(57)【要約】  動力回収サブシステム、極低温エネルギー貯蔵システム、および熱エネルギーを捕捉し、貯蔵して再使用する方法が開示される。
2021513626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温エネルギー貯蔵システムのための動力回収サブシステムであって、
第１の熱源と、
第１の熱交換器と、
第２の熱交換器と、
第１の膨張段と、
第２の膨張段と、
上流端および下流端を有し、前記第１の熱交換器、前記第１の膨張段、前記第２の熱交換器、および前記第２の膨張段を通して作動流体を送るように構成された、導管の第１の配列と、
第１の熱移送流体を、前記第１の熱源から前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器を通して送るように構成された、導管の第２の配列と、
を備え、
導管の前記第２の配列が、前記第１の熱移送流体の第１の部分を前記第１の熱交換器を通して送り、前記第１の熱移送流体の第２の部分を前記第２の熱交換器を通して送るようにさらに構成される、動力回収サブシステム。
【請求項２】
第３の熱交換器と、
第３の膨張段と、
をさらに備え、
導管の前記第１の配列が、前記作動流体を前記第３の熱交換器および前記第３の膨張段を通して送るようにさらに構成され、
導管の前記第２の配列が、前記第１の熱移送流体の第３の部分を前記第３の熱交換器を通して送るようにさらに構成される、請求項１に記載のサブシステム。
【請求項３】
第２の熱源と、
第４の熱交換器と、
第４の膨張段と、
第２の熱移送流体を前記第２の熱源から前記第４の熱交換器を通して送るように構成された、導管の第３の配列と、
をさらに備え、
導管の前記第１の配列が、前記作動流体を前記第４の熱交換器および前記第４の膨張段を通して送るようにさらに構成される、請求項１または２に記載のサブシステム。
【請求項４】
第５の熱交換器と、
第５の膨張段と、
をさらに備え、
導管の前記第１の配列が、前記作動流体を前記第５の熱交換器および前記第５の膨張段を通して送るようにさらに構成され、
導管の前記第３の配列が、前記第２の熱移送流体の第１の部分を前記第４の熱交換器を通して送り、前記第２の熱移送流体の第２の部分を前記第５の熱交換器を通して送るようにさらに構成される、請求項３に記載のサブシステム。
【請求項５】
導管の前記第３の配列が通過する１つ以上の前記熱交換器が、導管の前記第２の配列が通過する前記熱交換器の上流で導管の前記第１の配列に沿って配置される、請求項３または請求項４に記載のサブシステム。
【請求項６】
導管の前記第３の配列が通過する１つ以上の前記熱交換器が、導管の前記第２の配列が通過する前記熱交換器の下流で導管の前記第１の配列に沿って配置される、請求項３または請求項４に記載のサブシステム。
【請求項７】
第６の熱交換器をさらに備え、
導管の前記第１の配列が、（ｉ）導管の前記第２の配列が通過する最も遠い上流の熱交換器と、（ｉｉ）導管の前記第３の配列が通過する最も遠い上流の熱交換器と、の両方の上流で前記第６の熱交換器を通して前記作動流体を送るようにさらに構成され、
導管の前記第１の配列が、前記作動流体出力を、最も遠い下流の膨張段から前記第６の熱交換器を通して排出部に送るようにさらに構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のサブシステム。
【請求項８】
前記作動流体の一部を、導管の前記第１の配列内の下流の位置から蒸発器および第１の圧縮機を通して分流させて、前記作動流体の一部を導管の前記第１の配列内の上流の位置に戻すように構成された導管の第４の配列をさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載のサブシステム。
【請求項９】
前記蒸発器が、前記最も遠い上流の熱交換器の上流で導管の前記第１の配列に沿って配置され、前記下流の位置が、前記最も遠い下流の膨張段の下流であり、前記上流の位置が、前記最も遠い下流の膨張段の直近の上流である、請求項８に記載のサブシステム。
【請求項１０】
前記サブシステムが、導管の前記第２の配列が前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器および前記第３の熱交換器を通過して、望ましくは他の熱交換器を通過せず、導管の前記第３の配列が前記第４の熱交換器を通過して、望ましくは他の熱交換器を通過しないように構成され、導管の前記第３の配列が通過する前記熱交換器が、導管の前記第２の配列が通過する前記熱交換器の上流にある、請求項３から９のいずれか一項に記載のサブシステム。
【請求項１１】
前記サブシステムが、導管の前記第２の配列が前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器および前記第３の熱交換器を通過して、望ましくは他の熱交換器を通過せず、導管の前記第３の配列が前記第４の熱交換器および前記第５の熱交換器を通過して、望ましくは他の熱交換器を通過しないように構成され、導管の前記第２の配列が通過する前記熱交換器が、導管の前記第３の配列が通過する前記熱交換器の上流にある、請求項４から９のいずれか一項に記載のサブシステム。
【請求項１２】
前記サブシステムが、導管の前記第２の配列が前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器および前記第３の熱交換器を通過して、望ましくは他の熱交換器を通過せず、導管の前記第３の配列が前記第４の熱交換器を通過して、望ましくは他の熱交換器を通過しないように構成され、導管の前記第２の配列が通過する前記熱交換器が、導管の前記第３の配列が通過する前記熱交換器の上流にある、請求項３から９のいずれか一項に記載のサブシステム。
【請求項１３】
前記第１の熱源が、第１の熱エネルギー貯蔵デバイスであり、導管の前記第２の配列が、前記第１の熱移送流体を、導管の前記第２の配列が通過するように構成された各熱交換器を通して送った後、前記第１の熱移送流体を第１の熱エネルギー貯蔵デバイスに戻すようにさらに構成され、それによって、導管の前記第２の配列が第１の閉回路を形成する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のサブシステム。
【請求項１４】
前記第２の熱源が、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスであり、導管の前記第３の配列が、前記第２の熱移送流体を、導管の前記第３の配列が通過するように構成された各熱交換器を通して送った後、前記第２の熱移送流体を前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスに戻すようにさらに構成され、それによって、導管の前記第３の配列が第２の閉回路を形成する、請求項３から１３のいずれか一項に記載のサブシステム。
【請求項１５】
前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスが、リサイクル空気圧縮機によって生成された圧縮熱の少なくとも一部を貯蔵するように構成され、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、主空気圧縮機によって生成された圧縮熱の少なくとも一部を貯蔵するように構成され、随意に、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、溶融塩を運ぶのに好適な配管を備えてよい、請求項１４に記載のサブシステム。
【請求項１６】
第１０の熱交換器と、
第１１の熱交換器と、
をさらに備え、
前記第２の熱源が、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスであり、
導管の前記第１の配列が、前記第４の熱交換器の直近の上流の前記第１０の熱交換器を通して前記作動流体を送るようにさらに構成され、
導管の前記第３の配列が、２つの閉ループを形成するように構成され、第１の閉ループが、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスおよび前記第１１の熱交換器を通過し、第２の閉ループが、前記第１１の熱交換器および前記第４の熱交換器を通過し、
随意に、前記第１の閉ループ内の熱移送流体が、溶融塩を含み、さらに随意に、前記第２の閉ループ内の熱移送流体が、熱媒油または熱媒油の混合物を含む、請求項３から１３のいずれか一項に記載のサブシステム。
【請求項１７】
前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスが、主空気圧縮機によって生成された前記圧縮熱の少なくとも一部およびリサイクル空気圧縮機によって生成された前記圧縮熱の少なくとも一部を貯蔵するように構成され、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、前記主空気圧縮機によって生成された前記圧縮熱の少なくとも一部を貯蔵するように構成され、随意に、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、溶融塩を運ぶのに好適な配管を備えてよい、請求項１６に記載のサブシステム。
【請求項１８】
前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記熱エネルギーの温度より高い温度で熱エネルギーを貯蔵するように構成され、随意に、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、１５０℃と５５０℃との間、望ましくは２００℃と４００℃との間の熱エネルギーを貯蔵するように構成され、前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスが、１５０℃と３５０℃との間の熱エネルギーを貯蔵するように構成される、請求項１４から１７のいずれか一項に記載のサブシステム。
【請求項１９】
第１の熱エネルギー貯蔵デバイスおよび第２の熱エネルギー貯蔵デバイスから温熱エネルギーを、対応する複数の熱交換器を介して受けるように、かつ前記温熱エネルギーを複数の膨張段および複数の熱交換器を通過する作動流体に移送するように構成された、複数の膨張段を備える、動力回収サブシステムであって、望ましくは、請求項３から１４のいずれか一項による、動力回収サブシステムと、
熱エネルギーを前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスおよび前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスに供給するように構成された液化サブシステムと、
を備え、前記液化サブシステムが、
主空気圧縮機と、
リサイクル空気圧縮機と、
第８の熱交換器と、
第９の熱交換器と、
前記主空気圧縮機、前記第８の熱交換器、前記リサイクル空気圧縮機、および前記第９の熱交換器を通してプロセス流れを送るように構成された導管の第５の配列と、
第３の閉回路を形成し、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスと前記第８の熱交換器との間に第３の熱移送流体を送るように構成された導管の第６の配列と、
第４の閉回路を形成し、前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスと前記第９の熱交換器との間に第４の熱移送流体を送るように構成された導管の第７の配列と、
をさらに備え、
前記第８の熱交換器が、前記主空気圧縮機の直近の下流の導管の前記第５の配列に沿って配置され、かつ前記主空気圧縮機からの前記プロセス流れの圧縮熱の少なくとも一部を、前記第３の熱移送流体を介して前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスに移送するように構成され、
前記第９の熱交換器が、前記リサイクル空気圧縮機の直近の下流の導管の前記第５の配列に沿って配置され、かつ前記リサイクル空気圧縮機からの前記プロセス流れの前記圧縮熱の少なくとも一部を、前記第４の熱移送流体を介して前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスに移送するように構成される、極低温エネルギー貯蔵システム。
【請求項２０】
主空気圧縮機と、
リサイクル空気圧縮機と、
第２の熱エネルギー貯蔵デバイスと、
第１の熱エネルギー貯蔵デバイスと、
作動流体と、
第１のサブセットおよび第２のサブセットを含む複数の膨張段と、
を備える熱エネルギーリサイクルシステムであって、
液化段階の間に前記主空気圧縮機によって生み出された圧縮熱の少なくとも一部を捕捉して、前記圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵し、かつ動力回収段階の間に前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記圧縮熱を膨張段の前記第１のサブセットの各々の上流で前記作動流体に加えるように構成され、
液化段階の間に前記リサイクル空気圧縮機によって生み出された前記圧縮熱の少なくとも一部を捕捉して、前記圧縮熱の少なくとも一部を前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵し、かつ動力回収段階の間に前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記圧縮熱を膨張段の前記第２のサブセットの各々の上流で前記作動流体に加えるようにさらに構成される、熱エネルギーリサイクルシステム。
【請求項２１】
極低温エネルギー貯蔵システム内の熱エネルギーをリサイクルするための方法であって、
液化サブシステムを提供ステップであって、前記液化サブシステムが、
主空気圧縮機と、
リサイクル空気圧縮機と、
第２の熱エネルギー貯蔵デバイスと、
第１の熱エネルギー貯蔵デバイスと、
を備える、ステップと、
動力回収サブシステムを提供するステップであって、前記動力回収サブシステムが、
作動流体と、
第１のサブセットおよび第２のサブセットを含む複数の膨張段と、
を備える、ステップと、
前記主空気圧縮機から圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、かつ前記圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵するステップと、
前記リサイクル空気圧縮機から圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、かつ前記圧縮熱の少なくとも一部を前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵するステップと、
前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記圧縮熱を膨張段の前記第１のサブセットの各々の上流で前記作動流体に加えるステップと、
前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記圧縮熱を膨張段の前記第２のサブセットの各々の上流で前記作動流体に加えるステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力回収サブシステムならびに液化および動力回収サブシステムを有する極低温エネルギー貯蔵システムに関し、詳細には、温熱エネルギーを捕捉し、貯蔵して再使用するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送配電ネットワーク（またはグリッド）は、発電と消費者からの需要とを平衡させなければならない。これは、通常、発電所を起動および停止させ、いくつかの発電所を低減された負荷で運転することによって、発電側（供給側）を調節することによって達成される。ほとんどの既存の火力および原子力発電所は、全負荷で連続的に運転するときに最も効率的であるので、この方法では、供給側の平衡を保つことにおいて効率ペナルティが存在する。期待される、風力タービンおよびソーラーコレクタなどの大幅な断続的再生可能発電容量をネットワークに導入することは、発電フリートの部分ごとの利用可能性に不確実性が生じることによって、グリッドの平衡をいっそう複雑にする。低需要の期間中のエネルギーを、高需要の期間中または断続的発電機からの低出力の間に後で使用するために貯蔵する手段は、グリッドの平衡を保って供給のセキュリティを提供することにおいて非常に有益である。
【０００３】
動力貯蔵デバイスは、動作の３つの位相、すなわち充電、貯蔵および放電を有する。動力貯蔵デバイスは、送配ネットワーク上で発電容量が不足しているときに、高度に断続的な基準で動力を生成（放電）する。これは、ローカルな動力市場内の電力に対する高価格によって、または追加の容量に対するネットワークの動作に対して責任を負う組織からの要請によって、貯蔵デバイス事業者にシグナリングされ得る。英国などのいくつかの国では、ネットワーク事業者は、補助的蓄積をネットワークに供給するために、急速始動能力を有する発電プラントの事業者と契約を締結する。そのような契約は、数か月または数年にも及ぶことがあるが、一般的に、動力供給者が運転（発電）する時間はきわめて短い。これは、貯蔵デバイスに対する典型的な運転プロフィールを示す図１に示されている。加えて、貯蔵デバイスは、断続的再生可能発電機からグリッドに動力を過剰供給するたびに、追加の負荷を提供する付加サービスを提供することができる。風速は、しばしば、需要が低い夜間に高い。ネットワーク事業者は、低いエネルギー価格信号もしくは消費者との特定の契約を通して、過剰供給を利用するためにネットワーク上に追加の需要を手配するか、または他の発電所もしくは風力発電基地からの動力の供給を抑制するかのいずれかを行わなければならない。場合によっては、特に、風力発電機が助成される市場では、ネットワーク事業者は、風力発電基地事業者に費用を払って風力発電基地を停止しなければならない。貯蔵デバイスは、過剰供給のたびに、グリッドの平衡を保つために使用され得る有益な追加の負荷をネットワーク事業者に提供する。
【０００４】
動力貯蔵デバイスが商業的に実行可能であるために、以下の要因、すなわちＭＷ（動力容量）およびＭＷｈ（エネルギー容量）当たりの資本コスト、往復サイクル効率、ならびに初期投資およびその環境影響（その二酸化炭素排出量および有害化学物質のその潜在的使用または産出に対する国の規制）から予期することができる充放電サイクル数に関する寿命、を考慮に入れなければならない。広範な発電所規模の用途に対して、動力貯蔵デバイスは、それが電力ネットワーク内で必要とされる場所に展開可能であるべきである。言い換えれば、動力貯蔵デバイスは、小さい設置面積を提示すべきであり、その作動原理は、水力発電システムまたは圧縮空気エネルギー貯蔵デバイス用に必要な制約など、特定の地理的制約を必要とすべきではない。
【０００５】
液体空気などの寒剤を使用する極低温エネルギー貯蔵技術は、他の利用可能な動力貯蔵技術をしのぐいくつかの利点を提示する。極低温エネルギー貯蔵システムは、一般的に、液体空気の物理特性によってエネルギー密度が高く、高度に移設可能で（それらは地理的制約がない比較的小さい貯蔵タンクを使用するため）、環境に優しく（その作動原理は有害物質の使用もしくは産出または炭素排出物の生成を伴わないため）、かつ比較的安価である。充填または液化の段階では、低需要の期間（オフピーク期間）における低コスト動力または断続的再生可能発電機からの過剰供給の低コスト電力が、空気を液化するために使用される。次いで、この液体空気は、貯蔵タンク内に寒剤として貯蔵され、後で、放電または動力回収の段階の間に（電力コストが高いピーク期間の間に）排出され、ポンプでくみ上げられ、加熱されてタービンを駆動して電力を生み出す。極低温エネルギー貯蔵技術は、極低温度における液体空気と大気温度以上における気体空気との間の熱力学エネルギーポテンシャルに依存する。頭字語ＣＥＳは極低温エネルギー貯蔵を表し、したがって、本明細書全体を通して使用される。ＣＥＳシステムの往復効率は、動力回収ユニットの正味電気エネルギー出力と液化ユニットの正味電気エネルギー入力との比であるとして定義される。
【０００６】
図２に示す簡略図では、ＣＥＳシステムは、液化ユニット（１）、寒剤タンク（２）、および動力回収ユニット（３）から成る。それらは、下記の２つのカテゴリーに分類され得る。
−  熱エネルギーに関して自立している、すなわち、それらは外部の温熱エネルギー源および外部の冷熱エネルギー源との統合を必要としない、独立型ＣＥＳシステム。
−  および、熱統合型ＣＥＳシステム、すなわち、原子力発電所、火力発電所（たとえば、開放サイクルガスタービンガスプラント、ガスタービンプラントと従来型蒸気サイクルとの複合サイクル）、データセンタ、製鋼所、炉であって、廃棄温熱エネルギーのための陶磁器、テラコッタ、ガラス製造およびセメント製造産業で使用される、炉、ならびに、たとえば廃棄冷熱エネルギーのためのＬＮＧ再ガス化ターミナルなど、前記ＣＥＳシステムの外部でかつそれと共存するシステムからの廃棄温熱エネルギーおよび／または廃棄冷熱エネルギーを受けるＣＥＳシステム。
【０００７】
熱エネルギーは低温または高温のいずれかであり得る。
【０００８】
「廃棄冷熱エネルギー」という用語は、第１のシステムの副産物であり、第１のシステム以外のシステムにおいて使用される任意の冷熱エネルギーを包含する。同様に、「廃棄温熱エネルギー」という用語は、第１のシステムの副産物であり、第１のシステム以外のシステムにおいて使用される任意の温熱エネルギーを包含する。
【０００９】
「圧縮熱」という用語は、圧縮された流体内に埋め込まれる温熱エネルギーを指す。言い換えれば、「圧縮熱」は、圧縮の結果として液化ユニットのプロセス流れが経験する感知できるエネルギーの増加を指す。それに応じて、この用語は、流体の圧縮の間に生成され、その後、熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵され、続いて、別の流体に供給される任意の温熱エネルギーも包含することができる。本特許出願内で言及する圧縮熱は、それが生成されたシステムと同じシステム、すなわちＣＥＳシステムによってそれが生み出されて使用されるので、廃棄温熱エネルギーとして見なされない。
