로서 질산 나트륨 및 질산 칼륨의 혼합물을 포함하는 용융염을 이용하는 시스템(2000)의 예시적인 실시예를 도시한다. 이러한 샘플 실시예에서, 이중 재가열 초-임계 랭킨 사이클이 고압 터빈 입구 조건들을 위해 약 300바 및 550℃로 이용될 수 있고 두 개의 재가열들은 또한 550℃까지이다. 표 4는 전체 사이클 성능 정보를 제공하고 또한 그것들의 특성들 및 흐름율들에 따라 도 20의 몇몇의 스트림들 각각을 리스트화한다.
이전에 설명된 바와 같이, 도 20은 초 임계 랭킨 사이클에 적합할 수 있는 일 배열을 도시한다. 표 4는 150MW의 순동력 출력을 위해 설계된 예시적인 배열의 상세한 시뮬레이션을 제공한다. 이러한 예시적인 사이클 시뮬레이션은 코일들(161 내지 169)로서 도 20 상에 지시된 각각의 열 교환 디바이스를 위한 가정된 설계 기반들을 포함한다. 이러한 코일들은 150MW의 "전체 부하" 작동을 위해 크기가 정해지고 시뮬레이션되며, PHTF 공급 온도가 약 600℃이고, PHTF 복귀 온도가 약 500℃이고, 몇몇의 코일들(161 내지 169) 각각의 표면 영역을 결정하고 크기를 정하는데 이용되는 최소 접근 온도가 PHTF 및 IHTF 사이에서 약 30℃이고 IHTF 및 PCF 사이에서 약 20℃라는 가정을 가진다. 이러한 작동 조건들은 본 실시예의 예시이고 유사한 플랜트를 위한 다른 작동 조건들은, 더 크거나 더 작은 순 출력으로 가능하고 본원에 의해 충분히 예상된다. 예를 들어, PHTF로부터 IHTF로의 코일들은 PHTF 공급 및 복귀 사이에서 낮은 dT를 가지도록 경제적으로 설계되어서 PHTF 순환율의 비용에서 이러한 코일들의 표면 영역을 감소시킨다. 전체 부하에서 표면 영역을 증가시켜서 PHTF 복귀 온도 및 전체 부하에서 그것의 순환율을 감소시키는 다른 디자인 선택들이 가능하다.
도 21은 본 예시적인 배열을 위해 몇몇의 코일들(161 내지 169) 각각을 위한 온도 프로파일 차트를 포함하고 "전체 부하"로서 표시된다. 도 21은 예시적인 코일들(161, 164 및 167)의 전달된 열의 백분율에 대한 IHTF 온도들 및 PHTF 온도들 사이의 관계를 도시하고 예시적인 코일들(162, 163, 165, 166, 168 및 169)의 전달된 열의 백분율에 대한 PCF 온도들 및 OHTF 온도들 사이의 관계를 도시한다.
예시적인 발전소의 설계-외 작동들을 시뮬레이션하기 위해, 코일들(161 내지 169)로 나타난 몇몇의 열 전달 디바이스들의 효과적인 열 전달 영역들은, 표 4에 의해 주어진 것과 같은, 특정 작동 조건을 위해 선택될 수 있고 이어서 발전소의 성능 및 특징들을 결정하기 위해 다른 작동 조건들을 위해 시뮬레이션이 반복되도록 냉동될 수 있다. 예를 들어, 발전소의 50퍼센트(50%) 턴다운 조건은 몇몇의 열 전달 디바이스들의 상기 냉동된 효과적인 영역들을 유지함으로써, 일정한 PCF 작동 온도 및 온도 조건들을 유지함으로써, 일정한 PHTF 공급 압력 및 온도들을 유지함으로써 그리고 표 4에 나타난 바와 같이 블로워(7)에서 일정한 IHTF 출구 압력을 유지함으로써 시뮬레이션될 수 있다. PHTF, IHTF 및 PCF 스트림들의 몇몇의 흐름율들은 이어서 (표 4의 150MW에 대해) 75MW의 순 동력을 생성하도록 되고 다른 조건들이 발전소를 위한 시뮬레이션 및 계산에 의해 결정된다.
턴다운 조건들에서 온도 핀치가 IHTF로의 PHTF의 차가운 측 상에서 일어날 것이어서 PHTF 복귀 온도는 이러한 코일들로 들어가는 IHTF의 온도에 접근하거나 동일하게 제한됨을 예상하는 것이 합리적이다. 특히, 효과적인 표면 영역 및 PHTF 공급 온도는 일정하게 유지되고 IHTF 온도가 명목상 일정하게 유지되거나 아마도 떨어질 수 있음이 기대된다. 그러므로, 턴다운 조건에서 더 적은 열을 전달하기 위해, 더 작은 평균 온도 차이가 필요하고 코일로 들어가는 IHTF 및 코일을 떠나는 PHTF 사이의 온도 차이가 감소될 것이라는 것이 명백하다. 이는 전체 부하 경우에 대해 절반-부하 경우를 위해 코일들(161, 164 및 167)을 위한 온도 프로파일들의 비교에 의해 도 21에 도시된다.
PHTF의 국부적 "냉동(freezing)"을 피하기 위해, IHTF 온도는 PHTF의 최소 허용가능한 작동 온도 위로 유지될 수 있다. IHTF로부터의 주요 열 손실은, 설계-외 작동 동안, PCF로의 열 전달이기 때문에, IHTF의 온도는 서브 시스템(2099) 내에서 측정될 수 있고 IHTF 순환율에 대한 PCF 순환율은 IHTF가 PHTF의 최소 작동 온도에 의해 적어도 부분적으로 결정된 제한 설정점에 접근한다면 감소될 수 있다. 도 20을 참조하여, IHTF 열 전달 코일들(161, 164 및 167)로 PHTF의 차가운 측으로 들어가는 IHTF 스트림들인, 스트림들(212, 124 및 127)의 온도가 측정될 수 있고 이러한 온도 측정들 중 적어도 하나에 따라 달라지는 파라미터가 제한 설정점 아래로 떨어지면, IHTF의 흐름율에 대한 PCF의 상대적인 흐름율은 감소되거나 IHTF 온도가 증가될 수 있다. 이러한 감소는 PCF 흐름율을 감소시키고, IHTF 흐름율을 증가시키고, 이들의 조합이나 다른 수단에 의해 IHTF를 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 반대로, 상기 파라미터가 상기 제한 설정점 위에 있다면, 이러한 제한 제어 운영의 동작이 필요하지 않고, 다른 제어 운영이 IHTF 흐름율들에 대한 상대적인 PCF를 제어하도록 이용될 수 있다. 그러한 제한 제어 운영을 위해 그리고 이러한 예시를 위해, 파라미터는 스트림들(121, 124 및 127)의 최소 온도, 이러한 온도들의 평균 또는 이러한 온도들 중 하나에 의해 적어도 부분적으로 결정되는 다른 파라미터와 동일할 수 있다. 다시, 그러한 제한 제어 운영을 위해, 제한 설정점은 PHTF의 최소 허용가능한 작동 온도, 5℃, 10℃, 20℃, 50℃ 또는 100℃ 또는 그 이상의 이득을 더한 PHTF의 최소 작동 온도, 또는 (예를 들어 냉동 또는 녹는 온도, 점성, 유동점 등인) PHTF의 특성에 적어도 따르는 제한 설정점과 동일할 수 있다.
50% 순동력에서 설계-외 작동을 생성하기 위해, 제1 평가에서, PCF, IHTF 및 PHTF의 다양한 흐름율들이 또한 50%로 단순히 감소될 수 있음이 예상될 수 있다. 그러나, 예상하지 못하고 놀라운 결과들은 PCF 스트림들을 제외하고 이러한 50% 평가가 비실현적이라는 것이고, 많은 작동 조건 조합들이 결정될 수 있고 결정론적(deterministic) 제어 방법이 발전소의 설계-외 작동 및 설계-상(on-desing)을 위한 작동 조건들의 최적 조합 또는 최적에 가까운 조합을 제공하도록 몇몇의 IHTF 및 PHTF를 조정하는데 이용될 수 있다는 것이다. 도 21, 각각의 코일에 대한 상기 "전체 부하" 온도 프로파일들에 더하여, 그것은 또한 50% 동력에서 작동들을 위한 각각의 코일에 대한 세 개의 추가적인 온도 프로파일들을 포함한다. 이러한 추가적인 온도 프로파일들은 "균형있는(Balanced)". "차가운(Cold)" 또는 "뜨거운(Hot)" 중 하나의 라벨이 붙여져서 코일(162)을 위해 도시된 온도 핀치가 차가운-측 핀치, 뜨거운-측 핀치인지 또는 뜨거운 및 차가운 측들 사이에 대략적으로 균형있는 것인지를 나타낸다. 즉, 코일(162)의 차가운-측 핀치에 대해, IHTF 스트림(123)의 온도는 PCF 스트림(155)의 온도보다 약간만 더 높다. 코일(162)의 뜨거운-측 핀치에 대해, IHTF 스트림(122)의 온도는 PCF 스트림(156)의 온도보다 약간만 더 높다. 균형있는 조건에 대해, 뜨거운-측 및 차가운-측 온도 차이들은 유사하다.
표 5는 "균형있는" 조건으로 50% 동력에서 작동하는 표 4 및 도 20의 예시적인 실시예를 위한 상세한 결과를 도시한다. PCF 스트림(151), PHTF 스트림(101) 및 IHTF 스트림(120)을 참조하여, 표 5의 PCF 흐름율은 표 4의 50%이고, 표 5의 PHTF 흐름율은 표 4의 45.1%이며 표 5의 IHTF 흐름율은 표 4의 51.1%이다.
표 6은 "차가운-측 핀치" 조건으로 50% 동력으로 작동하는 표 4 및 도 20의 예시적인 실시예의 상세한 결과를 도시한다. 표 6의 PCF 흐름율은 표 4의 49.8%이고, 표 6의 PHTF 흐름율은 표 4의 55.0%이며 표 6의 IHTF 흐름율은 표 4의 46.6%이다.
표 7은 "뜨거운-측 핀치" 조건으로 50% 동력으로 작동하는 표 4 및 도 20의 예시적인 실시예를 위한 상세한 결과를 도시한다. 표 7의 PCF 흐름율은 표 4의 49.1%이고, 표 7의 PHTF 흐름율은 표 4의 52.5%이며 표 7의 IHTF 흐름율은 표 4의 63.8%이다.
이러한 결과들은 모든 PCF 작동 조건들이 일정하게 유지될 때 PCF 흐름은 발전소가 꺼졌을 때 동력 생성에 대략적으로 비례해서 변하고 원하는 작동 조건들이 유지될 수 있는 한 대부분의 부분에서 PHTF 또는 IHTF 흐름율 변화들에 독립된다는 것을 가리킨다. "뜨거운-측 핀치" 조건에 대한 결과들은 50% 부하에서 감소된 PCF 순환율 및 서브 시스템(910)으로 허용된 PCF 추출물들을 감소시킨 스트림(120)의 더 높은 결과적인 온도로 인해 이로부터 약간 변화한다. 이러한 결과들은 또한 "차가운-측 핀치"에서 가장 낮은 IHTF로부터 "균형있는 핀치"를 통해 그리고 마지막으로 "뜨거운-측 핀치" 조건으로 이동하도록 IHTF 흐름율을 조정함으로써 PHTF 흐름율이 55%로부터 45.1%로 100% 부하 경우의 52.5%로 변할 수 있음을 가리켰다.
