KR20220090569A

KR20220090569A - 폐쇄형 브레이턴 사이클을 위한 압력 제어

Info

Publication number: KR20220090569A
Application number: KR1020227018377A
Authority: KR
Inventors: 카르슈텐 그레버; 우베 유레체크
Original assignee: 지멘스 에너지 글로벌 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2019-11-04
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2022-06-29
Also published as: JP2023500196A; EP3816413A1; WO2021089204A1; EP4004349B1; JP7459241B2; US20240133321A1; ES2964929T3; US20240229685A9; KR102654114B1; EP4004349A1; EP4004349C0

Abstract

본 발명은, 작동 유체를 위한 압축기(4), 작동 유체의 가열을 위한 제1 열 교환기(5), 팽창기(6), 및 작동 유체의 냉각을 위한 제2 열 교환기(7)가 배열되는 작동 회로(3)를 갖는 폐쇄형 가스 시스템(2)을 포함하는 장치(1)에 관한 것이며, 이러한 장치는 제1 가스 압력 탱크(8); 압축기(4)와 제1 열 교환기(5) 사이에서 작동 회로(3)로부터 분기되고, 제1 가스 압력 탱크(8)로 이어지는 제1 가스 라인(9); 그리고 제1 가스 압력 탱크(8)로부터 분기되고 팽창기(6)와 제2 열 교환기(7) 사이에서 작동 회로(3)로 이어지는 제2 가스 라인(10);을 구비한다. 또한, 본 발명은 폐쇄형 가스 시스템(2) 내에서의 압력 제어 방법에 관한 것이다.

Description

폐쇄형 브레이턴 사이클을 위한 압력 제어

본 발명은 작동 회로를 갖는 폐쇄형 가스 시스템을 포함하는 장치, 및 폐쇄형 가스 시스템 내에서의 압력 제어 방법에 관한 것이다.

사전 결정된 시스템 체적으로 인하여, 폐쇄형 가스 시스템들은 온도 및/또는 질량 흐름에 의해 유발되는 압력 변동의 영향을 받는데, 이러한 압력 변동은 의도한 가스 공급 또는 가스 배출을 통해 그리고 시스템 누출로 인한 불가피한 가스 손실을 통해 발생한다. 폐쇄형 브레이턴 사이클(Brayton cycle)의 경우, 이러한 압력 변동 또는 각각 설정된 상위/하위 시스템 압력은 프로세스의 성능에 구체적인 영향을 미친다.

가스 터빈 및 압축기와 더불어 전원, 다양한 열 교환기 및 저장 탱크와 같은 추가 구성 요소들을 포함하는 열/전기 파워 컨버터를 공지하는 US 2014/053560 A1호로부터 순환 프로세스들이 공지되어 있다.

JP H08 68341 A호는 폐쇄형 브레이턴 사이클에 의해 가스 터빈의 출력을 제어하기 위한 장치를 공지하고 있다. 또한, US 5 131 231 A호는 폐쇄형 순환 프로세스에 의해 모터를 작동시키기 위한 방법과, 이러한 방법에 의해 사용하기에 적합한 모터를 공지하고 있다.

본 발명의 과제는, 폐쇄형 브레이턴 사이클에 대해 개선된 부분 부하 효율을 가능하게 하는 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 과제는 이러한 폐쇄형 가스 시스템 내에서의 상응하는 압력 제어 방법을 제공하는 것이다.

폐쇄형 브레이턴 사이클들은, 규정된 하위 프로세스 압력이 예를 들어 주변 환경으로 인해 또는 응축 프로세스로 인해 부재하기 때문에 시스템 구성에 대한 특별한 요구 사항이 있다. 따라서, 이러한 하위 프로세스 압력은 상응하는 시스템 압력 제어 가능성을 통해 설정되어야 한다. 이 경우, 프로세스 작동 온도의 변화로 인한 압력 변화를 보상하는 것이 중요하다.