【００１０】
本発明は、液化段階の間に排出されて捕捉された種々のグレードおよび量の圧縮熱が、後で、動力回収段階の間に動力回収ユニットによって供給される動力出力を改善するために利用されるように、独立型と熱統合型との両方のＣＥＳシステムの中での圧縮熱リサイクルシステムの実際的な実装形態に対処する。加えて、貯蔵された圧縮熱を使用して前段加熱または段間再加熱のいずれかを介して、その膨張の前に作動流体の温度を増加させることで、動力回収ユニットの動力出力の増加がもたらされ、それが、ＣＥＳシステムの往復効率の改善につながる。
【００１１】
大気温度より上で、温熱エネルギーのグレードは、温度の増加につれて高まる。反対に、大気温度より下で、冷熱エネルギーのグレードは、温度の減少につれて高まる。
【００１２】
本発明は、動力回収サブシステムの効率を改善するために、貯蔵された圧縮熱をターボ膨張機の膨張段の構成に加えることを目的とする。本発明は、同じく、圧縮熱リサイクルシステムが統合されたＣＥＳシステムの往復効率を改善することができる圧縮熱リサイクルシステムと、ＣＥＳシステムの往復効率を改善するために液化段階の間に利用され(harnessed)、動力回収段階の間に回収される圧縮熱をリサイクルするための方法と、を提供することを目的とする。
【００１３】
圧縮中に生成される圧縮熱は、そのグレードのみならずその量によっても特徴づけられる。圧縮機によって処理される所与の流体内に埋め込まれる温熱エネルギーのグレードおよび量は、圧縮機によって処理される質量流量率、圧縮機入口温度、圧縮機入口圧力、全圧縮機圧力比、および圧縮機の効率の関数であるといえる。
【００１４】
ＣＥＳシステムは、液化段階の間に液化ユニット内で生成される圧縮熱、すなわち液化される気体の加圧された流れの中に埋め込まれる温熱エネルギーを捕捉し、次いで、それを熱エネルギー貯蔵デバイス（ＴＥＳＤ）内に貯蔵して、それを動力回収段階の間に動力回収ユニットの作動流体に排出するように設計されたサブシステムを使用し得る。温熱エネルギーの捕捉および排出は、少なくとも１つの熱交換器の使用に依存し得る。そのようなサブシステムは、本明細書を通して、圧縮熱リサイクルシステムと呼ばれる。
【００１５】
液化ユニット内に存在する液化される気体の加圧された流れおよび動力回収ユニット内に存在する加圧された寒剤は、一般的に、それぞれ、「液化ユニットのプロセス流れ」および「動力回収ユニットの作動流体」と呼ばれる。
【００１６】
知られている圧縮熱リサイクルシステムは、一般的に、少なくとも１つの圧縮機と、少なくとも１つのターボ膨張機と、少なくとも１つの熱エネルギー貯蔵デバイスと、を備える。
【００１７】
本発明の圧縮熱リサイクルシステムを含む、圧縮熱リサイクルシステム内で使用するのに好適な圧縮機は、圧縮機によって処理される流体の入口および出口の圧力によって特徴づけられ得る。圧縮機は、軸流式、遠心式、往復式、もしくは回転式、または任意のそれらの組合せなどであってよい。圧縮機は、少なくとも１つの圧縮段を提示してよく、各圧縮段は、その圧力比によって定義される。圧縮段の数およびそれらのそれぞれの圧力比は、一般的に、所与の動作条件（たとえば、各圧縮段出力における所望の温度、段間に配置された機器の部品を考慮に入れた圧縮段間の圧力低下の最小化、製造業者の機器の仕様など）を仮定して、熱力学プロセス技術者によってコンピュータシミュレーションを介して行われるターボ機械性能最適化によって決定される。一般的に、冷却器（すなわち、プロセス流れを冷却するために空気または水を使用する熱交換器）は、それらの圧縮段を通るその圧縮の前にプロセス流れを冷却するために圧縮機の圧縮段の上流に、またはプロセス流れを冷却してその後続の液化を容易にするために圧縮出力の下流に置かれる。第１の構成では、下流の圧縮段を駆動するための動力入力は、その圧縮段の入力温度を減少させることによって低減される。第２の構成は、圧縮機による気体出力の流れから温熱エネルギーをさらに除去し、したがって、その後続の液化を容易にすることを可能にする。その結果、冷却器は、液化のプロセス流れの中に埋め込まれた圧縮熱の一部または全部を除去し得る。本圧縮熱リサイクルシステムは、任意の圧縮段の下流でかつ少なくとも１つの圧縮熱捕捉熱交換器を介する圧縮段の任意の組合せの下流の圧縮熱を捕捉することを可能にする。
【００１８】
本発明の圧縮熱リサイクルシステムを含む、圧縮熱リサイクルシステム内で使用するのに好適なターボ膨張機は、ターボ膨張機によって処理される流体の入口および出口の圧力によって特徴づけられ得る。ターボ膨張機は、軸流式もしくはラジアル式または任意のそれらの組合せであり得る。ターボ膨張機は、少なくとも１つの膨張段を示し得、各膨張段は、その圧力比によって定義される。膨張段の数およびそれらのそれぞれの圧力比は、一般的に、所与の動作条件（たとえば、各膨張段出力において達成するための温熱エネルギーおよび温度の量、段間に配置された機器の部品を考慮に入れた膨張段間の圧力低下の最小化、製造業者の機器の仕様など）を仮定して、熱力学プロセス技術者によってコンピュータシミュレーションを介して行われるターボ機械性能最適化によって決定される。
【００１９】
一般的に、膨張のプロセスは流体温度の低下を伴うので、動力回収加熱器（すなわち、熱交換器）は、膨張の前に気体の流れを加熱するために、ターボ膨張機入力部に直近の上流、またはその膨張段の間のいずれかに置かれる。両構成は、ターボ膨張機の動力出力を増加させることができる。
【００２０】
熱エネルギー貯蔵デバイス（ＴＥＳＤ）の目的は、熱エネルギー（すなわち、温熱エネルギーまたは冷熱エネルギー）を、制御された方式で捕捉、貯蔵および排出することである。一般的に、それらの内部アーキテクチャにおいて異なる種々のタイプのＴＥＳＤが存在する。「充填層(packed bed)」として一般に知られているいくつかのＴＥＳＤは、固定固相で満たされ、それを通して熱エネルギー移送流体が循環し、熱エネルギーでＴＥＳＤを充填するか、または熱エネルギーが必要な所に熱エネルギーを供給するために熱エネルギーを放出する。固定固相は、熱エネルギーを保持することができる多孔質の固体媒体または固体粒子の充填層からなり得る。特許文献１で開示される、より精緻な充填層ＴＥＳＤは、圧力低下を許容レベルに保ち、かつＴＥＳＤの充填および放出の終わりに向けて熱エネルギー移送流体の流量を増加させることによって終端効果を最小にしながら、非対称の充填および放出を調節することができる、柔軟なシステムを提供することを目的とする。他のＴＥＳＤは、固定相液体で満たされ、それを通して少なくとも１つの熱交換コイルが通過し、熱エネルギー移送流体の移動が可能になる。温度躍層として一般に知られている他のＴＥＳＤは、異なる温度における単一の熱エネルギー移送流体の２つの密度依存領域を含む容器から成り、（密度差によって）互いに層を成す。温度躍層の１つのバージョンは、２つの個別の容器を備え、各々は、２つの異なる温度（すなわち、暖かいタンクと冷たいタンクとがある）において同じ熱エネルギー移送流体を収容する。
【００２１】
知られている圧縮熱リサイクルシステムは、圧縮機による圧縮の後、液化ユニットのプロセス流体の中に埋め込まれた圧縮熱を捕捉して（ＴＥＳＤ内で）貯蔵し、その圧縮熱を動力回収ユニットの作動流体に、ターボ膨張機によるその膨張の前に移送し得る。
【００２２】
圧縮熱リサイクルシステムにおいて従来から採用されているタイプのＴＥＳＤは、液化ユニットのプロセス流れとＴＥＳＤの熱貯蔵媒体との間、およびＴＥＳＤの熱貯蔵媒体と動力回収ユニットの作動流体との間で発生する熱交換のタイプを決定する。表１は、異なるタイプのＴＥＳＤに対する熱エネルギー移送のメカニズムを要約する。表１に記載する記号「＋」および「−」は、所与の熱交換タイプが、それぞれ、可能または不可能のいずれかであることを意味する）。液化ユニットのプロセス流体または動力回収ユニットの作動流体とＴＥＳＤの熱貯蔵媒体との間の熱交換は、実際には、直接的性質または間接的性質のいずれかである。流体（たとえば、液化ユニットのプロセス流体または動力回収ユニットの作動流体）とＴＥＳＤの熱貯蔵媒体との間の直接的熱交換は、それらの間の直接的な物理的接触に依存する。流体（たとえば、液化ユニットのプロセス流体または動力回収ユニットの作動流体）とＴＥＳＤの熱貯蔵媒体との間の間接的熱交換は、前記流体とＴＥＳＤを介して循環する中間熱移送流体との間の熱移送を可能にする中間熱交換器の使用を暗示する。
【００２３】
【表１】
2021513626.tif 000003
【００２４】
図３Ａ〜図３Ｄは、圧縮機からターボ膨張機への熱移送が発生し得る方法の概略図を示す。各概略図は、圧縮機と、充填層ＴＥＳＤと、ターボ膨張機と、を備える。液化段階の間に圧縮機によって生成される圧縮熱は、圧縮熱捕捉熱交換器を介して捕捉されて、ＴＥＳＤ内に貯蔵される。貯蔵された圧縮熱は、続いて、動力回収段階の間に動力回収ユニットの作動流体に加えられる。液化段階および動力回収段階は、異なる時間に発生する場合がある。その結果、圧縮熱リサイクルシステム内を流れる流れの方向を示す矢印は、単なる参考であり、液化段階と動力回収段階とが同時に発生するという事実を表現するものではない。しかしながら、場合によっては、液化段階と動力回収段階とは、同時に発生することもある。
【００２５】
表２は、図３Ａ〜図３Ｄで発生する熱交換の性質に関する情報を要約する。
【００２６】
【表２】
2021513626.tif 000004
【００２７】
図３Ａでは、圧縮熱は、直接的熱交換を介してＴＥＳＤ（４）によって捕捉されて排出され、それによって、ＴＥＳＤ（４）は、圧縮機（５）とその下流で流体接続しており、かつターボ膨張機（６）とその上流で流体接続している。圧縮機（５）による圧縮の後、液化ユニットのプロセス流れは、ＴＥＳＤ（４）の充填層を通して搬送され、その温熱エネルギーをＴＥＳＤ（４）に移送する。動力回収ユニットの作動流体は、後で、ＴＥＳＤ（４）の充填層を通って循環されて、ターボ膨張機（６）によるその膨張の前に、ＴＥＳＤ（４）内に貯蔵された圧縮熱を収集する。圧縮機（５）の出力圧力が、ＴＥＳＤ圧力に加えられ、その圧力が、ひいては、ターボ膨張機（６）の入力圧力に加えられる。しかしながら、圧縮熱が捕捉されて貯蔵される際の圧力が、貯蔵された圧縮熱が動力回収ユニットの作動流体に供給される際の圧力と異なる場合、ＴＥＳＤに圧力サイクルが加わり、システム全体の資本支出を悪化させることが可能である。
【００２８】
図３Ｂでは、ＴＥＳＤ（４）と圧縮熱捕捉熱交換器（７）とのペアおよびＴＥＳＤ（４）と熱交換器（８）とのペアが、それぞれ、第１の閉ループおよび第２の閉ループの中に封入され、導管の配列とＴＥＳＤ（４）との一部を共有し、それらの両方を通って熱移送流体が循環するように、圧縮熱が、間接的熱交換を介してＴＥＳＤ（４）によって捕捉されて排出される。循環ポンプは、熱移送流体を両方の閉ループを通して循環させることを可能にする。圧縮熱捕捉熱交換器（７）は、圧縮流体（すなわち、液化ユニットのプロセス流体）からできるだけ多くの圧縮熱を取り出すことを探求し、それゆえ、その機能が、液化ユニットのプロセス流体内に埋め込まれた圧縮熱の少なくとも一部を取り除くことである（本明細書で前に定義した）冷却器とは見なされない。熱交換器（８）は、（本明細書で前に定義した）動力回収加熱器と見なされる。圧縮熱は、第１の閉ループおよびＴＥＳＤ（４）の充填層を通って循環する熱移送流体とＴＥＳＤ（４）の充填層および第２の閉ループを通って循環する熱移送流体との一連のアクションを介して、圧縮機（５）による圧縮の後の液化ユニットのプロセス流れからターボ膨張機（６）による膨張の前の動力回収ユニットの作動流体に移送される。この構成は、第１および第２の閉ループ内の圧力は、液化ユニットのプロセス流体の圧力および動力回収ユニットの作動流体の圧力から完全に独立しているという利点を提示する。
【００２９】
図３Ｃおよび図３Ｄは、ＴＥＳＤ（４）による圧縮熱の捕捉および排出が、それぞれ、互いに異なる性質の熱交換を介して発生する場合を表す。
【００３０】
図３Ｃでは、ＴＥＳＤ（４）は、圧縮機（５）とその下流で流体接続している。ＴＥＳＤ（４）および動力回収加熱器（８）は、第３の個別の閉ループ内に封入され、そこを通って熱移送流体が循環する。圧縮機（５）による圧縮の後、液化ユニットのプロセス流れ内に埋め込まれた圧縮熱は、ＴＥＳＤ（４）の充填層に直接的に移送される。次いで、第３の閉ループの熱移送流体は、動力回収加熱器（８）を介してＴＥＳＤ（４）内に貯蔵された圧縮熱を、ターボ膨張機（６）による膨張の前に動力回収ユニットの作動流体に伝達する。圧縮機（５）の出力の圧力が、第３の個別の閉ループ内で循環する熱移送流体の圧力と異なる場合、ＴＥＳＤ（４）を循環する圧力が、必然的に起こり得る。
【００３１】
図３Ｄでは、ＴＥＳＤ（４）および圧縮熱捕捉熱交換器（７）は、第４の個別の閉ループ内に封入され、そこを通って熱移送流体が循環する。ＴＥＳＤ（４）は、ターボ膨張機（６）とその上流で流体接続している。圧縮機（５）による圧縮の後、液化ユニットのプロセス流れ内に埋め込まれた圧縮熱は、最初に、圧縮熱捕捉熱交換器（７）を介して第４の閉ループの熱移送流体に、次いでＴＥＳＤ（４）の充填層に移送される。ターボ膨張機（６）によるその膨張の前に、動力回収ユニットの作動流体は、ＴＥＳＤ（４）を通って循環することによってＴＥＳＤ（４）から貯蔵された圧縮熱を取り除く(strip)。ターボ膨張機（６）の入力の圧力が、第４の個別の閉ループを通って循環する熱移送流体の圧力と異なる場合、ＴＥＳＤ（４）を循環する圧力が、必然的に起こり得る。
【００３２】
表２に記載される４つの構成の中から、最もエネルギー効率の高い圧縮熱リサイクルシステム構成を選択することに関するときに考慮すべきいくつかの技術的要因、すなわち熱移送効率、ポンピングエネルギー要件、および圧力低下が存在する。直接的熱交換は、中間熱移送流体の使用を伴わず、したがって、間接的熱交換より高い熱移送効率を助長する。ポンピングエネルギー要件に関して、熱移送流体の密度が最も重要であり、所与の圧力差に対して、流体の密度が高いほど、前記流体が圧縮されるのに必要な仕事入力(work input)がより低くなる。最もエネルギー効率の高い圧縮熱リサイクルシステム構成を選択することは、コンピュータベースのシミュレーションを実行することによって行われ得る。
【００３３】
液化段階の間に発生する直接的熱交換に関して、単一のＴＥＳＤは、圧縮機の様々な圧縮段の出力圧力は互いに異なるので、圧縮機の各圧縮段によって生成された圧縮熱を同時に捕捉することができない。単一のＴＥＳＤは、圧縮機の任意の圧縮段の下流に置かれてよく、したがって、前記ＴＥＳＤの上流の圧縮段の出力圧力に耐えることができるべきである。この技術的要件は、圧力が高いほど、ＴＥＳＤ圧力容器がその容器を支えるために必要な鋼鉄の量が多くなり、ＴＥＳＤのコストが高くなるので、資本支出に及ぼす影響が大きい。
【００３４】
動力回収段階の間に発生する直接的熱交換に関して、単一のＴＥＳＤは、ターボ膨張機の様々な膨張段の入力圧力は互いに異なるので、貯蔵された圧縮熱をターボ膨張機の各膨張段に同時に供給することができない。
【００３５】
液化段階の間に発生する間接的熱交換に関して、単一のＴＥＳＤは、圧縮熱捕捉熱交換器を圧縮機の各圧縮段の下流に置くことによって、各圧縮段によって生成された圧縮熱を同時に捕捉することができる。複数の圧縮段によって生成された圧縮熱は、一般に異なる温度を示すことに留意することが重要である。
【００３６】
動力回収段階の間に発生する間接的熱交換に関して、単一のＴＥＳＤは、動力回収加熱器をターボ膨張機の上流でかつターボ膨張機の各膨張段の間に置くことによって、貯蔵された圧縮熱を各膨張段の前に同時に供給することができる。
【００３７】
直接的熱交換を介するＴＥＳＤによって捕捉された圧縮熱は、圧縮熱を圧縮機出力圧力において貯蔵し、そのことがＴＥＳＤ圧力容器のコストに影響を及ぼすことを暗示する。また、直接的熱交換を介するＴＥＳＤによって排出される圧縮熱は、ＴＥＳＤの圧力がターボ膨張機入力の圧力と同じであり、そのことで圧力が高いためにターボ膨張機のコストが影響を受ける（ターボ膨張機は高圧に耐えることができる材料で作られなければならず、そのことでそのコストが増大する）こと、またはＴＥＳＤに圧力サイクルが加わるために、より高い資本支出がもたらされることのいずれかを伴う。
【００３８】
本発明者らは、ＴＥＳＤを間接的熱交換を介して圧縮機およびターボ膨張機と相互作用させることは、その相互作用が直接的熱交換を介して行われる場合と比較して、いくつかの利点を提示し、それは、温熱エネルギー移送効率と資本支出とのバランスを保つためにＴＥＳＤ圧力をチューニングすることのみならず、圧縮熱を（任意の圧縮機または圧縮段の下流に置かれた圧縮熱捕捉熱交換器を介して）捕捉することおよび貯蔵すること、ならびに後で、１つまたは任意の複数のターボ膨張機の任意の膨張段の前に動力回収加熱器を介して圧縮熱を供給することを可能にすることに気がついた。
【００３９】
動力回収ユニットの動力出力を増加させるために液化ユニットによって生成された圧縮熱をリサイクルすることは、いくつかの特許出願（たとえば、特許文献２）において言及されている。他の特許出願は、圧縮熱リサイクルの概念を実施するためにいくつかの実施形態を発表している。
【００４０】
特許文献３は、液化ユニットおよび動力回収ユニットが、それぞれ、４つの圧縮機（要素１０１、１０５、１０９および１１３）および４つのターボ膨張機（６０２、６０３、６０４、６０５）を備える単純な配列を提案している。各所与の圧縮機／ターボ膨張機のペアは、その出願の図６〜図８に示されるように、冷却器と統合された所与のＴＥＳＤに関連付けられる。第１のＴＥＳＤは、第１の圧縮機／第４のターボ膨張機と、第２のＴＥＳＤは第２の圧縮機／第３のターボ膨張機と、第３のＴＥＳＤは第３の圧縮機／第２のターボ膨張機と、および第４のＴＥＳＤは第４の圧縮機／第１のターボ膨張機と関連付けられる。しかしながら、特許文献３は、圧縮機からＴＥＳＤまでおよびＴＥＳＤからターボ膨張機までの熱交換の性質、圧縮機の圧力比、圧縮機によって処理される質量流量率、取得された圧縮熱の温度および量、ならびに動力回収ユニットの動力出力を最適化するために圧縮熱を膨張段に分配するための最良の方法についての詳細を何も開示していない。
【００４１】
特許文献４は、液化ユニットが２つの圧縮機、すなわち、１０バールと６０バールとの間の圧力範囲内で断熱状態で動作可能である第１の圧縮機と、６０バールを超える圧力に対して準等温で動作可能な第２の圧縮機と、を備える配列を示す。第２の圧縮機は、効率的に機能するために冷却器を必要とするため、圧縮熱は、第１の圧縮機からのみ取り出される。第１の圧縮機の下流に、２つのＴＥＳＤが並列に置かれ、両ＴＥＳＤは、直接的熱交換（図４）もしくは間接的熱交換（図５）によって作動する充填層ＴＥＳＤか、または２つの容器ＴＥＳＤ（図６）のいずれかである。各ＴＥＳＤは、所与のターボ膨張機に割り当てられる。これらの２つのＴＥＳＤを並列に有することで、温熱エネルギーを貯蔵するための各ＴＥＳＤ内の利用可能な空間に従って、各分岐の加圧された流れの質量流量率を制御することが可能になる。それにもかかわらず、これらの２つのＴＥＳＤによって供給される温熱エネルギーは、それが単一の圧縮機から生じるので、同じグレードである。
【００４２】
特許文献５の図１４は、圧縮熱リサイクルシステムが単一のＴＥＳＤを共有する２つの個別の閉ループから成るＣＥＳシステムを示す。第１の閉ループは、２つの圧縮機、すなわち主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機によって生成された圧縮熱を間接的に受け、この温熱エネルギーを単一のＴＥＳＤ内に貯蔵する。リサイクル空気圧縮機は、主空気圧縮機および空気浄化ユニットの下流に位置する。リサイクル空気圧縮機の入力圧力は、主空気圧縮機の出力圧力以上であり、リサイクル空気圧縮機によって処理された液化ユニットのプロセス流れの質量流量率は、主空気圧縮機によって処理されたもの以上である。なぜなら、相分離器の気体の出力流れは、リサイクル空気圧縮機によって処理される前に主空気圧縮機の出力と合流するからである。その結果、区別できるグレードの２つの異なる量の圧縮熱が、主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機によって生成されて、単一のＴＥＳＤ内に貯蔵される。特許文献５において開示されていないが、単一のＴＥＳＤ内に貯蔵されることになっている異なる量およびグレードの２つの圧縮熱に対応する３つの方法がある。
−  ２つの圧縮熱は、第１の閉ループの導管内で混合され得る。
−  一方の圧縮熱の温度が、少なくとも１つの冷却器を採用することによって他方の圧縮熱の温度に調整され得る。
−  両方の圧縮熱の温度が、各圧縮機に対して少なくとも１つの冷却器を使用することによって同じターゲットの温度に到達するように調整することができる。
【００４３】
これらの３つの方法のすべては、温熱エネルギーグレードの望ましくない損失をもたらす。
【００４４】
特許文献５における第２の閉ループは、貯蔵された圧縮熱を、動力回収加熱器を介してターボ膨張機の２つの膨張段に間接的に移送する。温熱エネルギーを第１および第２の膨張段に供給する動力回収加熱器は直列であるので、第１の膨張段は、第２の膨張段より高いグレードの圧縮熱を受けるため、貯蔵された圧縮熱を供給することに関して柔軟性はない。さらに、この構成は、各膨張段で経験する熱の量をチューニングする可能性、および両方の膨張段に同じ温度を感知させる可能性を提示しない。
【００４５】
特許文献６の圧縮熱リサイクルシステムは、各ＴＥＳＤが所与の圧縮機と直接的または間接的に熱交換している２つのＴＥＳＤを採用することによって、２つの液化圧縮機から異なるグレード（第１の圧縮機に対して３５０℃〜５８０℃および第２の圧縮機に対して２４０℃〜２６０℃）の圧縮熱を取り出して貯蔵するように設計される。各ＴＥＳＤは、各ＴＥＳＤによる部分的温熱エネルギー捕捉の後、温度をさらに減少させるために、所与の冷却器と所与の水冷式バランス熱交換器（バランスＨＥＸ）とを包含する。第１の圧縮機の下流に位置する冷却器／バランスＨＥＸの第１のセットは、第２の圧縮機によって必要とされる機械的仕事入力を低減する。第２の圧縮機の下流に位置する冷却器／バランスＨＥＸの第２のセットは、後で発生する液化を支援する。第１の冷却器および第１のバランスＨＥＸは、それぞれ、温度を４０℃と６０℃との間と、３０℃付近と、に維持する。第２の冷却器および第２のバランスＨＥＸは、それぞれ、温度を４０℃と１２０℃との間と、３０℃付近と、に維持する。特許文献６は、２つの圧縮機から利用され得る圧縮熱の量が最適化されることを可能にしない。特許文献６の図１Ｂによれば、第１のＴＥＳＤは、第１の圧縮機／第１のターボ膨張機に関連付けられ、第２のＴＥＳＤは、第２の圧縮機／第２のターボ膨張機に関連付けられる。特許文献６は、ＴＥＳＤと圧縮機／ターボ膨張機ペアとの間のさらなる関係を開示せず、何らかの方法で圧縮熱リサイクルシステムを修正することによってＣＥＳシステムの往復効率を最適化する方法を示唆していない。さらに、ＴＥＳＤと膨張段との間の熱交換の性質に関する情報が、開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４６】