표 6을 참조하여, 이 표에 상세히 나타난 "차가운-측 핀치" 조건들은 이러한 50% 턴다운 조건에서 예시적인 동력 사이클의 모든 필요한 작동 조건들을 충족시킬 수 있는 대략적으로 가장 낮은 IHTF 흐름율을 나타낸다. 코일(162)의 "차가운-측 핀치는 코일(161)의 수반되는 "뜨거운-측 핀치"를 IHTF 스트림(122)의 온도가 가장 높은 이용가능한 PHTF 온도와 거의 동일한 지점까지 되게 한다. 그와 같이, 이러한 조건에서 발전소의 예상되는 순 동력을 생성하는데 필요한 열은 IHTF의 더 적은 흐름에 의해 제공될 수 없다. "균형있는 핀치" 조건에 대한 더 낮은 IHTF 흐름율로 인해, 사이클 효율은 이러한 "차가운-측 핀치" 조건에 비해 약간 더 높다. (44.91%에 대한 44.97% ) 그러나, 그것이 다른 동력 사이클 성능 요수들을 유지하는 실현 가능한 IHTF 흐름율의 제한을 나타낸다면, 그것은 이러한 샘플 적용을 위한 다른 작동 조건들이 주어진 사이클 효율 상에서만 기반한 최적에 가까울 수 있지만, 그것은 플랜트 작동성, 탐지 및 작동 유연성을 포함할 수 있는 다른 요인들이 주어진 최적을 나타낼 수 없다.
표 7의 "뜨거운-측 핀치" 조건들은 이러한 50% 턴다운 조건에서 예시적인 동력 사이클의 모든 필요한 작동 조건들을 충족할 수 있는 높지만 가장 높지 않은 IHTF 흐름율을 나타낸다. "차가운-측 핀치" 조건과 반대로, "뜨거운-측 핀치" 조건의 IHTF의 더 높은 흐름율은 "차가운-측 핀치" 또는 "균형있는 핀치" 조건들보다 더 높은 평균 온도에서 IHTF를 유지한다. 결과적으로, "뜨거운-측 핀치" 조건은 동력 사이클의 필요한 작동 조건들을 더 이상 만족하지 않을 수 있는 제한하는 높은 흐름율에 도달하지 않는다. 대신에, IHTF 순환율이 증가함에 따라, 사이클 효율은 더 많은 에너지가 블로워(7)에 의해 필요함에 따라 감소한다. 또한, 이러한 더 높은 IHTF 흐름율들에서, 잔존 열은 IHTF 스트림(129)으로부터 PCF 스트림(152)으로 적절히 전달될 수 없다. 이는 "균형있는 핀치" 또는 "차가운-측 핀치" 턴다운 조건들과 비교할 때 더 높은 IHTF 스트림(132) 및 이러한 예시적인 구성에서 코일(169) 열 교환 디바이스의 더 큰 차가운-측 접근을 초래한다. IHTF 스트림(133 및 134)의 더 높은 온도 및 더 높은 IHTF 흐름율 모두는 블로워(7)로부터 더 높은 동력 요소를 초래하고 이는 표 7의 "뜨거운-측 핀치"에서 44.0%로 "균형있는 핀치"에서 절반 부하에서 44.91%로 전체 부하에서 44.90%로부터 추정된 사이클 효율을 감소시킨다.
댐퍼(6) 및 블로워(7)는 IHTF 흐름율에 영향을 주도록 이전에 언급된 바와 같이 조정될 수 있다. 표들 4 내지 7에 주어진 결과의 비교로 지시된 바와 같이, IHTF 흐름율들의 넓은 범위가 가능하고 PHTF로부터 PCF로 필요한 열을 전달하는데 기여할 수 있어서 여기에 개시된 기술들에 기반한 발전소로부터 열 및/또는 원하는 동력을 생성할 수 있다. 이러한 연구 및 비교들의 놀랍고 예상치 못한 결과는 근처의 최적 IHTF 흐름율이 댐퍼(6), 블로워(7) 또는 이들의 조합을 조정함으로서 결정될 수 있어서 열 교환 디바이스들 중 적어도 하나의 뜨거운-측 핀치 및 차가운-측 핀치가 대략 동일하거나 이들의 가감을 가지고 대략적으로 동일한 IHTF 흐름율을 달성할 수 있다는 것이다.
예시로서 도 20의 코일(162)을 이용함으로써, "코일-측 핀치" 온도는 PCF 스트림(155)의 온도보다 작은 IHTF 스트림(123)의 온도와 동일하고 "뜨거운-측 핀치" 온도는 PCF 스트림(156)의 온도보다 작은 IHTF 스트림(122)의 온도와 동일하다. 이러한 예시를 위해, 차가운-측 핀치 온도가 뜨거운-측 핀치 온도보다 작다면, IHTF 흐름율은 댐퍼 및/또는 블로워 조정들을 조정함으로써 증가될 수 있다. 반대로, 차가운-측 핀치 온도가 뜨거운-측 핀치 온도보다 많다면, IHTF 흐름율은 댐퍼 및/또는 블로워 조정들을 조정함으로써 감소될 수 있다. IHTF 흐름 조정들은 차가운-측 핀치 및 뜨거운-측 핀치 온도들이 0으로 균형이 맞춰질 때까지 지속될 수 있다.
위의 대안으로서, 뜨거운 및 차가운-측 핀치 온도들을 0으로 균형을 맞출 필요가 없거나 원하지 않을 수 있지만 바이어스(bias) 또는 온도 차이 설정점이 이용될 수 있어서 차가운-측 핀치 온도 및 뜨거운-측 핀치 온도 사이의 차이가 -50℃, -10℃, -10℃, -5℃, -2℃, -1℃, 0℃, 1℃, 2℃, 5℃, 10℃, 20℃ 또는 50℃ 또는 이점을 제공하도록 발견된 다른 값의 바이어스를 유지하도록 제어될 수 있다. 이러한 바이어스 온도는, IHTF 흐름율, PHTF 흐름율, PCF 흐름율, 순 또는 총 동력 생산, PHTF 공급 온도, IHTF 온도, PCF 온도 등과 같은, 발전소의 작동 파라미터에 기반하여 결정되거나 계산된 것 또는 고정된 값일 수 있다.
본 예시적인 구성에서, 선택된 열 교환 디바이스는 코일(162)이고 이는 HP 터빈으로 들어가기 전에 PCF를 과열시키는 열 교환 디바이스이다. 다른 열 교환 디바이스들이 이러한 제어 방법을 위해 이용될 수 있다. 게다가, 몇몇의 열 교환 디바이스들의 작동 조건들은 평균 또는 다른 조합에 의해 조합될 수 있다. 차가운-측 핀치 및 뜨거운-측 핀치 온도들은 열 교환 디바이스의 상류 또는 하류 스트림 조건들에 기반하여 계산됨으로써 설명되었다. 본 문헌에서 열 교환 디바이스들의 직접적인 상류 또는 하류에 있지 않는 다른 온도 측정 위치들이 이용될 수 있음이 예상된다. 이러한 다른 온도 측정 위치들이 차가운-측 핀치 온도 및 뜨거운-측 핀치 온도를 결정하도록 여기에 설명된 온도에 의해 적어도 영향을 받는 정도까지, 그것들은 또한 설명된 제어 방법의 목적을 위해 차가운-측 핀치 온도 및 뜨거운-측 핀치 온도를 결정하도록 고려된다.
앞선 문단들에서 설명된 차가운-측 핀치 및 뜨거운-측 핀치 온도들 사이의 차이는 제1 온도 차이 및 제2 온도 차이 사이의 차이와 수치적으로 동일하다. 제1 온도 차이는 (예를 들어 스트림(123)의 온도보다 작은 스트림(122)의 온도인) 코일에서 IHTF의 출구 온도보다 작은 입구 온도와 동일하고 제2 온도 차이는 (예를 들어 스트림(155)의 온도보다 작은 스트림(156)의 온도인) 코일에서 PCF의 입구 온도보다 작은 출구 온도 사이의 차이와 동일하다. 실제로, 코일의 입구 및 출구 에서 정환히 온도를 결정하거나 측정하는 것은 필요하지 않고 두 개의 다른 위치에서 IHTF의 온도 및 두 개의 다른 위치에서 PCF의 온도들은 상기 제1 및 제2 온도 차이들을 계산하거나 결정하는데 동등하게 이용될 수 있다.
이제 도 11을 참조하여, IHTF 스트림(121)의 온도가 PHTF와 열을 교환하는 가장 낮은 온도 스트림일 수 있음이 예상된다. 그와 같이, 서브 시스템(910)의 설계 및 작동은 스트림(121)의 온도가 PHTF의 국부적인 흐름성 이슈들의 가능성 또는 개연성을 피하기 위해 PHTF의 최소의 허용가능한 작동 온도 위로 유지되도록 될 수 있다. 따라서 충분한 PCF가 추출되고(예를 들어 801 내지 807) 충분한 코일들(예를 들어 920.1 내지 920.7)이 제공되어서 스트림(121)이 모든 정상 및 예상된 턴다운 조건들 동안 그러한 최소의 온도 설정점 위로 유지될 수 있다. 게다가, 설계-외 작동 조건들 동안, PCF 추출율은 IHTF 스트림(121)의 상기 최소 온도를 유지하는 제한 제어 방법을 이용하여 조정될 수 있다. 그러한 제한 제어 방법은 도 11의 스트림(121)의 온도가 최소 허용가능한 값 아내로 떨어진다면 가장 효율적인 PCF 추출물들을 위해 의도될 수 있는 다른 제어 방법들의 원하는 출력 위로 PCF 추출율들을 증가시킬 수 있다.
위의 것에 추가로 그리고 이제 도 17을 참조하여, 서브 시스템(910)은 또한 보조 히터(1701) 및 순환 펌프(1702)를 포함할 수 있다. 설계-외 또는 비정상적인 작동들 동안 PCF 추출물들이 최소 허용가능한 값 위로 IHTF 스트림(121)을 유지하는 충분한 흐름율들을 이용할 수 없는 때에, 보조 히터 및 순환 펌프가 이용되어서 스트림(1721)의 압력 및/또는 온도, 흐름율을 조정할 수 있어서 선택된 이들에 의해 최소 허용가능한 값으로 또는 너머로 설정점으로 스트림(121)의 온도를 제어할 수 있다. 특히, 스트림(121)의 온도가 설정점 아래로 떨어지면, 더 많은 열이 1701에 의해 제공될 수 있다. 스트림(121)의 온도가 설정점 위라면, 더 적은 열이 1701에 의해 제공될 수 있다. 원하는 제어 방법 및 도 17의 서브 시스템(910)의 이러한 향상은 플랜트 웜-업(warm-up), 가동, 중단, 예비운전, 또는 IHTF가 순환될 수 있고 PHTF가 플랜트로 도입되는 다른 작동 조건들 동안 필요할 수 있다.
이제 도 5 및 도 20을 참조하고 예시로서 PHTF 스트림(102), IHTF 스트림(122) 및 PCF 스트림(156)을 이용하여, 스트림(102)의 흐름율을 조정함으로써 스트림(156)의 온도를 제어하는 것이 가능할 수 있다. 그러한 조정은 도 5의 밸브들(8a 내지 8b) 중 적어도 하나의 조절에 의해 또는 도 5에 도시되지 않은 당업자에게 알려진 다른 수단들에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 수단들은 조정가능한 속도 펌프들, 조정가능한 기하학 펌프들, 다중-포트 밸브들, 조정가능한 흐름 제한들 및 유사한 디바이스들을 포함할 수 있고 이들에 제한되지 않는다.
전체 로드 예시를 위해 표 4에 주어진 결과를 고려하여, 스트림(102)의 질량 흐름은 600℃의 스트림(102) 온도, 500℃의 스트림(107) 온도, 570℃의 스트림(122) 온도 및 550℃의 스트림(156) 온도로 약 3687T/h일 수 있다. 오직 스트림(102)의 흐름율이 5% 증가하고 고정된 열 교환 유효 용역들을 가지면, 스트림(102)은 600℃로 유지되고, 스트림(107)은 504.4℃로 증가하고, 스트림(122)은 570.9℃로 증가하고 스트림(156)은 551.0℃로 증가한다. 반대로, 오직 스트림(102)의 흐름율이 5% 감소되면, 스트림(102)은 600℃로 유지되고, 스트림(107)은 495.4℃로 감소하고, 스트림(122)은 569.0℃로 감소하며 스트림(156)은 548.9℃로 감소한다. 그와 같이, HP 터빈으로의 PCF 스트림의 온도는 (예를 들어 본 예시에서 코일(161)인) PHTF-대-IHTF 열 교환 디바이스로 PHTF의 질량 흐름을 조정함으로써 직접 제어될 수 있다. 일정하게 유지되는 다른 파라미터들로, (예를 들어 코일(161)인) 하나의 그러한 코일로 PHTF의 일부의 흐름율을 증가시키는 것은 (예를 들어 본 예시에서 스트림(122)인) 관련있는 IHTF 스트림의 온도를 증가시킬 것이고 이는 다음에 (예를 들어 본 예시에서 스트림(156)인) 관련있는 PCF 스트림의 온도가 또한 증가되도록 야기할 것이다. 반대로, 동일한 코일로 PHTF의 일부의 흐름율을 감소시키는 것은 관련 있는 IHTF 및 PCF 스트림들의 온도를 감소시키려고 할 것이다.