하위 프로세스 압력은, 상위 프로세스 압력 측에서 표준으로서 간주될 수 있는 바와 같이, 순환 프로세스 출력에 따라 가변적으로 진행될 수 있다(부분 부하에서의 교축 손실을 방지하기 위한 증기- 및 가스 터빈에서의 가변 압력 운영). 또한, 일반적으로, 시스템으로부터 주변 환경으로의 가스 방출을 가능한 한 완전히 방지하거나, 적어도 가능한 한 낮게 유지하기 위한, 경제적 또는 환경 보호적 관점에 기초한 요구 사항들이 존재하는데, 이는 순환 매체가 너무 고가이거나(예를 들어 순수한 질소 또는 심지어 헬륨을 사용할 때), 경우에 따라, 주변 환경으로의 최소한의 손실 이상으로 허용될 수 있기에는 환경에 너무 유해하기 때문이다.

이러한 고려 사항에 기초하여, 본 발명은, 작동 유체를 위한 압축기, 작동 유체의 가열을 위한 제1 열 교환기, 팽창기(가스 팽창 터빈), 및 작동 유체의 냉각을 위한 제2 열 교환기가 배열되는 작동 회로를 갖는 폐쇄형 가스 시스템을 포함하는 이러한 유형의 장치에서 제1 가스 압력 탱크 및 제1 가스 라인이 제공되고, 이러한 가스 라인은 압축기와 제1 열 교환기 사이에서 작동 회로로부터 분기되고, 제1 가스 압력 탱크로 이어지고, 또한 제1 가스 압력 탱크로부터 분기되고 팽창기와 제2 열 교환기 사이에서 작동 회로로 이어지는 제2 가스 라인이 제공됨으로써 장치와 관련한 과제를 해결한다.

즉, 본 발명은, 고압 측(즉, 작동 프로세스에서 폐쇄형 브레이턴 사이클의 압축기 하류)에서 탱크의 충전을 위한 고유의 가스 라인과 연결되는 하나의 가스 압력 탱크를(또는 더욱 경제적으로는 경우에 따라 복수의 가스 압력 탱크들도) 제공한다. 이러한 탱크는, 프로세스의 관점에서 필요할 때마다 항상 충전된다(예를 들어, 유휴 손실을 줄이기 위하여 셧다운 중에 시스템 압력은 감소된다). 이를 위해, 부분 흐름이 브레이턴 사이클로부터 나오도록 안내된다. 저장된 가스 량을 필요한 경우에 시스템 내로 방출하기 위하여, 추가의 가스 라인이 팽창기 하류에서 작동 회로에 결합된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 제3 가스 라인은 가스 압력 탱크 또는 제2 가스 라인으로부터 분기되고, 압축기와 제1 열 교환기 사이에서 작동 회로로 이어진다. 그러나 이제 고압 측에서의 그리고 순환 매체의 가열 이전의 이러한 추가적인 결합은, 개시 과정 중의 저장된 압력 에너지의 사용을 가능하게 한다.

제3 열 교환기가 제1 가스 라인 내에 배열되는 것이 바람직하다. 예를 들어 주변부 냉기를 통해 재냉각되는 이러한 열 교환기에 의하여(전달된 열은 저장될 수도 있음), 압축 이후의 가스는, 바람직하게는, 이에 따라 작동 유체의 흐름 방향으로 제3 열 교환기 하류에 배열되는, 제1 가스 라인 내의 상응하는 제1 밸브를 통해 가스 압력 탱크 내로 팽창되기 이전에 냉각된다. 이러한 팽창으로부터, 사용된 가스에 따라서는 주울-톰슨 효과(Joule-Thomson Effect)로 인한 추가 냉각이 초래된다.