【特許文献１】国際公開第２０１２０２０２３３号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００７０９６６５６号パンフレット
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１５０２１８９６８号明細書
【特許文献４】国際公開第２０１５１５４８６２号パンフレット
【特許文献５】国際公開第２０１３０３４９０８号パンフレット
【特許文献６】国際公開第２０１５１３８８１７号パンフレット
【特許文献７】米国特許第８８９５９０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４７】
したがって、本発明者らは、知られている圧縮熱リサイクルシステムおよびそれらのサブシステムに対する改善を達成しており、その改善は、所与のＴＥＳＤ内の液化段階の間に異なるグレードおよび量の圧縮熱を貯蔵することと、動力回収段階の間にその動力出力改善し、したがってシステム全体の往復効率を改善するために動力回収ユニットのターボ膨張機の膨張段の上流の動力回収加熱器を介して圧縮熱を排出することと、を行うためのＣＥＳシステム内に、２つの圧縮機、すなわち主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機が存在することを活用して、上述の問題の一部または全部に対処する。
【課題を解決するための手段】
【００４８】
第１の態様では、本発明は、極低温エネルギー貯蔵システムのための動力回収サブシステムを提供し、動力回収サブシステムは、
第１の熱源と、
第１の熱交換器と、
第２の熱交換器と、
第１の膨張段と、
第２の膨張段と、
上流端および下流端を有し、第１の熱交換器、第１の膨張段、第２の熱交換器および第２の膨張段を通して作動流体を送るように構成された、導管の第１の配列と、
第１の熱交換器および第２の熱交換器を通して第１の熱源から第１の熱移送流体を送るように構成された、導管の第２の配列と、
を備え、
導管の第２の配列は、第１の熱交換器を通して第１の熱移送流体の第１の部分を送り、第２の熱交換器を通して第１の熱移送流体の第２の部分を送るようにさらに構成される。
【００４９】
たとえば、動力回収サブシステムは、同じ温度またはグレードにおける前段加熱を複数の膨張段に与えるために、熱エネルギー貯蔵デバイスなどの単一の熱源を採用し得る。そのような動力回収サブシステムは、熱源から流れる（たとえば、熱エネルギー貯蔵デバイスを通って流れる）熱移送流体を複数の部分に分割するように構成された導管および弁を備えてよく、複数の部分の各々は、膨張段に関連付けられた単一の熱交換器を通過し得る。流体のこれらの部分は、複合流の質量流量率より小さい質量流量率を有するが、同じ温度を有する。言い換えれば、それらは、同じ温熱エネルギーグレードである。その部分は、同じ温度における前段加熱を複数の膨張段に加えるために、対応する膨張段に関連付けられた別個の熱交換器を通して送られ得る。
【００５０】
前段加熱の間に供給される温熱エネルギーの量は、主に、第１の熱移送流体の部分の温度および前記第１の熱移送流体の質量流量率によって決定される。
【００５１】
熱エネルギー貯蔵デバイスによって配送される温熱エネルギーの所与のグレードに対する膨張段の仕事出力を最大化するために、前段加熱の間に供給される温熱エネルギーの量を調整できることは有利である。これは、第１の熱移送流体をさらに加熱または冷却することによって達成され得るが、これは、より多くのエネルギー入力を要するか、または貯蔵された圧縮熱を、冷却によって除去することで廃棄するかのいずれかである。本発明の第１の態様は、導管の配列を介して膨張段間の温熱エネルギー調整を達成するための効率的方法を提供する。
【００５２】
本発明の第１の態様による導管の配列を達成するための１つの方法は、熱エネルギー貯蔵デバイスからの流体の質量流量率を調整するために弁を使用することである。弁は、前段加熱によって各膨張段に供給される温熱エネルギーの量が、部分流量を介して制御されることを可能にしながら、圧力低下に対する非常に小さい損失と流体の温度に対する非常に小さい損失とをもたらす。（動力回収サブシステムを通って循環する熱移送流体の各部の温度は、前記熱移送流体の温度と同じである。）
【００５３】
前段加熱によって各膨張段に供給される温熱エネルギーの量を制御することによって、動力回収サブシステムの効率は最大化される。言い換えれば、膨張段からの組み合わされた仕事出力は、一定量の前段加熱を各膨張段に供給することによって最大化され、したがって、前記前段加熱の量の制御は、それが、動力回収サブシステムの効率を高めるので有利である。
【００５４】
動力回収サブシステムの効率を高めることは、動力回収サブシステムがそれの一部である極低温エネルギー貯蔵システムの効率を高める。言い換えれば、前段加熱によって各膨張段に供給される加熱の量を制御することは、それが、極低温エネルギー貯蔵システムの効率を高めるので有利である。
【００５５】
サブシステムは、
第３の熱交換器と、
第３の膨張段と、
をさらに備えてよく、
導管の第１の配列は、第３の熱交換器および第３の膨張段を通して作動流体を送るようにさらに構成され、
導管の第２の配列は、第３の熱交換器を通して第１の熱移送流体の第３の部分を送るようにさらに構成される。
【００５６】
第１の熱移送流体は、導管の第２の配列をさらに構成することによって、３つの部分に分割されてよく、各部分は、前段加熱を関連する膨張段に供給する。これは、前段加熱によって各膨張段に供給される温熱エネルギーの量に対するさらなる制御を提供する。
【００５７】
再び、導管の第２の配列のさらなる構成を達成するための１つの方法は、熱エネルギー貯蔵デバイスからの流体の質量流量率を調整するために弁を使用することである。この方法で弁を使用することで、上述の利点が提供される。
【００５８】
サブシステムは、
第２の熱源と、
第４の熱交換器と、
第４の膨張段と、
第４の熱交換器を通して第２の熱源から第２の熱移送流体を送るように構成された、導管の第３の配列と、
をさらに備えてよく、
導管の第１の配列は、第４の熱交換器および第４の膨張段を通して作動流体を送るようにさらに構成される。
【００５９】
第２の熱源（たとえば、第２の熱エネルギー貯蔵デバイス）は、第１の熱源（たとえば、第１の熱エネルギー貯蔵デバイス）から温熱エネルギーを受けていない少なくとも１つの膨張段に前段加熱を供給し得る。これは、異なる温度の流体が膨張段の異なるサブセットのために使用されることを可能にするので、前段加熱によって各膨張段に供給される温熱エネルギーの量のさらなる制御を提供する。言い換えれば、２つの熱源を利用することで、前段加熱によって各膨張段に供給されている温熱エネルギーの量のさらなる制御が提供される。
【００６０】
サブシステムは、
第５の熱交換器と、
第５の膨張段と、
をさらに備えてよく、
導管の第１の配列は、第５の熱交換器および第５の膨張段を通して作動流体を送るようにさらに構成され、
導管の第３の配列は、第４の熱交換器を通して第２の熱移送流体の第１の部分を送り、第５の熱交換器を通して第２の熱移送流体の第２の部分を送るようにさらに構成される。
【００６１】
第１および第２の熱源（たとえば、熱エネルギー貯蔵デバイス）は、前段加熱を５つの膨張段に供給し得る。５つの膨張段があるとき、望ましくは、前段加熱は、第１の熱エネルギー貯蔵デバイスによって５つの膨張段のうちの３つに供給されるべきであり、前段加熱は、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスによって５つの膨張段のうちの残りの２つに供給され得る。これは、前段加熱によって各膨張段に供給される温熱エネルギーの量のさらなる制御を提供する。
【００６２】
サブシステムは、導管の第３の配列が通過する１つ以上の熱交換器が、導管の第２の配列が通過する熱交換器の上流で導管の第１の配列に沿って配置されるように構成され得る。
【００６３】
代替的に、導管の第３の配列が通過する１つ以上の熱交換器は、導管の第２の配列が通過する熱交換器の下流で導管の第１の配列に沿って配置される。
【００６４】
言い換えれば、熱エネルギー貯蔵デバイスなど、第１および第２のそれぞれの熱源からの熱によって処理されている熱交換器の第１および第２のサブセットがある場合、それらは、第１のサブセットが第２のサブセットの上流に、またはその逆になるように、導管の第１の配列に沿って配列され得る。
【００６５】
本明細書の別の場所で説明されるように、熱交換器は、第１の熱移送流体から動力回収ユニットの作動流体に熱を移送するために使用され得る。動力回収ユニットの作動流体は、作動流体と呼ばれることがある。そのような熱交換器は、それらが加熱している膨張段の直近の上流に置かれ得る。第１の熱移送流体および作動流体は、熱交換器を通って流れる。望ましくは、熱交換器は逆流熱交換器であり、第１の熱移送流体および作動流体は、熱交換器を通って反対方向に流れる。
【００６６】
第２の熱エネルギー貯蔵デバイスから温熱エネルギーを移送する熱交換器は、上流にあってよく、ここでの上流は、第１の熱エネルギー貯蔵デバイスから温熱エネルギーを移送する熱交換器の、動力回収ユニットの作動流体の流れの方向を指す。
【００６７】
代替的に、第１の熱エネルギー貯蔵デバイスから温熱エネルギーを移送する熱交換器は、上流にあってよく、ここでの上流は、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスから温熱エネルギーを移送する熱交換器の、動力回収ユニットの作動流体の流れの方向を指す。
【００６８】
熱交換器のこれらの配列は、前段加熱によって膨張段に移送される温熱エネルギーのより大きい制御を可能にする。各膨張段への最適な熱移送は、前記制御を使用することによって実装することができ、それがひいては、動力回収ユニットの動力出力を増加させ、ひいては、極低温エネルギー貯蔵システムの改善された効率を提供する。
【００６９】
サブシステムは、
第６の熱交換器をさらに備えてよく、
導管の第１の配列は、（ｉ）導管の第２の配列が通過する最も遠い上流の熱交換器と、（ｉｉ）導管の第３の配列が通過する最も遠い上流の熱交換器と、の両方の上流で第６の熱交換器を通して作動流体を送るようにさらに構成され、
導管の第１の配列は、作動流体出力を、最も遠い下流の膨張段から第６の熱交換器を通して排出部に送るようにさらに構成される。
【００７０】
追加の動力回収加熱器は、作動流体が、第１または第２の熱エネルギー貯蔵デバイスから温熱エネルギーを供給する任意の熱交換器を通過する前に、動力回収ユニットの作動流体を加熱するために使用され得る。これは、最も遠い下流の膨張段の出力流れが、第１または第２の熱エネルギー貯蔵デバイスから温熱エネルギーを供給する最も遠い上流の熱交換器への入力流れより高い温度であり得るため、利点を提供する。下流の膨張段の前記出力流れの中の、他の場合によっては廃棄される温熱エネルギーは、追加の動力回収加熱器を通して動力回収ユニットに移送されて、極低温エネルギー貯蔵システムの効率を高めることができる。
【００７１】
サブシステムは、作動流体の一部を、蒸発器および第１の圧縮機を通して導管の第１の配列内の下流の位置から分流させて、その作動流体を導管の第１の配列内の上流の位置に戻すように構成された導管の第４の配列をさらに備え得る。
【００７２】
サブシステムは、蒸発器が、最も遠い上流の熱交換器の上流で導管の第１の配列に沿って配置されるように構成されてよく、下流の位置は、最も遠い下流の膨張段の下流であり、上流の位置は、最も遠い下流の膨張段の直近の上流である。
【００７３】
動力回収の作動流体の一部は、最も遠い下流の膨張段の下流の位置から取られ得る。この部分は、最も遠い下流の膨張段の直近の上流の動力回収ユニットの作動流体に戻される前に、蒸発器および圧縮機を通過し得る。この部分は、作動流体が圧縮機に到達する前に、蒸発器内の動力回収ユニットの作動流体を加熱する（すなわち、この部分は圧縮の前に冷却される）ばかりでなく、動力回収ユニットの作動流体と再合流する圧縮される部分は、最も遠い下流の膨張段を通して動力回収ユニットの作動流体の質量流量率を増加させる。これらの効果の両方は、動力回収ユニットの膨張仕事出力を増加させ、動力回収ユニットの動力出力、その効率、および極低温エネルギー貯蔵システムの効率を高める。
【００７４】
サブシステムは、導管の第２の配列が、第１、第２および第３の熱交換器を通過して望ましくは他の熱交換器を通過せず、導管の第３の配列が、第４の熱交換器を通過して望ましくは他の熱交換器を通過しないように構成され、導管の第３の配列が通過する熱交換器が、導管の第２の配列が通過する熱交換器の上流にあり得る。
【００７５】
サブシステムは、導管の第２の配列が、第１、第２および第３の熱交換器を通過して望ましくは他の熱交換器を通過せず、導管の第３の配列が、第４および第５の熱交換器を通過して望ましくは他の熱交換器を通過しないように構成され、導管の第２の配列が通過する熱交換器が、導管の第３の配列が通過する熱交換器の上流にあり得る。
【００７６】
サブシステムは、導管の第２の配列が、第１、第２および第３の熱交換器を通過して望ましくは他の熱交換器を通過せず、導管の第３の配列が、第４の熱交換器を通過して望ましくは他の熱交換器を通過しないように構成され、導管の第２の配列が通過する熱交換器が、導管の第３の配列が通過する熱交換器の上流にあり得る。
【００７７】
熱交換器のこれらの配列は、前段加熱によって膨張段に移送される温熱エネルギーのより大きい制御を可能にする。各膨張段への最適な熱移送は、前記制御を使用することによって実装することができ、それがひいては、動力回収ユニットの改善された効率を提供し、ひいては、極低温エネルギー貯蔵システムの改善された効率を提供する。上記で説明した特定の配列は、非常に効果的であることが見いだされている。
【００７８】
サブシステム内の第１の熱源は、第１の熱エネルギー貯蔵デバイスであってよく、導管の第２の配列は、導管の第２の配列が通過するように構成された各熱交換器を通して第１の熱移送流体を送った後、第１の熱移送流体を第１の熱エネルギー貯蔵デバイスに戻すようにさらに構成されてよく、それによって、導管の第２の配列は、第１の閉回路を形成する。
【００７９】
その上、第２の熱源は、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスであってよく、導管の第３の配列は、導管の第２の配列が通過するように構成された各熱交換器を通して第２の熱移送流体を送った後、第２の熱移送流体を第２の熱エネルギー貯蔵デバイスに戻すようにさらに構成されてよく、それによって、導管の第３の配列は、第２の閉回路を形成する。
【００８０】
第１の熱エネルギー貯蔵デバイスは、リサイクル空気圧縮機によって生成された圧縮熱の少なくとも一部を貯蔵するように構成されてよく、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスは、主空気圧縮機によって生成された圧縮熱の少なくとも一部を貯蔵するように構成されてよく、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスは、溶融塩を運ぶのに好適な配管を備えてよい。
【００８１】
熱エネルギー貯蔵デバイスのこれらの構成は、リサイクル空気圧縮機および主空気圧縮機によって生成された異なるグレードの熱が、個別にかつ効率的に貯蔵されることを可能にするため、有利である。複数のグレードの熱を別個に貯蔵することによって、それらを、プロセス流れの異なる部分に個別に加えることができる。動力回収システム内の異なる位置において異なるグレードの熱を加えることで、非常に効率的な動力回収が提供されることが見いだされている。
【００８２】
サブシステムは、
第１０の熱交換器と、
第１１の熱交換器と、
をさらに備えてよく、
第２の熱源は第２の熱エネルギー貯蔵デバイスであってよく、
導管の第１の配列は、第４の熱交換器の直近の上流の第１０の熱交換器を通して作動流体を送るようにさらに構成されてよく、
導管の第３の配列は、２つの閉ループを形成するように構成されてよく、第１の閉ループは、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスおよび第１１の熱交換器を通過し、第２の閉ループは、第１１の熱交換器および第４の熱交換器を通過し、
随意に、第１の閉ループ内の熱移送流体は、溶融塩を含んでよく、さらに随意に、第２の閉ループ内の熱移送流体は、熱媒油または熱媒油の混合物を含んでよい。
【００８３】
第１の熱エネルギー貯蔵デバイスは、主空気圧縮機によって生成された圧縮熱の少なくとも一部およびリサイクル空気圧縮機によって生成された圧縮熱の少なくとも一部を貯蔵するように構成されてよく、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスは、主空気圧縮機によって生成された圧縮熱の少なくとも一部を貯蔵するように構成されてよく、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスは、溶融塩を運ぶのに好適な配管を備えてよい。
【００８４】
第１と第２との両方の熱エネルギー貯蔵デバイス内に主空気圧縮機からの圧縮熱の部分を貯蔵することが有利であり得る。特に、発明者らは、主空気圧縮機からの比較的高いグレードの熱を第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵し、主空気圧縮機からの比較的低いグレードの熱を第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵することが有利であることを見いだした。異なるグレードの熱を互いに別々に貯蔵することは、効率的な貯蔵および貯蔵された熱をプロセス流れに加えるときの効率的な動力回収を含めて、多くの利点を有する。
【００８５】
第２の熱エネルギー貯蔵デバイスは、第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された熱エネルギーの温度より高い温度で熱エネルギーを貯蔵するように構成されてよく、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスは、１５０℃と５５０℃との間、望ましくは２００℃と４００℃との間の熱エネルギーを貯蔵するように構成されてよく、第１の熱エネルギー貯蔵デバイスは、１５０℃と３５０℃との間の熱エネルギーを貯蔵するように構成されてよい。
【００８６】
熱エネルギー貯蔵デバイスを上記で指定された温度を貯蔵するように構成することは、非常に効果的であり、より効率的な動力回収をもたらすことが見いだされている。
【００８７】
第２の態様では、本発明は、
第１の熱エネルギー貯蔵デバイスおよび第２の熱エネルギー貯蔵デバイスから温熱エネルギーを、対応する複数の熱交換器を介して受けて、その温熱エネルギーを複数の膨張段および複数の熱交換器を通過する作動流体に移送するように構成された複数の膨張段を含む動力回収サブシステムと、
温熱エネルギーを第１および第２の熱エネルギー貯蔵デバイスに供給するように構成された液化サブシステムと、
を備え、液化サブシステムが、
主空気圧縮機と、
リサイクル空気圧縮機と、
第８の熱交換器と、
第９の熱交換器と、
主空気圧縮機、第８の熱交換器、リサイクル空気圧縮機および第９の熱交換器を通してプロセス流れを送るように構成された導管の第５の配列と、
第３の閉回路を形成し、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスと第８の熱交換器との間に第３の熱移送流体を送るように構成された導管の第６の配列と、
第４の閉回路を形成し、第１の熱エネルギー貯蔵デバイスと第９の熱交換器との間に第４の熱移送流体を送るように構成された導管の第７の配列と、
をさらに備え、
第８の熱交換器が、主空気圧縮機の直近の下流の導管の第５の配列に沿って配置され、かつ主空気圧縮機からのプロセス流れの圧縮熱の少なくとも一部を、第３の熱移送流体を介して第２の熱エネルギー貯蔵デバイスに移送するように構成され、
第９の熱交換器が、リサイクル空気圧縮機の直近の下流の導管の第５の配列に沿って配置され、かつリサイクル空気圧縮機からのプロセス流れの圧縮熱の少なくとも一部を、第４の熱移送流体を介して第１の熱エネルギー貯蔵デバイスに移送するように構成される、極低温エネルギー貯蔵システムを提供する。
【００８８】
望ましくは、動力回収サブシステムは、上記で説明したとおりである。
【００８９】
本発明のこの態様は、少なくとも１つの動力回収ユニットおよび液化ユニットを備えるＣＥＳシステムにおいて適用されてよく、独立型ＣＥＳシステムばかりでなく、熱統合型ＣＥＳシステム、望ましくは（ｉ）廃棄冷熱エネルギーのみを受けるシステム、（ｉｉ）廃棄冷熱エネルギーを受けるシステムであって、その廃棄温熱エネルギーの必要性が前記ＣＥＳシステムの外部でかつそれと共存するシステムによって部分的に満たされる、システム、および（ｉｉｉ）廃棄冷熱エネルギーを受けないシステムであって、その廃棄温熱エネルギーの必要性が前記ＣＥＳシステムの外部でかつそれと共存するシステムによって部分的に満たされる、システムにも適用されてよい。本発明は、気体が液化され、次いで貯蔵され、その後同じ場所で再ガス化されるべきである、任意の技術分野においても採用され得る。
【００９０】
本発明によるＣＥＳシステムは、所与のＴＥＳＤ内の液化段階の間に異なるグレードおよび量の圧縮熱を貯蔵するためにＣＥＳシステム内の２つの圧縮機（すなわち、主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機）の存在を活用し、動力回収段階の間のその機械的仕事出力、したがってシステム全体の往復効率を改善するために動力回収ユニットのターボ膨張機の膨張段の上流の動力回収加熱器を介して圧縮熱を排出する。
