KR20220008861A

KR20220008861A - 폐쇄 사이클 인벤토리 제어

Info

Publication number: KR20220008861A
Application number: KR1020217040075A
Authority: KR
Inventors: 제레미 에론 페트베트; 브록 알란 포레스트
Original assignee: 8 리버스 캐피탈, 엘엘씨
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2020-05-16
Publication date: 2022-01-21
Also published as: JP2022532419A; CA3140746A1; WO2020234735A1; US20220074435A1; EP3969732A1

Abstract

본 발명은 동력 생산 플랜트의 하나 또는 그 이상의 측면들의 제어에 유용한 시스템들과 방법들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선을 활용하는 동력 생산 플랜트들 및 그 동작에 관한 것이다. 상기 동작 유체 회선을 통한 인벤토리 제어는 상기 동작 유체 회선을 구비하는 동작 배치 내에 있는 컨트롤러에 대한 적어도 하나의 조건부 입력에 기초하여 복수의 압축기들 사이에 위치하는 하나 또는 그 이상의 위치들로 저장 탱크로부터의 동작 유체의 이송을 통해 제공된다.

Description

폐쇄 사이클 인벤토리 제어

본 발명의 주제는 동력 플랜트의 다양한 측면들을 제어하기 위한 시스템들과 방법들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 상기 시스템들과 방법들은 폐쇄 또는 반폐쇄 동력 사이클 내의 질량 관리를 위해 다양한 신호들 및 기능들을 활용할 수 있다.

전력 생산에 대한 세계적인 요구가 증가하면서, 이러한 요구를 만족시키기 위해 추가적인 동력 생산 플랜트들에 대한 지속적인 필요성이 존재한다. 이산화탄소 동작 유체(또는 다른 동작 유체)를 활용하는 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동력 사이클들은 구현 가능한 효율들 및 대기에 대한 연소 생성물들의 배출이 적거나 없는 측면에서 유리할 수 있다. 예를 들면, 그 개시 사항이 여기에 참조로 포함되는 Allam 등에게 허여된 미국 특허 제8,596,075호에는 CO₂가 고압에서 상대적으로 순수한 스트림으로 포집되는 재순환 CO₂ 스트림을 활용하는 산소-연료 연소 시스템들에서 바람직한 효율들이 제시되어 있다. 그러나 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동력 생산 사이클들은 특히 가변적인 열 투입이 활용되는 요구되는 동작 조건들을 유지하기 위해 인벤토리(inventory) 제어를 요구할 수 있다. 이러한 인벤토리 제어는 질량 관리 및/또는 압력 관리와 같은 기능들을 포함할 수 있다.

질량 관리를 위한 알려진 시스템들은 유체가 저장되고 방출되는 있는 탱크의 이용을 포함할 수 있다. 상기 탱크는 통상적으로 압력을 증가시키는 요소(예를 들어, 펌프 또는 압축기)의 저압측 및 고압측 상의 흐름 라인에 유동적으로 연결된다. 이와 같이, 유체는 상기 저압측 상의 라인 내로 방출될 수 있고 및/또는 상기 고압측 상의 라인으로부터 취해질 수 있다. 이와 같이, 상기 탱크는 상기 압력을 증가시키는 요소의 흡입 압력과 배출 압력 사이의 압력에 있다. 그러나 이러한 시스템들은 상기 시스템들에 대한 가변적인 열 투입을 이용할 때와 같이 동작 파라미터들의 유연성을 제공하는 그 능력에 한계가 있을 수 있다. 이에 따라, 동력 플랜트들, 특히 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동력 생산 사이클로의 동작을 위해 구성되는 동력 플랜트들의 다중의 측면들을 제어하기 위해 적합한 다른 시스템들과 방법들에 대한 요구가 존재한다.

본 발명은 하나 또는 그 이상의 제어 경로들이 하나 또는 그 이상의 동작들의 제어를 위해 활용되는 동력 생산을 위한 시스템들과 방법들을 제공한다. 상기 제어들은 다양한 수동 또는 자동화 입력들, 계산된 값들, 미리 설정된 값들, 측정된 값들, 논리 기능들, 컴퓨터 알고리즘들, 또는 컴퓨터 프로그램 입력들을 기초로 할 수 있다.

하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 본 발명은 동력 생산 시스템과 관련될 수 있다. 상기 시스템은 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선(working fluid circuit)을 활용하는 동력 생산을 위해 효과적인 다양한 요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 시스템은, 동작 유체가 보다 높은 압력 및 보다 낮은 압력 사이에서 순환되는 동작 유체 회선; 상기 보다 높은 압력에서의 동작 유체를 수용하고, 상기 동작 유체를 팽창시키며, 상기 보다 낮은 압력에서 그 유출구로부터 상기 동작 유체를 출력시키기 위해 상기 동작 유체 회선에 유동적으로 연결되는 동력을 발생시키는 터빈; 상기 동력을 발생시키는 터빈에서 다운스트림(downstream)이며, 상기 터빈에 유체 연결되는 제1 압축 구성 요소; 상기 제1 압축 구성 요소에서 다운스트림이며, 상기 제1 압축 구성 요소에 연결되는 제2 압축 구성 요소; 상기 동작 유체 회선과 유체 연통되는 저장 탱크; 그리고 상기 저장 탱크 및 상기 동작 유체 회선 내의 하나 또는 그 이상의 위치들 사이에서 상기 동작 유체를 이송하도록 구성되는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 임의의 순서 또는 숫자로 결합될 수 있는 다음 사항들의 하나 또는 그 이상과 관련하여 더 정의될 수 있다.

상기 제1 압축 구성 요소는 단일 스테이지 또는 다중 스테이지 압축기가 될 수 있다.

상기 제2 압축 구성 요소는 변속 펌프(variable speed pump)가 될 수 있다.

상기 동력 생산 시스템은 상기 저장 탱크 및 상기 동작 유체 회선 사이에 동작 유체의 통로를 위해 구성되는 적어도 하나의 라인을 더 포함할 수 있다.

상기 동력 생산 시스템은 상기 저장 탱크 및 상기 동작 유체 회선 사이에 상기 동작 유체의 통로를 위해 구성되는 상기 적어도 하나의 라인을 통한 유체 흐름의 제어를 위해 구성되는 적어도 하나의 밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 컨트롤러는 상기 컨트롤러에 의해 수신되는 적어도 하나의 조건부 입력(conditional input)에 기초하여 상기 적어도 하나의 밸브를 열고 닫도록 구성될 수 있다.

상기 저장 탱크 및 상기 동작 유체 회선 사이에 상기 동작 유체의 통로를 위해 구성되는 상기 적어도 하나의 라인은 상기 제1 압축 구성 요소로부터 업스트림(upstream)이고, 상기 동력을 발생시키는 터빈의 유출구로부터 다운스트림에서 상기 동작 유체 회선으로부터 상기 동작 유체를 제거하도록 구성될 수 있다.