각각의 가스의 (온도 변화의 강도 및 방향을 나타내는) 주울-톰슨 계수로 인하여, 팽창에 기인한 가열이 실행되는 경우, 바람직하게는 제1 가스 라인 내의 제1 밸브가 작동 유체의 흐름 방향으로 제3 열 교환기 상류에 배열된다. 이러한 조치들은, 이에 따라 주어진 탱크 체적에서의 저장되는 가스 량을 증가시키기 위하여 가스 밀도를 증가시키는데 사용된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 제4 열 교환기는 제2 가스 라인 내에 배열되고, 제5 열 교환기는 제3 가스 라인 내에 배열된다. 제2 가스 라인 및 제3 가스 라인은 제1 가스 압력 탱크로부터 작동 회로 내로의 피드백 라인들이다. 제4 열 교환기 및 제5 열 교환기는 전형적으로는 (예를 들어, 발전소의 중간 냉각 시스템으로부터의) 폐열에 의해 가열되고, 작동 회로 내로의 유입부 상류에서의 가스를, 즉 작동 회로를 가열한다. 가스 가열은, 이미 작동 회로 내에 존재하는 가스에 대한 냉각 효과를 감소시키고, 가스 추가 공급을 통해 요구되는 작동 회로 내 압력 상승은 더욱 신속하게 그리고 더 적은 질량 흐름에 의해 실행된다.

본 발명의 바람직한 추가의 일 실시예에서, 하나 이상의 열 저장기는 전환 가능한 연결 라인들을 통해 제3 열 교환기, 제4 열 교환기 또는 제5 열 교환기와 연결된다. 특히 종종 출력을 심하게 변화시켜야 하는 발전 설비들에서는, 작동 가스의 열을 압력 탱크 내로의 유입부 상류에서 흡수한 다음, 추후에 회로 내로의 작동 가스의 피드백 이전에 재가열하는 열 저장기를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이는, 열을 잘 저장하는 고체 물질로 충전된, 재생기로서 작동되는 탱크를 통해 달성될 수 있다. 연결 라인들의 상응하는 전환을 통해, 이러한 탱크는 열을 방출하거나 흡수하는 가스에 의해 각각 반대 방향으로 관류된다.

누출 손실이 불가피하므로, 작동 유체가 추가 공급 가능한 경우가 유용하다. 바람직하게, 이는 작동 회로의 저압 측에서 그리고 냉각 이전에, 즉 팽창기와 제2 열 교환기 사이에서 실행된다.

제1 가스 압력 탱크에 하나 이상의 제2 가스 압력 탱크가 병렬 접속되고, 가스 압력 탱크들이 상이한 압력 수준들에서 작동 가능한 경우가 바람직하다. 각각 상이한 압력 수준들에서 작동 가스를 저장하는 복수의 가스 압력 탱크들을 사용하는 것은, 팽창기 출구 압력이 높고 그에 따라 작동 회로 내 압축기 출구 압력이 높을 때 비교적 작은 압력 탱크 "HP"를 고압으로 충전하는 것을 가능하게 한다. 이러한 작동 가스를 작동 회로로부터 추출함으로써, 동일한 작동 회로 내의 압력은 강하한다. 이후, 추가 진행 상황에서 추출된 작동 가스는 압력 탱크 "LP" 내에서 더 낮은 압력 수준으로 저장된다. 이는, 전체 탱크 크기를 최적화하는 것을 가능하게 하고, 특히 셧다운 시에 작동 회로 압력을 가능한 한 낮은 초과압으로 강하시키는 것을 가능하게 한다. 이러한 가능한 한 낮은 작동 회로 초과압은, 압축기 또는 팽창기의 샤프트 밀봉부를 통한 누출로 인한 유휴 손실을 낮게 유지하기 위해 바람직하다.

작동 유체의 가능한 한 높은 압력 증가 또는 압축을 달성하기 위하여, 복수의 압축기 단들이 연이어 접속될 수 있다. 이와 관련하여, 압축기가 2개 이상의 압축기 단들을 포함하고, 제5 가스 라인이 2개의 압축기 단들 사이에서 작동 회로로부터 분기되어 가스 압력 탱크들 중 하나 이상의 가스 압력 탱크로 이어지는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 압축기 전력 소모량 또는 가스 압력 탱크(들)의 크기/구성이 최적화된다.

방법과 관련한 과제는, 작동 유체가 반복적으로 연달아 작동 회로 내에서 압축, 가열, 팽창 및 냉각되는, 폐쇄형 가스 시스템 내에서의 압력 제어 방법을 통해 해결된다. 본 발명에 따라, 가스 시스템 내의 압력을 제어하기 위해서는 작동 유체의 부분 흐름이 작동 회로로부터 추출되고 저장되거나, 저장된 작동 유체 량이 다시 작동 회로에 결합되며, 저장된 작동 유체 량은 작동 회로 내의 작동 유체의 팽창과 냉각 사이에서 이러한 작동 회로에 결합된다.