【００９１】
液化ユニットは、熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵されて動力回収ユニットに加えられ得る圧縮熱を供給することができる。この圧縮熱をリサイクルすることで、極低温エネルギー貯蔵システムの効率が改善される。特に、液化サブシステムの主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機は、それぞれ、圧縮熱を出力する。
【００９２】
極低温エネルギー貯蔵システムは、
低温ボックスと、
液化ターボ膨張機と、
プロセス流れの少なくとも一部を、低温ボックスを通って戻ってリサイクル空気圧縮機の上流の導管の第５の配列と合流させる前に、低温ボックスの一部を通し、次いで液化ターボ膨張機を通して送り、それによって主空気圧縮機を通る流体の質量流量率がリサイクル空気圧縮機を通る流体の質量流量率より小さくなるように構成された、導管の第８の配列と、
プロセス流れの少なくとも一部を、低温ボックス、膨張デバイス、望ましくはジュールトムソン弁または湿式ターボ膨張機(wet turbo-expander)を通して相分離器に送り、それによって導管の第８の配列内のプロセス流れの一部が、冷熱エネルギーを、導管の第９の配列内のプロセス流れの一部に低温ボックスを介して移送するように構成された、導管の第９の配列と、
第１の低温リサイクルループと、
をさらに備えてよく、第１の低温リサイクルループは、低温ボックスを通過し、廃棄冷熱エネルギーを、極低温エネルギー貯蔵システムの外部であるがそれと熱的に統合されたシステムから導管の第９の配列内のプロセス流れの一部に移送するように構成される。
【００９３】
システムは、低温ボックスを含んでよく、低温ボックスを介して、廃棄冷熱エネルギーは、外部システムから液化ユニットに移送され得る。廃棄冷熱エネルギーを外部供給源から低温ボックスを介して気体のリサイクル空気圧縮機出力流れの一部（それは後で膨張デバイスを通過して相分離器に到達する）に加えることで、液化プロセスが改善される。リサイクル空気圧縮機から第９の熱交換器を介して捕捉される圧縮熱の量が少ないほど、気体のリサイクル空気圧縮機の出力流れの温度は高くなり、それによって、より多くの冷熱エネルギーが必要となる。この冷熱エネルギーは、液化ユニットのプロセス流れの一部を膨張させることおよび液化ユニットのプロセス流れの残りに対する冷却流れとしてそのプロセス流を使用することによって、および／または廃棄冷熱エネルギーをＣＥＳシステムの外部の供給源から伝達することによって供給される。廃棄冷熱エネルギーの利用可能性が高いほど、液化ユニットのプロセス流れの分流される部分によって必要とされる質量流量率は低くなる。その結果、リサイクル空気圧縮機によって生成された圧縮熱の捕捉を最大化することで、液化ユニットの動力入力が引き下げられ、動力回収段階の間に圧縮熱を動力回収ユニットに供給することによって動力回収ユニットの動力出力が増加する。これは、極低温エネルギー貯蔵システムの往復効率の増加をもたらす。
【００９４】
同じ利点が、廃棄冷熱エネルギーを使用して、気体のリサイクル空気圧縮機の出力流れの第２の部分を冷却するステップを含む、熱エネルギーをリサイクルする方法に適用される。
【００９５】
極低温エネルギー貯蔵システムは、動力回収サブシステムが、蒸発器および圧縮機をさらに備えるように構成されてよく、システムは、
蒸発器を通過し、かつ極低温エネルギー貯蔵システムの外部であるがそれと熱的に統合されるシステムから、動力回収ユニットの出力から前記蒸発器および前記圧縮機を通って進む作動流体の一部に廃棄冷熱エネルギーを移送し、動力回収ユニットに再入するように構成された、第２の低温リサイクルループをさらに備える。
【００９６】
システムは、動力回収サブシステム内の蒸発器を使用して、蒸発器を通過する作動流体を冷却することを含み得る。廃棄する低温の外部供給源は、圧縮されて最終膨張段の上流の作動流体と合流する前に、動力回収ユニットの出力から取られた作動流体の一部を冷却するために使用され得る。この部分を、それが圧縮機に入る前に冷却するために廃棄冷熱エネルギーを使用することで、それを圧縮するために必要な圧縮仕事入力が低減される。この部分を、最も遠い下流の膨張段の直近の上流の作動流体と合流させることで、前記膨張段によって処理される質量流量率が増加する。熱エネルギー貯蔵デバイス（それは最も遠い下流の膨張段と熱的に接続している）によって供給される圧縮熱の量に応じて、その圧縮前の動力回収ユニットの出力の一部の冷却と、最も遠い下流の膨張段を通して膨張された作動流体の質量流量率の増加と、の組合せ効果が、動力回収ユニットの動力出力の増加と、したがって極低温エネルギー貯蔵システムの往復効率の増加と、をもたらし得る。主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機から取り出された圧縮熱と、最終膨張段によって処理された質量流量率の増加の両方が、膨張仕事出力、およびしたがって極低温エネルギー貯蔵システムの往復効率の増加に貢献する。同じ利点は、作動流体が圧縮機への仕事入力を低減するために圧縮され、作動流体が最も遠い下流の膨張段の上流の作動流体と合流される前に、廃棄冷熱エネルギーを使用して作動流体の一部を冷却するステップを含む、冷熱エネルギーをリサイクルする方法に適用される。
【００９７】
極低温エネルギー貯蔵システムは、主空気圧縮機がリサイクル空気圧縮機の入力および出力の圧力と異なる入力および出力の圧力を有するように、かつ主空気圧縮機および／またはリサイクル空気圧縮機が断熱性を有するように構成され得る。
【００９８】
発明者らは、主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機の出力圧力を最適化すること、ならびに主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機が断熱性を有することを可能にすることによって、ＣＥＳシステムの往復効率を、２つの区別できる温度、すなわち２つの区別できる温熱エネルギーグレードを有することによって増加させることが可能であることを発見した。
【００９９】
断熱圧縮は、圧縮機の圧縮の間および圧縮段間に加熱／冷却がないことを暗示する。一方で、圧縮仕事は、圧縮される気体の流れの温度とともに増加するため、断熱圧縮は、液化ユニットの動力入力の増加を生じさせる。しかし他方で、冷却器の不在は、冷却器によって導かれる圧力低下の不在、したがって液化ユニットの動力入力の減少を暗示する。加えて、断熱圧縮は、圧縮機の出力における最高の温度を可能にし、断熱の主空気圧縮機および断熱のリサイクル空気圧縮機から取り出される圧縮熱は、断熱でない主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機から取り出される圧縮熱より高いグレードである。それに応じて、断熱圧縮は、動力回収ユニットの動力出力の増加を可能にする。断熱の主空気圧縮機および断熱のリサイクル空気圧縮機を有する正味の効果は、ＣＥＳシステムの往復効率の増加である。この結論は、主空気圧縮機またはリサイクル空気圧縮機のうちの１つだけが断熱性を有する場合でも正しい。
【０１００】
第３の態様では、本発明は、
主空気圧縮機と、
リサイクル空気圧縮機と、
第２の熱エネルギー貯蔵デバイスと、
第１の熱エネルギー貯蔵デバイスと、
作動流体と、
第１および第２のサブセットを含む複数の膨張段と、
を備え、
システムは、液化段階の間に主空気圧縮機によって生み出された圧縮熱を捕捉して、圧縮熱を第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵し、かつ動力回収段階の間に第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された圧縮熱を膨張段の第１のサブセットの各々の上流で作動流体に加えるように構成され、
システムは、液化段階の間にリサイクル空気圧縮機によって生み出された圧縮熱を捕捉して、圧縮熱を第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵し、かつ動力回収段階の間に第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された圧縮熱を膨張段の第２のサブセットの各々の上流で作動流体に加えるようにさらに構成される、熱エネルギーリサイクルシステムを提供する。
【０１０１】
圧縮熱の温度は異なっており、すなわち主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機は、異なる温度における温熱エネルギーのすぐに利用可能な供給源であり、すなわちそれらは、温熱エネルギーの種々のグレードのすぐに利用可能な供給源であるため、主空気圧縮機からの圧縮熱を、リサイクル空気圧縮機からの圧縮熱を貯蔵するために使用される熱エネルギー貯蔵デバイスとは別個の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵することは有利である。
【０１０２】
主空気圧縮機からの圧縮熱は、リサイクル空気圧縮機からの圧縮熱より高い温度で捕捉されて貯蔵される。言い換えれば、主空気圧縮機から捕捉されて貯蔵される圧縮熱は、リサイクル空気圧縮機から捕捉されて貯蔵される圧縮熱より高いグレードである。それゆえ、主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機からの圧縮熱を異なる熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵し、それによって、各熱エネルギー貯蔵デバイスが、貯蔵するために設計されるときに温熱エネルギーの温度に対して最適化され得ることはさらに有利である。
【０１０３】
第１の熱エネルギー貯蔵デバイスは、リサイクル空気圧縮機と熱的に接続しており、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスは、主空気圧縮機と熱的に接続している。
【０１０４】
第１の熱エネルギー貯蔵デバイスは、リサイクル空気圧縮機からのより低いグレードの温熱エネルギーを貯蔵するように構成され得る。第１の熱エネルギー貯蔵デバイスは、望ましくは、水または水とグリコールとの混合物を含むことができ、それらは、より低いグレードの温熱エネルギーを貯蔵するのに最適である。第１の熱エネルギー貯蔵デバイスは、熱媒油もしくは溶融塩を含むことができるか、または充填層であり得る。
【０１０５】
第２の熱エネルギー貯蔵デバイスは、主空気圧縮機からのより高いグレードの温熱エネルギーを貯蔵するように構成され得る。第２の熱エネルギー貯蔵デバイスは、望ましくは、熱媒油または溶融塩を含むことができるか、または充填層であり得、それらは、より高いグレードの温熱エネルギーを貯蔵するのに最適である。第２の熱エネルギー貯蔵デバイスは、水または水とグリコールとの混合物を含むことができる。
【０１０６】
複数の膨張段は、膨張段のサブセットに構成されてよく、これらのサブセットは、一定のサブセットの膨張段が、同じ熱エネルギー貯蔵デバイスによって前段加熱されるという点において規定される。
【０１０７】
膨張段のサブセットは、１つの膨張段を含み得る。代替的に、膨張段のサブセットは、複数の、しかし望ましくは３つ以下の膨張段を含み得る。
【０１０８】
各膨張段は、熱交換器によって予熱され得る。望ましくは、これらの熱交換器は、温熱エネルギーを第１の熱エネルギー貯蔵デバイスまたは第２の熱エネルギー貯蔵デバイスのいずれかから動力回収ユニットの作動流体に移送する。
【０１０９】
第４の態様では、本発明は、極低温エネルギー貯蔵システム内の熱エネルギーをリサイクルするための方法に関し、方法は、
液化サブシステムを提供するステップであって、
主空気圧縮機と、
リサイクル空気圧縮機と、
第２の熱エネルギー貯蔵デバイスと、
第１の熱エネルギー貯蔵デバイスと、
を備える、ステップと、
動力回収サブシステムを提供するステップであって、
作動流体と、
第１および第２のサブセットを含む複数の膨張段と、
を含む、ステップと、
主空気圧縮機から圧縮熱を捕捉し、かつ圧縮熱を第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵するステップと、
リサイクル空気圧縮機から圧縮熱を捕捉し、かつ圧縮熱を第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵するステップと、
第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内の貯蔵された圧縮熱を膨張段の第１のサブセットの各々の上流で作動流体に加えるステップと、
第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内の貯蔵された圧縮熱を膨張段の第２のサブセットの各々の上流で作動流体に加えるステップと、
を含む。
【０１１０】
方法および極低温エネルギー貯蔵システムは、共存するプロセスが液化天然ガス（ＬＮＧ）再ガス化ターミナルであるように構成され得る。
【０１１１】
方法および極低温エネルギー貯蔵システムは、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、第１の熱エネルギー貯蔵デバイスによって捕捉され、貯蔵されて加えられる圧縮熱の温度と異なる温度における圧縮熱を捕捉し、貯蔵して加えるように構成されるように、構成され得る。
【０１１２】
主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機からの圧縮熱をこの方法で貯蔵することで、混合による温熱エネルギーグレードの損失が回避される。混合は、得られる貯蔵された温度が、より高い主空気圧縮機の温度とより低いリサイクル空気圧縮機の温度との間のどれかになることももたらす。これは、上記で説明した熱エネルギー貯蔵デバイスのいずれかに貯蔵するためには非効率的であり得る。
【０１１３】
作動流体は、動力回収ユニットの作動流体であり得る。
【０１１４】
第１および第４の熱移送流体は、第１の熱エネルギー貯蔵デバイスを通って流れる流体であり得る。
【０１１５】
第２および第３の熱移送流体は、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスを通って流れる流体であり得る。
【０１１６】
プロセス流れは、液化ユニットのプロセス流れであり得る。
【０１１７】
次に、本発明の実施形態が、図面を参照しながら説明される。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】エネルギー貯蔵デバイスの従来の発電形態を示す図である。
【図２】従来の極低温エネルギー貯蔵（ＣＥＳ）システムの概略図である。
【図３Ａ】液化ユニットのプロセス流体と充填層ＴＥＳＤとの間および充填層ＴＥＳＤと動力回収ユニットの作動流体との間の直接的熱交換を示す図である。
【図３Ｂ】液化ユニットのプロセス流体と充填層ＴＥＳＤとの間および充填層ＴＥＳＤと動力回収ユニットの作動流体との間の間接的熱交換を示す図である。
【図３Ｃ】液化ユニットのプロセス流体と充填層ＴＥＳＤとの間の直接的熱交換およびそれに続く充填層ＴＥＳＤと動力回収ユニットの作動流体との間の間接的熱交換を示す図である。
【図３Ｄ】液化ユニットのプロセス流体と充填層ＴＥＳＤとの間の間接的熱交換およびそれに続く充填層ＴＥＳＤと動力回収ユニットの作動流体との間の直接的熱交換を示す図である。
【図４Ａ】少なくとも一部の圧縮熱を貯蔵する主空気圧縮機関連およびリサイクル空気圧縮機関連のＴＥＳＤと、寒剤内に埋め込まれた冷熱エネルギーのうちの少なくとも一部を貯蔵する別のＴＥＳＤと、図５Ａ〜図５Ｆのうちの任意の１つに示される、本発明による動力アイランドと、を示す、本発明による独立型ＣＥＳシステムを示す図である。
【図４Ｂ】少なくとも一部の圧縮熱を貯蔵する主空気圧縮機関連およびリサイクル空気圧縮機関連のＴＥＳＤと、寒剤内に埋め込まれた少なくとも一部の冷熱エネルギーを貯蔵する別のＴＥＳＤと、２つのＬＮＧベースの冷却ループと、図６Ａ〜図６Ｆのうちの任意の１つに示される、本発明による動力アイランドと、を示す、ＬＮＧ再ガス化ターミナルから一部の廃棄冷熱エネルギーを受ける、本発明による熱的に統合されたＣＥＳシステムを示す図である。
【図４Ｃ】少なくとも一部の圧縮熱を貯蔵する主空気圧縮機関連およびリサイクル空気圧縮機関連のＴＥＳＤと、３つのＬＮＧベースの冷却ループと、図６Ａ〜図６Ｆのうちの任意の１つに示される、本発明による動力アイランドと、を示す、ＬＮＧ再ガス化ターミナルから豊富な量の冷熱エネルギーを受ける、本発明による熱的に統合されたＣＥＳシステムを示す図である。
【図５Ａ】本発明による、独立型ＣＥＳシステムに対する動力アイランドの６つの代替実施形態のうちの１つを示す図である。
【図５Ｂ】本発明による、独立型ＣＥＳシステムに対する動力アイランドの６つの代替実施形態のうちの１つを示す図である。
【図５Ｃ】本発明による、独立型ＣＥＳシステムに対する動力アイランドの６つの代替実施形態のうちの１つを示す図である。
【図５Ｄ】本発明による、独立型ＣＥＳシステムに対する動力アイランドの６つの代替実施形態のうちの１つを示す図である。
【図５Ｅ】本発明による、独立型ＣＥＳシステムに対する動力アイランドの６つの代替実施形態のうちの１つを示す図である。
【図５Ｆ】本発明による、独立型ＣＥＳシステムに対する動力アイランドの６つの代替実施形態のうちの１つを示す図である。
【図６Ａ】本発明による、熱的に統合されたシステムに対する動力アイランドの６つの代替実施形態のうちの１つを示す図である。
【図６Ｂ】本発明による、熱的に統合されたシステムに対する動力アイランドの６つの代替実施形態のうちの１つを示す図である。
【図６Ｃ】本発明による、熱的に統合されたシステムに対する動力アイランドの６つの代替実施形態のうちの１つを示す図である。
【図６Ｄ】本発明による、熱的に統合されたシステムに対する動力アイランドの６つの代替実施形態のうちの１つを示す図である。
【図６Ｅ】本発明による、熱的に統合されたシステムに対する動力アイランドの６つの代替実施形態のうちの１つを示す図である。
【図６Ｆ】本発明による、熱的に統合されたシステムに対する動力アイランドの６つの代替実施形態のうちの１つを示す図である。
【図７Ａ】図４Ａに示すシステムに類似する極低温エネルギー貯蔵システムの実施形態を示す図である。
【図７Ｂ】図４Ｂに示すシステムに類似する極低温エネルギー貯蔵システムの実施形態を示す図である。
【図７Ｃ】図４Ｃに示すシステムに類似する極低温エネルギー貯蔵システムの実施形態を示す図である。
【図８Ａ】図７Ａに示す独立型ＣＥＳシステムに対する動力アイランド（３３）のさらなる代替実施形態を表す図である。
【図８Ｂ】図７Ａに示す独立型ＣＥＳシステムに対する動力アイランド（３３）のさらなる代替実施形態を表す図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態である、図７Ｂに示す熱的に統合されたＣＥＳシステムに対する動力アイランド（３３０）のさらなる代替配列を表す図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態である、図７Ｃに示す熱的に統合されたＣＥＳシステムに対する動力アイランド（３３０）のさらなる代替配列を表す図である。
【図１０】本発明によるＣＥＳシステムの実施形態を表し、かつ第１（５０１）および第２（５０２）の中間閉ループを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１１９】
本発明の第１の実施形態は、図４Ａに示され、液化ユニット（１）と、寒剤タンク（２）と、図５Ａ〜図５Ｆに示す構成のうちのいずれかを採用し得る動力アイランド（３３）を示す動力回収ユニット（３）と、を示す独立型ＣＥＳシステムを対象とし、図５Ａ〜図５Ｆの各々も本発明の一実施形態である。この独立型ＣＥＳシステムは、圧縮熱リサイクルデバイス（１１、１２、１５、１６、１２Ａ、１６Ａ）と、寒剤内に埋め込まれた冷熱エネルギーを液化ユニットのプロセス流れに移送する第１の個別の二重閉ループ（１３０）と、を保有する。少なくとも１つの動力回収加熱器を介して動力回収ユニットの作動流体に供給される温熱エネルギーは、第２（１１、１２、１２Ａ）および第３（１５、１６、１６Ａ）の個別の二重閉ループを通る圧縮熱リサイクルデバイスから生じ得る。それは独立型システムであるが、少なくとも１つの動力回収加熱器を介して動力回収ユニットの作動流体を加熱するために圧縮熱リサイクルデバイスによって供給される温熱エネルギーばかりでなく、原子力発電所、火力発電所（たとえば、開放サイクルガスタービンガスプラント、ガスタービンプラントと従来型蒸気サイクルとの複合サイクル）、データセンタ、製鋼所、炉であって、陶磁器、テラコッタ、ガラス製造およびセメントの製造産業で使用される、炉など、廃棄温熱エネルギーを生み出すＣＥＳシステムと共存しかつその外部にある、少なくとも１つのシステムからの一部の廃棄温熱エネルギーも、この実施形態が使用することが可能である。
【０１２０】
液化ユニット（１）は、周囲空気（０）の流れを、後で寒剤タンク（２）内に貯蔵される液体空気に変える。液化ユニット（１）は、少なくとも１つの主空気圧縮機（１０）と、第１の圧縮熱捕捉熱交換器（１１）と、主空気圧縮機から生じる圧縮熱を貯蔵するための主空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１２）と、空気浄化ユニット（ＡＰＵ）（１３）と、リサイクル空気圧縮機（１４）と、第２の圧縮熱捕捉熱交換器（１５）と、リサイクル空気圧縮機から生じる圧縮熱を貯蔵するためのリサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１６）と、低温ボックス（１７）と、直列に置かれた２つの液化ターボ膨張機（１００、１０１）のセットと、膨張デバイス（１８）（たとえば、ジュールトムソン弁、湿式ターボ膨張機など）と、相分離器（１９）と、主空気圧縮機から第１の圧縮熱捕捉熱交換器、ＡＰＵ、リサイクル空気圧縮機、第２の圧縮熱捕捉熱交換器、低温ボックス、膨張デバイスを通って相分離器まで進む、液化ユニットのプロセス流れを搬送する第１の導管と、液化ユニットのプロセス流れ（第１の導管によって搬送される）の一部を、低温ボックスを横切るときに分流させる第２の導管と、相分離器の気体の出力流れ（１２１）を低温ボックスを通してリサイクル空気圧縮機の入力に搬送する（合流がＡＰＵの下流でかつリサイクル空気圧縮機の上流で発生する）第３の導管と、相分離器の液体の出力流れ（１２２）を寒剤タンク（２）に搬送する第４の導管と、低温ボックスを通る第１の個別の二重閉ループ（１３０）を通って循環する熱移送流体を搬送する第５の導管と、を備え得る。