상기 저장 탱크 및 상기 동작 유체 회선 사이에 상기 동작 유체의 통로를 위해 구성되는 상기 적어도 하나의 라인은 상기 제1 압축 구성 요소로부터 다운스트림이고, 상기 제2 압축 구성 요소로부터 업스트림인 상기 동작 유체 회선으로부터 상기 동작 유체를 제거하도록 구성될 수 있다.

상기 저장 탱크 및 상기 동작 유체 회선 사이에 상기 동작 유체의 통로를 위해 구성되는 상기 적어도 하나의 라인은 상기 제1 압축 구성 요소로부터 다운스트림이고, 상기 제2 압축 구성 요소로부터 업스트림인 상기 동작 유체 회선에 상기 동작 유체를 도입하도록 구성될 수 있다.

상기 저장 탱크 및 상기 동작 유체 회선 사이에 상기 동작 유체의 통로를 위해 구성되는 상기 적어도 하나의 라인은 상기 제2 압축 구성 요소로부터 다운스트림이고, 상기 동력을 발생시키는 터빈의 유입구로부터 업스트림인 상기 동작 유체 회선에 상기 동작 유체를 도입하도록 구성될 수 있다.

상기 동력 생산 시스템은 상기 동력을 발생시키는 터빈으로부터 업스트림에 위치하며, 상기 동력을 발생시키는 터빈의 유입구와 유체 연통되는 유입구를 가지는 가열기를 더 포함할 수 있다.

상기 동력 생산 시스템은 상기 저장 탱크와 가열/냉각 연결되며, 상기 저장 탱크 내에 존재하는 동작 유체를 가열하는 과정 및 냉각하는 과정 중의 하나 또는 모두를 위해 구성되는 가열/냉각 구성 요소를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 설명되는 동력 생산 시스템들의 다른 실시예들은 여기에 제공되는 추기적인 개시 사항들로부터 명백해질 것이다.

하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 본 발명은 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선을 이용하는 동력 생산 시스템 내의 동작 유체의 인벤토리(inventory)를 제어하기 위한 방법과 관련될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 방법은 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 동작 유체를 동력을 발생시키는 터빈에 걸쳐 보다 높은 압력으로부터 보다 낮은 압력까지 팽창시키는 단계; 상기 팽창된 동작 유체를 제1 압축 구성 요소 내에서 압축하는 단계; 상기 동작 유체를 제2 압축 구성 요소 내에서 더 압축하는 단계; 그리고 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선의 하나 또는 그 이상의 위치들 및 저장 탱크 사이에서 상기 동작 유체를 이송하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 임의의 순서 또는 숫자로 결합될 수 있는 다음 사항들의 하나 또는 그 이상과 관련하여 더 정의될 수 있다.

상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선의 하나 또는 그 이상의 위치들 및 상기 저장 탱크 사이에서 상기 동작 유체를 이송하는 단계는 상기 동작 유체 회선을 구비하는 동작 배치 내의 적어도 하나의 컨트롤러에 대한 적어도 하나의 조건부 입력을 기초로 할 수 있다.

상기 제2 압축 구성 요소는 변속 펌프가 될 수 있다.

상기 적어도 하나의 컨트롤러에 대한 상기 적어도 하나의 조건부 입력은 상기 변속 펌프의 동작 속도의 변화, 상기 제1 압축 구성 요소 및 상기 변속 펌프 사이에서 측정된 흡입 압력, 그리고 상기 동력을 발생시키는 터빈의 유출구에서의 상기 동작 유체의 온도 중에서 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선은 동작 압력 범위를 상기 제1 압축 구성 요소 및 상기 제2 압축 구성 요소 사이에서 유지하도록 구성될 수 있으며, 상기 동작 압력 범위는 최소 압력(P1) 및 최대 압력(P2) 사이가 될 수 있다.

상기 적어도 하나의 컨트롤러는 상기 최소 압력(P1) 위로 압력을 유지하기 위해 상기 저장 탱크로부터 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 적어도 하나의 위치까지 동작 유체의 통로를 야기하도록 구성될 수 있다.

상기 저장 탱크로부터의 동작 유체의 통로는 상기 제1 압축 구성 요소로부터 업스트림이고, 상기 동력을 발생시키는 터빈의 유출구로부터 다운스트림인 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 적어도 하나의 위치까지가 될 수 있다.

상기 저장 탱크로부터의 동작 유체의 통로는 상기 제1 압축 구성 요소로부터 다운스트림이고, 상기 제2 압축 구성 요소로부터 업스트림인 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 적어도 하나의 위치까지가 될 수 있다.

상기 적어도 하나의 컨트롤러는 상기 최대 압력(P2) 아래로 압력을 유지하기 위해 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 적어도 하나의 위치로부터 상기 저장 탱크까지 동작 유체의 통로를 야기하도록 구성될 수 있다.

상기 저장 탱크까지의 동작 유체의 통로는 상기 제1 압축 구성 요소로부터 다운스트림이고, 상기 제2 압축 구성 요소로부터 업스트림인 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 적어도 하나의 위치로부터가 될 수 있다.

상기 저장 탱크까지의 상기 동작 유체의 통로는 상기 제2 압축 구성 요소로부터 다운스트림이고, 상기 동력을 발생시키는 터빈의 유입구로부터 업스트림인 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 적어도 하나의 위치로부터가 될 수 있다.

상기 동작 유체는 이산화탄소를 포함할 수 있다.

상기 동작 유체는 50몰% 이상의 이산화탄소가 될 수 있다.

상기 방법은 상기 저장 탱크 내에 있는 동작 유체를 가열하는 단계 및 냉각하는 중의 하나 또는 모두를 더 포함할 수 있다.

동력 생산 시스템 내의 인벤토리를 제어하기 위한 본 발명에서 설명되는 방법의 다른 실시예들은 여기에 제공되는 개시 사항들로부터 명확해질 것이다.

이하에서 반드시 일정한 비율로 도시되지는 않은 첨부된 도면을 설명하며, 첨부된 도면에서,
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 인벤토리 제어 요소들을 구비하는 폐쇄 루프 동력 생산 사이클을 위한 흐름도이다.

이하에서 본 발명의 주제를 예시적인 실시예들을 참조하여 다음에 보다 상세하게 설명한다. 이들 예시적인 실시예들은 본 발명이 철저하고 완전해지며, 본 발명의 주제의 범위를 해당 기술 분야의 숙련자에게 완전히 전달하도록 기재된다. 실제로, 본 발명의 주제는 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있고, 여기에 설시되는 실시예들에 한정되는 것으로 간주되지 않아야 하며, 오히려 이들 실시예들은 본 발명에 적용될 수 있는 법률적 요구 사항들을 충족시키도록 제공된다. 본문에 사용되는 바에 있어서, "하나", "일", "한" 등의 단수 표현은 본문에 명백하게 달리 기재되지 않는 한 복수의 지시 대상들을 포함한다.