유사한 방식으로, 다른 PCF 스트림들의 온도들은 (예를 들어 도 20에서 스트림들(103 및/또는 104)인) 다른 PHTF 스트림들의 흐름율들을 조정함으로써 유사하게 제어될 수 있다. 그러한 제어 운영의 가장 단순한 형태는 제어되는 관련있는 PCF 스트림들의 온도를 측정할 수 있고 원하는 설정점 조건에 도달하도록 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어기를 이용하여 PHTF 흐름율들을 조정할 수 있다. 대안은 관련있는 IHTF 스트림의 온도를 원하는 온도 설정점으로 특정하고 제어하며 PCF 스트림이 원하는 온도에 도달할 때까지 IHTF 설정점을 조정할 수 있다. 그러한 제어 운영은 하나의 PCF 스트림 또는 하나의 IHTF 스트림을 위한 온도 설정점 조건을 달성하도록 하나의 PHTF 스트림의 흐름율을 조정할 수 있고 다른 PCF 또는 다른 IHTF 스트림을 위한 온도 설정점을 달성하도록 다른 PHTF 스트림의 흐름율을 조정할 수 있고 추가된 PHTF, IHTF 및/또는 PCF 스트림들의 유사한 방식으로 확장된다.
개별적인 PHTF 흐름율들의 조정이 상기 관련있는 PCF 또는 IHTF 스트림 온도 이외의 스트림들의 온도에 영향을 줄 수 있음이 예상된다. 즉, 단일의 PHTF 흐름율의 조정은 하나 이상의 PCF 또는 IHTF 스트림 온도들에 영향을 줄 수 있다. 그러므로, 다중-변수 제어 시스템이 더 잘 이용될 수 있다. 그러한 다중-변수 제어 시스템은 각각의 PHTF 흐름율 조정 및 결과적인 IHTF 및/또는 PCF 스트림 온도들 사이의 상호작용을 보상하도록 조정될 수 있어서 몇몇의 온도 설정점들 각각은 최소 상호작용과 동시에 또는 함께 달성될 수 있다.
발전소 내 터빈의 보호 시스템 및 제어들은 동력 생성 산업에서 잘 알려져 있고 본 문헌의 대상이 아니다. 도 20을 참조하여, 일반적으로 그러한 제어 시스템은 밸브들(10a, 10b 및 10c)로 도시된 것들과 같은 밸브들을 조정하여서 터빈들의 각 단계로의 PCF 흐름이 원하는 동력 생성 요구를 만족하도록 조정하고 국부적인 전기 그리드 주파수와 전기 생성기의 동기화(synchronization)를 유지한다. 이는 부하 추종이라 할 수 있고 일반적으로 폐 루프 제어 시스템으로 구현된다.
게다가, 보호 시스템들이 규정된 양만큼 10a, 10b 및 10c 중 적어도 하나를 조정하도록 폐-루프 제어 시스템으로부터 개-루프 제어 시스템으로의 전환에 의한 갑작스러운 부하 차단으로 인한 터빈-생성기 시스템의 과속을 방지하는데 이용될 수 있다. 게다가, 터빈 제어 시스템이 또한 유사한 밸브 조정들을 위해 개-루프 제어 시스템으로으로 다시 이동함에 의한 전기 그리드 불안정 및/또는 결함에 대응하는데 필요할 수 있다. 그러한 불안정들은 저주파수 이벤트, 과주파수 이벤트, 라인-대-라인 결함, 라인-대-접지 결함 및 3-상 결함 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그러한 터빈 제어 및 보호 시스템들 및 몇몇의 PCF 스트림들의 작동 조건들 및 흐름 상의 이러한 시스템들의 효과들은 정상적이고 예상되며 발전소의 나머지는 합리적인 방법으로 응답하도록 설계될 수 있다. 그와 같이, 앞서 설명된 PHTF 흐름율 및 IHTF 흐름율을 위한 피드백 제어들에 더하여, 피드-포워드(feed-forward) 또는 개-루프 제어 시스템이 또한 전체 제어 시스템 내로 포함될 수 있다. 그러한 피드-포워드 또는 개-루프 제어 시스템은 PCL 및 PCF의 조건들이 피드백 시스템만에 의해 수용될 수 있는 것보다 빠르게 변할 때 이전에 설명된 피드백 시스템과 조합하여 PHTF 및 IHTF의 흐름율을 조정하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 터빈-생성기 시스템이 외부 그리드 조건에 대응하기 위해 갑자기 많은 비율의 부하를 떨어뜨리거나 전기 차단기가 외부 그리드로부터 분리되면, 터빈 동력 및 PCF 흐름율은 갑작스러운 장애에 응답하여 갑자기 떨어질 수 있다. IHTF 및 PHTF 흐름 제어들을 위한 피드 포워드 또는 개-루프 제어 시스템은 터빈 단계 동력 및 PCF 흐름율들 중 적어도 하나에 비례하여 이들 각각의 흐름율을 증가시킬 수 있다. 이러한 리드 포워드 또는 개 루프 제어는 짧은 시간으로 제한될 수 있고 정상적인 피드백 제어들이 장애가 끝난 후에 두드러지게 복귀될 수 있다.
본 문헌은 다음의 번호가 매겨진 실시예들 중 임의의 하나 이상을 더 포함한다:
1. a) 주요 열 전달 루프, 상기 주요 열 전달 루프는 흐름율, 온도 및 압력을 가지는 주요 열 전달 유체, 고가 열 소스 및 고가 열 소스로부터 주요 열 전달 유체로 열을 전달하는 적어도 하나의 열 전달 디바이스를 포함함; b) 중간 열 전달 루프, 상기 중간 열 전달 루프는 흐름율을 가지는 중간 열 전달 유체, 주요 열 전달 유체의 적어도 제1 부분으로부터 중간 열 전달 유체로 열을 전달하는 적어도 하나의 주요 열 전달 디바이스 및 주요 열 전달 유체의 적어도 제2 부분으로부터 열을 전달하는 적어도 하나의 열 주요 전달 디바이스를 포함함, c) 동력 사이클 루프, 상기 동력 사이클 루프는 흐름율을 가지는 동력 사이클 유체, 순환 팬, 블로워, 압축기 및/또는 펌프 중 적어도 하나, 동력 사이클 유체의 열 또는 엔탈피를 이용가능한 작동 또는 동력으로 변환하는 적어도 하나의 터빈 단계, 동력 사이클 유체의 온도 또는 엔탈피를 증가시키도록 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달하는 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스들 및 동력 사이클 유체로부터 외부 시스템으로 잔존 열을 제거하는 적어도 하나의 제3의 열 전달 디바이스를 포함함; d) 일련의 상기 적어도 두 개의 주요 열 전달 디바이스들 및 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스들은 주요 열 전달 유체로부터 동력 사이클 유체로 열을 전달하여서 중간 열 전달 유체는 첫번째로 주요 열 전달 유체의 제1 부분으로부터 중간 열 전달 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 증가되고, 이어서 중간 열 전달 유체는 동력 사이클 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 감소되고, 이어서 중간 열 전달 유체는 주요 열 전달 유체의 제2 부분으로부터 적어도 일부의 열을 전달함으로써 다시 온도가 증가되며 이어서 중간 열 전달 유체는 동력 사이클 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 다시 감소함; e) 고가 열 소스로 주요 열 전달 유체의 적어도 제1 및 제2 부분들을 복귀시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; f) 유용한 작업 또는 동력을 생성하도록 터빈 단계로 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 향하게 하고 제3의 열 교환 디바이스로 동력 사이클 유체를 향하게 하도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; 및 g) 제의 열 교환 디바이스로부터 상기 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스로 동력 사이클 유체를 복귀시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템을 포함하는, 동력을 생성하기 위한 시스템.
2. 실시예 1에 있어서, 주요 열 전달 유체는 용융염, 열 전달 오일, 수소, 불활성가스, 액체 금속 또는 탄화수소 유체를 포함하는, 시스템.
3. 실시예 1 또는 2에 있어서, 중간 열 전달 유체는 물, 증기, 공기, 공기 또는 탄화수소 유체의 구성요소를 포함하는 시스템.
4. 실시예 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 동력 사이클 유체는 물, 증기, 공기, 가습 공기, 질소, 아르곤 및 이산화탄소 및/또는 탄화수소 유체를 포함하지만 이에 제한되지 않는 공기의 구성요소를 포함하는, 시스템.
5. 실시예 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 유체는 재순환되는, 시스템
6. 실시예 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 루프는 블로워, 압축기 또는 팬을 포함하여서 중간 열 전달 유체를 재순환시키는, 시스템.
7. 실시예 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 블로워, 압축기 또는 팬은 조정가능한 작동 속도를 포함하는, 시스템.
8. 실시예 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 블로워, 압축기 또는 팬은 조정가능한 입구 가이드 베인들, 조정가능한 스테이터 베인들 또는 조정가능한 회전 블레이드들을 포함하는, 시스템.
9. 실시예 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 루프는 중간 열 전달 유체의 흐름율의 조정을 허용하도록 구성된 댐퍼를 포함하는, 시스템.
10. 실시예 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 루프는 중간 열 전달 유체의 일부 자연 순환을 적어도 야기하도록 구성된 뜨거운 및 차가운 수직 레그들 또는 구획들로 배열되는, 시스템.
11. 실시예 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 유체의 흐름율은: a) 작동 속도를 변화시키기; b) 입구 가이드 베인들의 위치를 변화시키기; c) 스테이터 베인들의 위치를 변화시키기; d) 블로워, 압축기 또는 팬의 회전 블레이드들의 위치를 변화시키기; 및 e) 댐퍼의 위치를 변화시키기 중 적어도 하나에 의해 조정되는, 시스템.
12. 실시예 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 주요 열 전달 디바이스들 중 적어도 하나 또는 동력 사이클 열 전달 디바이스들 중 적어도 하나는 열 전달 디바이스의 차가운 측 상의 스트림들의 온도 차이들 및 열 전달 디바이스의 뜨거운 측 상의 스트림들의 온도 차이들을 측정하거나 결정하는 수단을 포함하는, 시스템.
13. 실시예 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 유체의 흐름율은 차가운 측 스트림들의 온도 차이가 뜨거운 측 스트림들의 온도 차이에 온도 이득 설정점을 가감한 것과 대략 동일할 때까지 조정되는, 시스템.
14. 실시예 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 온도 이득 설정점은 대략 0에 가까운, 시스템.
15. 실시예 1 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 온도 이득 설정점은 -50℃ 및 +50℃ 사이에서 선택된 고정된 값인, 시스템.
16. 실시예 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 온도 이득 설정점은 주요 열 전달 유체 흐름율, 중간 열 전달 유체 흐름율, 동력 사이클 유체 흐름율, 생성된 순 동력 및/또는 생성된 전체 동력 중 적어도 하나에 적어도 부분적으로 기반하여 조정될 수 있는, 시스템.
17. 실시예 1 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 외부 시스템은 대기, 냉각 타워, 및/또는 별개의 가열 시스템 및 처리 플랜트를 포함하지만 이에 제한되지 않는 외부 열 소모자(heat consumer)를 포함하는, 시스템.
18. 실시예 1 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 유체의 흐름율은 동력 사이클 유체 흐름율 및 터빈 단계의 동력의 유용한 작업 중 적어도 하나의 급격한 변화에 응답하여 더 조정되고 그러한 추가적인 조정은 일시적이고 실시예 13의 시스템에 의해 결정된 조정으로 시간의 주기 후에 되돌아가는, 시스템.