【０１２１】
主空気圧縮機は、主空気圧縮機の下流に置かれるＡＰＵ内で周囲空気（すなわち、ＣＥＳシステムを取り巻く大気中に存在する空気）を浄化する前に、周囲空気を、周囲空気圧力から２バールと数十バールとの間であり得る第１の圧力に圧縮する。ＡＰＵは、炭化水素、水、および二酸化炭素を吸着して、その出力部において浄化された空気を取得することができる吸着容器から成る。ＡＰＵの下流で、リサイクル空気圧縮機は、浄化された空気を、（ＡＰＵによってもたらされる圧力低下を考慮して）第１の圧力よりわずかに低い圧力から、２００バールの上限のもとで数十バールに等しい第２の圧力まで圧縮する。
【０１２２】
リサイクル空気圧縮機によって処理された浄化された空気は、ＡＰＵによる浄化された空気出力ばかりでなく、相分離器の気体の出力流れ（１２１）から生じる浄化された空気も包含し、その冷熱エネルギーは、（リサイクル空気圧縮機に到達する前）低温ボックスを通過するときに取り除かれて、第１の導管によって搬送される液化ユニットのプロセス流れに移送されている。その結果、リサイクル空気圧縮機によって出力される空気質量流量は、主空気圧縮機の空気質量流量より大きくなり、生成される圧縮熱の量に影響を及ぼす。
【０１２３】
リサイクル空気圧縮機によって出力される浄化された空気は、低温ボックスを通って搬送されて冷却され、次いで、膨張デバイスを通って搬送されて、その圧力を第１の圧力まで、または第１の圧力より高くて第２の圧力より低い圧力まで減少させ、リサイクル空気圧縮機によって出力される流れが受けた条件（すなわち、空気の臨界圧力に対するリサイクル空気圧縮機によって出力される流れの圧力、低温ボックスを通して供給される冷熱エネルギーの量、膨張デバイスを通る膨張を介する圧力変化など）に応じて、その全部または一部の液化を可能にする。膨張デバイス（１８）によって出力される気体と液体との混合物は、その後、その混合物が液体相と気体相とに分離する相分離器に搬送される。
【０１２４】
液化ユニットのプロセス流れの部分（１２０）（第１の導管によって搬送される）は、低温ボックスを横切る間に第２の導管を介して分流され、第２の導管は低温ボックスを出て、第１の液化ターボ膨張機（１００）を通過して低温ボックスに（液化ターボ膨張機（１００）の出力部内に埋め込まれた冷却の量によって制御される再入ポイントを介して）再入し、低温ボックスの所与の長さの上で液化ユニットのプロセス流れ（第１の導管によって搬送される）を冷却し、その後、プロセス流れは低温ボックスを出て、第２の液化ターボ膨張機（１０１）によって処理される。第２の液化ターボ膨張機（１０１）によって出力される気体／液体混合物は、次いで、相分離器に搬送される。
【０１２５】
第３の導管によって搬送される相分離器の気体の出力流れは、第１の導管によって膨張デバイス（１８）を通して搬送される流れの膨張に起因する気相と、直列に置かれた２つの液化ターボ膨張機（１００、１０１）を介する２つの連続する膨張を受けた後に相分離器内に注入される、第２の導管によって搬送される流れに起因する気相と、を含む。
【０１２６】
相分離器の気体の出力流れ（１２１）は、低温ボックスを通過してその冷熱エネルギーを第１の導管によって搬送される液化ユニットのプロセス流れに移送し、その後、リサイクル空気圧縮機入力部に搬送される（合流が、ＡＰＵの下流でかつリサイクル空気圧縮機の上流で発生する）。
【０１２７】
相分離器の液体の出力流れ（１２２）は、第４の導管によって寒剤タンク（２）に搬送される。
【０１２８】
個別の二重閉ループという用語は、ＴＥＳＤの存在と密接に関連しており、熱移送流体がそこを通って循環する一方の単一ループが、１つの流体から熱エネルギーを捕捉し、別の熱移送流体がそこを通って循環する他方の単一ループが、この熱エネルギーを別の流体に供給する。前記２つの単一ループは、単純な設計であり得、すなわち、各々は、循環ポンプ、ＴＥＳＤを通過する導管の配列、および熱移送流体を示す。または、前記２つの単一ループは、同じ熱移送流体を有してよく、循環ポンプと導管のそれらの配列の一部とを共有してよく、前記一部は、図４Ａの第１の個別の二重閉ループ（１３０）に示すように、弁（たとえば、三方弁）の存在を伴うＴＥＳＤを通過する。
【０１２９】
第１の個別の二重閉ループ（１３０）の２つの単一ループは、ＴＥＳＤ（１３１）、導管のそれらの配列の一部、熱移送流体、および両方の単一ループを通して熱移送流体を循環させる循環ポンプ（１３２）を共有する。動力回収段階の間に、一方の単一ループは、寒剤ポンプ（３１）を介してポンピングされた後、蒸発器（３２）を介して寒剤内に埋め込まれた冷熱エネルギーの少なくとも一部を捕捉して、それをＴＥＳＤ（１３１）内に貯蔵することを可能にする。液化段階の間に、他方の単一ループは、ＴＥＳＤ（１３１）内に貯蔵された冷熱エネルギーを第５の導管を介して液化ユニットのプロセス流れに供給することを可能にする。
【０１３０】
第１の導管によって搬送される液化ユニットのプロセス流れは、膨張デバイス（１８）を通過した後、部分的に液化されるように、第２の導管、第３の導管および第５の導管によって搬送される流れによって冷却される。
【０１３１】
液化段階の間に液化ユニットによって生み出される寒剤（すなわち、相分離器の液体の出力流れ（１２２））が、寒剤タンク（２）に搬送される。動力回収段階の間に、寒剤タンク内に含まれる寒剤の一部が、動力回収ユニット（３）に搬送され、寒剤は、寒剤ポンプ（３１）によってポンピングされて高圧になり、蒸発器（３２）の中で加熱され、動力アイランド（３３）に移送され、そこにおいて、寒剤は、少なくとも１つの動力回収加熱器を介して過熱されて、少なくとも１つのターボ膨張機の少なくとも１つの膨張段を介して膨張させられる。動力アイランド内にどれだけの量のターボ膨張機が存在しても、それらは、すべて、発電機に機械的に結合されて電力を生み出す。
【０１３２】
動力アイランド（３３）は、図５Ａ〜図５Ｆで示される構成のうちのいずれかを採用してよく、図５Ａ〜図５Ｆの各々も本発明の実施形態である。
【０１３３】
動力回収ユニットのターボ膨張機は、４つの膨張段を示し得ることが望ましい。
【０１３４】
リサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１６）は、動力回収加熱器（８１、８２、８３）を介して、最初の３つの膨張段（６１、６２、６３）の各々の前に温熱エネルギーを動力回収の作動流体に供給してよく、一方で、主空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１２）は、動力回収加熱器（８４）を介して、最後の第４の段（６４）の前に温熱エネルギーを動力回収ユニットの作動流体に供給してよい（図５Ａ参照）。追加の動力回収加熱器（８０）が、第１の膨張段（６１）の上流の動力回収加熱器（８１）の上流に置かれてよく、動力回収ユニットの作動流体は、第１の膨張段の上流に置かれた動力回収加熱器（８１）によってさらに加熱される前に、第４の膨張段（６４）の出力によって加熱されてよい（図５Ｂ参照）。その温熱エネルギーを追加の動力回収加熱器（８０）を介して動力回収ユニットの作動流体に移送した後、第４の膨張段の出力は、大気中に排出されてよく、またはＡＰＵの吸着容器を再生するために使用されてよい。
【０１３５】
代替的に、主空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１２）は、動力回収加熱器（８１００）を介して、第１の膨張段（６１００）の前に温熱エネルギーを動力回収ユニットの作動流体に供給してよく、一方で、リサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１６）は、動力回収加熱器（８２００、８３００、８４００）を介して、最後の３つの膨張段（６２００、６３００、６４００）の各々の前に温熱エネルギーを動力回収ユニットの作動流体に供給してよい（図５Ｅ参照）。追加の動力回収加熱器（８０００）が、第１の膨張段（６１００）の上流の動力回収加熱器（８１００）の上流に置かれてよく、動力回収ユニットの作動流体は、第１の膨張段（６１００）の上流に置かれた動力回収加熱器（８１００）によってさらに加熱される前に、第４の膨張段（６４００）の出力によって加熱されてよい（図５Ｆ参照）。その温熱エネルギーを追加の動力回収加熱器を介して動力回収ユニットの作動流体に移送した後、第４の膨張段の出力は、大気中に排出されてよく、またはＡＰＵの吸着容器を再生するために使用されてよい。
【０１３６】
ターボ膨張機は、５つの膨張段を示し得る。
【０１３７】
リサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１６）は、動力回収加熱器（８１０、８２０、８３０）を介して、最初の３つの膨張段（６１０、６２０、６３０）の各々の前に温熱エネルギーを動力回収ユニットの作動流体に供給してよく、一方で、主空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１２）は、最後の第４および第５の膨張段（６４０、６５０）の前に温熱エネルギーを動力回収ユニットの作動流体に供給してよい（図６Ｃ参照）。追加の動力回収加熱器（８００）が、第１の膨張段（６１０）の上流の動力回収加熱器（８１０）の上流に置かれてよく、動力回収ユニットの作動流体は、第１の膨張段（６１０）の上流に置かれた動力回収加熱器（８１０）によってさらに加熱される前に、第５の膨張段の出力によって加熱されてよい（図６Ｄ参照）。その温熱エネルギーを追加の動力回収加熱器を介して動力回収ユニットの作動流体に移送した後、第５の膨張段の出力は、大気中に排出されてよく、またはＡＰＵの吸着容器を再生するために使用されてよい。
【０１３８】
追加の動力回収加熱器（８０、８００、８０００）は、蒸発器（３２）の下流に置かれてもよい。
【０１３９】
本発明の第２の実施形態は、図４Ｂに示され、液化ユニット（１）、寒剤タンク（２）、および動力回収ユニット（３）を示す熱的に統合されたシステムを対象とし、それらは図６Ａ〜図６Ｆに示す構成のうちのいずれかを採用し得る動力アイランド（３３０）を示し、図６Ａ〜図６Ｆの各々も本発明の一実施形態である。この熱的に統合されたＣＥＳシステムは、圧縮熱リサイクルデバイス（１１、１２、１５、１６、１２Ａ、１６Ａ）と、寒剤内に埋め込まれた冷熱エネルギーを液化ユニットのプロセス流れに移送する第１の個別の二重閉ループ（１３０）と、を保有する。このＣＥＳシステムは、第１（４０１）および第２（４０３）の個別の単一閉ループを介して前記ＣＥＳシステムの外部でかつそれと共存するＬＮＧ再ガス化ターミナルから一部の廃棄冷熱エネルギーを受ける。ＬＮＧ再ガス化ターミナルによって供給される廃棄冷熱エネルギーは、液化ユニットの必要性を完全に満たすとは限らず、液化ユニットは、依然として、第１の個別の二重閉ループ（１３０）の存在を必要とする。いくつかの流れに隣接して添付される参照番号４００は、ＬＮＧの流れを指す。
【０１４０】
少なくとも１つの動力回収加熱器を介して動力回収ユニットの作動流体に供給される温熱エネルギーは、第２（１１、１２、１２Ａ）および第３（１５、１６、１６Ａ）の個別の二重閉ループを通って圧縮熱リサイクルデバイスから生じ得る。少なくとも１つの動力回収加熱器を介して動力回収ユニットの作動流体に供給される温熱エネルギーは、圧縮熱リサイクルデバイスから、ならびに原子力発電所、火力発電所（たとえば、開放サイクルガスタービンガスプラント、ガスタービンプラントと従来型蒸気サイクルとの複合サイクル）、データセンタ、製鋼所、炉であって、陶磁器、テラコッタ、ガラス製造およびセメントの製造産業で使用される、炉など、廃棄温熱エネルギーを生み出すＣＥＳシステムと共存しかつその外部にある、少なくとも１つのシステムから生じ得る。
【０１４１】
液化ユニット（１）は、周囲空気（０）の流れを、後で寒剤タンク（２）内に貯蔵される液体空気に変える。液化ユニット（１）は、少なくとも１つの主空気圧縮機（１０）と、第１の圧縮熱捕捉熱交換器（１１）と、主空気圧縮機（１０）から生じる圧縮熱を貯蔵するための主空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１２）と、空気浄化ユニット（ＡＰＵ）（１３）と、リサイクル空気圧縮機（１４）と、第２の圧縮熱捕捉熱交換器（１５）と、リサイクル空気圧縮機から生じる圧縮熱を貯蔵するためのリサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１６）と、低温ボックス（１７）と、液化ターボ膨張機（１０２）と、膨張デバイス（１８）（たとえば、ジュールトムソン弁、湿式ターボ膨張機など）と、相分離器（１９）と、主空気圧縮機から第１の圧縮熱捕捉熱交換器、ＡＰＵ、リサイクル空気圧縮機、第２の圧縮熱捕捉熱交換器、低温ボックス、および膨張デバイスを通って相分離器まで進む液化ユニットのプロセス流れを搬送する第１の導管と、低温ボックスを横切る間に液化ユニットのプロセス流れ（第１の導管によって搬送される）の一部を分流させる第２の導管と、相分離器の気体の出力流れ（１２４）を大気に搬送する第３の導管と、相分離器の液体の出力流れ（１２２）を寒剤タンク（２）に搬送する第４の導管と、第１の個別の二重閉ループ（１３０）の熱移送流体を低温ボックスを通して搬送する第５の導管と、第１の個別の単一閉ループ（４０１）の熱移送流体を低温ボックスを通して搬送する第６の導管と、を備え得る。
【０１４２】
主空気圧縮機は、主空気圧縮機の下流に置かれるＡＰＵ内で周囲空気（すなわち、ＣＥＳシステムを取り巻く大気中に存在する空気）を浄化する前に、周囲空気を、周囲空気圧力から２バールと数十バールとの間であり得る第１の圧力に圧縮する。ＡＰＵは、炭化水素、水および二酸化炭素を吸着してその出力部において浄化された空気を取得することができる吸着容器から成る。ＡＰＵの下流で、リサイクル空気圧縮機は、浄化された空気を、（ＡＰＵによってもたらされる圧力低下を考慮して）第１の圧力よりわずかに低い圧力から、２００バールの上限のもとで数十バールに等しい第２の圧力まで圧縮する。
【０１４３】
リサイクル空気圧縮機によって処理された浄化された空気は、ＡＰＵによる浄化された空気出力ばかりでなく、液化ターボ膨張機（１０２）によって出力された気体の流れ（１２３）から生じる浄化された空気も包含し、その冷熱エネルギーは、（リサイクル空気圧縮機に到達する前に）低温ボックスを通過するときに取り除かれて、第１の導管によって搬送される液化ユニットのプロセス流れに移送される。その結果、リサイクル空気圧縮機によって出力される空気質量流量は、主空気圧縮機の空気質量流量より大きくなり、生成される圧縮熱の量に影響を及ぼす。
【０１４４】
リサイクル空気圧縮機による浄化された空気出力（第１の導管によって搬送される）は、低温ボックス（１７）を通して搬送されて冷却され、次いで、膨張デバイス（１８）を通して搬送されて、その圧力を第１の圧力まで、または第１の圧力より高くかつ第２の圧力より低い圧力まで低減されて、その完全な液化が可能になる。膨張デバイス（１８）による液体流れの出力は、その後、相分離器に搬送される。
【０１４５】
液化ユニットのプロセス流れ（第１の導管によって搬送される）の一部（１２３）は、低温ボックスを横切る間に第２の導管を介して分流され、第２の導管は低温ボックスを出て、液化ターボ膨張機（１０２）を通過して低温ボックスにその低温側（すなわち、低温ボックスの下側）を介して再入し、第１の導管によって搬送される液化ユニットのプロセス流れの残りを冷却し、低温ボックスをその高温側を介して出て、最終的にＡＰＵの下流でかつリサイクル空気圧縮機の上流で第１の導管と合流する。
【０１４６】
相分離器の気体の出力流れ（１２４）を搬送する第３の導管は、膨張デバイス（１８）を通って液化ユニットのプロセス流れが膨張した後に存在する任意の気体が、相分離器から大気に漏れ出ることを可能にする。この状況は、完全な液化は、定常状態が確立されたときのみ、達成されるから、通常、ＣＥＳシステムが始動したときに発生する。
【０１４７】
相分離器の液体の出力流れ（１２２）は、第４の導管によって寒剤タンク（２）に搬送される。
【０１４８】
第１の個別の二重閉ループ（１３０）の単一ループ同士は、ＴＥＳＤ（１３１）、導管のそれらの配列の一部、熱移送流体、および両方の単一ループを通して熱移送流体を循環させる循環ポンプ（１３２）を共有する。動力回収段階の間に、一方の単一ループは、寒剤ポンプ（３１）を介してポンピングされた後、蒸発器（３２）を介して寒剤内に埋め込まれた冷熱エネルギーの少なくとも一部を捕捉して、それをＴＥＳＤ（１３１）内に貯蔵することを可能にする。液化段階の間に、他方の単一ループは、ＴＥＳＤ（１３１）内に貯蔵された冷熱エネルギーを第５の導管を介して液化ユニットのプロセス流れに供給することを可能にする。
【０１４９】
第１の個別の単一閉ループ（４０１）は、ＬＮＧ流れ（４００）によって供給される廃棄冷熱エネルギーのグレードを高める冷凍ループであり、熱移送流体（第１の個別の単一閉ループ（４０１）を通って循環する）は、圧縮され、次いで熱交換器（４０２）を介してＬＮＧ流れ（４００）によって冷却され、次いで再び圧縮され、熱交換器（４０２）を介してＬＮＧ流れ（４００）によって再び冷却され、次いでターボ膨張機によって膨張され、低温ボックス全体を（その低温側から高温側に進んで）横切る間に、後で冷却される液化ユニットのプロセス流れによって加熱される。
【０１５０】
第１の導管によって搬送される液化ユニットのプロセス流れは、膨張デバイス（１８）を通過した後、全体的に液化されるように、第２の導管、第５の導管および第６の導管によって搬送される流れによって冷却される。
【０１５１】
液化段階の間に液化ユニットによって生み出される寒剤（すなわち、相分離器の液体の出力流れ（１２２））が、寒剤タンク（２）に搬送される。動力回収段階の間に、寒剤タンク内に含まれる一部の寒剤が、動力回収ユニット（３）に搬送され、寒剤は、寒剤ポンプ（３１）によってポンピングされて高圧になり、蒸発器（３２）の中で加熱され、動力アイランド（３３０）に移送され、そこにおいて、寒剤は、少なくとも１つの動力回収加熱器を介して過熱されて、少なくとも１つのターボ膨張機の少なくとも１つの膨張段を介して膨張させられる。動力アイランド内にどれだけの量のターボ膨張機が存在しても、それらは、すべて、発電機に機械的に結合されて、電力を生み出す。それにもかかわらず、第２の実施形態の動力回収ユニットは、その構成に関して第１の実施形態の動力回収ユニットと異なる。
【０１５２】
動力回収ユニット（３）は、第２の個別の単一閉ループ（４０３）と熱的に相互作用している。第２の個別の単一閉ループ（４０３）は、熱移送流体であって、熱交換器（４０４）を介してＬＮＧ流れ（４００）によって冷却され、蒸発器（３２０）を介して流れ（３５）（動力アイランド（３３０）の出力から分流される）によって加熱される、熱移送流体を循環させるための再循環ポンプを含む。前記分流された流れ（３５）は、したがって、第２の個別の単一閉ループの熱移送流体によって冷却され、その後、動力回収圧縮機（３４）によって圧縮され、図６Ａ〜図６Ｆに示す構成のいずれかを採用してよい動力アイランド（３３０）内に再注入され、図６Ａ〜図６Ｆの各々も本発明の一実施形態である。
【０１５３】
動力回収ユニットのターボ膨張機は、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｅおよび図６Ｆに示すように、４つの膨張段を示し得ることが望ましい。
【０１５４】
動力回収ユニットのターボ膨張機は、図６Ｃおよび図６Ｄに示すように、５つの膨張段を示し得る。
【０１５５】
図６Ａ〜図６Ｆの構成の各々、本発明のすべての実施形態に対して、動力アイランド（３３０）の出力から分流される流れ（３５）は、蒸発器（３２）を介して冷却され、次いで動力回収圧縮機（３４）によって再圧縮され、最後から２番目の膨張段の下流でかつ最後の動力回収加熱器および最後の膨張段の上流で元の動力アイランド（３３０）に注入される。圧縮機（３４）の仕事入力は、第２の個別の単一閉ループ（４０３）の熱移送流体によって蒸発器（３２）を介してその入力が冷却されることによって低減され、最後の膨張段の仕事出力は、最後の膨張段によって処理される質量流量率を増大させることによって増加される。動力アイランドの出力流れの残りは、大気に排出されてもよく、またはＡＰＵ（１３）の吸着容器を再生するために使用されてもよい。
【０１５６】
動力アイランドは、図６Ａ〜図６Ｆで示される構成のうちの任意の１つを採用してよく、図６Ａ〜図６Ｆの各々も本発明の一実施形態である。図５Ａと図６Ａ、図５Ｂと図６Ｂ、図５Ｃと図６Ｃ、図５Ｄと図６Ｄ、図５Ｅと図６Ｅ、および図５Ｆと図６Ｆとの間の１つの差は、図６Ａ〜図６Ｆに対する動力アイランドの出力から分流された流れ（３５）の存在であり、その流れは、次いで蒸発器（３２）を介して冷却され、圧縮機（３４）によって再圧縮され、最後から２番目の膨張段の下流でかつ最後の動力回収加熱器（８４、８５０、８４００）および最後の膨張段（６４、６５０、６４００）の上流で元の動力アイランド（３３０）に注入される。図６Ｂ、図６Ｄおよび図６Ｆは、追加の動力回収加熱器（８０、８００、８０００）を示す。追加の動力回収加熱器（８０、８００、８０００）は、動力回収加熱器（８１、８１０、８１００）の上流でかつ第１の膨張段（６１、６１０、６１００）の上流に置かれてよく、動力回収ユニットの作動流体は、第１の膨張段の上流に置かれた動力回収加熱器（８１、８１０、８１００）によってさらに加熱される前に、最後の膨張段（６４、６５０、６４００）の出力によって加熱されてよい。
【０１５７】
追加の動力回収加熱器（８０、８００、８０００）は、蒸発器（３２）の下流に置かれてもよい。
【０１５８】