이러한 방법의 장점들은 본 발명에 따른 장치에 따른 상술한 장점들에 상응한다.

바람직하게, 작동 유체는 적어도 부분적으로 압축된 이후에 그리고 열 교환을 통해 가열되기 이전에, 폐쇄형 가스 시스템으로부터 추출된다.

또한, 추출된 작동 유체가 저장되기 이전에, 냉각되는 경우가 바람직하다.

이 경우, 작동 유체가 양의 주울-톰슨 계수에서 우선 열 교환을 통해 냉각된 다음, 밸브에 의해 가스 압력 탱크 내로 팽창되고, 음의 주울-톰슨 계수에서 우선 밸브를 통해 팽창된 다음, 경우에 따라 열 교환을 통해 냉각되고, 그 이후에 저장되는 경우가 바람직하다.

또한, 작동 유체가 작동 회로에 다시 결합되기 이전에 가열되는 경우가 바람직하다.

바람직하게, 열 저장기는 작동 유체의 냉각 시에 충전되고, 작동 유체의 가열 시에 방출된다.

최종적으로, 상이한 압력들에서 작동 회로로부터 추출된 작동 유체가 다양한 가스 압력 탱크들에 공급되는 경우가 바람직하다.

폐쇄형 회로들을 위한 가스 압력 유지 제어 및 가스 압력 제어의 본 발명에 따른 개념은 바람직하게는 폐쇄형 브레이턴 사이클에 기초한 다양한 발전소 프로세스들에서, 예를 들어 LNG 재기화 발전소[LNG: "liquified natural gas(액화 천연 가스)"]의 분야에서도 사용될 수 있다. 이는 특히, 고가의 순환 가스(LNG 재기화 발전소의 경우, 물 및 CO₂가 없는 질소)의 손실이 최소화되는 동시에, 부분 부하에서의 작동 회로 내 교축 손실 등이 방지된다는 것과 연관된다. 이 경우, 순환 가스는 비교적 낮은/온건한 온도에서(즉, 순환 가스가 LNG 재기화 발전소에서와 같이 이미 비교적 낮은 온도에 의해 압축기로부터 배출되기 때문에 그리고/또는 추가적으로 압력 탱크 내로의 유입 이전에 냉각되었기 때문에, 주어진 체적에서의 많은 질량이) 제한된 탱크 체적 내에 저장된다. 온건한 온도로 인하여, 비교적 저렴한 재료도 시스템을 위해 사용될 수 있다.

제안된 개념에 의하여, 제1 단계에서는 시스템 내의 압력 유지가 보장된다. 또한, 이미 브레이턴 사이클 내에 존재하는 압축기(즉, 이러한 압축기는 추가적으로 제공될 필요가 없다)가 고압 측에 연결됨으로써, 저렴한 해결책이 제공될 수 있다. 비용의 관점에서, 이러한 탱크 구성도 고압의 이점을 갖는다. 고압이란, 규정된 보상 량에서 상응하게 감소된 체적과, 이와 관련하여 감소된 탱크 크기를 의미한다. 또한, 압축기로부터의 중간 추출에 상응하게 압력을 선택함으로써, (압력에 따라 증가하는 탱크 벽 두께 또는 선택될 재료가 탱크 체적 감소를 통한 비용 절감을 초과 보상하는 경우에 대하여) 경제적 관점에서 가장 저렴한 압력이 항상 선택될 수 있다. 또한, 탱크 내의 고압은 작동 회로에 대한 연결을 통해 압력 제어의 빠른 반응 시간을 가능하게 한다. 이에 따라, 하위 프로세스 압력에서의 가변 압력 작동을 위한 압력 제어 속도를 상위 프로세스 압력에서의 압력 변화 속도와 동기화시키는 것이 성취된다. 시스템 가변 압력 작동(하위 + 상위 프로세스 압력)은, 결정적인 작업 기계들(압축기, 팽창기)이 더 큰 제어 개입없이도 충분하고(즉, 완전 개방된 제어 밸브들 또는 가이드 단들), 결정적인 평균 프로세스 온도들이 비슷한 비율로 함께 변화하기 때문에, 순환 프로세스의 최대 효율을 기대할 수 있다. 팽창기의 상류에 공급 라인이 제공되는 경우, 이러한 해결책의 추가적인 장점은, 저장된 압력 에너지가 프로세스의 개시 시에 함께 사용될 수 있다는 것이다. 팽창기 내의 상응하는 체적 변화 작업은 작동 회로 내에서의 압축기의 직접적인(팽창기가 공통 샤프트의 압축기를 구동함) 또는 간접적인(팽창기의 발전기가 압축기의 모터를 위한 에너지를 제공함) "활성화"를 가능하게 한다.