본 발명은 동력 생산 플랜트(power production plant)의 동작에서의 하나 또는 그 이상의 동작들을 제어하기 위해 적용되는 시스템들과 방법들에 관련된다. 이와 같이, 본 발명은 또한 이러한 제어 시스템들을 포함하여 다양한 요소들을 포함하는 동력 생산 플랜트들에 관련된다. 본 발명에 따른 동력 생산 플랜트에 포함될 수 있는 요소들의 제한적이지 않은 예들은 그 개시 사항들이 여기에 참조로 포함되는 미국 특허 제8,596,075호, 미국 특허 제8,776,532호, 미국 특허 제8,959,887호, 미국 특허 제8,986,002호, 미국 특허 제9,068,743호, 미국 공개 특허 제2010/0300063호, 미국 공개 특허 제2012/0067054호, 미국 특허 제2012/0237881호 및 미국 공개 특허 제2013/0213049호에 기재되어 있다.

하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 본 발명은 폐쇄 루프(close loop) 또는 반폐쇄 루프(semi-closed loop) 사이클을 활용하는 동력 생산 시스템 및/또는 방법에 관한 것이다. 특히, 상기 시스템 및/또는 방법은 인벤토리(inventory) 제어를 위해 유익한 요소들을 포함할 수 있다. 특정한 실시예들에서, 상기 요소들은 상기 사이클 내의 하나 또는 그 이상의 위치들에서 질량 유량(mass flow) 및/또는 체적 유량(volume flow)의 개선된 관리를 구비하여 동작들을 향상시키도록 구성된다.

여기서 논의되는 동력 생산 시스템 및/또는 방법은 요소들의 결합의 활용을 통해 개선된 인벤토리 제어들을 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 사이클을 통한 유체의 압축/펌핑의 둘의 독립적인 스테이지들을 활용하는 것이 유용할 수 있다. 압축/펌핑의 둘의 독립적인 스테이지들을 구비함으로써, 본 발명의 사이클은 상기 별도의 독립적인 스테이지들 사이의 압력이 실질적으로 부유하게-즉, 상부 및 하부 경계들에 의해 정의되는 상대적으로 넓은 범위 이내가 되게 하는 유익한 위치에 있다. 개별적인 스테이지들이 하나는 급증하지 않고 다른 하나는 정상 동작 파라미터들에 있도록 세심하게 균형을 이루어야 하기 때문에 다중 스테이지 압축기들/펌프들은 이러한 능력들을 나타내는 것으로는 알려져 있지 않다. 본 발명에 따른 압축/펌핑의 복수의 독립적인 스테이지들을 활용함으로써, 상기 스테이지들 사이의 영역 내의 압력을 증가시키고 및/또는 감소시키는 것이 가능하며, 이에 따라 추가적인 장비의 사용에 대한 요구 없이 상기 사이클에 과잉의 인벤토리를 저장할 수 있고 및/또는 추가적인 인벤토리를 제공할 수 있다. 또한, 저장 탱크는 사이클 동작 조건들의 보다 큰 변화가 가능하도록 최대 및 최소 압력을 설정하기 위해 간단한 제어들로 상기 스테이지들 사이에 추가될 수 있다.

본 발명에 따른 시스템들과 방법들은 이에 따라 적합한 동작들 하에서 동작하는 다양한 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 적어도 동력을 생성하는 터빈 및 전기를 형성하기 위한 연관된 발전기가 이들 사이에 유체 저장을 수용하기 위해 충분한 체적을 구비하는 배관들이나 라인들에 의해 분리되는 압축/펌핑의 복수의 독립적인 스테이지들과 결합될 수 있다. 이는 상기 복수의 압축/펌핑 스테이지들 사이에 위치하는 하나 또는 그 이상의 저장 탱크들을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 냉각기들 및/또는 가열기들이, 예를 들면, 압축 이전에 팽창된 동작 유체(working fluid)로부터 열을 제거하고, 상기 압축/펌핑 스테이지들 사이에 열을 제거하거나 열을 추가하며 및/또는 상기 터빈 내에서의 팽창 이전에 상기 동작 유체에 열을 추가하기 위해 상기 시스템 내의 하나 또는 그 이상의 위치들에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 동력을 생성하는 터빈은 결합된 가열기/터빈 유닛이 될 수 있다. 선택적으로는, 연소기 또는 다른 가열 유닛이 상기 동력을 생성하는 터빈으로부터 업스트림(upstream), 특히 상기 동력을 생성하는 터빈으로부터 직접 업스트림에 위치할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예가 폐쇄 루프 동력 생산 사이클의 간략화된 도면을 나타내는 도 1에 예시된다. 그러나 본 발명의 측면들이 마찬가지로 전체적으로나 부분적으로 도 1의 도면에 대해 보다 많거나 보다 적은 부품들을 가지는 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동력 생산 사이클들 내로 포함될 수 있는 점이 이해될 것이다. 예를 들면, 본 발명의 측면들은 여기에 참조로 포함되는 앞서의 문헌들 중의 임의의 것에 기재되어 있는 바와 같이 동력 생산에 포함될 수 있다. 도 1에 예시한 사이클은, 예를 들면, 선택적인 구성 요소로 도 1에 도시한 바와 같은 밸브(500)를 도입함에 의해 반폐쇄 루프 동력 생산 사이클로서 구성될 수 있다. 상기 밸브(500)는 상기 동작 유체의 일부의 회수를 가능하게 할 수 있다. 마찬가지로, 밸브(600)는 구성 유체 및/또는 연료의 도입을 위해 사용될 수 있다. 상기 밸브(500) 및 상기 밸브(600)는 예시한 동력 생산 사이클 내의 다른 위치들에 위치할 수 있다.

도 1은 이에 따라 다양한 구성 요소들을 포함하는 동력 생산 시스템의 예시적인 실시예를 도시한다. 동작 유체 회선(working fluid circuit)(100)은 임의의 필요한 배관들, 라인들, 밸브들, 스플리터(splitter)들, 유니언(union)들 및 이를 통한 가열되거나 및/또는 압축된 유체의 통로를 위해 동력 생산 시스템 내에 통상적으로 활용되는 다른 구성 요소들을 포함할 수 있다. 상기 동작 유체 회선(100)에서, 동작 유체는 보다 높은 압력 및 보다 낮은 압력 사이에서 순환된다. 상기 보다 높은 압력 및 상기 보다 낮은 압력은 원하는 경우에 변화될 수 있다. 예를 들면, 상기 보다 낮은 압력은 약 5bar, 약 4bar, 약 3bar, 또는 약 2bar까지의 주위 압력의 범위 이내가 될 수 있다. 상기 보다 높은 압력은 약 10bar에서 약 400bar까지, 약 15bar 내지 약 350bar, 또는 약 20bar 내지 약 300bar의 범위 내에서 변화될 수 있다. 그러나 "보다 높은" 및 "보다 낮은"이라는 용어들이 서로에 대해 상대적인 것을 의미하며, 상기 보다 높은 압력이 상기 보다 낮은 압력보다 높은 임의의 압력이 될 수 있고, 상기 보다 낮은 압력이 상기 보다 높은 압력보다 낮은 임의의 압력이 될 수 있는 점이 이해될 것이다.