本発明の第３の実施形態は、図４Ｃに示され、液化ユニット（１）、寒剤タンク（２）および動力回収ユニット（３）を示す熱的に統合されたシステムを対象とし、それらは図６Ａ〜図６Ｆに示す構成のうちのいずれかを採用し得る動力アイランド（３３０）を示し、図６Ａ〜図６Ｆの各々も本発明の一実施形態である。この熱的に統合されたＣＥＳシステムは、圧縮熱リサイクルデバイス（１１、１２、１５、１６、１２Ａ、１６Ａ）を所有する。このＣＥＳシステムは、前記ＣＥＳシステムと共存しかつその外部にあるＬＮＧ再ガス化ターミナルから大量の廃棄冷熱エネルギーを受ける。言い換えれば、ＬＮＧ再ガス化ターミナルによって供給される廃棄冷熱エネルギーの量は、第１および第２の実施形態に示す第１の個別の二重閉ループ（１３０）が不要である方式で、液化ユニットの冷熱エネルギーの必要性を満たすことができる。廃棄冷熱エネルギーは、液化ユニットのプロセス流れを完全に液化するために、ＬＮＧ流れ（４００）から、第３（４０５）および第４（４０７）の個別の単一閉ループを介して液化ユニットに移送される。
【０１５９】
寒剤内に埋め込まれた冷熱エネルギーは、動力アイランド（３３０）の出力流れの一部であって、分流されて圧縮機（３４）によって再圧縮され、最後から２番目の膨張段の下流でかつ最後の動力回収加熱器（図６Ａ〜図６Ｆ、符号８４、８５０、８４００参照）および最後の膨張段（図６Ａ〜図６Ｆ、符号６４、６５０、６４００参照）の上流で元の動力アイランド（３３０）に注入される、動力アイランド（３３０）の出力流れの一部を冷却するために動力回収ユニット内で直接的に使用される。第２の個別の単一閉ループ（４０３）によって供給される冷熱エネルギーは、蒸発器（３２）内で出力流れ（３５）をさらに冷却するために使用される。
【０１６０】
少なくとも１つの動力回収加熱器を介して動力回収ユニットの作動流体に供給される温熱エネルギーは、第２（１１、１２、１２Ａ）および第３（１５、１６、１６Ａ）の個別の二重閉ループを通って圧縮熱リサイクルデバイスから生じ得る。少なくとも１つの動力回収加熱器を介して動力回収ユニットの作動流体に供給される温熱エネルギーは、圧縮熱リサイクルデバイスから、ならびに原子力発電所、火力発電所（たとえば、開放サイクルガスタービンガスプラント、ガスタービンプラントと従来型蒸気サイクルとの複合サイクル）、データセンタ、製鋼所、炉であって、陶磁器、テラコッタ、ガラス製造およびセメントの製造産業で使用される、炉など、廃棄温熱エネルギーを生み出すＣＥＳシステムと共存しかつその外部にある、少なくとも１つのシステムから生じ得る。
【０１６１】
液化ユニット（１）は、周囲空気（０）の流れを、後で寒剤タンク（２）内に貯蔵される液体空気に変える。液化ユニット（１）は、少なくとも１つの主空気圧縮機（１０）と、第１の圧縮熱捕捉熱交換器（１１）と、主空気圧縮機から生じる圧縮熱を貯蔵するための主空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１２）と、空気浄化ユニット（ＡＰＵ）（１３）と、リサイクル空気圧縮機（１４）と、第２の圧縮熱捕捉熱交換器（１５）と、リサイクル空気圧縮機から生じる圧縮熱を貯蔵するためのリサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１６）と、低温ボックス（１７）と、膨張デバイス（１８）（たとえば、ジュールトムソン弁、湿式ターボ膨張機など）と、相分離器（１９）と、主空気圧縮機から第１の圧縮熱捕捉熱交換器、ＡＰＵ、リサイクル空気圧縮機、第２の圧縮熱捕捉熱交換器、低温ボックス、膨張デバイスを通って相分離器まで進む液化ユニットのプロセス流れを搬送する第１の導管と、相分離器の気体の出力流れ（１２４）を大気に搬送する第２の導管と、相分離器の液体の出力流れ（１２２）を寒剤タンク（２）に搬送する第３の導管と、第３の個別の単一閉ループ（４０５）の熱移送流体を低温ボックスを通して搬送する第４の導管と、第４の個別の単一閉ループ（４０７）の熱移送流体を低温ボックスを通して搬送する第５の導管と、を備え得る。
【０１６２】
主空気圧縮機は、主空気圧縮機の下流に置かれるＡＰＵ内で周囲空気（すなわち、ＣＥＳシステムを取り巻く大気中に存在する空気）を浄化する前に、周囲空気を、周囲空気圧力から２バールと数十バールとの間であり得る第１の圧力に圧縮する。ＡＰＵは、炭化水素、水および二酸化炭素を吸着してその出力部において浄化された空気を取得することができる吸着容器から成る。ＡＰＵの下流で、リサイクル空気圧縮機は、浄化された空気を、（ＡＰＵによってもたらされる圧力低下を考慮して）第１の圧力よりわずかに低い圧力から、２００バールの上限のもとで数十バールに等しい第２の圧力まで圧縮する。
【０１６３】
リサイクル空気圧縮機による浄化された空気出力（第１の導管によって搬送される）は、低温ボックス（１７）を通して搬送されて冷却され、次いで、膨張デバイス（１８）を通して搬送されて、その圧力を第１の圧力まで、または第１の圧力より高くかつ第２の圧力より低い圧力まで低減されて、その完全な液化が可能になる。膨張デバイス（１８）による液体流れの出力は、その後、相分離器に搬送される。
【０１６４】
相分離器の気体の出力流れ（１２４）を搬送する第２の導管は、膨張デバイス（１８）を通って液化ユニットのプロセス流れが膨張した後に存在する任意の気体が相分離器から大気に漏れ出ることを可能にする。この状況は、完全な液化は、定常状態が確立されたときのみ、達成されるため、通常、ＣＥＳシステムが始動したときに発生する。
【０１６５】
相分離器の液体の出力流れ（１２２）は、第３の導管によって寒剤タンク（２）に搬送される。
【０１６６】
熱移送流体は、循環ポンプによって第３の個別の単一閉ループ（４０５）を通って循環され、熱交換器（４０６）を介してＬＮＧ流れ（４００）から一部の冷熱エネルギーを取り出し、低温ボックスの高温側から距離「ａ」（図４Ｃの低温ボックス参照）の位置で低温ボックスに入って、その冷熱エネルギーを、反対方向に進む液化ユニットのプロセス流れ（第１の導管によって搬送される）に引き渡す。低温ボックスの長さは、距離「ａ」と「ｂ」との和に等しい。
【０１６７】
冷凍ループである第４の個別の単一閉ループ（４０７）では、その熱移送流体は、圧縮機によって圧縮され、次いで熱交換器（４０８）を介してＬＮＧ流れ（４００）によって冷却され、ターボ膨張機によって膨張され、第１の導管によって搬送される液化ユニットのプロセス流れによって、その低温側から距離「ｂ」（そこにおいて熱移送流体は低温ボックスを出る）まで低温ボックス内で加熱される。
【０１６８】
第１の導管によって搬送される液化ユニットのプロセス流れは、膨張デバイス（１８）を通った後に完全に液化されるように、第２および第３の導管によってそれぞれ搬送される第３（４０５）および第４（４０７）の個別の単一閉ループの熱移送流体によって冷却される。
【０１６９】
液化段階の間に液化ユニットによって生み出される寒剤（すなわち、相分離器の液体の出力流れ（１２２））が、寒剤タンク（２）に搬送される。動力回収段階の間に、寒剤タンク内に含まれる一部の寒剤が、動力回収ユニット（３）に搬送され、寒剤は、寒剤ポンプ（３１）によってポンピングされて高圧になり、蒸発器（３２）の中で加熱され、動力アイランド（３３０）に移送され、そこにおいて、寒剤は、少なくとも１つの動力回収加熱器を介して過熱されて、少なくとも１つのターボ膨張機の少なくとも１つの膨張段を介して膨張させられる。動力アイランド内にどれだけの量のターボ膨張機が存在しても、それらは、すべて、発電機に機械的に結合されて、電力を生み出す。それにもかかわらず、第３の実施形態の動力回収ユニットは、その構成に関して第１の実施形態の動力回収ユニットと異なるが、第２の実施形態の動力回収ユニットに類似する。
【０１７０】
動力回収ユニット（３）は、第２の個別の単一閉ループ（４０３）と熱的に相互作用している。第２の個別の単一閉ループ（４０３）は、熱移送流体であって、熱交換器（４０４）を介してＬＮＧ流れ（４００）によって冷却され、蒸発器（３２０）を介して動力アイランド（３３０）の出力から分流される流れ（３５）によって加熱される、熱移送流体を循環させるための再循環ポンプを含む。前記分流された流れ（３５）は、第２の個別の単一閉ループ（４０３）の熱移送流体によって、および同様に寒剤内に埋め込まれた冷熱エネルギーによって冷却され、その後、動力回収圧縮機（３４）によって圧縮され、図６Ａ〜図６Ｆに示す構成のいずれかを採用してよい動力アイランド（３３０）内に再注入され、図６Ａ〜図６Ｆの各々も本発明の一実施形態である。
【０１７１】
動力回収ユニットのターボ膨張機は、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｅおよび図６Ｆに示すように、４つの膨張段を示し得ることが望ましい。
【０１７２】
動力回収ユニットのターボ膨張機は、図６Ｃおよび図６Ｄに示すように、５つの膨張段を示し得る。
【０１７３】
図６Ａ〜図６Ｆの構成の各々、本発明のすべての実施形態に対して、動力アイランド（３３０）の出力から分流される流れ（３５）は、蒸発器（３２）を介して冷却され、次いで動力回収圧縮機（３４）によって再圧縮され、最後から２番目の膨張段の下流でかつ最後の動力回収加熱器および最後の膨張段の上流で元の動力アイランド（３３０）に注入される。圧縮機（３４）の仕事入力は、第２の個別の単一閉ループ（４０３）の熱移送流体および加圧された寒剤によって蒸発器（３２）を介してその入力が冷却されることによって低減され、最後の膨張段の仕事出力は、最後の膨張段によって処理される質量流量率を増大させることによって増加される。動力アイランドの出力流れの残りは、大気に排出されてもよく、またはＡＰＵ（１３）の吸着容器を再生するために使用されてもよい。
【０１７４】
動力アイランドは、図６Ａ〜図６Ｆで示される構成のうちの任意の１つを採用してよく、図６Ａ〜図６Ｆの各々も本発明の一実施形態である。図５Ａと図６Ａ、図５Ｂと図６Ｂ、図５Ｃと図６Ｃ、図５Ｄと図６Ｄ、図５Ｅと図６Ｅ、および図５Ｆと図６Ｆとの間の１つの差は、図６Ａ〜図６Ｆにおける動力アイランドの出力から分流された流れ（３５）の存在であり、その流れは、次いで蒸発器（３２）を介して冷却され、圧縮機（３４）によって再圧縮され、最後から２番目の膨張段の下流でかつ最後の動力回収加熱器（８４、８５０、８４００）および最後の膨張段（６４、６５０、６４００）の上流で元の動力アイランド（６００）に注入される。図６Ｂ、図６Ｄおよび図６Ｆは、追加の動力回収加熱器（８０、８００、８０００）を示す。追加の動力回収加熱器（８０、８００、８０００）は、動力回収加熱器（８１、８１０、８１００）の上流でかつ第１の膨張段（６１、６１０、６１００）の上流に置かれてよく、動力回収ユニットの作動流体は、第１の膨張段の上流に置かれた動力回収加熱器（８１、８１０、８１００）によってさらに加熱される前に、最後の膨張段（６４、６５０、６４００）の出力によって加熱されてよい。
【０１７５】
追加の動力回収加熱器（８０、８００、８０００）は、蒸発器（３２）の下流に置かれてもよい。
【０１７６】
以下は、図４Ａ〜図４Ｃに示す本発明の第１、第２および第３の実施形態と共通であり、図５Ａ〜図５Ｆおよび図６Ａ〜図６Ｆに示す本発明の他の実施形態とも共通である。
【０１７７】
低温ボックス（１７）は、パーライトなどの高品質絶縁材料で満たされた金属構造の内部に含まれる、熱交換器、配管、および圧力容器の組立品である。低温ボックスは、少なくとも１つの単一のマルチパス熱交換器を包含し得る。低温ボックスは、高温側（上側）と低温側（下側）とを示す。
【０１７８】
主空気圧縮機（１０）は、少なくとも１つの圧縮段、望ましくは２つの圧縮段、より望ましくは４つの圧縮段を有してよい。主空気圧縮機の少なくとも１つの圧縮段の下流、望ましくはその最後の圧縮段の下流に、圧縮熱捕捉熱交換器があってよい。圧縮熱捕捉熱交換器のタスクは、圧縮機または圧縮段のセットもしくは１つの圧縮段によって生成された圧縮熱の少なくとも一部を捕捉することである。少なくとも１つの圧縮段の下流に冷却器があってよい。少なくとも１つの圧縮熱捕捉熱交換器の下流に冷却器があってよい。一般的に、冷却器（すなわち、空気または水を使用する熱交換器）は、それらの圧縮段を通るその圧縮の前に気体の流れを予冷する（圧縮仕事の低減）ために圧縮機の圧縮段の上流に、または気体の流れを冷却してその後続の液化を容易にするために圧縮出力部の下流に置かれる。主空気圧縮機の圧縮の間および圧縮段間に冷却／加熱がないこと、すなわち、主空気圧縮機が断熱性を有し得ることが、望ましい。
【０１７９】
リサイクル空気圧縮機（１４）は、望ましくは１つの圧縮段または少なくとも１つの圧縮段またはより望ましくは４つの圧縮段を有してよい。リサイクル空気圧縮機の少なくとも１つの圧縮段の下流、望ましくはその最後の圧縮段の下流に、圧縮熱捕捉熱交換器があってよい。少なくとも１つの圧縮段の下流に冷却器があってよい。少なくとも１つの圧縮熱捕捉熱交換器の下流に冷却器があってよい。リサイクル空気圧縮機の圧縮の間および圧縮段間に冷却／加熱がないこと、すなわち、リサイクル空気圧縮機が断熱性を有し得ることが、望ましい。
【０１８０】
主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機に関して、圧縮熱捕捉熱交換器および冷却器の量ならびに主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機の圧縮段に対するそれらのそれぞれのロケーションは、主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機の出力温度目標ならびにそれらがもたらす寄生損失（たとえば、圧力低下など）に依存し、寄生損失は、動力消費を増加させると同時に、主空気圧縮機およびリサイクル空気圧縮機によって生成される圧縮熱のグレードに影響を及ぼす。
【０１８１】
ＣＥＳシステムの動力回収ユニットは、少なくとも１つのターボ膨張機、望ましくは１つのターボ膨張機を備えてよい。各ターボ膨張機は、次に、少なくとも１つの膨張段、望ましくは４つまたは５つの膨張段を備えてよい。各膨張段の上流に、動力回収加熱器があってよい。
【０１８２】
圧縮熱リサイクルデバイスは、第２の個別の二重閉ループ（１１、１２、１２Ａ）および第３の個別の二重閉ループ（１５、１６、１６Ａ）を含んでよい。個別の二重閉ループを有する利点（圧縮機からＴＥＳＤまでおよびＴＥＳＤからターボ膨張機までの間接的熱交換の発生に起因する）は、漏出した場合に熱移送流体を補充すること、および個別の二重閉ループを通って循環する熱移送流体の圧力を制御することが容易であることにある。
【０１８３】
第２の個別の二重閉ループは、主空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１２）を備え得る。第２の個別の二重閉ループの各単一ループは、熱移送流体、循環ポンプ、および主空気圧縮機関連ＴＥＳＤを通過する導管の配列を所有する。主空気圧縮機関連ＴＥＳＤを通過する導管のそれらのそれぞれの配列の一部は共有されてよく、それは、三方弁および単一の熱移送流体の存在を前提とする。
【０１８４】
第２の個別の二重閉ループのうちの１つの単一ループは、主空気圧縮機の下流に置かれた少なくとも１つの圧縮熱捕捉熱交換器（１１）を使用して主空気圧縮機（１０）によって生成された圧縮熱の少なくとも一部を捕捉して、それを主空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１２）内に貯蔵する。第２の個別の二重閉ループの他の単一ループ（１２Ａ）は、図５Ａ〜図５Ｆおよび図６Ａ〜図６Ｆに示すように、温熱エネルギーを、動力回収ターボ膨張機の膨張段（６４、６４０、６５０、６１００）のうちの少なくとも１つを介してそれを膨張させる前に、少なくとも１つの動力回収加熱器（８４、８４０、８５０、８１００）を介して動力回収ユニットの作動流体に供給し、図５Ａ〜図５Ｆおよび図６Ａ〜図６Ｆも本発明の実施形態である。前記単一ループは、少なくとも１つの弁（たとえば、三方弁）を備え得る。
【０１８５】
主空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１２）は、圧縮熱捕捉熱交換器（１１）を介して主空気圧縮機（１０）に熱的に結合される。
【０１８６】
主空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１２）は、充填層ＴＥＳＤ、固定相液体ベースのＴＥＳＤ、もしくは２つの容器ＴＥＳＤ、または望ましくは温度躍層ＴＥＳＤであってよい。
【０１８７】
主空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１２）が充填層ＴＥＳＤである場合、充填層の母材は、感知可能な物質（たとえば、小石）から成るか、潜熱相転移物質から成るか、またはそれらの組合せから成る、ランダムに互いに積み重ねられた粒子を含んでよい。主空気圧縮機関連ＴＥＳＤが充填層ＴＥＳＤである場合、充填層の母材は、感知可能な物質（たとえば、金属酸化物ビーズ）から成るか、潜熱相転移物質から成るか、またはそれらの組合せから成る、非ランダムに互いに積み重ねられた粒子を含んでよい。主空気圧縮機関連ＴＥＳＤが充填層ＴＥＳＤである場合、充填層の母材は、溶融粒子（たとえば、セラミックス）を含んでよい。
【０１８８】
主空気圧縮機関連ＴＥＳＤは、その温度が２００℃と４００℃との間である圧縮熱を貯蔵し得る。第２の個別の二重閉ループを通って循環する熱移送流体は、気体または液体であり得る。前記熱移送流体は、水もしくは水とグリコールの混合物、または熱媒油もしくは熱媒油の混合物（合成油、天然油、鉱油）、または溶融塩を含んでよい。第３の個別の二重閉ループは、リサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１６）を備え得る。第３の個別の二重閉ループの各単一ループは、熱移送流体、循環ポンプ、およびリサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤを通過する導管の配列を所有する。リサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤを通過する導管のそれらのそれぞれの配列の一部は共有されてよく、それは、三方弁および単一の熱移送流体の存在を前提とする。
【０１８９】
第３の個別の二重閉ループのうちの１つの単一ループは、リサイクル空気圧縮機の下流に置かれた少なくとも１つの圧縮熱捕捉熱交換器（１５）を使用してリサイクル空気圧縮機（１４）によって生成された圧縮熱の少なくとも一部を捕捉して、それをリサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１６）内に貯蔵する。第３の個別の二重閉ループの他の単一ループ（１６Ａ）は、図５Ａ〜図５Ｆおよび図６Ａ〜図６Ｆに示すように、温熱エネルギーを、動力回収ターボ膨張機の膨張段（６１、６２、６３、６１０、６２０、６３０、６２００、６３００、６４００）のうちの少なくとも１つを介してそれを膨張させる前に、少なくとも１つの動力回収加熱器（８１、８２、８３、８１０、８２０、８３０、８２００、８３００、８４００）を介して動力回収ユニットの作動流体に供給し、図５Ａ〜図５Ｆおよび図６Ａ〜図６Ｆも本発明の実施形態である。前記単一ループは、少なくとも１つの弁（たとえば、三方弁）を備え得る。
【０１９０】
リサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１６）は、圧縮熱捕捉熱交換器（１５）を介してリサイクル空気圧縮機（１４）に熱的に結合される。
【０１９１】
リサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤは、充填層ＴＥＳＤ、固定相液体ベースのＴＥＳＤ、もしくは２つの容器ＴＥＳＤ、または望ましくは温度躍層ＴＥＳＤであってよい。
【０１９２】
リサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１６）が充填層ＴＥＳＤである場合、充填層の母材は、感知可能な物質（たとえば、小石）から成るか、潜熱相転移物質から成るか、またはそれらの組合せから成る、ランダムに互いに積み重ねられた粒子を含んでよい。リサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤが充填層ＴＥＳＤである場合、充填層の母材は、感知可能な物質（たとえば、金属酸化物ビーズ）から成るか、潜熱相転移物質から成るか、またはそれらの組合せから成る、非ランダムに互いに積み重ねられた粒子を含んでよい。リサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤが充填層ＴＥＳＤである場合、充填層の母材は、溶融粒子（たとえば、セラミックス）を含んでよい。
【０１９３】
リサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤ（１６）は、その温度が１５０℃と３５０℃との間である圧縮熱を貯蔵し得る。第３の個別の二重閉ループを通って循環する熱移送流体は、気体または液体であり得る。前記熱移送流体は、水もしくは水とグリコールの混合物、または熱媒油もしくは熱媒油の混合物（合成油、天然油、鉱油）、または溶融塩を含んでよい。
【０１９４】
ＣＥＳシステムの液化ユニットによって液化される気体は、周囲空気、窒素ガス、または酸素と窒素との濃度が周囲空気の酸素と窒素との濃度と異なる任意の空気であってよい。液化ユニットによって生み出され、その後、寒剤タンクを満たして動力回収ユニットによって処理される寒剤は、液体空気、液体窒素、または酸素と窒素との濃度が周囲空気の酸素と窒素との濃度と異なる任意の液体空気であってよい。
【０１９５】
少なくとも１つの動力回収加熱器を介して動力回収ユニットの作動流体に供給される温熱エネルギーは、第２（１１、１２、１２Ａ）および第３（１５、１６、１６Ａ）の個別の二重閉ループを通って圧縮熱リサイクルデバイスから生じ得る。
【０１９６】
図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、それぞれ、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに示すシステムに類似する極低温エネルギー貯蔵システムを示す。図７および図４のシステム間の差は、以下のとおりである。