(예를 들어, 작업 기계들의 가스 누출로 인한) 질량 흐름에 의해 유발되는 제어되지 않은 압력 변화는 팽창기 하류에서의 추가 가스 공급을 통해 보상된다. 이는, 추가 공급이 비교적 낮은 압력에서 실행되고, 이에 따라 상응하는 별도의 압축기 등에 대한 상응하는 복잡성이 제한된다는 장점을 갖는다. 기존에 적용예로서 언급되었던 폐쇄형 주울 발전소 프로세스(closed Joule power-plant process)들과 더불어, 이러한 개념은 (상 변화 없이 작동 매체로서 가스를 사용하고 일반적인 압축기와 더불어 팽창기도 포함하는) 열 펌프들을 부분 부하에서 제어하기에도 매우 적합하다. 이 경우에도, 교축 기관들과, 이와 관련한 손실이 생략된다는 것이 장점이다.

본 발명은 예시적으로 도면들에 의해 더 상세히 설명된다. 도면들은 개략적으로 도시되어 있으며, 일정한 비율로 도시되어 있지 않다.

도 1은 본 발명에 따른 압력 제어에 의한 폐쇄형 가스 시스템의 기본 개념을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 기본 개념의 다양한 개선예들에 의한 폐쇄형 가스 시스템을 도시한 도면이다.

도 1은, 작동 유체를 위한 압축기(4), 작동 유체의 가열을 위한 제1 열 교환기(5), 팽창기(6)(가스 팽창 터빈), 및 작동 유체의 냉각을 위한 제2 열 교환기(7)가 배열되는 작동 회로(3)를 갖는 폐쇄형 가스 시스템(2)을 포함하는 장치(1)를 개략적으로 그리고 예시적으로 도시한다.

도 1의 실시예에서, 제1 가스 라인(9)은 압축기(4)와 제1 열 교환기(5) 사이에서 작동 회로(3)로부터 분기되고, 제1 가스 압력 탱크(8)로 이어진다. 또한, 제2 가스 라인(10)은 제1 가스 압력 탱크(8)로부터 분기되고, 팽창기(6)와 제2 열 교환기(7) 사이에서 작동 회로(3)로 이어진다.

누출이 불가피하므로, 작동 유체가 팽창기(6)와 제2 열 교환기(7) 사이에서 추가 공급 가능하다. 추가 공급 지점(21), 추가 공급 라인(22) 및 추가 공급 펌프(23)에 의한 추가 공급은 시스템 내의 정상적 가스 손실을 보상하는데 사용된다.

도 2는 개별적으로 사용 가능하거나 조합으로서도 사용 가능한, 도 1에 도시된 기본 개념의 일부 확장들을 도시한다. 예를 들어, 제3 가스 라인(11)은 제1 가스 압력 탱크(8)로부터 또는 제2 가스 라인(10)으로부터 분기되고, 압축기(4)와 제1 열 교환기(5) 사이에서 작동 회로(3)로 이어진다.

또한, 도 2의 실시예는 3개의 추가 열 교환기들을 도시한다. 제1 가스 라인(9) 내에 배열된 제3 열 교환기(12)는 기체 작동 유체를 냉각시키는 반면, 제2 가스 라인(10) 내의 제4 열 교환기(14) 및 제3 가스 라인(11) 내의 제5 열 교환기(15)는 작동 유체를 가열하는데 사용된다.