상기 동력을 발생시키는 터빈(10)은 상기 보다 높은 압력에서의 동작 유체를 수용하고, 상기 동작 유체를 팽창시키며, 그 유출구(10b)로부터 상기 보다 낮은 압력에서의 동작 유체를 출력하기 위해 상기 동작 유체 회선(100)에 유동적으로 연결된다. 상기 보다 높은 압력의 동작 유체는 특히 유입구(10a)를 통해 상기 동력을 발생시키는 터빈(10)으로 들어갈 수 있다. 제1 압축 구성 요소(compression component)(예를 들어, 압축기(30))는 상기 동력을 발생시키는 터빈(10)의 다운스트림(downstream)에 위치하며, 동작 유체가 상기 압축기(30)로 들어가고 상기 터빈(10)의 유출구(10b)에서의 상기 동작 유체의 압력에 대해 보다 높은 압력까지 압축되도록 상기 터빈(10)에 유체 연결된다. 상기 제1 압축 구성 요소는, 예를 들면, 단일 스테이지 압축기 또는 다중 스테이지 압축기가 될 수 있다. 다중 스테이지 압축기가 사용될 때, 압축 스테이지들 사이에 냉각을 활용하는 것이 유익할 수 있다. 제2 압축 구성 요소(예를 들어, 펌프(20))는 상기 제1 압축 구성 요소의 다운스트림에 위치하며, 이에 유체 연결된다. 여기에 더 설명되는 바와 같이, 일부 실시예들에서, 상기 제2 압축 구성 요소가 변속 펌프(variable speed pump)와 같은 펌프인 것이 유용할 수 있다. 상기 펌프로부터 업스트림인 상기 동작 유체 인벤토리의 변화를 처리하기 위해 펌프 속도에 대한 제어된 변화를 제공하는 것이 유용할 수 있다.

냉각기(32)는 상기 터빈(10)과 상기 압축기(30) 사이에 위치하고, 냉각기(22)는 상기 압축기(30)와 상기 펌프(20) 사이에 위치한다. 이러한 냉각기들은 선택적이 될 수 있지만, 상기 동작 유체 회선(100) 내의 다양한 지점들에서 상기 동작 유체의 원하는 압력들 및/또는 밀도들을 유지를 위해 유용할 수 있다. 다음에 상세하게 설명되는 바와 같이, 저장 탱크(40)는 바람직하게는 상기 동작 유체 회선(100)과 유체 연통되기 위해 포함될 수 있고, 배치될 수 있다. 컨트롤러(41)는 상기 탱크(40) 및 상기 동작 유체 회선(100) 내의 하나 또는 그 이상의 위치들 사이에서 동작 유체를 이송하도록 구성될 수 있다. 이러한 이송은 자동화될 수 있으며, 상기 컨트롤러(41)에 대한 하나 또는 그 이상의 신호들의 입력에 의존할 수 있다.

도 1에 도시한 사이클은 특히 제어 가능한 열원(12)-즉, 투입이 상대적으로 넓은 범위에 걸칠 수 있는 열원의 사용을 예시한다. 상기 제어 가능한 열원의 사용은 통상적으로 인벤토리 제어를 달리 이룰 수 없게 할 수 있는 복잡성들을 가져올 수 있다. 그러나 본 발명은 고정 열 투입을 제공하는 제어 가능한 열원 또는 열원을 사용할 때에 필요한 인벤토리 제어들을 구현할 수 있다. 예시한 바와 같이, 상기 열원(12)은 제어 가능한 열원이지만, 고정식 열원이 이용될 수 있는 점이 이해될 것이다. 열원(12)은, 예를 들면, 그 개시 사항이 여기에 참조로 포함되는 미국 공개 특허 제2018/0259183호에 기재되어 있는 바와 같은 유연한 연료 연소기를 포함하는 연소기가 될 수 있다. 태양열 가열기, 보일러 또는 이들과 유사한 것과 같은 다른 유형들의 열원들도 사용될 수 있다.

열원(12)이 제어 가능하기(또는 가변적이기) 때문에, 본 발명은 상기 시스템으로 들어가는 열을 관리하기 위한 제어 요소들을 포함한다. 예시한 바와 같이, 컨트롤러(1)는 발전기(11)의 동력 출력을 측정하지만, 몇몇의 가능한 항목들이 컨트롤러(1)에 의해 제어될 수 있다. 보다 상세하게는, 컨트롤러(1)는 요구되는 동력을 발생시키기 위해 열원(12) 내로의 열 투입을 지시한다. 상기 열원이 제어될 수 없거나, 그렇지 않으면 상기 동력 루프의 외부에서 제어될 경우, 컨트롤러(1)는 선택적이고 필요하지 않으며, 상기 시스템은 간단히 열원(12) 내에 추가된 열로부터 최대량의 동력을 추출할 것이다. 하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 전열식 열교환기(recuperative heat exchanger)들 활용될 수 있으며, 전열식 가열이 다양한 조건들 하에서 유리할 수 있다. 전열식 열교환기가 존재할 경우, 상기 전열식 열교환기를 통해 상기 사이클에 열을 추가하기 위해 하나 또는 그 이상의 추가적인 열원들을 포함하는 것도 유리할 수 있다. 유사하게, 하나 또는 그 이상의 열교환기들이 상기 사이클로부터 열을 제거하기 위해 이용될 수 있다. 이는 선택적인 열교환기(14)로 도 1에 예시되며, 상기 터빈(10)을 나가는 동작 유체 스트림으로부터 열을 회수함에 의해 상기 가열기(12)로 들어가는 동작 유체의 전열식 가열을 위해 이용될 수 있다.