19. 실시예 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 동력 사이클 루프는 적어도 하나의 동력 사이클 유체 스트림의 온도를 측정하고 결정하는 수단을 포함하고 주요 열 전달 루프는 적어도 하나의 주요 열 전달 유체 스트림의 흐름율을 조정하는 수단을 포함하는, 시스템.
20. 실시예 1 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 주요 열 전달 유체의 흐름율은 적어도 하나의 동력 사이클 유체 스트림의 온도가 적어도 하나의 동력 사이클 유체 설정점 온도와 대략 동일할 때까지 조정되는, 시스템.
21. 실시예 1 내지 20 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 루프는 적어도 하나의 중간 열 전달 유체 스트림의 온도를 측정하거나 결정하는 수단을 포함하는, 시스템.
22. 실시예 1 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 주요 열 전달 유체 스트림의 흐름율은 적어도 하나의 중간 열 전달 유체 스트림의 온도가 적어도 하나의 중간 열 전달 유체 설정점과 대략 동일할 때까지 조정되는, 시스템.
23. 실시예 1 내지 22 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 중간 열 전달 유체 설정점은 적어도 하나의 동력 사이클 유체 스트림의 온도가 적어도 하나의 동력 사이클 유체 설정점 온도와 대략 동일할 때가지 조정되는, 시스템.
24. 실시예 1 내지 23 중 어느 하나에 있어서, 동력을 생성하기 위한 시스템은 몇몇의 중간 열 전달 유체 스트림들의 온도 및/또는 몇몇의 동력 사이클 유체 스트림들의 온도들이 각각 이러한 스트림들에 대한 원하는 설정점 온도와 동일할 때까지 주요 열 전달 유체 스트림들의 몇몇의 부분들의 흐름율들을 조정하는 다중-가변 제어 시스템을 포함하는, 시스템.
25. 실시예 1 내지 24 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 루프는 적어도 하나의 위치를 위한 중간 열 전달 루프의 압력을 측정하거나 결정하는 수단을 포함하는, 시스템.
26. 실시예 1 내지 25 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 루프는 외부 소스 또는 리저버(reservoir)로 또는 그로부터 중간 열 전달 유체를 제거하거나 추가하는 수단을 포함하는, 시스템.
27. 실시예 1 내지 26 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 유체는 중간 열 전달 루프의 상기 압력이 중간 열 전달 루프 압력 설정점과 대략 동일할 때까지 중간 열 전달 루프로부터 제거되거나 추가되는, 시스템.
28. 실시예 1 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 루프는 중간 열 전달 유체를 순환시키기 위한 블로워, 압축기 또는 팬을 포함하고, 중간 열 전달 유체는 실질적으로 주변 공기이고 중간 열 전달 유체는 실질적으로 재순환하지 않는, 시스템.
29. 실시예 1 내지 28 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 유체는 실질적으로 주변 공기이고 중간 열 전달 유체는 재순환하지 않는, 시스템.
30. 실시예 1 내지 29 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 터빈 단계는 동력 사이클 유체 추출 포트들을 포함하여서 흐름율, 압력 및 온도에서의 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분 및 흐름율, 다른 압력 및 다른 온도에서의 동력 사이클 유체의 적어도 제2 부분을 제거하는, 시스템.
31. 실시예 1 내지 30 중 어느 하나에 있어서, 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분 및 제2 부분은 중간 열 전달 유체 예열기로 도입되어서 중간 열 전달 유체를 가열하고 동력 사이클 유체의 적어도 제1 및 제2 부분들을 냉각하는, 시스템.
32. 실시예 1 내지 31 중 어느 하나에 있어서, 동력 사이클 유체의 적어도 제1 및 제2 부분들은 냉각 후에 동력 사이클 루프로 복귀되는, 시스템.
33. 실시예 1 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 주요 열 전달 루프는 저장 탱크를 포함하는, 시스템.
34. 실시예 1 내지 33 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 유체 순환율은 더 낮은 비율로 제어되고 및/또는 동력 사이클 영역으로부터 열을 포획하고 용융염 전 중간 열 전달 루프로 추가적인 열을 제공하는 독립적인 열 전달 루프는 용융염 비율 및 BFW/증기 흐름율을 조정하는 것에 비해 더 낮고 더 안정적인 턴다운 작동을 허용하도록 제어되는, 시스템.
35. a) 주요 열 전달 루프, 상기 주요 열 전달 루프는 전체 흐름율, 온도 및 압력을 가지는 주요 열 전달 유체, 고가 열 소스, 고가 열 소스로부터 주요 열 전달 유체로 열을 전달하는 적어도 하나의 열 전달 디바이스, 상기 전체 흐름율을 각각 별개의 흐름율을 가지는 적어도 두 개의 부분들로 나누는 수단 및 상기 적어도 두 부분들의 제1 부분 및 제2 부분의 흐름율들을 조정하는 수단을 포함함; b) 중간 열 전달 루프, 상기 중간 열 전달 루프는 흐름율을 가지는 중간 열 전달 유체, 주요 열 전달 유체의 적어도 제1 부분으로부터 중간 열 전달 유체로 열을 전달하는 적어도 하나의 주요 열 전달 디바이스, 주요 열 전달 유체의 적어도 제2 부분으로부터 열을 전달하는 적어도 하나의 열 주요 전달 디바이스, 중간 열 전달 유체의 흐름율을 조정하는 수단, 및 적어도 두 위치들에서 중간 열 전달 유체의 온도를 측정하거나 결정하기 위한 수단을 포함함, c) 동력 사이클 루프, 상기 동력 사이클 루프는 흐름율을 가지는 동력 사이클 유체, 순환 팬, 블로워, 압축기 및/또는 펌프 중 적어도 하나, 동력 사이클 유체의 열 또는 엔탈피를 이용가능한 작동 또는 동력으로 변환하는 적어도 하나의 터빈 단계, 동력 사이클 유체의 온도 또는 엔탈피를 증가시키도록 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달하는 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스들, 동력 사이클 유체로부터 외부 시스템으로 잔존 열을 제거하는 적어도 하나의 제3의 열 전달 디바이스, 및 적어도 두 위치들에 대해 동력 사이클 유체의 온도를 측정하거나 결정하는 수단을 포함함; d) 일련의 상기 적어도 두 개의 주요 열 전달 디바이스들 및 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스들은 주요 열 전달 유체로부터 동력 사이클 유체로 열을 전달하여서 중간 열 전달 유체는 첫번째로 주요 열 전달 유체의 제1 부분으로부터 중간 열 전달 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 증가되고, 이어서 중간 열 전달 유체는 동력 사이클 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 감소되고, 이어서 중간 열 전달 유체는 주요 열 전달 유체의 제2 부분으로부터 적어도 일부의 열을 전달함으로써 다시 온도가 증가되며 이어서 중간 열 전달 유체는 동력 사이클 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 다시 감소함; e) 고가 열 소스로 주요 열 전달 유체의 적어도 제1 및 제2 부분들을 복귀시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; f) 유용한 작업 또는 동력을 생성하도록 터빈 단계로 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 향하게 하고 제3의 열 교환 디바이스로 동력 사이클 유체를 향하게 하도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; g) 제의 열 교환 디바이스로부터 상기 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스로 동력 사이클 유체를 복귀시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; 및 h) 일 동력 사이클 유체 위치에서 원하는 온도 설정점 조건을 달성하도록 주요 열 전달 유체의 제1 부분의 흐름율을 조정하는 수단; 및 i) 다른 동력 사이클 유체 위치에서 원하는 온도 설정점 조건을 달성하도록 주요 열 전달 유체의 제2 부분의 흐름율을 조정하는 수단을 포함하는, 제어 시스템.
36. 실시예 35에 있어서, 주요 열 전달 유체의 제1 및 제2 부분들의 흐름율들을 조정하는 수단은 동력 사이클 유체 온도들 및 주요 열 전달 유체의 제1 및 제2 부분들의 흐름율들 사이의 상호작용들을 위해 보상하는 다중-가변 제어기로 포함되는, 시스템.
37. 실시예 35 또는 36에 있어서, 주요 열 전달 유체 전체 흐름율은 두 개 이상의 부분들로 나누어지고 두 개 이상의 동력 사이클 유체 위치들에 대해 원하는 온도 설정점들을 달성하도록 개별적으로 각각의 부분들의 흐름율을 조정하는 수단이 제공되는, 시스템.
38. 실시예 35 내지 37 중 어느 하나에 있어서, 주요 열 전달 유체 전체 흐름율의 적어도 두 부분들의 흐름율들을 조정하는 수단은 동력 사이클 유체 온도들 및 주요 열 전달 유체의 두 개 이상의 부분들의 흐름율들 사이의 상호작용들을 위해 보상하는 다중-가변 제어기 내로 포함되는, 시스템.
39. a) 주요 열 전달 루프, 상기 주요 열 전달 루프는 전체 흐름율, 온도 및 압력을 가지는 주요 열 전달 유체, 고가 열 소스, 고가 열 소스로부터 주요 열 전달 유체로 열을 전달하는 적어도 하나의 열 전달 디바이스, 상기 전체 흐름율을 각각 별개의 흐름율을 가지는 적어도 두 개의 부분들로 나누는 수단 및 상기 적어도 두 부분들의 제1 부분 및 제2 부분의 흐름율들을 조정하는 수단을 포함함; b) 중간 열 전달 루프, 상기 중간 열 전달 루프는 흐름율을 가지는 중간 열 전달 유체, 주요 열 전달 유체의 적어도 제1 부분으로부터 중간 열 전달 유체로 열을 전달하는 적어도 하나의 주요 열 전달 디바이스, 주요 열 전달 유체의 적어도 제2 부분으로부터 열을 전달하는 적어도 하나의 열 주요 전달 디바이스, 중간 열 전달 유체의 흐름율을 조정하는 수단, 및 적어도 제1 위치 및 제2 위치를 위한 중간 열 전달 유체의 온도를 측정하거나 결정하기 위한 수단을 포함함, c) 동력 사이클 루프, 상기 동력 사이클 루프는 흐름율을 가지는 동력 사이클 유체, 순환 팬, 블로워, 압축기 및/또는 펌프 중 적어도 하나, 동력 사이클 유체의 열 또는 엔탈피를 이용가능한 작동 또는 동력으로 변환하는 적어도 하나의 터빈 단계, 동력 사이클 유체의 온도 또는 엔탈피를 증가시키도록 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달하는 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스들, 동력 사이클 유체로부터 외부 시스템으로 잔존 열을 제거하는 적어도 하나의 제3의 열 전달 디바이스, 및 적어도 제1 위치 및 제2 위치에 대해 동력 사이클 유체의 온도를 측정하거나 결정하는 수단을 포함함; d) 일련의 상기 적어도 두 개의 주요 열 전달 디바이스들 및 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스들은 주요 열 전달 유체로부터 동력 사이클 유체로 열을 전달하여서 중간 열 전달 유체는 첫번째로 주요 열 전달 유체의 제1 부분으로부터 중간 열 전달 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 증가되고, 이어서 중간 열 전달 유체는 동력 사이클 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 감소되고, 이어서 중간 열 전달 유체는 주요 열 전달 유체의 제2 부분으로부터 적어도 일부의 열을 전달함으로써 다시 온도가 증가되며 이어서 중간 열 전달 유체는 동력 사이클 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 다시 감소함; e) 고가 열 소스로 주요 열 전달 유체의 적어도 제1 및 제2 부분들을 복귀시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; f) 유용한 작업 또는 동력을 생성하도록 터빈 단계로 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 향하게 하고 제3의 열 교환 디바이스로 동력 사이클 유체를 향하게 하도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; g) 제의 열 교환 디바이스로부터 상기 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스로 동력 사이클 유체를 복귀시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; 및 h) 제1 및 제2 위치에서 중간 열 전달 유체 사이의 제1 온도 차이 및 제1 및 제2 위치들에서 동력 사이클 유체 사이의 제2 온도 차이를 결정하는 수단 또는 계산 시스템; 및 i) 상기 제1 및 제2 온도 차이들 사이의 원하는 온도 차이 설정점을 달성하도록 중간 열 전달 유체의 흐름율을 조정하는 수단을 포함하는, 제어 시스템.