제1 가스 압력 탱크(8) 내로의 작동 유체의 저장과 관련하여, 도 2는 작동 유체의 흐름 방향으로 제3 열 교환기(12) 하류에 배열되는, 제1 가스 라인(9) 내의 제1 밸브(13)를 도시한다. 이는, 팽창 시에 작동 유체가 냉각되는 경우에 대한 이러한 2개의 구성 요소들의 상대적 배열이다. 팽창 시에 작동 유체가 가열된다면, 밸브(13)와 제3 열 교환기(12)의 배열은 반대로 된다. 이는, 도 2에서 이중 점선 화살표에 의해 표시되어 있다.

도 1에서 이미 공지된 제1 가스 압력 탱크(8)에 추가하여, 도 2의 실시예는 제1 가스 압력 탱크(8)에 병렬 접속된 제2 가스 압력 탱크(19)를 포함한다. 상응하는 제2 밸브(20)도 도 2에 도시되어 있다. 전형적으로, 가스 압력 탱크(8, 19)들은 상이한 압력 수준에서 작동 가능하다.

압축기(4)에 2개의 압축기 단(17)들이 존재하는 것은, 상이한 압력들에서 작동 유체를 저장하기 위해 필수적인 것은 아니지만[제1 가스 압력 탱크(8) 내로의 첫 번째 배출 이후에 시스템 압력이 강하하고, 이에 따라 제2 가스 압력 탱크(19) 내로의 두 번째 배출이 더 낮은 압력에서 실행되는 것이 상상 가능함], 최적화를 용이하게 한다. 이는, 2개의 압축기 단(17)들 사이에서 회로(3)로부터 분기되고 가스 압력 탱크(8, 19)들 중 하나 이상의 가스 압력 탱크로 이어지는 제5 가스 라인(18)을 통해 보완된다.

제시된 개념의 유용한 보완 사항은, 전환 가능한 연결 라인(A, B, C)들을 통해 제3 열 교환기(12), 제4 열 교환기(14) 또는 제5 열 교환기(15)와 연결되는 열 저장기(16)의 장착이다.