열이 열원(12)(또는 다른 열원)을 통해 상기 시스템에 추가되면서, 상기 열원으로부터 다운스트림인 상기 사이클의 다양한 지점들에서의 온도가 이에 따라 증가될 것이다. 예를 들면, 열원(12) 내의 열의 추가는 상기 터빈(10)의 유입구에서의 온도를 증가시킬 것이며, 상기 터빈(10)을 통한 팽창 후에는 지점(13)(상기 터빈의 유출구를 나간 이후)에서의 온도가 마찬가지로 변화될 것이다. 컨트롤러(2)는 상기 시스템 내의 하나 또는 그 이상의 지점들에서 온도를 측정하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 하나 또는 그 이상의 지점들에서 일정한 온도를 유지하기 위해 펌프(20)의 전력이나 속도가 변화되도록 지시할 수 있다. 도 1에 예시한 바와 같이, 컨트롤러(2)는 펌프(20)의 제어가 지점(13)에서 일정한 온도를 구현하기 위해 관리될 수 있도록 지점(13)에서의 온도 측정에 연결된다. 그러나 컨트롤러(2)가 상기 시스템 내의 추가적인 지점들 또는 상기 시스템 내의 단일의 다른 지점에 연결될 수 있는 점이 이해될 것이다. 마찬가지로, 펌프(20)의 제어가 상기 시스템 내의 복수의 다른 지점들에서 온도 측정에 개별적으로 연결될 수 있도록 추가 컨트롤러들이 추가될 수 있다. 예를 들면, 펌프(20)의 제어는 상기 터빈(10)의 유입구, 상기 터빈(10)의 유출구(즉, 지점(13)), 열원(12)에 대한 투입, 또는 상기 시스템 내의 다른 지점들 중의 임의의 하나 또는 그 이상에서 하나 또는 그 이상의 컨트롤러들에 의해 온도 측정에 연결될 수 있다. 또한, 펌프(20)를 관리하기 위한 컨트롤러(2)의 이용은 온도 이외의(또는 온도에 추가적인) 파라미터의 함수로 구현될 수 있을 것이다. 대체로, 펌프(20)에서의 출력에 기초하여 관리될 수 있는 임의의 시스템 파라미터는 상기 시스템 내의 적합한 파라미터 입력 사이트에 대한 상기 컨트롤러의 연결을 통해 컨트롤러(2)에 의해 자동적으로 제어될 수 있다. 이러한 방식에서, 제어되는 파라미터에 관계없이, 상기 컨트롤러는 상기 파라미터를 실질적으로 일정하게 유지하도록 구성될 수 있거나 및/또는 필요에 따라 상기 파라미터를 자동으로 조정하도록 구성될 수 있다. 펌프(20)는 특히 변속 펌프가 될 수 있다. 따라서 펌프(20)의 유출구 흐름과 압력은 가변적이 될 수 있고, 상기 터빈의 열 투입에 기초하고 및/또는 컨트롤러(2)에 의해 관리되는 특정한 파라미터에 기초하여 상기 터빈(10)의 유입 요구 사항들을 만족시키기 위해 변화될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 예시한 바와 같이, 상기 펌프(20)의 동작을 관리하는 컨트롤러(2)에 기초하여 지점(13)에서 고정된 터빈 조건들을 유지하는 것이 가능하다.

컨트롤러(3)는 재순환 밸브로도 지칭되는 스필 백 밸브(spill back valve)(31)를 제어한다. 상기 컨트롤러(3)는 상기 시스템을 과열시키지 않기 위해 상기 압축기(30)의 고압측(high pressure side)으로부터 냉각기(32)의 업스트림인 지점(33)에서의 흡입측(suction side)으로 돌아가도록 흐르게 한다. 이렇게 함으로써, 컨트롤러(3)는 시스템 손실들을 고려하면서 상기 압력기(30)의 흡입 압력을 결국 지점(13)에서 상기 터빈(10) 배출 압력이 되는 제어된 값으로 유지한다. 상기 터빈(10) 배출 온도 및 압력을 고정함에 의해, 상기 터빈에 대한 유입 조건들이 발전기(11) 내에서 발생되는 동력의 양에 의해 지시되며, 이들 유입 조건들은 컨트롤러들(2, 3)에 의해 지시되는 바와 같이 상기 터빈의 기본적인 동작, 상기 터빈 맵(turbine map) 및 상기 터빈 맵 상의 상기 배출의 위치에 의해 자연적으로 결정될 것이다. 마찬가지로, 온도 또는 다른 파라미터도 유사하게 컨트롤러들(2, 3) 중의 하나 또는 모두에 의해 제공되는 출력들에 기초하여 상기 시스템 내의 다른 지점에서 고정될 수 있다.

열원(12)에서 상기 시스템으로 들어가는 열의 양이 변화되면서, 상기 시스템을 통한 흐름이 변화되는 점을 알 수 있을 것이다. 예시한 동력 사이클은 폐쇄 루프(및 이에 따라 고정 체적을 가짐)이기 때문에, 상기 시스템 내의 인벤토리가 변화될 필요는 없을 수 있다. 상기 "인벤토리(inventory)"는 다른 상태들(예를 들어, 기체, 액체, 초임계)에 있을 수 있는 다양한 다른 유체들을 지칭할 수 있다. 상기 인벤토리는 특히 CO₂를 포함하는 유체, 바람직하게는 대부분이 CO₂이거나 실질적으로 순수한 CO₂인 유체가 될 수 있다. 예를 들면, 상기 인벤토리(즉, 상기 동작 유체)는 50몰% 이상의 이산화탄소를 포함할 수 있다. 실질적으로 순수한 CO₂는 적어도 98몰%, 적어도 99몰%, 적어도 99.5몰%, 또는 적어도 99.9몰%의 이산화탄소를 의미할 수 있다.

상기 동력 생산 시스템은 상기 저장 탱크(40) 및 상기 동작 유체 회선(100) 사이의 동작 유체의 통로를 위해 구성되는 적어도 하나의 라인을 포함할 수 있다. 도 1에서, 라인(44a)은 상기 동작 유체 회선(100)으로부터 상기 저장 탱크(40)까지 동작 유체의 통로를 위해 구성되며, 라인(44b)은 상기 저장 탱크로부터 상기 동작 유체 회선까지의 동작 유체의 통로를 위해 구성된다. 그러나 단일의 라인이 활용되거나, 복수의 입력 및/또는 출력 라인들(상기 탱크에 대한 입력 및 출력이 됨)이 활용될 수 있는 점이 이해될 것이다. 임의의 입력 및/또는 출력 라인(들)은 상기 저장 탱크(40)와 상기 동작 유체 회선(100) 사이의 동작 유체의 통로를 위해 구성되는 상기 적어도 하나의 라인을 통한 유체 흐름의 제어를 위해 구성되는 적어도 하나의 밸브를 포함할 수 있다. 도 1에서, 라인(44a)은 밸브(42)를 포함하고, 라인(44b)은 밸브(43)를 포함한다. 상기 밸브(들)가 상기 저장 탱크(40)까지 및 상기 저장 탱크(40)로부터 및 유체의 능동적인 이송을 향상시키기 위해 펌핑 구성 요소를 포함할 수 있는 점이 이해될 것이다. 여기에 상세하게 설명되는 바와 같이, 컨트롤러(41)는 상기 컨트롤러에 의해 수신되는 적어도 하나의 조건부 입력(conditional input)에 기초하여 상기 적어도 하나의 밸브(예를 들어, 밸브(42) 및/또는 밸브(43))를 열고 닫도록 구성될 수 있다.