−  図４Ａ〜図４Ｃに示す第１の圧縮熱捕捉熱交換器（１１）は、第３の圧縮熱捕捉熱交換器（１１０）と第４の圧縮熱捕捉熱交換器（１５０）とに分割される。
−  第３（１１０）および第４（１５０）の圧縮熱捕捉熱交換器は、ともに、主空気圧縮機（１０）に熱的に結合される。言い換えれば、第３（１１０）および第４（１５０）の圧縮熱捕捉熱交換器は、それぞれ、主空気圧縮機（１０）から圧縮熱を捕捉する。
−  第３の圧縮熱捕捉熱交換器（１１０）は、第２の熱エネルギー貯蔵デバイス（１２）に熱的に結合される。
−  第４の圧縮熱捕捉熱交換器（１５０）は、第１の熱エネルギー貯蔵デバイス（１６）に熱的に結合される。
−  図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに示す第２（１１、１２、１２Ａ）および第３（１５、１６、１６Ａ）の個別の二重閉ループは、次に、図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃに示す第４（１１０、１２、１２Ａ）および第５（５００；１６、１６Ａ）の個別の二重閉ループによって置き換えられる。
【０１９７】
第４の個別の二重閉ループ（１１０、１２、１２Ａ）は、２つの単一ループ（１１０、１２）および（１２Ａ）を有し、熱移送流体は単一ループ（１１０、１２）を通って循環し、圧縮熱捕捉熱交換器（１１０）を介して主空気圧縮機（１０）から圧縮熱の一部を捕捉し得る。第２の熱エネルギー貯蔵デバイス（１２）内に貯蔵された圧縮熱の温度は、１５０℃と５５０℃との間であり得る。圧縮熱は、熱移送流体によって熱交換器（１１０）から移送され、第２の熱エネルギー貯蔵デバイス（１２）内に貯蔵される。単一ループ（１２Ａ）を通って循環するさらなる熱移送流体は、図８Ａ〜図８Ｂおよび図９Ａ〜図９Ｂに示すように、貯蔵された圧縮熱の少なくとも一部を動力回収加熱器（８５０００）に伝達して、動力回収ユニット（３）の作動流体を加熱する。
【０１９８】
第５の個別の二重閉ループ（５００；１６、１６Ａ）は、２つの単一ループ（５００）および（１６Ａ）を有し、熱移送流体は単一ループ（５００）を通って循環し、圧縮熱捕捉熱交換器（１５０）を介して主空気圧縮機（１０）から圧縮熱の一部を捕捉し、かつ第２の圧縮熱捕捉熱交換器（１５）を介してリサイクル空気圧縮機（１４）から圧縮熱の一部を捕捉し得る。第１の熱エネルギー貯蔵デバイス（１６）内に貯蔵された圧縮熱の温度は、１５０℃と３５０℃との間であり得る。圧縮熱捕捉熱交換器（１５０）によって捕捉された主空気圧縮機からの圧縮熱の一部および圧縮熱捕捉熱交換器（１５）によって捕捉されたリサイクル空気圧縮機からの圧縮熱の一部は、同じ温度であり得、それらは、それぞれ、第１の熱エネルギー貯蔵デバイス（１６）内に貯蔵される。単一ループ（１６Ａ）を通って循環するさらなる熱移送流体は、図８Ａ〜図８Ｂおよび図９Ａ〜図９Ｂに示すように、貯蔵された圧縮熱の少なくとも一部を動力回収加熱器（８１０００、８２０００、８３０００、８４０００）に伝達して、動力回収ユニット（３）の作動流体を加熱する。動力回収加熱器（８５０００）は、動力回収加熱器（８４０００）の下流でかつ第４の膨張段（６４０００）の上流に位置する。
【０１９９】
第２の熱エネルギー貯蔵デバイス（１２）内に貯蔵された圧縮熱の温度は、第１の熱エネルギー貯蔵デバイス（１６）内に貯蔵された圧縮熱の温度より高い。
【０２００】
動力回収ユニット（３）のターボ膨張機は、４つの膨張段を示し得ることが望ましい。
【０２０１】
図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の実施形態である、図７Ａに示す独立型ＣＥＳシステムに対する動力アイランド（３３）の２つのさらなる代替形態を表す。
【０２０２】
図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の実施形態である、図７Ｂおよび図７Ｃに示す熱的に統合されたＣＥＳシステムに対する動力アイランド（３３０）のさらなる２つの代替配列を表す。
【０２０３】
図１０は、本発明によるＣＥＳシステムの代替図を示す。図１０は、第１（５０１）および第２（５０２）の中間閉ループの配列を示す。図１０は、第１（５０１）および第２（５０２）の中間閉ループが導入されるとき、図７Ａ〜図７Ｃ、図８Ａ〜図８Ｂ、図９Ａ〜図９Ｂに示す本発明の実施形態の代替図を提供する。
【０２０４】
図７〜図１０は、特許請求の範囲の本発明の実施形態であり、さらに、本発明の番号付きの条項(numbered clauses)によって具現化される、動力回収サブシステムおよび極低温エネルギー貯蔵システムを示す。
【０２０５】
第１の熱エネルギー貯蔵デバイス（１６）は、動力回収加熱器（８１０００、８２０００、８３０００、８４０００）を介して、４つの膨張段（６１０００、６２０００、６３０００、６４０００）の各々の前に温熱エネルギーを動力回収の作動流体に供給してよく、一方で、第２の熱エネルギー貯蔵デバイス（１２）は、動力回収加熱器（８４０００）の下流でかつ最後の膨張段（６４０００）の上流に置かれた動力回収加熱器（８５０００）を介して、最後の第４の膨張段（６４０００）の前に温熱エネルギーを動力回収ユニットの作動流体に供給してよい（図８Ａ参照）。追加の動力回収加熱器（８００００）が、第１の膨張段（６１０００）の上流の動力回収加熱器（８１０００）の上流に置かれてよく、動力回収ユニットの作動流体は、第１の膨張段の上流に置かれた動力回収加熱器（８１０００）によってさらに加熱される前に、第４の膨張段（６４０００）の出力によって加熱されてよい（図８Ｂ参照）。その温熱エネルギーを追加の動力回収加熱器（８００００）を介して動力回収ユニットの作動流体に移送した後、第４の膨張段の出力は、大気中に排出されてよく、またはＡＰＵの吸着容器を再生するために使用されてよい。
【０２０６】
本発明の実施形態である図９Ａ〜図９Ｂの構成の各々に対して、動力アイランド（３３０）の出力から分流される流れ（３５）は、蒸発器（３２）を介して冷却され、次いで動力回収圧縮機（３４）によって再圧縮され、最後から２番目の膨張段の下流でかつ動力回収加熱器（８４０００、８５０００）および最後の膨張段（６４０００）の上流で元の動力アイランド（３３０）に注入される。圧縮機（３４）の仕事入力は、第２の個別の単一閉ループ（４０３）の熱移送流体によって蒸発器（３２）を介してその入力が冷却されることによって低減され、最後の膨張段の仕事出力は、最後の膨張段によって処理される質量流量率を増大させることによって増加される。動力アイランドの出力流れの残りは、大気に排出されてもよく、またはＡＰＵ（１３）の吸着容器を再生するために使用されてもよい。
【０２０７】
図８Ａと図９Ａとの間および図８Ｂと図９Ｂとの間の１つの差は、流れ（３５）の存在である。図９Ａおよび図９Ｂでは、最後の膨張段（６４０００）の下流の動力アイランド（３３０）からの出力の少なくとも一部は、最後から２番目の膨張段（６３０００）の下流でかつ動力回収加熱器（８４０００、８５０００）および最後の膨張段（６４０００）の上流で元の動力アイランド（３３０）に注入される前に、分流され、蒸発器（３２）を介して冷却されて、圧縮機（３４）によって再圧縮される。図９Ｂは、追加の動力回収加熱器（８００００）を示す。追加の動力回収加熱器（８００００）は、動力回収加熱器（８１０００）の上流でかつ第１の膨張段（６１０００）の上流に置かれてよく、動力回収ユニットの作動流体は、第１の膨張段（６１０００）の上流に置かれた動力回収加熱器（８１０００）によってさらに加熱される前に、最後の膨張段（６４０００）の出力によって加熱されてよい。
【０２０８】
図７Ａ〜図７Ｃ、図８Ａ〜図８Ｂ、図９Ａ〜図９Ｂおよび図１０では、第１の熱エネルギー貯蔵デバイス（１６）は、圧縮熱捕捉熱交換器（１５）を介してリサイクル空気圧縮機（１４）に、かつ圧縮熱捕捉熱交換器（１５０）を介して主空気圧縮機（１０）に熱的に結合される。第５の個別の二重閉ループ（５００；１６、１６Ａ）の２つの単一ループを通って循環する熱移送流体は、水のみを含んでよく、または水とグリコールの混合物を含んでもよい。第１の熱エネルギー貯蔵デバイス（１６）は、１５０℃と３５０℃との間の温度における圧縮熱を貯蔵し得る。
【０２０９】
図７Ａ〜図７Ｃ、図８Ａ〜図８Ｂ、図９Ａ〜図９Ｂおよび図１０では、第２の熱エネルギー貯蔵デバイス（１２）は、圧縮熱捕捉熱交換器（１１０）を介して主空気圧縮機（１０）に熱的に結合される。第４の個別の二重閉ループ（１１０、１２、１２Ａ）の２つの単一ループを通して循環する熱移送流体は、溶融塩を含んでもよい。第２の熱エネルギー貯蔵デバイス（１２）は、１５０℃と５５０℃との間、望ましくは２００℃と４００℃との間の温度における圧縮熱を貯蔵し得る。
【０２１０】
図７Ａ〜図７Ｃおよび図１０のように、第３（１１０）と第４（１５０）との両方の圧縮熱捕捉熱交換器を設ける利点は、単一ループ（１１０、１２）を循環する溶融塩が凝固することを回避するために、第３（１１０）の圧縮熱捕捉熱交換器を通過する間にプロセス流れが十分に温かいままであることを確実にすることである。
【０２１１】
図８Ａ〜図８Ｂおよび図９Ａ〜図９Ｂの２つの動力回収加熱器（８４０００；８５０００）を設ける利点は、第４の個別の二重閉ループ（１１０、１２、１２Ａ）のうちの単一ループ１２Ａを通って循環する溶融塩が、動力回収加熱器（８５０００）を通過する間に凝固することを回避するために、作動流体を、動力回収加熱器（８４０００）を通過する間に十分に加熱することである。
【０２１２】
溶融塩は、第４の個別の二重閉ループ内の熱移送流体として有利に使用され得る。溶融塩を熱移送流体として使用することは、以下の利点を提供し得る。
−  溶融塩は、極めて低い蒸気圧（約０ｋＰａ）を有し、すなわち、それらは、それらを適度に加圧することによって液体状態に維持することができ、したがって、それらを貯蔵するために低圧容器（たとえば、安価に数百ミリバールに加圧される）の使用を必要とするのみである。
−  溶融塩はポンプで加圧され、圧縮機で加圧される気体の熱移送流体よりも少ないエネルギーを必要とする。
−  溶融塩は、一般的に、たとえば１６００ｋｇ／ｍ３と２５００ｋｇ／ｍ３との間の高い密度を有する。
−  溶融塩は、高温において安定している。
−  溶融塩は、可燃性ではない。
−  溶融塩は、高温において低い粘度を有する。
−  溶融塩は、高い単位体積当たり熱容量を有する。
−  溶融塩は、エネルギー貯蔵から原子炉および集光型太陽熱発電（ＣＰＳ）プラントまで、広範囲の用途に使用される。
【０２１３】
しかしながら、溶融塩を配管を通して搬送することは、溶融塩の温度を、それらがヒートトレーシングの使用を通して固化または「凝固」する温度の上に維持することができる、特注の高価なタイプの配管の使用を必要とする。このタイプの配管がないと、主空気圧縮機（１０）と動力回収加熱器（８５０００）との間の配管内の溶融塩が凝固することがあり、システム全体において運転および保全上の問題を生じる。加えて、溶融塩は腐食性であり、配管およびＣＥＳシステム内の高価な機械設備を損傷する場合がある。
【０２１４】
溶融塩を移送するために必要なタイプの配管の一例は、ＢＡＳＦに対する特許文献７に記載されている。溶融塩の配管は、従来の配管と異なり、従来の配管は、溶融塩を移送するのに適していない場合がある。たとえば、溶融塩の配管は、再溶融のプロセスを回避するために溶融塩を凝固点より上に維持し得る。別の例では、溶融塩の配管は、溶融塩をポンピングするために特別に設計された循環ポンプを含み得る。
【０２１５】
第２の熱エネルギー貯蔵デバイスは、第１の熱エネルギー貯蔵デバイスによって貯蔵されるグレードより高いグレードで、熱エネルギーまたは熱を貯蔵するように、特別に構成され得る。これは、上記で詳述した、溶融塩のために必要な特注の配管を含むように構成されることを含み得る。
【０２１６】
第１の中間閉ループ（５０１）および第２の中間閉ループ（５０２）が、上記の溶融塩に伴う問題を解決するために、図１０に示すように、本発明に組み込まれ得る。言い換えれば、第１および第２の中間閉ループは、必要なヒートトレーシングを装備された配管の量を低減し、それによって、資本支出を減少させ、溶融塩を搬送する配管と、液化ユニットのプロセス流れおよび動力回収ユニットの作動流体を搬送する配管と、を切り離しておく。
【０２１７】
第１の中間閉ループ（５０１）は、主空気圧縮機（１０）と第４の個別の二重閉ループ（１１０、１２、１２Ａ）の１つの単一ループ（１１０、１２）との間に導入され得る。この場合、第４の個別の二重閉ループ（１１０、１２、１２Ａ）は、第６の個別の二重閉ループ（５０３、１２、５０４）になる。第１の中間閉ループ（５０１）は、圧縮熱捕捉熱交換器（１１０）と、圧縮熱捕捉熱交換器（１１０）と第６の個別の二重閉ループ（５０３、１２、５０４）の単一ループ（５０３）との間の熱移送を可能にする追加の熱交換器（１１０Ａ）と、を通過する。
【０２１８】
第２の中間閉ループ（５０２）は、第４の個別の二重閉ループ（１１０、１２、１２Ａ）の単一ループ（５０４）と動力回収加熱器（８５０００）との間に導入され得る。この場合、第４の個別の二重閉ループ（１１０、１２、１２Ａ）は、第６の個別の二重閉ループ（５０３、１２、５０４）になる。第２の中間閉ループ（５０２）は、熱交換器（１１０Ｂ）および動力回収加熱器（８５０００）を通過する。追加の熱交換器（１１０Ｂ）は、第６の個別の二重閉ループ（５０３、１２、５０４）の単一ループ（５０４）と動力回収加熱器（８５０００）との間の熱移送を可能にする。
【０２１９】
第１（５０１）および第２（５０２）の中間閉ループの各々は、以下を含み得る。
−  熱移送流体、
−  前記中間閉ループを通して熱移送流体を循環させるための、ポンプ（熱移送流体が液体の場合）または機械式送風機（熱移送流体が気体の場合）、
−  前記熱移送流体に与えられた熱的変動によって誘発される、中間閉ループ内の熱移送流体によって占められる体積の変化に適応する加圧ユニット。
【０２２０】
中間閉ループ内の熱移送流体は、単一タイプの熱媒油または熱媒油の混合物であり得る。使用され得る熱媒油の例は、ＤｏｗＴｈｅｒｍ（商標）の範囲の熱移送流体およびＳｙｌＴｈｅｒｍ（商標）の範囲のシリコン流体からの流体であり、両者は、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーによって製造される。他の適切な流体も使用され得る。
【０２２１】
機械式送風機またはポンプは、第１（５０１）および第２（５０２）の中間閉ループを通って循環するとき、前記熱移送流体に影響を及ぼす圧力低下を相殺するために使用される。
【０２２２】
第１（５０１）および第２（５０２）との中間閉ループは、したがって、場合によっては主空気圧縮機（１０）と動力回収加熱器（８５０００）との間の配管、ならびにシステム全体において、運転および保全上の問題を生じる溶融塩の固化を回避するために、それらが「凝固」する温度より高い温度に溶融塩を維持する。同じく、第１（５０１）および第２（５０２）の中間閉ループは、液化ユニットのプロセス流れおよび動力回収ユニットの作動流体を搬送する配管から溶融塩を切り離しておく。
【０２２３】
本発明の番号付きの条項
１．  極低温エネルギー貯蔵システムのための動力回収サブシステムであって、
第１の熱源と、
第１の熱交換器と、
第２の熱交換器と、
第１の膨張段と、
第２の膨張段と、
上流端および下流端を有し、前記第１の熱交換器、前記第１の膨張段、前記第２の熱交換器および前記第２の膨張段を通して作動流体を送るように構成された、導管の第１の配列と、
第１の熱移送流体を、前記第１の熱源から前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器を通して送るように構成された、導管の第２の配列と、
を備え、
導管の前記第２の配列が、前記第１の熱移送流体の第１の部分を前記第１の熱交換器を通して送り、前記第１の熱移送流体の第２の部分を前記第２の熱交換器を通して送るようにさらに構成される、動力回収サブシステム。
２．  第３の熱交換器と、
第３の膨張段と、
をさらに備え、
導管の前記第１の配列が、前記作動流体を前記第３の熱交換器および前記第３の膨張段を通して送るようにさらに構成され、
導管の前記第２の配列が、前記第１の熱移送流体の第３の部分を前記第３の熱交換器を通して送るようにさらに構成される、条項１に記載のサブシステム。
３．  第２の熱源と、
第４の熱交換器と、
第４の膨張段と、
第２の熱移送流体を前記第２の熱源から前記第４の熱交換器を通して送るように構成された、導管の第３の配列と、
をさらに備え、
導管の前記第１の配列が、前記作動流体を前記第４の熱交換器および前記第４の膨張段を通して送るようにさらに構成される、条項１または２に記載のサブシステム。
４．  第５の熱交換器と、
第５の膨張段と、
をさらに備え、
導管の前記第１の配列が、前記作動流体を前記第５の熱交換器および前記第５の膨張段を通して送るようにさらに構成され、
導管の前記第３の配列が、前記第２の熱移送流体の第１の部分を前記第４の熱交換器を通して送り、前記第２の熱移送流体の第２の部分を前記第５の熱交換器を通して送るようにさらに構成される、条項３に記載のサブシステム。
５．  導管の前記第３の配列が通過する１つ以上の前記熱交換器が、導管の前記第２の配列が通過する前記熱交換器の上流で導管の前記第１の配列に沿って配置される、条項３または条項４に記載のサブシステム。
６．  導管の前記第３の配列が通過する１つ以上の前記熱交換器が、導管の前記第２の配列が通過する前記熱交換器の下流で導管の前記第１の配列に沿って配置される、条項３または条項４に記載のサブシステム。
７．  第６の熱交換器をさらに備え、
導管の前記第１の配列が、（ｉ）導管の前記第２の配列が通過する最も遠い上流の熱交換器と、（ｉｉ）導管の前記第３の配列が通過する最も遠い上流の熱交換器と、の両方の上流で前記第６の熱交換器を通して前記作動流体を送るようにさらに構成され、
導管の前記第１の配列が、前記作動流体出力を、最も遠い下流の膨張段から前記第６の熱交換器を通して排出部に送るようにさらに構成される、条項１から６のいずれか一項に記載のサブシステム。
８．  前記作動流体の一部を、導管の前記第１の配列内の下流の位置から蒸発器および第１の圧縮機を通して分流させて、前記作動流体の一部を導管の前記第１の配列内の上流の位置に戻すように構成された導管の第４の配列をさらに備える、条項１から７のいずれか一項に記載のサブシステム。
９．  前記蒸発器が、前記最も遠い上流の熱交換器の上流の導管の前記第１の配列に沿って配置され、前記下流の位置が、前記最も遠い下流の膨張段の下流であり、前記上流の位置が、前記最も遠い下流の膨張段の直近の上流である、条項８に記載のサブシステム。
１０．  導管の前記第２の配列が前記第１、第２および第３の熱交換器を通過して、望ましくは他の熱交換器を通過せず、導管の前記第３の配列が前記第４の熱交換器を通過して、望ましくは他の熱交換器を通過しないように構成され、導管の前記第３の配列が通過する前記熱交換器が、導管の前記第２の配列が通過する前記熱交換器の上流にある、条項３から９に記載のサブシステム。
１１．  導管の前記第２の配列が前記第１、第２および第３の熱交換器を通過して、望ましくは他の熱交換器を通過せず、導管の前記第３の配列が前記第４および第５の熱交換器を通過して、望ましくは他の熱交換器を通過しないように構成され、導管の前記第２の配列が通過する前記熱交換器が、導管の前記第３の配列が通過する前記熱交換器の上流にある、条項４から９に記載のサブシステム。
１２．  導管の前記第２の配列が前記第１、第２および第３の熱交換器を通過して、望ましくは他の熱交換器を通過せず、導管の前記第３の配列が前記第４の熱交換器を通過して、望ましくは他の熱交換器を通過しないように構成され、導管の前記第２の配列が通過する前記熱交換器が、導管の前記第３の配列が通過する前記熱交換器の上流にある、条項３から９に記載のサブシステム。
１３．  前記第１の熱源が、第１の熱エネルギー貯蔵デバイスであり、導管の前記第２の配列が、前記第１の熱移送流体を、導管の前記第２の配列が通過するように構成された各熱交換器を通して送った後、前記第１の熱移送流体を前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスに戻すようにさらに構成され、それによって、導管の前記第２の配列が第１の閉回路を形成する、条項１から１２のいずれか一項に記載のサブシステム。
１４．  前記第２の熱源が、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスであり、導管の前記第３の配列が、前記第２の熱移送流体を、導管の前記第３の配列が通過するように構成された各熱交換器を通して送った後、前記第２の熱移送流体を前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスに戻すようにさらに構成され、それによって、導管の前記第３の配列が第２の閉回路を形成する、条項３から１３のいずれか一項に記載のサブシステム。
１５．  前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスが、リサイクル空気圧縮機によって生成された圧縮熱の少なくとも一部を貯蔵するように構成され、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、主空気圧縮機によって生成された圧縮熱の少なくとも一部を貯蔵するように構成され、随意に、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、溶融塩を運ぶのに好適な配管を備えてよい、条項１４に記載のサブシステム。
１６．  第１０の熱交換器と、
第１１の熱交換器と、
をさらに備え、
前記第２の熱源が、第２の熱エネルギー貯蔵デバイスであり、
導管の前記第１の配列が、前記第４の熱交換器の直近の上流の前記第１０の熱交換器を通して前記作動流体を送るようにさらに構成され、
導管の前記第３の配列が、２つの閉ループを形成するように構成され、第１の閉ループが、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスおよび前記第１１の熱交換器を通過し、第２の閉ループが、前記第１１の熱交換器および前記第４の熱交換器を通過し、
随意に、前記第１の閉ループ内の熱移送流体が、溶融塩を含み、さらに随意に、前記第２の閉ループ内の熱移送流体が、熱媒油または熱媒油の混合物を含む、条項３から１３のいずれか一項に記載のサブシステム。