40. 실시예 39에 있어서, 온도 차이 설정점은 중간 열 전달 유체 흐름율, 주요 열 전달 유체 흐름율, 동력 사이클 유체 흐름율, 주요 열 전달 유체 온도, 중간 열 전달 유체 온도, 동력 사이클 유체 온도, 순 동력 생산 및/또는 전체 동력 생산 중 적어도 하나를 포함하는 발전소의 적어도 작동 파라미터에 기반하여 조정되는, 제어 시스템.
41. a) 주요 열 전달 루프, 상기 주요 열 전달 루프는 흐름율, 온도 및 압력을 가지는 주요 열 전달 유체, 고가 열 소스 및 고가 열 소스로부터 주요 열 전달 유체로 열을 전달하는 적어도 하나의 열 전달 디바이스를 포함함; b) 중간 열 전달 루프, 상기 중간 열 전달 루프는 흐름율을 가지는 중간 열 전달 유체, 주요 열 전달 유체의 적어도 제1 부분으로부터 중간 열 전달 유체로 열을 전달하는 적어도 하나의 주요 열 전달 디바이스 및 주요 열 전달 유체의 적어도 제2 부분으로부터 열을 전달하는 적어도 하나의 열 주요 전달 디바이스를 포함함, c) 동력 사이클 루프, 상기 동력 사이클 루프는 흐름율을 가지는 동력 사이클 유체, 순환 팬, 블로워, 압축기 및/또는 펌프 중 적어도 하나, 동력 사이클 유체의 열 또는 엔탈피를 이용가능한 작동 또는 동력으로 변환하는 적어도 하나의 터빈 단계, 동력 사이클 유체의 온도 또는 엔탈피를 증가시키도록 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달하는 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스들 및 동력 사이클 유체로부터 외부 시스템으로 잔존 열을 제거하는 적어도 하나의 제3의 열 전달 디바이스를 포함함; d) 일련의 상기 적어도 두 개의 주요 열 전달 디바이스들 및 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스들은 주요 열 전달 유체로부터 동력 사이클 유체로 열을 전달하여서 중간 열 전달 유체는 첫번째로 주요 열 전달 유체의 제1 부분으로부터 중간 열 전달 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 증가되고, 이어서 중간 열 전달 유체는 동력 사이클 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 감소되고, 이어서 중간 열 전달 유체는 주요 열 전달 유체의 제2 부분으로부터 적어도 일부의 열을 전달함으로써 다시 온도가 증가되며 이어서 중간 열 전달 유체는 동력 사이클 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 다시 감소함; e) 고가 열 소스로 주요 열 전달 유체의 적어도 제1 및 제2 부분들을 복귀시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; f) 유용한 작업 또는 동력을 생성하도록 터빈 단계로 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 향하게 하고 제3의 열 교환 디바이스로 동력 사이클 유체를 향하게 하도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; 및 g) 제의 열 교환 디바이스로부터 상기 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스로 동력 사이클 유체를 복귀시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; h) 흐름율, 압력 및 온도에서 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분 및 흐름율, 다른 압력 및 다른 온도에서 동력 사이클 유체의 적어도 제2 부분을 추출하는 동력 사이클 유체 추출 포트들을 포함하는 터빈 단계; i) 추출된 동력 사이클 유체의 제1 부분 및 제2 부분을 이용하여 중간 열 전달 유체를 가열하고 동력 사이클 유체의 적어도 제1 및 제2 부분들을 냉각하는 중간 열 전달 유체 예열기; 및 j) 최소 온도 설정점으로 또는 위로 중간 열 전달 유체의 온도를 유지하도록 추출된 동력 사이클 유체의 제1 및 제2 부분의 적어도 하나의 흐름율들을 조정하는 수단을 포함하는, 제어 시스템.
42. a) 주요 열 전달 루프, 상기 주요 열 전달 루프는 흐름율, 온도 및 압력을 가지는 주요 열 전달 유체, 고가 열 소스 및 고가 열 소스로부터 주요 열 전달 유체로 열을 전달하는 적어도 하나의 열 전달 디바이스를 포함함; b) 중간 열 전달 루프, 상기 중간 열 전달 루프는 흐름율을 가지는 중간 열 전달 유체, 주요 열 전달 유체의 적어도 제1 부분으로부터 중간 열 전달 유체로 열을 전달하는 적어도 하나의 주요 열 전달 디바이스 및 주요 열 전달 유체의 적어도 제2 부분으로부터 열을 전달하는 적어도 하나의 열 주요 전달 디바이스를 포함함, c) 동력 사이클 루프, 상기 동력 사이클 루프는 흐름율을 가지는 동력 사이클 유체, 순환 팬, 블로워, 압축기 및/또는 펌프 중 적어도 하나, 동력 사이클 유체의 열 또는 엔탈피를 이용가능한 작동 또는 동력으로 변환하는 적어도 하나의 터빈 단계, 동력 사이클 유체의 온도 또는 엔탈피를 증가시키도록 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달하는 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스들 및 동력 사이클 유체로부터 외부 시스템으로 잔존 열을 제거하는 적어도 하나의 제3의 열 전달 디바이스를 포함함; d) 일련의 상기 적어도 두 개의 주요 열 전달 디바이스들 및 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스들은 주요 열 전달 유체로부터 동력 사이클 유체로 열을 전달하여서 중간 열 전달 유체는 첫번째로 주요 열 전달 유체의 제1 부분으로부터 중간 열 전달 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 증가되고, 이어서 중간 열 전달 유체는 동력 사이클 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 감소되고, 이어서 중간 열 전달 유체는 주요 열 전달 유체의 제2 부분으로부터 적어도 일부의 열을 전달함으로써 다시 온도가 증가되며 이어서 중간 열 전달 유체는 동력 사이클 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 다시 감소함; e) 고가 열 소스로 주요 열 전달 유체의 적어도 제1 및 제2 부분들을 복귀시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; f) 유용한 작업 또는 동력을 생성하도록 터빈 단계로 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 향하게 하고 제3의 열 교환 디바이스로 동력 사이클 유체를 향하게 하도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; g) 제의 열 교환 디바이스로부터 상기 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스로 동력 사이클 유체를 복귀시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; h) 전력을 생성하도록 터빈 단계에 기계적으로 연결되어 전력은 전력을 소비하는 전기 그리드로 전달되는 전기 생성기; i) 생성된 부하 및 동력 사이클 유체의 흐름율을 급격히 변화시킴으로써 터빈 단계 및 전기 생성기가 응답하도록 야기하는 전기 그리드의 불안정성, 개방 차단기(open breaker) 경우 및 터빈 단계 겹침 경우 중 적어도 하나를 탐지하는 수단; 및 j) 동력 사이클 유체 흐름율 및 터빈 단계 또는 전기 생성기 동력 중 적어도 하나에 대략적으로 비례하게 주요 열 전달 유체 흐름율 및 중간 열 전달 유체 흐름율 중 적어도 하나를 급격히 변화시킴으로써 동력 사이클 유체의 흐름율 및 전기 생성기 및 터빈 단계의 부하에 급격한 변화에 응답하는 수단을 포함하는, 제어 시스템.
43. a) 주요 열 전달 루프, 상기 주요 열 전달 루프는 흐름율, 온도 및 압력을 가지는 주요 열 전달 유체, 고가 열 소스 및 고가 열 소스로부터 주요 열 전달 유체로 열을 전달하는 적어도 하나의 열 전달 디바이스를 포함함; b) 중간 열 전달 루프, 상기 중간 열 전달 루프는 흐름율을 가지는 중간 열 전달 유체, 주요 열 전달 유체의 적어도 제1 부분으로부터 중간 열 전달 유체로 열을 전달하는 적어도 하나의 주요 열 전달 디바이스 및 주요 열 전달 유체의 적어도 제2 부분으로부터 열을 전달하는 적어도 하나의 열 주요 전달 디바이스를 포함함; c) 고가 열 소스로 주요 열 전달 유체의 적어도 제1 및 제2 부분들을 복귀시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; d) 순환하는 팬, 블로워, 압축기 및/또는 펌프 중 적어도 하나, 흐륨율을 가지는 동력 사이클 유체를 포함하는 동력 사이클 루프; e) 흐름율 및 온도를 가지는 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분을 가열하는 가열 디바이스; f) 중간 열 전달 유체를 가열하고 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분을 냉각하도록 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분을 이용하는 중간 열 전달 유체 예열기; g) 가열 디바이스로 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분을 복귀시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; 및 h) 최소 온도 설정점으로 또는 위로 중간 열 전달 유체의 온도를 유지하도록 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분의 흐름율, 압력 및 온도 중 적어도 하나를 조정하는 수단을 포함하는, 제어 시스템.
44. a) 고가 열 소스로 주요 열 전달 유체를 순환시킴으로써 흐름율을 가지는 주요 열 전달 유체를 가열하는 단계; b) 제 흐름율을 가지는 제1 부분 및 제2 흐름율을 가지는 제2 부분으로 주요 열 전달 유체를 나누는 단계; c) 중간 열 전달 루프 내 흐름율을 가지는 중간 열 전달 유체를 순환시키는 단계; d) 동력 사이클 루프 내 고압 및 흐름율을 가지는 동력 사이클 유체를 순환시키는 단계; e) 주요 열 전달 유체의 제1 부분으로부터 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계; f) 중간 열 전달 유체가 주요 열 전달 유체의 제1 부분에 의해 가열된 후에 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달함으로써 고압 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 가열하는 단계; g) 고압 동력 사이클 유체의 적어도 일부가 중간 열 전달 유체에 의해 가열된 후에 상기 일부를 제1 터빈 단계로 도입하고 유용한 작업 또는 동력이 생성되도록 저압에서 터빈 단계로부터 동력 사이클 유체의 일부를 추출하는 단계; h) 중간 열 전달 유체가 동력 사이클의 고압 부분을 가열한 후에 중간 열 전달 유체의 제2 부분으로부터 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계; i) 중간 열 전달 유체가 주요 열 전달 유체의 제2 부분에 의해 가열된 후에 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달함으로써 저압 동력 사이클의 적어도 일부를 가열하는 단계; j) 저압 동력 사이클 유체의 적어도 일부가 중간 열 전달 유체에 의해 가열된 후에 상기 일부를 제2 터빈 단계로 도입하고 유용한 작업 또는 동력이 생성되도록 매우 저압에서 동력 사이클 유체의 일부를 추출하는 단계; k) 외부 시스템으로 잔존 열을 제거하기 위해 열 교환 디바이스로 매우-저압의 동력 사이클 유체를 도입하는 단계; 및 l) 펌프, 압축기 또는 블로워를 포함할 수 있는 디바이스를 이용함으로써 동력 사이클 유체를 재-가압하고 재순환시키는 단계를 포함하는, 동력을 생성하기 위한 방법.
45. 실시예 44에 있어서, 재-가압되어서 동력 사이클 유체를 예열한 후에 동력 사이클 유체로 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 냉각하는 단계를 더 포함하는, 방법.
46. 실시예 44 또는 45에 있어서, 중간 열 전달 유체를 재순환시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
47. 실시예 44 내지 46 중 어느 하나에 있어서, 주요 열 전달 유체를 재순환시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
48. 실시예 44 내지 47 중 어느 하나에 있어서, 제1 터빈 단계 및/또는 제2 터빈 단계로부터 동력 사이클 유체의 적어도 두 부분들을 추출하고 그것들을 중간 열 전달 유체 예열기로 향하게 하여 중간 열 전달 유체를 가열하고 동력 사이클 유체의 상기 적어도 두 부분들을 냉각하는 단계를 더 포함하는, 방법.
49. 실시예 44 내지 48 중 어느 하나에 있어서, 동력 사이클 유체의 상기 적어도 두 부분들을 재-가압하고 재순환하는 단계를 더 포함하는, 방법.
50. 실시예 44 내지 49 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 유체는 블러워, 압축기 또는 팬에 의해 재순환되는, 방법.