Claims

작동 유체를 위한 압축기(4), 작동 유체의 가열을 위한 제1 열 교환기(5), 팽창기(6), 및 작동 유체의 냉각을 위한 제2 열 교환기(7)가 배열되는 작동 회로(3)를 갖는 폐쇄형 가스 시스템(2)을 포함하는 장치(1)에 있어서,
제1 가스 압력 탱크(8); 압축기(4)와 제1 열 교환기(5) 사이에서 작동 회로(3)로부터 분기되고, 제1 가스 압력 탱크(8)로 이어지는 제1 가스 라인(9); 그리고 제1 가스 압력 탱크(8)로부터 분기되고 팽창기(6)와 제2 열 교환기(7) 사이에서 작동 회로(3)로 이어지는 제2 가스 라인(10);을 포함하는 것을 특징으로 하는, 작동 회로를 갖는 폐쇄형 가스 시스템을 포함하는 장치(1).
제1항에 있어서, 제3 가스 라인(11)은 가스 압력 탱크(8) 또는 제2 가스 라인(10)으로부터 분기되고, 압축기(4)와 제1 열 교환기(5) 사이에서 작동 회로(3)로 이어지는, 작동 회로를 갖는 폐쇄형 가스 시스템을 포함하는 장치(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 제3 열 교환기(12)가 제1 가스 라인(9) 내에 배열되는, 작동 회로를 갖는 폐쇄형 가스 시스템을 포함하는 장치(1).
제3항에 있어서, 제1 가스 라인(9) 내의 제1 밸브(13)가 작동 유체의 흐름 방향으로 제3 열 교환기(12) 하류에 배열되는, 작동 회로를 갖는 폐쇄형 가스 시스템을 포함하는 장치(1).
제3항에 있어서, 제1 가스 라인(9) 내의 제1 밸브(13)가 작동 유체의 흐름 방향으로 제3 열 교환기(12) 상류에 배열되는, 작동 회로를 갖는 폐쇄형 가스 시스템을 포함하는 장치(1).
제2항에 있어서, 제4 열 교환기(14)가 제2 가스 라인(10) 내에 배열되고, 제5 열 교환기(15)가 제3 가스 라인(11) 내에 배열되는, 작동 회로를 갖는 폐쇄형 가스 시스템을 포함하는 장치(1).
제3항 및 제6항에 있어서, 하나 이상의 열 저장기(16)가, 전환 가능한 연결 라인(A, B, C)들을 통해 제3 열 교환기(12), 제4 열 교환기(14) 또는 제5 열 교환기(15)와 연결되는, 작동 회로를 갖는 폐쇄형 가스 시스템을 포함하는 장치(1).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 작동 유체가 팽창기(6)와 제2 열 교환기(7) 사이에서 추가 공급 가능한, 작동 회로를 갖는 폐쇄형 가스 시스템을 포함하는 장치(1).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 가스 압력 탱크(8)에는 하나 이상의 제2 가스 압력 탱크(19)가 병렬 접속되고, 가스 압력 탱크(8, 19)들은 상이한 압력 수준들에서 작동 가능한, 작동 회로를 갖는 폐쇄형 가스 시스템을 포함하는 장치(1).
제9항에 있어서, 압축기(4)는 2개 이상의 압축기 단(17)들을 포함하고, 제5 가스 라인(18)이 2개의 압축기 단(17)들 사이에서 작동 회로(3)로부터 분기되어 가스 압력 탱크(8, 19)들 중 하나 이상의 가스 압력 탱크로 이어지는, 작동 회로를 갖는 폐쇄형 가스 시스템을 포함하는 장치(1).
작동 유체가 반복적으로 연달아 작동 회로(3) 내에서 압축, 가열, 팽창 및 냉각되는, 폐쇄형 가스 시스템(2) 내에서의 압력 제어 방법에 있어서,
가스 시스템(2) 내의 압력을 제어하기 위해서는 작동 유체의 부분 흐름이 작동 회로(3)로부터 추출되고 저장되거나, 저장된 작동 유체 량이 다시 작동 회로(3)에 결합되며, 저장된 작동 유체 량은 작동 회로 내의 작동 유체의 팽창과 냉각 사이에서 이러한 작동 회로에 결합되는 것을 특징으로 하는, 폐쇄형 가스 시스템 내에서의 압력 제어 방법.
제11항에 있어서, 작동 유체는 적어도 부분적으로 압축된 이후에 그리고 열 교환을 통해 가열되기 이전에, 폐쇄형 가스 시스템(2)으로부터 추출되는, 폐쇄형 가스 시스템 내에서의 압력 제어 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 추출된 작동 유체는 저장되기 이전에, 냉각되는, 폐쇄형 가스 시스템 내에서의 압력 제어 방법.
제13항에 있어서, 작동 유체는 양의 주울-톰슨 계수에서 우선 열 교환을 통해 냉각된 다음, 밸브(13, 20)에 의해 가스 압력 탱크(8, 19) 내로 팽창되고, 음의 주울-톰슨 계수에서 우선 밸브(13, 20)를 통해 팽창된 다음, 열 교환을 통해 냉각되고, 그 이후에 저장되는, 폐쇄형 가스 시스템 내에서의 압력 제어 방법.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 작동 유체는 작동 회로(3)에 다시 결합되기 이전에 가열되는, 폐쇄형 가스 시스템 내에서의 압력 제어 방법.
제13항 및 제15항에 있어서, 열 저장기(16)가 작동 유체의 냉각 시에 충전되고, 작동 유체의 가열 시에 방출되는, 폐쇄형 가스 시스템 내에서의 압력 제어 방법.
제11항 내지 제16항에 있어서, 상이한 압력들에서 작동 회로(2)로부터 추출된 작동 유체가 다양한 가스 압력 탱크(8, 19)들에 공급되는, 폐쇄형 가스 시스템 내에서의 압력 제어 방법.