상기 인벤토리 제어 탱크(40)는 상기 사이클에 첨가되고 및/또는 상기 사이클로부터 제거되는 유체를 저장하는 데 이용된다. 펌프(20)가 속도를 변화시키고 흐름을 변화시키면서, 지점(400) 주위의 상기 시스템 내의 압력이 변화될 것이다. 상기 펌프(20)를 효율적으로 동작시키기 위해, 지점(400)에서의 흡입 압력 및 냉각기(22)를 떠나는 스트림의 온도의 결합을 위한 최소의 요구 사항이 존재한다. 컨트롤러(41)는 원하는 동작 파라미터들에 기초하여 선택될 수 있는 최소 압력(P1) 이상의 압력을 유지하기 위해 지점(402)에 유체를 첨가하도록 밸브(43)를 이용한다. 또한, 상기 사이클 조건들이 변화되면서, 상기 지점(400)에서의 압력이 증가될 수 있고, 최대 압력(P2)에 접근하기 시작할 수 있다. 상기 최대 압력은 임의의 원하는 동작 범위를 만족시키기 위해 선택될 수 있다. 특정 실시예들에서, P2는 배관이나 다른 장비에 손상을 야기할 수 있거나, 압축기(30)의 용량을 초과할 수 있는 압력으로 선택될 수 있다. 상기 컨트롤러(41)는 상기 지점(400)에서의 압력을 상기 최대 압력(P2) 아래로 유지하기 위해 지점(401)에서 상기 사이클로부터 유체를 제거하고, 이를 저장 탱크(40)에 추가하도록 밸브(42)를 이용한다. 이와 같이, 탱크(40) 내의 압력은 비록 상기 탱크 내 및 지점(400)에서의 압력들이 다를 것이지만 지점(400)에서 될 것 P1 및 P2 사이의 중간 지점에 있을 것이다. 이러한 방식에서, 상기 탱크(40) 및 지점(400) 주위의 제어가 축압기(accumulator)로 작용하고, 이러한 영역 내의 압력이 P1 및 P2 사이가 되게 하면서 상기 시스템 내의 질량을 일정하게 유기하기 때문에 상기 터빈(10)의 동작의 작은 변화들은 상기 질량에 영향을 미치지 않는다. 조건들의 변화가 상당히 클 경우, 상기 지점(400)에서의 압력은 P1 및 P2의 한계들의 위나 아래로 진행될 수 있다. 이러한 경우, 컨트롤러(41)는 상기 압력을 상기 한계들 이내에 유지하기 위해 다시 작용할 것이다.

서로에 대해서와 냉각기(22)에 대한 지점들(400, 401, 402)의 위치들은 도1에 예시한 경우로부터 변화될 수 있다. 즉, 어떻게 이들이 도시되는 가에 의해 순서가 지시되는 것은 아니다. 예를 들면, 지점(401)이 냉각기(32) 및 압축기(30) 사이에서 선택적으로 위치할 수 있으므로, 상기 사이클 외부로 및 상기 저장 탱크(40) 내로의 유체의 재 배향이 상기 압축기(30)로부터 다운스트림 대신에 상기 압축기(30)로부터 업스트림에서 수행될 수 있다. 다른 예로서, 지점(402)은 상기 사이클 내로의 다시 유체의 도입이 상기 펌프(20)로부터 업스트림 대신에 상기 펌프(20)로부터 다운스트림에서 수행될 수 있도록 펌프(20) 및 가열기(12) 사이에 선택적으로 위치할 수 있다. 또한, 두 개의 밸브들(42, 43)이 사용되어야만 할 것이 요구되지는 않으며, 단일의 밸브가 대신에 활용될 수 있다. 또한, 컨트롤러(41)의 기능들은 복수의 다른 컨트롤러들을 이용하여 실행될 수 있다. 예를 들면, 밸브(42)와 밸브(43)는 각기 제1 밸브 컨트롤러 및 다른 제2 밸브 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 또한, 차이가 단순히 명명법에 있고, 단지 편의를 위한 것이기 때문에 펌프(20)도 압축기로 지칭될 수 있는 점이 이해될 것이다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러(41)는 상기 펌프(20)의 흡입, 동작, 또는 배출 조건들 중의 하나 또는 그 이상으로부터 입력들을 취할 수 있으며, 펌프 동작을 원하는 동작 범위 이내에 유지하기 위해 장비 보호를 위한 P2의 계산을 가능하게 한다.

선택적으로, 상기 탱크(40) 내의 온도는 가열/냉각 구성 요소(45)로 제어될 수 있다. 상기 가열/냉각 구성 요소(45)는 구체적으로 상기 저장 탱크(40)와 가열/냉각 연결될 수 있으며, 상기 저장 탱크 내에 존재하는 동작 유체를 가열하는 단계 및 냉각하는 단계 중의 하나 또는 모두를 위해 구성될 수 있다. 가열 및 냉각은 동일한 구성 요소에 의해 이루어질 수 있거나, 별도의 가열 및 냉각 구성 요소들이 상기 저장 탱크(40)와 연관될 수 있다.

일부 실시예들에서, 가열/냉각 구성 요소(45)는 상기 탱크 내의 온도 조건들을 변경하기 위해 탱크(40)에 유체를 추가할 수 있고 및/또는 탱크(40)로부터 유체를 제거할 수 있는 유체 스트림이 될 수 있다. 상기 탱크(40)의 체적이 고정되기 때문에, 이러한 점은 상기 탱크 내부의 밀도를 조작함에 의해 P1 및 P2 한계들을 넘게 압력을 증가시키거나 감소시키지 않고 추가적인 유체가 상기 탱크(40)에 추가되게 할 수 있다. 선택적으로는, 유사한 방식에서, 유체의 정해진 질량의 유체를 구비하는 정해진 체적의 탱크(40)에 대해, 상기 탱크(40) 내의 압력이 상기 유체의 밀도를 변화시키고 및/또는 상기 유체의 온도를 변화시켜 조작될 수 있으므로, P1 및 P2가 시동, 부하 추종(load following), 정지 등과 같은 비정상 상태의 경우들과 동작을 위해 상승되거나 하강될 수 있다. 가열/냉각 구성 요소(45)는 이에 따라 선택적으로 상기 탱크에(또는 상기 탱크의 내용물들에 직접적으로) 열을 인가하는 가열기가 될 수 있거나, 상기 탱크로부터(또는 상기 탱크의 내용물들로부터 직접적으로)열을 제거하는 냉각기가 될 수 있다. 예를 들면, 구성 요소(45)는 상기 탱크를 가열 및/또는 냉각하도록 구성되는 상기 탱크(40) 주위의 재킷(jacket)이 될 수 있다. 다른 예로서, 구성 요소(45)는 가열하고 및/또는 냉각하는 유체가 상기 탱크 내에 포함되는 유체와 직접적인 상호 혼합 없이 상기 탱크의 내용물들을 가열/냉각하도록 통과되는 상기 탱크(40)에 대해 내부인 열 교환 라인이 될 수 있다. 상기 탱크를 위한 충전 지점 및 탱크(40) 상의 압력 안전 방출 장치들은 도시되지 않는다.