１７．  前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスが、主空気圧縮機によって生成された前記圧縮熱の少なくとも一部およびリサイクル空気圧縮機によって生成された前記圧縮熱の少なくとも一部を貯蔵するように構成され、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、前記主空気圧縮機によって生成された前記圧縮熱の少なくとも一部を貯蔵するように構成され、随意に、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、溶融塩を運ぶのに好適な配管を備えてよい、条項１６に記載のサブシステム。
１８．  前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記熱エネルギーの温度より高い温度で熱エネルギーを貯蔵するように構成され、随意に、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、１５０℃と５５０℃との間、望ましくは２００℃と４００℃との間の熱エネルギーを貯蔵するように構成され、前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスが、１５０℃と３５０℃との間の熱エネルギーを貯蔵するように構成される、条項１４から１７のいずれか一項に記載のサブシステム。
１９．  第１の熱エネルギー貯蔵デバイスおよび第２の熱エネルギー貯蔵デバイスから温熱エネルギーを、対応する複数の熱交換器を介して受けるように、かつ温熱エネルギーを複数の膨張段および前記複数の熱交換器を通過する作動流体に移送するように構成された、複数の膨張段を備える、動力回収サブシステムであって、望ましくは、条項３から１８のいずれか一項による、動力回収サブシステムと、
熱エネルギーを前記第１および第２の熱エネルギー貯蔵デバイスに供給するように構成された液化サブシステムと、
を備え、前記液化サブシステムが、
主空気圧縮機と、
リサイクル空気圧縮機と、
第８の熱交換器と、
第９の熱交換器と、
前記主空気圧縮機、第８の熱交換器、リサイクル空気圧縮機、および第９の熱交換器を通してプロセス流れを送るように構成された導管の第５の配列と、
第３の閉回路を形成し、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスと前記第８の熱交換器との間に第３の熱移送流体を送るように構成された導管の第６の配列と、
第４の閉回路を形成し、前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスと前記第９の熱交換器との間に第４の熱移送流体を送るように構成された導管の第７の配列と、
をさらに備え、
前記第８の熱交換器が、前記主空気圧縮機の直近の下流の導管の前記第５の配列に沿って配置され、かつ前記主空気圧縮機からの前記プロセス流れの圧縮熱の少なくとも一部を、前記第３の熱移送流体を介して前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスに移送するように構成され、
前記第９の熱交換器が、前記リサイクル空気圧縮機の直近の下流の導管の前記第５の配列に沿って配置され、かつ前記リサイクル空気圧縮機からの前記プロセス流れの前記圧縮熱の少なくとも一部を、前記第４の熱移送流体を介して前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスに移送するように構成される、極低温エネルギー貯蔵システム。
２０．  低温ボックスと、
液化ターボ膨張機と、
前記主空気圧縮機を通る流体の質量流量率が前記リサイクル空気圧縮機を通る流体の前記質量流量率より小さくなるように、前記プロセス流れの少なくとも一部を、前記低温ボックスを通過して前記リサイクル空気圧縮機の上流で導管の前記第５の配列と合流する前に、前記低温ボックスの一部および前記液化ターボ膨張機を通して送るように構成された、導管の第８の配列と、
導管の前記第８の配列内の前記プロセス流れの前記一部が、冷熱エネルギーを、導管の第９の配列内の前記プロセス流れの前記一部に前記低温ボックスを介して移送するように、前記プロセス流れの少なくとも一部を、前記低温ボックス、膨張デバイス、望ましくはジュールトムソン弁または湿式ターボ膨張機を通して相分離器に送るように構成された、導管の第９の配列と、
第１の低温リサイクルループと、
をさらに備え、前記第１の低温リサイクルループが前記低温ボックスを通過し、かつ廃棄冷熱エネルギーを、前記極低温エネルギー貯蔵システムの外部であるがそれと熱的に統合されたシステムから導管の前記第９の配列内の前記プロセス流れの少なくとも前記一部に移送するように構成される、条項１９に記載のシステム。
２１．  前記動力回収サブシステムが、蒸発器をさらに備え、前記システムが、
前記蒸発器を通過し、かつ廃棄冷熱エネルギーを、前記極低温エネルギー貯蔵システムの外部であるがそれと熱的に統合されるシステムから、前記作動流体の少なくとも一部に、望ましくは、前記複数の膨張段および前記動力回収サブシステムの複数の熱交換器の下流で前記作動流体の少なくとも一部に移送するように構成された、第２の低温リサイクルループをさらに備える、条項１９または２０に記載のシステム。
２２．  前記主空気圧縮機が、前記リサイクル空気圧縮機の入力および出力の圧力と異なる入力および出力の圧力を有し、前記主空気圧縮機および／または前記リサイクル空気圧縮機が断熱性を有する、条項１９から２１のいずれか一項に記載の極低温エネルギー貯蔵システム。
２３．  第１２の熱交換器をさらに備え、
導管の前記第５の配列が、前記プロセス流れを、前記第８の熱交換器の下流でかつ前記リサイクル空気圧縮機の上流で前記第１２の熱交換器を通して送るようにさらに構成され、
導管の前記第７の配列が、前記第４の熱移送流体を、前記第１２の熱交換器を通して送るようにさらに構成され、
前記第１２の熱交換器が、前記プロセス流れの前記圧縮熱の少なくとも一部を、前記主空気圧縮機から前記第４の熱移送流体を介して前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスに移送するように構成される、条項１９から２２のいずれか一項に記載の極低温エネルギー貯蔵システム。
２４．  前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスから受けた前記熱エネルギーの温度が、前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスから受けた前記熱エネルギーの前記温度より高く、随意に、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、１５０℃と５５０℃との間、望ましくは２００℃と４００℃との間の熱エネルギーを貯蔵するように構成され、前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスが、１５０℃と３５０℃との間の熱エネルギーを貯蔵するように構成される、条項１９から２３のいずれか一項に記載の極低温エネルギー貯蔵システム。
２５．  第１３の熱交換器をさらに備え、
導管の前記第６の配列が２つの捕捉閉ループを形成するように構成され、第１の捕捉閉ループが前記第８の熱交換器および前記第１３の熱交換器を通過し、第２の捕捉閉ループが前記第１３の熱交換器および前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスを通過し、
随意に、前記第２の捕捉閉ループ内の熱移送流体が、溶融塩を含んでよく、さらに随意に、前記第１の捕捉閉ループ内の熱移送流体が、熱媒油または熱媒油の混合物を含んでよい、条項１９から２４のいずれか一項に記載の極低温エネルギー貯蔵システム。
２６．  主空気圧縮機と、
リサイクル空気圧縮機と、
第２の熱エネルギー貯蔵デバイスと、
第１の熱エネルギー貯蔵デバイスと、
作動流体と、
第１および第２のサブセットを含む複数の膨張段と、
を備える熱エネルギーリサイクルシステムであって、
液化段階の間に前記主空気圧縮機によって生み出された圧縮熱の少なくとも一部を捕捉して、圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵し、かつ動力回収段階の間に前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記圧縮熱を膨張段の第１のサブセットの各々の上流で前記作動流体に加えるように構成され、
液化段階の間に前記リサイクル空気圧縮機によって生み出された前記圧縮熱の少なくとも一部を捕捉して、前記圧縮熱の少なくとも一部を前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵し、かつ動力回収段階の間に前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記圧縮熱を膨張段の前記第２のサブセットの各々の上流で前記作動流体に加えるようにさらに構成される、熱エネルギーリサイクルシステム。
２７．  極低温エネルギー貯蔵システム内の熱エネルギーをリサイクルするための方法であって、
液化サブシステムを提供するステップであって、前記液化サブシステムが、
主空気圧縮機と、
リサイクル空気圧縮機と、
第２の熱エネルギー貯蔵デバイスと、
第１の熱エネルギー貯蔵デバイスと、
を備える、ステップと、
動力回収サブシステムを提供するステップであって、前記動力回収サブシステムが、
作動流体と、
第１および第２のサブセットを含む複数の膨張段と、
を備える、ステップと、
前記主空気圧縮機から前記圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、かつ前記圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵するステップと、
前記リサイクル空気圧縮機から前記圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、かつ前記圧縮熱の少なくとも一部を前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵するステップと、
前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記圧縮熱を膨張段の第１のサブセットの各々の上流で前記作動流体に加えるステップと、
前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記圧縮熱を膨張段の第２のサブセットの各々の上流で前記作動流体に加えるステップと、
を含む、方法。
２８．  低温ボックスと、
前記低温ボックスを通過して、前記極低温エネルギー貯蔵システムの外部であるがそれと熱的に統合されるシステムからの廃棄冷熱エネルギーを、前記低温ボックス、膨張デバイス、望ましくはジュールトムソン弁または湿式ターボ膨張機を通って相分離器まで進むプロセス流れの一部に移送するように構成された、第１の低温リサイクルループと、
をさらに備える、条項２６に記載のシステムまたは条項２７に記載の方法。
２９．  第２の低温リサイクルループをさらに備え、
前記動力回収サブシステムが、
蒸発器と、
圧縮機と、
をさらに備え、
前記第２の低温リサイクルループが、前記蒸発器を通過し、かつ前記極低温エネルギー貯蔵システムの外部であるがそれと熱的に統合されるシステムからの廃棄冷熱エネルギーを、動力回収ユニットの出力から前記蒸発器および前記圧縮機を通って進む前記作動流体の一部に移送し、前記動力回収ユニットに再入するように構成される、条項２６もしくは２８に記載のシステムまたは条項２７もしくは２８に記載の方法。
３０．  前記主空気圧縮機を通る流体の質量流量率が、前記リサイクル空気圧縮機を通る流体の質量流量率より小さい、条項２６、２８もしくは２９に記載のシステムまたは条項２７から２９に記載の方法。
３１．  前記主空気圧縮機が、前記リサイクル空気圧縮機の入力および出力の圧力と異なる入力および出力の圧力を有し、前記主空気圧縮機および／または前記リサイクル空気圧縮機が断熱性を有する、条項２６、２８、２９もしくは３０に記載のシステムまたは条項２７から３０に記載の方法。
３２．  前記外部システムが、液化天然ガス再ガス化ターミナルである、条項２６、２８、２９、３０もしくは３１に記載のシステムまたは条項２７から３１に記載の方法。
３３．  前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスによって捕捉され、貯蔵されて加えられた前記圧縮熱の温度と異なる、望ましくはより高い、温度における圧縮熱を捕捉し、貯蔵して加えるように構成され、随意に、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスが、１５０℃と５５０℃との間、望ましくは２００℃と４００℃との間の熱エネルギーを貯蔵するように構成され、前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイスが、１５０℃と３５０℃との間の熱エネルギーを貯蔵するように構成される、条項２６、２８、２９、３０、３１もしくは３２に記載のシステムまたは条項２７から３２に記載の方法。
３４．  前記主空気圧縮機によって生み出された前記圧縮熱の少なくとも一部を捕捉および貯蔵し、かつ前記圧縮熱の少なくとも一部を前記液化段階の間に前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵するようにさらに構成される、条項２６、２８から３３に記載のシステム。
３５．  前記動力回収段階の間に、前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記圧縮熱を、熱移送流体を介して前記作動流体に加えるように構成される、条項３４に記載のシステム。
３６．  前記液化段階の間に熱移送流体を介して、前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に前記主空気圧縮機からの前記圧縮熱の少なくとも一部、および前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に前記リサイクル空気圧縮機からの前記圧縮熱の少なくとも一部を捕捉および貯蔵するようにさらに構成される、条項３４または３５に記載のシステム。
３７．  第１の中間熱交換器を介して互いに熱的に相互作用するように構成された導管ループの第１のペアと、
第２の中間熱交換器を介して互いに熱的に相互作用するように構成された導管ループの第２のペアと、
をさらに備え、前記システムが、前記圧縮熱の前記少なくとも一部を、前記主空気圧縮機から導管ループの前記第１のペアを介して捕捉して、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵するように構成され、前記システムが、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記圧縮熱を導管ループの前記第２のペアを介して前記作動流体に加えるように構成される、条項２６、２８から３６のいずれか一項に記載のシステム。
３８．  導管ループの前記第１のペアが、第１の導管ループおよび第２の導管ループを備え、導管ループの前記第１のペアが、前記圧縮熱の少なくとも一部を、前記主空気圧縮機から第１の導管ループを介して前記第１の中間熱交換器に、および前記第１の中間熱交換器から第２の導管ループを介して前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスに移送するように構成され、随意に、前記第２の導管ループ内の熱移送流体が、溶融塩を含んでよい、条項３７に記載のシステム。
３９．  導管ループの前記第２のペアが、第３の導管ループおよび第４の導管ループを備え、導管ループの前記第２のペアが、前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記圧縮熱の少なくとも一部を、第３の導管ループを介して前記第２の中間熱交換器に、および前記第２の中間熱交換器から第４の導管ループを介して前記作動流体に移送するように構成され、随意に、前記第３の導管ループ内の熱移送流体が、溶融塩を含んでよい、条項３７または３８に記載のシステム。
４０．  前記主空気圧縮機から前記圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、かつ前記圧縮熱の少なくとも一部を前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵するステップをさらに含む、条項２７から３３のいずれか一項に記載の方法。
４１．  前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記圧縮熱を前記作動流体に加える間に、前記圧縮熱が、熱移送流体を介して移送される、条項３７に記載の方法。
４２．  前記圧縮熱の少なくとも一部を前記主空気圧縮機から捕捉して、前記圧縮熱の少なくとも一部を前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵する間に、および前記圧縮熱の少なくとも一部を前記リサイクル空気圧縮機から捕捉して、前記圧縮熱の少なくとも一部を前記第１の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵する間に、前記圧縮熱が、熱移送流体を介して移送される、条項３７または３８に記載の方法。
４３．  前記圧縮熱の少なくとも一部を前記主空気圧縮機から捕捉し、かつ前記圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵するステップが、
前記圧縮熱の少なくとも一部を、前記主空気圧縮機から第１の導管ループを介して第１の中間熱交換器に、および前記第１の中間熱交換器から第２の導管ループを介して前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイスに移送するステップを含み、随意に、前記第２の導管ループ内の熱移送流体が、溶融塩を含んでよい、条項２７から３３または４０のいずれか一項に記載の方法。
４４．  前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記圧縮熱を前記作動流体に加えるステップが、
前記第２の熱エネルギー貯蔵デバイス内に貯蔵された前記圧縮熱の少なくとも一部を、第３の導管ループを介して第２の中間熱交換器に、および前記第２の中間熱交換器から第４の導管ループを介して前記作動流体に、移送するステップを含み、随意に、前記第３の導管ループ内の熱移送流体が、溶融塩を含んでよい、条項２７から３３または４０または４３のいずれか一項に記載の方法。
【符号の説明】
【０２２４】
０  周囲空気
１  液化ユニット
２  寒剤タンク
３  動力回収ユニット
４  熱エネルギー貯蔵デバイス（ＴＥＳＤ）
５  圧縮機
６  ターボ膨張機
７  圧縮熱捕捉熱交換器
８  熱交換器
１０  主空気圧縮機
１１  第１の圧縮熱捕捉熱交換器
１２  主空気圧縮機関連ＴＥＳＤ
１２Ａ  単一ループ
１３  空気浄化ユニット（ＡＰＵ）
１４  リサイクル空気圧縮機
１５  第２の圧縮熱捕捉熱交換器
１６  リサイクル空気圧縮機関連ＴＥＳＤ
１６Ａ  単一ループ
１７  低温ボックス
１８  膨張デバイス
１９  相分離器
３１  寒剤ポンプ
３２  蒸発器
３３  動力アイランド
３４  動力回収圧縮機
３５  分流された流れ
６１  第１の膨張段
６２  第２の膨張段
６３  第３の膨張段
６４  第４の膨張段
８０  追加の動力回収加熱器
８１  動力回収加熱器
８２  動力回収加熱器
８３  動力回収加熱器
８４  動力回収加熱器
１００  第１の液化ターボ膨張機
１０１  第２の液化ターボ膨張機
１０２  液化ターボ膨張機
１１０  第３の圧縮熱捕捉熱交換器
１１０Ａ  追加の熱交換器
１１０Ｂ  熱交換器
１２０  プロセス流れの一部分
１２１  相分離器の気体の出力流れ
１２２  相分離器の液体の出力流れ
１２３  気体の流れ
１２４  相分離器の気体の出力流れ
１３０  第１の個別の二重閉ループ
１３１  ＴＥＳＤ
１３２  循環ポンプ
１５０  第４の圧縮熱捕捉熱交換器
３３０  動力アイランド
４００  液化天然ガス（ＬＮＧ）流れ
４０１  第１の個別の単一閉ループ
４０２  熱交換器
４０３  第２の個別の単一閉ループ
４０４  熱交換器
４０５  第３の個別の単一閉ループ
４０６  熱交換器
４０７  第４の個別の単一閉ループ
４０８  熱交換器
５００  第５の個別の二重閉ループ
５０１  第１の中間閉ループの配列
５０２  第２の中間閉ループの配列
５０３  単一ループ
５０４  単一ループ
６１０  第１の膨張段
６２０  第２の膨張段
６３０  第３の膨張段
６４０  第４の膨張段
６５０  第５の膨張段
８００  追加の動力回収加熱器
８１０  動力回収加熱器
８２０  動力回収加熱器
８３０  動力回収加熱器
８４０  動力回収加熱器
８５０  動力回収加熱器
６１００  第１の膨張段
６２００  第２の膨張段
６３００  第３の膨張段
６４００  第４の膨張段
８０００  追加の動力回収加熱器
８１００  動力回収加熱器
８２００  動力回収加熱器
８３００  動力回収加熱器
８４００  動力回収加熱器
６１０００  第１の膨張段
６２０００  第２の膨張段
６３０００  第３の膨張段
６４０００  第４の膨張段
８００００  追加の動力回収加熱器
８１０００  動力回収加熱器
８２０００  動力回収加熱器
８３０００  動力回収加熱器
８４０００  動力回収加熱器
８５０００  動力回収加熱器
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
2021513626.tif 000011
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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