51. 실시예 44 내지 50 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 루프 내 댐퍼의 위치를 조정함으로써, 블로워, 압축기 또는 팬의 작동 속도를 조정함으로써 및/또는 블로워, 압축기 또는 팬의 입구 가이드 베인들, 스테이터 베인들 또는 회전 베인들 중 적어도 하나의 위치, 개구 또는 각도를 조정함으로써, 중간 열 전달 유체의 흐름율을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
52. 실시예 44 내지 51 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 유체는 중간 열 전달 루프의 다른 레그들 또는 구획들 내 중간 열 전달 유체의 부력 차이에 의해 적어도 부분적으로 재순환되는, 방법.
53. 실시예 44 내지 52 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 유체는 블로워, 압축기 또는 팬에 의해 적어도 부분적으로 재순환되는, 방법.
54. 실시예 44 내지 53 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 루프 내 댐퍼의 위치를 조정함을써, 블로워, 압축기 또는 팬의 작동 속도를 조정함을써 및/또는 블로워, 압축기 또는 팬의 입구 가이드 베인들, 스테이터 베인들 또는 회전 베인들 중 적어도 하나의 위치, 개구 또는 각도를 조정함을써, 중간 열 전달 유체의 흐름율을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
55. 실시예 44 내지 54 중 어느 하나에 있어서, 주요 열 전달 유체는 용융염, 열 전달 오일, 수소, 불활성 가스, 액체 금속 또는 탄화수소 유체를 포함하는, 방법.
56. 실시예 44 내지 55 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 유체는 물, 증기, 공기, 공기 또는 탄화수소 유체의 구성성분을 포함하는, 방법.
57. 실시예 44 내지 56 중 어느 하나에 있어서, 동력 사이클 유체는 물, 증기, 공기, 공기, 초 임계 이산화탄소 또는 탄화수소 유체의 구성성분을 포함하는, 방법.
58. 실시예 44 내지 57 중 어느 하나에 있어서, 두 위치들에서 중간 열 전달 유체의 온도를 측정하거나 결정하고 두 위치들에서 동력 사이클 유체의 온도를 측정하거나 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
59. 실시예 44 내지 58 중 어느 하나에 있어서, 동력 사이클 유체 및 중간 열 전달 유체의 온도에 적어도 부분적으로 기반하여 중간 열 전달 유체의 흐름율을 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
60. 실시예 44 내지 59 중 어느 하나에 있어서, 두 동력 사이클 유체 사이의 온도 상승 및 두 중간 열 전달 유체 위치들 사이의 온도 하강 사이의 차이를 계산하고 상기 차이가 대략 동일하거나 설정점이 될 때까지 중간 열 전달 유체의 흐름율을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
61. 실시예 44 내지 60 중 어느 하나에 있어서, 설정점은 대략 0과 동일한, 방법.
62. 실시예 44 내지 61 중 어느 하나에 있어서, 설정점은 -50℃ 내지 50℃ 사이에서 선택된 고정된 값인, 방법.
63. 실시예 44 내지 62 중 어느 하나에 있어서, 주요 열 전달 유체, 중간 열 전달 유체 및 동력 사이클 유체 중 적어도 하나의 흐름율에 적어도 부분적으로 기반하여 설정점을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
64. 실시예 44 내지 63 중 어느 하나에 있어서, 외부 시스템은 대기, 냉각 타워, 공정 플랜트, 및/또는 별개의 가열 시스템 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
65. 실시예 44 내지 64 중 어느 하나에 있어서, 터빈 단계 유용한 작업 또는 동력 생성 및 동력 사이클 유체 흐름의 흐름율 중 적어도 하나의 급격한 변화에 응답하여 중간 열 전달 유체의 흐름율을 조정하는 단계를 더 포함하고, 그러한 추가 조정은 일시적이고 실시예 60에 의해 결정된 조정의 기간 후에 복귀되는, 방법.
66. 실시예 44 내지 65 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 동력 사이클 유체의 온도를 측정하거나 결정하는 단계를 더 포함하고 주요 열 전달 유체의 적어도 일부에서 열 흐름율을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
67. 실시예 44 내지 66 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 동력 사이클 유체 스트림의 온도가 적어도 하나의 동력 사이클 유체 설정점 온도와 대략적으로 동일할 때까지 주요 열 전달 유체의 적어도 일부의 흐름율을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
68. 실시예 44 내지 67 중 어느 하나에 있어서, 적어도 두 개의 동력 사이클 유체 스트림들의 온도를 측정하거나 결정하는 단계를 더 포함하고 주요 열 전달 유체의 적어도 두 부분들의 흐름율들을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
69. 실시예 44 내지 68 중 어느 하나에 있어서, 모든 동력 사이클 유체 스트림들의 온도가 각각의 동력 사이클 유체 스트림의 설정점 온도와 대략 동일할 때까지 흐름율들을 동시에 조정하도록 다중-가변 제어 시스템을 이용하여 주요 열 전달 유체의 부분들의 흐름율들을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
70. 실시예 44 내지 69 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 위치에 대한 중간 열 전달 루프의 압력을 측정하거나 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
71. 실시예 44 내지 70 중 어느 하나에 있어서, 외부 소스 또는 리저버로 또는 그들로부터 중간 열 전달 유체를 추가하거나 제거하는 수단이 제공되는, 방법.
72. 실시예 44 내지 71 중 어느 하나에 있어서, 상기 압력이 중간 열 전달 루프 압력 설정점과 대략 동일할 때까지 중간 열 전달 루프로 또는 그로부터 중간 열 전달 유체를 추가하거나 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
73. 실시예 44 내지 72 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 루프는 블로워, 압축기 또는 팬을 포함하여서 중간 열 전달 유체를 순환시키고, 중간 열 전달 유체는 실질적으로 주변 공기이고 중간 열 전달 유체는 실질적으로 재순환하지 않는, 방법.
74. 실시예 44 내지 73 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 유체는 실질적으로 주변 공기이고 중간 열 전달 유체는 실질적으로 재순환하지 않는, 방법.
75. 실시예 44 내지 74 중 어느 하나에 있어서, 주요 열 전달 루프는 저장 탱크를 포함하는, 방법.
76. a) 고가 열 소스로 주요 열 전달 유체를 순환시킴으로써 흐름율을 가지는 주요 열 전달 유체를 가열하는 단계; b) 제 흐름율을 가지는 제1 부분 및 제2 흐름율을 가지는 제2 부분으로 주요 열 전달 유체를 나누는 단계; c) 중간 열 전달 루프 내 흐름율을 가지는 중간 열 전달 유체를 순환시키는 단계; d) 동력 사이클 루프 내 고압 및 흐름율을 가지는 동력 사이클 유체를 순환시키는 단계; e) 주요 열 전달 유체의 제1 부분으로부터 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계; f) 중간 열 전달 유체가 주요 열 전달 유체의 제1 부분에 의해 가열된 후에 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달함으로써 고압 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 제1 온도 설정점으로 가열하는 단계; g) 고압 동력 사이클 유체의 적어도 일부가 중간 열 전달 유체에 의해 가열된 후에 상기 일부를 제1 터빈 단계로 도입하고 유용한 작업 또는 동력이 생성되도록 저압에서 터빈 단계로부터 동력 사이클 유체의 일부를 추출하는 단계; h) 중간 열 전달 유체가 동력 사이클의 고압 부분을 가열한 후에 중간 열 전달 유체의 제2 부분으로부터 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계; i) 중간 열 전달 유체가 주요 열 전달 유체의 제2 부분에 의해 가열된 후에 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달함으로써 저압 동력 사이클의 적어도 일부를 제2 온도 설정점으로 가열하는 단계; j) 저압 동력 사이클 유체의 적어도 일부가 중간 열 전달 유체에 의해 가열된 후에 상기 일부를 제2 터빈 단계로 도입하고 유용한 작업 또는 동력이 생성되도록 매우 저압에서 동력 사이클 유체의 일부를 추출하는 단계; k) 외부 시스템으로 잔존 열을 제거하기 위해 열 교환 디바이스로 매우-저압의 동력 사이클 유체를 도입하는 단계; l) 펌프, 압축기 또는 블로워를 포함할 수 있는 디바이스를 이용함으로써 동력 사이클 유체를 재-가압하고 재순환시키는 단계; m) 적어도 하나의 동력 사이클 유체 위치들에서 제1 온도 설정점 조건을 달성하도록 주요 열 전달 유체의 제1 부분의 흐름율을 조정하는 단계; 및 n) 다른 동력 사이클 유체 위치에서 제2 온도 설정점 조건을 달성하도록 주요 열 전달 유체의 제2 부분의 흐름율을 조정하는 단계를 포함하는, 동력 생성 시스템을 제어하는 방법.
77. 실시예 76에 있어서, 동력 사이클 유체 온도들 및 주요 열 전달 유체의 제1 및 제2 부분들의 흐름율들 사이의 상호작용들을 보상하는 다중-가변 제어기를 이용하여 주요 열 전달 유체의 제1 및 제2 부분들의 흐름율들을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
78. 실시예 76 또는 77에 있어서, 주요 열 전달 유체 흐름율은 두 개 이상의 부분들로 나뉘고 두 개 이상의 동력 사이클 유체 위치들에 대한 원하는 온도 설정점들을 개별적으로 달성하도록 각각의 부분의 흐름율들을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
79. 실시예 76 내지 78 중 어느 하나에 있어서, 동력 사이클 유체 온도 및 주요 열 전달 유체의 두 개 이상의 부분들의 흐름율들 사이의 상호작용들을 보상하는 다중-가변 제어기를 이용하여 주요 열 전달 유체 전체 흐름율의 두 개 이상의 흐름율들을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
80. a) 고가 열 소스로 주요 열 전달 유체를 순환시킴으로써 흐름율을 가지는 주요 열 전달 유체를 가열하는 단계; b) 제 흐름율을 가지는 제1 부분 및 제2 흐름율을 가지는 제2 부분으로 주요 열 전달 유체를 나누는 단계; c) 중간 열 전달 루프 내 흐름율을 가지는 중간 열 전달 유체를 순환시키는 단계; d) 동력 사이클 루프 내 고압 및 흐름율을 가지는 동력 사이클 유체를 순환시키는 단계; e) 주요 열 전달 유체의 제1 부분으로부터 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계; f) 중간 열 전달 유체가 주요 열 전달 유체의 제1 부분에 의해 가열된 후에 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달함으로써 고압 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 제1 온도 설정점으로 가열하는 단계; g) 고압 동력 사이클 유체의 적어도 일부가 중간 열 전달 유체에 의해 가열된 후에 상기 일부를 제1 터빈 단계로 도입하고 유용한 작업 또는 동력이 생성되도록 저압에서 터빈 단계로부터 동력 사이클 유체의 일부를 추출하는 단계; h) 중간 열 전달 유체가 동력 사이클의 고압 부분을 가열한 후에 중간 열 전달 유체의 제2 부분으로부터 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계; i) 중간 열 전달 유체가 주요 열 전달 유체의 제2 부분에 의해 가열된 후에 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달함으로써 저압 동력 사이클의 적어도 일부를 제2 온도 설정점으로 가열하는 단계; j) 저압 동력 사이클 유체의 적어도 일부가 중간 열 전달 유체에 의해 가열된 후에 상기 일부를 제2 터빈 단계로 도입하고 유용한 작업 또는 동력이 생성되도록 매우 저압에서 동력 사이클 유체의 일부를 추출하는 단계; k) 외부 시스템으로 잔존 열을 제거하기 위해 열 교환 디바이스로 매우-저압의 동력 사이클 유체를 도입하는 단계; l) 펌프, 압축기 또는 블로워를 포함할 수 있는 디바이스를 이용함으로써 동력 사이클 유체를 재-가압하고 재순환시키는 단계; m) 제 및 제2 위치에서 중간 열 전달 유체 사이의 제1 온도 차이 및 제1 및 제2 위치에서 동력 사이클 유체 사이의 제2 온도 차이를 계산하거나 결정하는 단계; 및 n) 상기 제1 및 제2 온도 차이들 사이의 원하는 온도 차이 설정점을 달성하도록 중간 열 전달 유체의 흐름율을 조정하는 단계를 포함하는, 동력 생성 시스템을 제어하는 방법.