앞서의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 여기에 설명되는 바와 같은 동력 생산 시스템은 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선을 이용하는 동력 생산 시스템 내의 동작 유체의 인벤토리를 제어하기 위한 방법을 수행하는 데 특히 유용할 수 있다. 예를 들면, 상기 방법은 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 동작 유체를 전기와 같은 동력을 발생시키기 위해 동력을 발생시키는 터빈(10)에 걸쳐 보다 높은 압력으로부터 보다 낮은 압력까지 팽창시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 동력을 발생시키는 터빈(10)을 나가는 동작 유체는 상술한 제1 압축 구성 요소 및 제2 압축 구성 요소와 같은 복수의 압축 구성 요소들 내에서 압축될 수 있다. 또한, 상기 방법은 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선(100)의 하나 또는 그 이상의 위치들 및 저장 탱크(40) 사이에서 동작 유체를 이송하는 단계를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선(100)의 하나 또는 그 이상의 위치들 및 상기 저장 탱크(40) 사이에서 상기 동작 유체를 이송하는 단계는 상기 동작 유체 회선을 구비하는 동작 배치 내의 적어도 하나의 컨트롤러에 대한 적어도 하나의 조건부 입력을 기초로 할 수 있다. 도 1에 예시한 컨트롤러(41)는 특히 상기 동작 유체 회선(100) 및 상기 저장 탱크 사이의 상기 동작 유체의 이송을 제어하기 위해 구성될 수 있다.

하나의 예로서, 변속 펌프(예를 들어, 도 1의 펌프(20))가 상기 제2 압축 구성 요소로 사용될 때, 상기 적어도 하나의 컨트롤러에 대한 상기 적어도 하나의 조건부 입력은 상기 변속 펌프의 동작 속도의 변화, 상기 제1 압축 구성 요소(예를 들어, 압축기(30)) 및 상기 변속 펌프(20) 사이에서 측정되는 흡입 압력, 그리고 상기 동력을 발생시키는 터빈(10)의 유출구(10b)에서의 상기 동작 유체의 온도 중에서 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러(41), 예를 들면, 상술한 것들 중의 하나 또는 모두와 관련되는 입력들을 수신할 수 있으며, 상기 저장 탱크(40) 및 상기 동작 유체 회선(100) 사이에서 동작 유체의 통로를 자동으로 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이, 이러한 점은 상기 동작 유체 회선(100) 및 상기 저장 탱크(40) 사이에 단일의 라인을 이용하여 구현될 수 있으며, 여기서 적합한 밸브(들)(및 선택적으로는 펌핑 구성 요소(들))가 요구되는 경우에 상기 저장 탱크로부터 상기 동작 유체 회선까지, 또는 상기 동작 유체 회선으로부터 상기 저장 탱크까지 흐름을 야기하기 위해 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 이러한 제어 가능성은 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선(100)이 상기 제1 압축 유닛(예를 들어, 압축기(30)) 및 상기 제2 압축 유닛(예를 들어, 펌프(20)) 사이에서 동작 압력 범위를 유지하도록 구성될 때에 유리할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 이러한 동작 압력 범위는 최소 압력(P1) 및 최대 압력(P2) 사이인 것으로 정의될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시예들에서, P1 및 P2는 모두 동력을 발생시키는 터빈을 참조하여 여기에 언급되는 상기 보다 낮은 압력 보다 작지 않고, 상기 보다 높은 압력 보다 크지 않은 압력이 될 것이다. 구체적으로, P1은 상기 터빈의 유출구(10b)를 나가는 동작 유체의 보다 낮은 압력보다 크거나 같을 수 있고, P2보다 작을 수 있다. 마찬가지로, P2는 P1보다 클 수 있고, 상기 터빈의 유입구(10a)로 들어나는 동작 유체의 보다 높은 압력보다 작거나 같을 수 있다. 상기 컨트롤러(41)는 상기 동작 유체 회선(100)의 압력을 P1 내지 P2의 범위 이내로 유지하기 위해 하나 또는 그 이상의 기능들을 수행하도록 프로그램될 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(41)는 상기 최소 압력(P1) 위의 압력으로 유지하기 위해 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선(100) 내의 적어도 하나의 위치에서 상기 저장 탱크(40)로부터의 동작 유체의 통로를 야기하도록 구성될 수 있다. 상기 저장 탱크(40)로부터의 상기 동작 유체의 통로는 상기 제1 압축 구성 요소(예를 들어, 압축기(30))로부터 업스트림이고, 상기 동력을 발생시키는 터빈(10)의 유출구(10b)로부터 다운스트림인 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선(100) 내의 적어도 하나의 위치까지가 될 수 있다. 선택적으로나 추가적으로, 상기 저장 탱크(40)로부터의 상기 동작 유체의 통로는 상기 제1 압축 구성 요소(예를 들어, 압축기(30))로부터 업스트림이고, 상기 제2 압축 구성 요소(예를 들어, 펌프(20))로부터 다운스트림인 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선(100) 내의 적어도 하나의 위치까지가 될 수 있다. 유사하게, 컨트롤러(41)는 상기 최대 압력(P2) 아래로 압력을 유지하기 위해 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선(100) 내의 적어도 하나의 위치로부터 상기 저장 탱크(40)까지 동작 유체의 통로를 야기하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 저장 탱크(40)까지의 상기 동작 유체의 통로는 상기 제1 압축 구성 요소(예를 들어, 압축기(30))로부터 다운스트림이고, 상기 제2 압축 구성 요소(예를 들어, 펌프(20))로부터 업스트림인 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선(100) 내의 적어도 하나의 위치로부터가 될 수 있다. 선택적으로나 추가적으로, 상기 저장 탱크(40)까지의 상기 동작 유체의 통로는 상기 제2 압축 구성 요소(예를 들어, 펌프(20))로부터 다운스트림이고, 상기 동력을 발생시키는 터빈(10)의 유입구(10a)로부터 업스트림인 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 적어도 하나의 위치로부터가 될 수 있다.

상술한 사항들 이외에도, 본 발명의 방법은 상기 저장 탱크(40) 내에 있는 동작 유체를 가열하는 단계 및 냉각하는 단계 중에서 하나 또는 모두를 포함할 수 있다. 이는 단일의 가열/냉각 구성 요소(45)를 활용하거나, 가열 구성 요소 및 별도의 냉각 구성 요소를 이용하여 앞서 달리 설명한 바와 같이 수행될 수 있다.

본 발명에 개시되는 주제의 많은 변형들과 다른 실시예들은 이러한 주제가 앞서의 설명들 및 관련된 도면들에서 제시되는 교시들의 이점을 가지는 것으로 해당 기술 분야의 숙련자에게 이해될 것이다. 이에 따라, 본 발명이 여기서 설명되는 특정한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 변형들과 다른 실시예들이 다음의 특허 청구 범위의 범주 내에 속하도록 의도되는 점이 이해될 것이다. 비록 특정한 용어들이 여기에 사용되지만, 이들은 일반적이고 서술적인 의미로만 사용되며, 제한의 목적을 위해 사용되는 것은 아니다.

Claims

동력 생산 시스템에 있어서,
동작 유체가 보다 높은 압력 및 보다 낮은 압력 사이에서 순환되는 동작 유체 회선(working fluid circuit);
상기 보다 높은 압력에서의 동작 유체를 수용하고, 상기 동작 유체를 팽창시키며, 상기 보다 낮은 압력에서 그 유출구로부터 상기 동작 유체를 출력시키기 위해 상기 동작 유체 회선에 유동적으로 연결되는 동력을 발생시키는 터빈;
상기 동력을 발생시키는 터빈에서 다운스트림(downstream)이며, 상기 터빈에 유체 연결되는 제1 압축 구성 요소;
상기 제1 압축 구성 요소에서 다운스트림이며, 상기 제1 압축 구성 요소에 연결되는 제2 압축 구성 요소;
상기 동작 유체 회선과 유체 연통되는 저장 탱크; 및
상기 저장 탱크 및 상기 동작 유체 회선 내의 하나 또는 그 이상의 위치들 사이에서 상기 동작 유체를 이송하도록 구성되는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 생산 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 압축 구성 요소는 단일 스테이지 또는 다중 스테이지 압축기인 것을 특징으로 하는 동력 생산 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 압축 구성 요소는 변속 펌프(variable speed pump)인 것을 특징으로 하는 동력 생산 시스템.
제1항에 있어서, 상기 저장 탱크 및 상기 동작 유체 회선 사이에 동작 유체의 통로를 위해 구성되는 적어도 하나의 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 생산 시스템.
제4항에 있어서, 상기 저장 탱크 및 상기 동작 유체 회선 사이에 상기 동작 유체의 통로를 위해 구성되는 상기 적어도 하나의 라인을 통한 유체 흐름의 제어를 위해 구성되는 적어도 하나의 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 생산 시스템.
제5항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 컨트롤러에 의해 수신되는 적어도 하나의 조건부 입력(conditional input)에 기초하여 상기 적어도 하나의 밸브를 열고 닫도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동력 생산 시스템.
제4항에 있어서, 상기 저장 탱크 및 상기 동작 유체 회선 사이에 상기 동작 유체의 통로를 위해 구성되는 상기 적어도 하나의 라인은 상기 제1 압축 구성 요소로부터 업스트림(upstream)이고, 상기 동력을 발생시키는 터빈의 유출구로부터 다운스트림에서 상기 동작 유체 회선으로부터 상기 동작 유체를 제거하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동력 생산 시스템.
제4항에 있어서, 상기 저장 탱크 및 상기 동작 유체 회선 사이에 상기 동작 유체의 통로를 위해 구성되는 상기 적어도 하나의 라인은 상기 제1 압축 구성 요소로부터 다운스트림이고, 상기 제2 압축 구성 요소로부터 업스트림인 상기 동작 유체 회선으로부터 상기 동작 유체를 제거하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동력 생산 시스템.
제4항에 있어서, 상기 저장 탱크 및 상기 동작 유체 회선 사이에 상기 동작 유체의 통로를 위해 구성되는 상기 적어도 하나의 라인은 상기 제1 압축 구성 요소로부터 다운스트림이고, 상기 제2 압축 구성 요소로부터 업스트림인 상기 동작 유체 회선에 상기 동작 유체를 도입하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동력 생산 시스템.
제4항에 있어서, 상기 저장 탱크 및 상기 동작 유체 회선 사이에 상기 동작 유체의 통로를 위해 구성되는 상기 적어도 하나의 라인은 상기 제2 압축 구성 요소로부터 다운스트림이고, 상기 동력을 발생시키는 터빈의 유입구로부터 업스트림인 상기 동작 유체 회선에 상기 동작 유체를 도입하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 동력 생산 시스템.
제1항에 있어서, 상기 동력을 발생시키는 터빈으로부터 업스트림에 위치하며, 상기 동력을 발생시키는 터빈의 유입구와 유체 연통되는 유입구를 가지는 가열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 생산 시스템.
제1항에 있어서, 상기 저장 탱크와 가열/냉각 연결되며, 상기 저장 탱크 내에 존재하는 동작 유체를 가열하는 과정 및 냉각하는 과정 중의 하나 또는 모두를 위해 구성되는 가열/냉각 구성 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 생산 시스템.
폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선을 이용하는 동력 생산 시스템 내의 동작 유체의 인벤토리(inventory)를 제어하기 위한 방법에 있어서,
폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 동작 유체를 동력을 발생시키는 터빈에 걸쳐 보다 높은 압력으로부터 보다 낮은 압력까지 팽창시키는 단계;
상기 팽창된 동작 유체를 제1 압축 구성 요소 내에서 압축하는 단계;
상기 동작 유체를 제2 압축 구성 요소 내에서 더 압축하는 단계; 및
상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선의 하나 또는 그 이상의 위치들 및 저장 탱크 사이에서 상기 동작 유체를 이송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선의 하나 또는 그 이상의 위치들 및 상기 저장 탱크 사이에서 상기 동작 유체를 이송하는 단계는 상기 동작 유체 회선을 구비하는 동작 배치 내의 적어도 하나의 컨트롤러에 대한 적어도 하나의 조건부 입력에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 제2 압축 구성 요소는 변속 펌프인 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컨트롤러에 대한 상기 적어도 하나의 조건부 입력은 상기 변속 펌프의 동작 속도의 변화, 상기 제1 압축 구성 요소 및 상기 변속 펌프 사이에서 측정된 흡입 압력, 그리고 상기 동력을 발생시키는 터빈의 유출구에서의 상기 동작 유체의 온도 중에서 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선은 동작 압력 범위를 상기 제1 압축 구성 요소 및 상기 제2 압축 구성 요소 사이에서 유지하도록 구성되며, 상기 동작 압력 범위는 최소 압력(P1) 및 최대 압력(P2) 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컨트롤러는 상기 최소 압력(P1) 위로 압력을 유지하기 위해 상기 저장 탱크로부터 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 적어도 하나의 위치까지 동작 유체의 통로를 야기하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 저장 탱크로부터의 동작 유체의 통로는 상기 제1 압축 구성 요소로부터 업스트림이고, 상기 동력을 발생시키는 터빈의 유출구로부터 다운스트림인 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 적어도 하나의 위치까지가 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 저장 탱크로부터의 동작 유체의 통로는 상기 제1 압축 구성 요소로부터 다운스트림이고, 상기 제2 압축 구성 요소로부터 업스트림인 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 적어도 하나의 위치까지가 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컨트롤러는 상기 최대 압력(P2) 아래로 압력을 유지하기 위해 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 적어도 하나의 위치로부터 상기 저장 탱크까지 동작 유체의 통로를 야기하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 저장 탱크까지의 상기 동작 유체의 통로는 상기 제1 압축 구성 요소로부터 다운스트림이고, 상기 제2 압축 구성 요소로부터 업스트림인 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 적어도 하나의 위치로부터가 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 저장 탱크까지의 상기 동작 유체의 통로는 상기 제2 압축 구성 요소로부터 다운스트림이고, 상기 동력을 발생시키는 터빈의 유입구로부터 업스트림인 상기 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 동작 유체 회선 내의 적어도 하나의 위치로부터가 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 동작 유체는 이산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 동작 유체는 50몰% 이상의 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 저장 탱크 내에 있는 동작 유체를 가열하는 단계 및 냉각하는 중의 하나 또는 모두를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.