81. 실시예 80에 있어서, 중간 열 전달 유체 흐름율, 주요 열 전달 유체 흐름율, 동력 사이클 유체 흐름율, 주요 열 전달 유체 온도, 중간 열 전달 유체 온도, 동력 사이클 유체 온도, 순 동력 생성 및 전체 동력 생성 중 적어도 하나를 포함하는 발전소의 적어도 작동 파라미터들에 기반한 온도 차이 설정점을 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
82. a) 고가 열 소스로 주요 열 전달 유체를 순환시킴으로써 흐름율을 가지는 주요 열 전달 유체를 가열하는 단계; b) 제 흐름율을 가지는 제1 부분 및 제2 흐름율을 가지는 제2 부분으로 주요 열 전달 유체를 나누는 단계; c) 중간 열 전달 루프 내 흐름율을 가지는 중간 열 전달 유체를 순환시키는 단계; d) 동력 사이클 루프 내 고압 및 흐름율을 가지는 동력 사이클 유체를 순환시키는 단계; e) 주요 열 전달 유체의 제1 부분으로부터 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계; f) 중간 열 전달 유체가 주요 열 전달 유체의 제1 부분에 의해 가열된 후에 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달함으로써 고압 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 제1 온도 설정점으로 가열하는 단계; g) 고압 동력 사이클 유체의 적어도 일부가 중간 열 전달 유체에 의해 가열된 후에 상기 일부를 제1 터빈 단계로 도입하고 유용한 작업 또는 동력이 생성되도록 저압에서 터빈 단계로부터 동력 사이클 유체의 일부를 추출하는 단계; h) 중간 열 전달 유체가 동력 사이클의 고압 부분을 가열한 후에 중간 열 전달 유체의 제2 부분으로부터 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계; i) 중간 열 전달 유체가 주요 열 전달 유체의 제2 부분에 의해 가열된 후에 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달함으로써 저압 동력 사이클의 적어도 일부를 제2 온도 설정점으로 가열하는 단계; j) 저압 동력 사이클 유체의 적어도 일부가 중간 열 전달 유체에 의해 가열된 후에 상기 일부를 제2 터빈 단계로 도입하고 유용한 작업 또는 동력이 생성되도록 매우 저압에서 동력 사이클 유체의 일부를 추출하는 단계; k) 외부 시스템으로 잔존 열을 제거하기 위해 열 교환 디바이스로 매우-저압의 동력 사이클 유체를 도입하는 단계; l) 펌프, 압축기 또는 블로워를 포함할 수 있는 디바이스를 이용함으로써 동력 사이클 유체를 재-가압하고 재순환시키는 단계; m) 터빈 단계로부터 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분 및 제2 부분을 추출하는 단계; n) 중간 열 전달 유체를 가열하도록 추출된 동력 사이클 유체의 제1 부분 및 제2 부분을 이용하는 예열기로 중간 열 전달 유체를 가열하고 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분 및 제2 부분을 냉각하는 단계; 및 o) 최소 온도 설정점으로 또는 위로 중간 열 전달 유체의 온도를 유지하도록 추출된 동력 사이클 유체의 제1 및 제2 부분 중 적어도 하나의 흐름율들을 조정하는 단계를 포함하는, 동력 생성 시스템을 제어하는 방법.
83. a) 고가 열 소스로 주요 열 전달 유체를 순환시킴으로써 흐름율을 가지는 주요 열 전달 유체를 가열하는 단계; b) 제 흐름율을 가지는 제1 부분 및 제2 흐름율을 가지는 제2 부분으로 주요 열 전달 유체를 나누는 단계; c) 중간 열 전달 루프 내 흐름율을 가지는 중간 열 전달 유체를 순환시키는 단계; d) 동력 사이클 루프 내 고압 및 흐름율을 가지는 동력 사이클 유체를 순환시키는 단계; e) 주요 열 전달 유체의 제1 부분으로부터 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계; f) 중간 열 전달 유체가 주요 열 전달 유체의 제1 부분에 의해 가열된 후에 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달함으로써 고압 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 제1 온도 설정점으로 가열하는 단계; g) 고압 동력 사이클 유체의 적어도 일부가 중간 열 전달 유체에 의해 가열된 후에 상기 일부를 제1 터빈 단계로 도입하고 유용한 작업 또는 동력이 생성되도록 저압에서 터빈 단계로부터 동력 사이클 유체의 일부를 추출하는 단계; h) 중간 열 전달 유체가 동력 사이클의 고압 부분을 가열한 후에 중간 열 전달 유체의 제2 부분으로부터 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계; i) 중간 열 전달 유체가 주요 열 전달 유체의 제2 부분에 의해 가열된 후에 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달함으로써 저압 동력 사이클의 적어도 일부를 제2 온도 설정점으로 가열하는 단계; j) 저압 동력 사이클 유체의 적어도 일부가 중간 열 전달 유체에 의해 가열된 후에 상기 일부를 제2 터빈 단계로 도입하고 유용한 작업 또는 동력이 생성되도록 매우 저압에서 동력 사이클 유체의 일부를 추출하는 단계; k) 외부 시스템으로 잔존 열을 제거하기 위해 열 교환 디바이스로 매우-저압의 동력 사이클 유체를 도입하는 단계; l) 펌프, 압축기 또는 블로워를 포함할 수 있는 디바이스를 이용함으로써 동력 사이클 유체를 재-가압하고 재순환시키는 단계; m) 터빈 단계의 유용한 작업 또는 동력을 전기 에너지로 변환하고 전력을 소비하는 전기 그리드로 전기 에너지를 더 전송하는 단계; n) 전기 그리드의 불안정성, 개방 차단기 경우 터빈 단계 겹침 경우 중 적어도 하나를 탐지하고 생성된 부하 및 동력 사이클 유체의 흐름율을 급격히 변화시킴으로써 터빈 단계 및 전기 생성기가 응답하도록 야기하는 단계; 및 o) 전기 생성기 동력 또는 터빈 단계 및 동력 사이클 유체 흐름율 중 적어도 하나에 대략 비례하게 주요 열 전달 유체 흐름율 및 중간 열 전달 유체 흐름율 중 적어도 하나를 급격히 변화시킴으로써 동력 사이클 유체의 흐름율 및 전기 생성기 및 터빈 단계의 생성된 부하로 급격한 변화를 응답하게 하는 단계를 포함하는 동력 생성 시스템을 제어하는 방법.
84. a) 고가 열 소스로 주요 열 전달 유체를 순환시킴으로써 흐름율을 가지는 주요 열 전달 유체를 가열하는 단계; b) 제 흐름율을 가지는 제1 부분 및 제2 흐름율을 가지는 제2 부분으로 주요 열 전달 유체를 나누는 단계; c) 중간 열 전달 루프 내 흐름율을 가지는 중간 열 전달 유체를 순환시키는 단계; d) 동력 사이클 루프 내 고압 및 흐름율을 가지는 동력 사이클 유체를 순환시키는 단계; e) 흐름율, 압력 및 온도를 가지는 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분을 가열하는 단계; f) 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분을 이용하여 예열기로 중간 열 전달 유체를 가열하고 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분을 냉각하는 단계; g) 가열 디바이스로 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분을 재순환시키는 단계; 및 h) 동력 사이클 유체의 적어도 제1 부분의 흐름율, 압력 및/또는 온도 중 적어도 하나를 조정하고 최소 온도 설정점으로 또는 위로 중간 열 전달 유체의 온도를 유지하는 단계를 포함하는 동력 생성 시스템을 제어하는 방법.
85. 흐름율, 온도 및 압력을 가지는 주요 열 전달 유체, 고가 열 소스 및 주요 열 전달 유체로 고가 열 소스로부터 열을 전달하는 적어도 하나의 열 전달 디바이스를 포함하는 주요 열 전달 루프; 흐름율을 가지는 중간 열 전달 유체, 주요 열 전달 유체의 적어도 제1 부분으로부터 중간 열 전달 유체로 열을 전달하는 적어도 제1 주요 열 전달 디바이스 및 주요 열 전달 유체의 적어도 제2 부분으로부터 중간 열 전달 유체로 열을 전달하는 적어도 제2 열 주요 전달 디바이스를 포함하는 중간 열 전달 루프; 흐름율을 가지는 동력 사이클 유체, 적어도 하나의 압축 디바이스, 동력 사이클 유체의 열 또는 엔탈피를 유용한 작업 또는 동력으로 변환시키는 적어도 하나의 터빈 단계, 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달하여 동력 사이클 유체의 온도 또는 엔탈피를 증가시키는 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스들 및 동력 사이클 유체로부터 외부 시스템으로 잔존 열을 제거하는 적어도 하나의 제3의 열 전달 디바이스를 포함하는 동력 사이클 루프; 일련의 상기 적어도 제1 및 제2 주요 열 전달 디바이스들 및 적어도 두 개의 동력 사이클 열 전달 디바이스들은 주요 열 전달 유체로부터 동력 사이클 유체로 열을 전달하여서 중간 열 전달 유체는 첫번째로 중간 열 전달 유체로 주요 열 전달 유체의 제1 부분으로부터 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 증가하고, 이어서 중간 열 전달 유체는 동력 사이클 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 온도가 감소하며, 이어서 중간 열 전달 유체는 주요 열 전달 유체의 제2 부분으로부터 적어도 일부의 열을 전달함으로써 다시 온도가 증가하고 이어서 중간 열 전달 유체는 동력 사이클 유체로 적어도 일부의 열을 전달함으로써 다시 온도가 감소함; 고가 열 소스로 주요 열 전달 유체의 적어도 제1 및 제2 부분들을 복귀시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; 유용한 작업 또는 동력을 생성하도록 터빈 단계로 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 향하게 하고 제3의 열 교환 디바이스로 동력 사이클 유체를 향하게 하도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; 터빈 단계로 향해진 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 추출하고 추출된 동력 사이클 유체의 일부를 이용하여 중간 열 전달 유체의 온도를 증가시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템; 및 제3의 열 교환 디바이스로부터 동력 사이클 유체 및 추출된 동력 사이클 유체의 일부를 적어도 하나의 압축 디바이스로 복귀시키도록 구성된 경로, 파이프 또는 도관 시스템을 포함하는 동력을 생성하기 위한 시스템.
86. 실시예 85에 있어서, 주요 열 전달 유체는 용융염, 열 전달 오일, 수소, 불활성 가스, 액체 금속 또는 탄화수소 유체를 포함하는, 시스템.
87. 실시예 85 또는 86에 있어서, 중간 열 전달 유체는 물, 증기, 공기, 공기 또는 탄화수소 유체의 구성요소를 포함하는, 시스템.
88. 실시예 85 내지 87 중 어느 하나에 있어서, 동력 사이클 유체는 물, 증기, 공기, 가습 공기, 질소, 아르곤, 헬륨 및 탄화수소를 포함하지만 이에 제한되지 않는 구성요소 및/또는 탄화수소 유체를 포함하는, 시스템.
89. 실시예 85 내지 88 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 유체는 재순환되는, 시스템.
90. 실시예 85 내지 89 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 루프는 중간 열 전달 유체를 재순환시키는 블로워, 압축기 또는 팬을 포함하는, 시스템.
91. 실시예 85 내지 90 중 어느 하나에 있어서, 블로워, 압축기 또는 팬은 조정가능한 작동 속도를 포함하는, 시스템.
92. 실시예 85 내지 91 중 어느 하나에 있어서, 블로워, 압축기 또는 팬은 조정가능한 입구 가이드 베인들, 조정가능한 스테이터 베인들 또는 조정가능한 회전 베인들을 포함하는, 시스템.
93. 실시예 85 내지 92 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 루프는 중간 열 전달 유체의 흐름율의 조정을 허용하도록 구성된 댐퍼를 포함하는, 시스템.
94. 실시예 85 내지 93 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 루프는 중간 열 전달 유체의 일부 자연 순환을 적어도 야기하도록 구성된 뜨거운 및 차가운 수직 레그들 또는 구획들로 배열되는, 시스템.
95. 실시예 85 내지 94 중 어느 하나에 있어서, 중간 열 전달 유체의 흐름율은, 작동 속도를 변화시키는 것; 입구 가이드 베인들의 위치를 변화시키는 것; 스테이터 베인들의 위치를 변화시키는 것; 블로워, 압축기 또는 팬의 회전 블레이드들의 위치를 변화시키는 것; 및 댐퍼의 위치를 변화시키는 것 중 적어도 하나에 의해 조정되는, 시스템.
표 1- 도 9에 대한 샘플 에너지 균형 및 스트림 요약
Figure pct00001
Figure pct00002
표 2 - 도 14에 대한 샘플 에너지 균형 및 스트림 요약
Figure pct00003
Figure pct00004
표 3 - 도 19에 대한 샘플 에너지 균형 및 스트림 요약
Figure pct00005
Figure pct00006
표 4 - 도 20에 대한 샘플 에너지 균형 및 스트림 요약
Figure pct00007
Figure pct00008
표 5 - 절반 동력에서 도 20에 대한 샘플 에너지 및 스트림 요약
"균형있는 핀치"
Figure pct00009
Figure pct00010
표 6 - 절반 동력에서 도 20에 대한 샘플 에너지 균형 및 스트림 요약
"차가운 핀치"
Figure pct00011
Figure pct00012
표 7 - 절반 동력에서 샘플 에너지 균형 및 스트림 요약
"뜨거운 핀치"
Figure pct00013
Figure pct00014
일부 실시예들 및 특징들은 수치 상한 세트 및 수치 하한 세트를 이용하여 설명되었다. 다르게 지시되지 않는다면 하한에서 상한까지의 범위가 고려되는 것으로 이해되어야 한다. 어떠한 하한, 상한 및 범위들은 아래의 하나 이상의 청구항들에 나타난다. 모든 수치 값들은 "약" 또는 "대략" 지시된 값이고, 당업자에 의해 예상될 수 있는 실험적 에러 및 변화들들이 고려된다.
다양한 용어들이 위에서 정의되었다. 청구항에서 사용되는 용어가 위에서 정의되지 않았으면, 해당 분야의 사람들이 적어도 하나의 인쇄 출판물 또는 발행된 특허에 반영된 용어에 주어진 가장 넓은 정의가 주어져야 한다. 게다가, 모든 특허들, 테스트 과정들, 및 본 출원에 인용된 다른 문헌들은 그러한 문헌이 본 출원과 일치하지 않는 한 그리고 포함이 허용되는 모든 관할권에 대해 참조로서 완전히 포함된다.
전술한 사항은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 다른 그리고 추가적인 발명의 실시예들이 본 발명의 기본적인 범위를 벗어나지 않게 고안될 수 있고, 그것의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.
1: 서브 시스템
100: 시스템

Claims (20)

  1. a) 일련으로 배열되고, 제한된 하우징 내에 포함된, 네 개 이상의 별개의 열 교환 디바이스들을 제공하는 단계;
    b) 네 개 이상의 별개의 열 교환 디바이스들 주위에 그리고 하우징을 통해 중간 열 교환 유체를 순환시키는 단계;
    c) 가열된 주요 열 교환 유체를 제공하도록 외부 열 소스를 이용하여 주요 열 교환 유체를 가열하는 단계;
    d) 하우징 내 네 개 이상의 별개의 열 교환 디바이스들 중 첫번째를 통해 가열된 주요 열 교환 유체의 제1 부분을 순환시키고 하우징 내 네 개 이상의 별개의 열 교환 디바이스들 중 두번째를 통해 가열된 주요 열 교환 유체의 제2 부분을 순환시키는 단계, 이에 의해 중간 열 교환 유체는 첫번째 및 두번째 별개의 열 교환 디바이스들 모두로부터 가열된 주요 열 교환 유체에 의해 간접적으로 가열됨;
    e) 하우징 내 네 개 이상의 별개의 열 교환 디바이스들 중 세번째를 통해 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 순환시키고 가열된 동력 사이클 유체를 제공하도록 하우징 내 네 개의 별개의 열 교환 디바이스들 중 네번째를 통해 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 순환시키는 단계, 이에 의해 동력 사이클 유체는 중간 열 교환 유체 의해 세번째 및 네번째 별개의 열 교환 디바이스들 내에서 간접적으로 가열됨; 및
    f) 하우징을 빠져나가는 가열된 동력 사이클 유체를 이용하여 동력을 생성하는 단계;
    를 포함하는,
    동력을 생성하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    동력 사이클 유체는 중간 열 교환 유체가 주요 열 교환 유체의 제1 부분에 의해 가열된 후에 하우징 내 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달함으로써 네 개 이상의 별개의 열 전달 디바이스들 중 세번째 내에서 가열되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    하우징을 빠져나온 후에 제1 터빈 단계로 가열된 동력 사이클 유체를 도입하고 들어가는 것보다 더 낮은 압력으로 제1 터빈 단계로부터 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 추출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    중간 열 전달 유체가 네 개 이상이 별개의 열 교환 디바이스들 중 세번째 내 동력 사이클 유체를 가열한 후에 주요 열 전달 유체의 제2 부분으로부터 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    중간 열 전달 유체가 네 개 이상의 별개의 열 전달 디바이스들 중 네번째 내 동력 사이클 유체를 가열한 후에 주요 열 전달 유체의 제2 부분으로부터 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    중간 열 전달 유체가 주요 열 전달 유체의 제2 부분에 의해 가열된 후에 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달함으로써 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    가열된 압력 동력 사이클 유체의 적어도 일부가 중간 열 전달 유체에 의해 가열된 후에 가열된 압력 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 제2 터빈 단계로 도입하고; 들어가는 것보다 낮은 압력에서 제2 터빈 단계로부터 가열된 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 추출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 터빈 단계로부터 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 추출하고 추출된 동력 사이클 유체를 이용하여 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    외부 시스템으로 나머지 열을 제거하도록 제4 별개의 열 교환 디바이스로 압력 동력 사이클 유체의 제3 부분을 도입하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    제1 터빈 단계 또는 제2 터빈 단계로부터 동력 사이클 유체의 적어도 두 부분들을 추출하고 그것들을 중간 열 전달 유체 예열기로 향하게 하여 중간 열 전달 유체를 가열하고 상기 동력 사이클 유체의 적어도 두 부분들을 냉각시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    중간 열 교환 유체는 블로워, 압축기, 펌프 및 팬 중 하나 이상을 이용하여 순환되는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    (i) 중간 열 전달 루프 내 댐퍼의 위치를 조정함으로써, (ii) 블로워, 압축기, 펌프 또는 팬의 작동 속도를 조정함으로써, 또는 (iii) 블로워, 압축기, 펌프 또는 팬 중 적어도 하나의 입구 가이드 베인, 스테이터 베인 또는 회전 베인의 위치, 개구 또는 각도를 조정함으로써, 하우징을 통해 중간 열 교환 유체의 흐름율을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. a) 일련으로 배열되고, 제한된 하우징 내에 포함된, 네 개 이상의 별개의 열 교환 디바이스들을 제공하는 단계;
    b) 네 개 이상의 별개의 열 전달 디바이스들 주위에 그리고 하우징을 통해 중간 열 전달 유체를 순환시키는 단계;
    c) 가열된 주요 열 전달 유체를 제공하도록 외부 열 소스를 이용하여 주요 열 전달 유체를 가열하는 단계;
    d) 하우징 내 네 개 이상의 별개의 열 교환 디바이스들 중 첫번째를 통해 가열된 주요 열 교환 유체의 제1 부분을 순환시키고 하우징 내 네 개 이상의 별개의 열 교환 디바이스들 중 두번째를 통해 가열된 주요 열 교환 유체의 제2 부분을 순환시키는 단계, 이에 의해 중간 열 교환 유체는 첫번째 및 두번째 별개의 열 교환 디바이스들 모두로부터 가열된 주요 열 교환 유체에 의해 간접적으로 가열됨;
    e) 하우징 내 네 개 이상의 별개의 열 교환 디바이스들 중 세번째를 통해 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 순환시키고 가열된 동력 사이클 유체를 제공하도록 하우징 내 네 개의 별개의 열 교환 디바이스들 중 네번째를 통해 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 순환시키는 단계, 이에 의해 동력 사이클 유체는 중간 열 교환 유체 의해 세번째 및 네번째 별개의 열 교환 디바이스들 내에서 간접적으로 가열됨;
    f) 하우징을 빠져나가는 가열된 동력 사이클 유체를 이용하여 동력을 생성하는 단계; 및
    g) 하우징을 통해 두 개 이상의 동력 사이클 유체 및 중간 열 전달 유체의 온도를 결정하고 두 개 이상의 위치들에서 결정된 중간 열 전달 또는 동력 사이클 유체의 온도 차이에 적어도 부분적으로 기초하여 중간 열 전달 유체의 흐름율을 조정하는 단계;
    를 포함하는,
    동력을 생성하기 위한 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    중간 열 전달 유체 또는 동력 사이클 유체 또는 양자의 흐름율은 동력 사이클 유체의 온도 차이 또는 중간 열 전달 유체의 온도 차이가 대략 미리결정된 설정점과 동일할 때까지 조정되는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    미리결정된 설정점은 약 -50℃ 내지 약 +50℃ 사이인, 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    미리결정된 설정점은 약 0인, 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    주요 열 전달 유체, 중간 열 전달 유체 및 동력 사이클 유체 중 적어도 하나의 흐름율에 적어도 부분적으로 기초하여 미리결정된 설정점을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. a) 고가 열 소스 내에서 주요 열 전달 유체를 순환시키는 단계;
    b) 중간 열 전달 루프 내에서 중간 열 전달 유체를 순환시키는 단계;
    c) 동력을 생성하기 위한 하나 이상의 터빈들을 포함하는 동력 사이클 루프 내에서 동력 사이클 유체를 순환시키는 단계;
    d) 주요 열 전달 유체의 제1 부분으로부터 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계;
    e) 중간 열 전달 유체가 주요 열 전달 유체의 제1 부분에 의해 가열된 후에 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달함으로써 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 가열하는 단계;
    f) 중간 열 전달 유체에 의해 제1 부분이 가열된 후에 제1 터빈 단계로 동력 사이클 유체의 가열된 부분을 도입하고 제1 터빈 단계 내에서 동력 또는 작업을 생성하도록 들어가는것보다 낮은 압력에서 제1 터빈 단계로부터 동력 사이클 유체를 추출하는 단계;
    g) 중간 열 전달 유체가 동력 사이클 유체의 제1 부분을 가열한 후에 주요 열 전달 유체의 제2 부분으로부터 열을 전달함으로써 중간 열 전달 유체를 가열하는 단계;
    h) 중간 열 전달 유체가 주요 열 전달 유체의 제2 부분에 의해 가열된 후에 중간 열 전달 유체로부터 열을 전달함으로써 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 가열하는 단계;
    i) 중간 열 전달 유체가 주요 열 전달 유체의 제1 부분에 의해 제2 터빈 단계로 가열된 후에 중간 열 전달 유체에 의해 가열된 상기 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 도입하고 제2 터빈 단계 내에서 동력 또는 작업을 생성하도록 들어가는 것보다 낮은 압력에서 동력 사이클 유체의 상기 부분을 추출하는 단계;
    j) 터빈 단계들 중 적어도 하나로부터 동력 사이클 유체의 적어도 일부를 추출하고 추출된 동력 사이클 유체를 이용하여 중간 열 전달 유체의 적어도 일부를 가열하는 단계;
    k) 외부 시스템으로 나머지 열을 제거하기 위해 열 교환 디바이스로 추출된 동력 사이클 유체를 도입하는 단계; 및
    l) 하우징을 통해 동력 사이클 유체를 재-가압하고 재순환시키는 단계;
    를 포함하는,
    동력을 생성하기 위한 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    중간 열 전달 루프는 일련으로 배열되고 제한된 하우징 내에 포함된 네 개 이상의 별개의 열 교환 디바이스들을 포함하는, 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    동력 사이클 유체 중 제1 부분은 동력 사이클 유체의 제2 부분보다 높은 압력을 가지는, 방법.
KR1020207030788A 2018-03-29 2019-03-29 주요 열 전달 루프, 동력 사이클 루프 및 중간의 열 전달 루프를 포함하는 다수의 폐 루프들을 이용한 동력 및 열의 생성을 위한 방법 및 시스템. KR102288147B1 (ko)

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