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特表2024-540798高グレード圧縮熱貯蔵システム及びその利用方法

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-06

(54)【発明の名称】高グレード圧縮熱貯蔵システム及びその利用方法

(51)【国際特許分類】

F25J 1/00 20060101AFI20241029BHJP

【ＦＩ】

F25J1/00 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024513003

(86)(22)【出願日】2022-08-25

(85)【翻訳文提出日】2024-04-22

(86)【国際出願番号】 GB2022052190

(87)【国際公開番号】W WO2023026052

(87)【国際公開日】2023-03-02

(31)【優先権主張番号】2112303.9

(32)【優先日】2021-08-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】503214346

【氏名又は名称】ハイビュー・エンタープライジーズ・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100229448

【弁理士】

【氏名又は名称】中槇利明

(72)【発明者】

【氏名】オワレ，ファハミーオスマン

(72)【発明者】

【氏名】コクラン，コルムジョン

(72)【発明者】

【氏名】クイン，シアン

(72)【発明者】

【氏名】マカードル，オリバージェームス

【テーマコード（参考）】

4D047

【Ｆターム（参考）】

4D047AA08

4D047BA03

4D047BB03

4D047CA19

4D047CA20

4D047DA01

4D047DB03

(57)【要約】

本発明は、高グレード圧縮熱を利用して蓄えるための極低温エネルギ貯蔵システムに関する。このシステムは、液化サブシステム（１００）及び熱エネルギ貯蔵装置（３００）を含む。液化サブシステム（１００）は、第１の圧縮機（１０２）、第１、第２、及び第３の熱交換器（１０４、１１６、１１２）、及び第２の圧縮機（１１４）を含む。第１及び第２の熱交換器（１０４、１１６）は、第１及び第２の圧縮機（１０２、１１４）それぞれからの高グレード圧縮熱を熱エネルギ貯蔵装置（３００）に伝達するように構成される。第３の熱交換器（１１２）は、第２の圧縮機（１１４）からの低グレード圧縮熱を第２の圧縮機（１１４）に戻して回収し、第２の圧縮機（１１４）が高グレード圧縮熱を生成できるように構成される。更なるシステムは、圧縮機（１２４）及び膨張機（１２２）を使用する。更なるシステムには、動力回収サブシステム（４００）が含まれる。本開示は、極低温エネルギ貯蔵システムにおける圧縮熱の貯蔵方法にも関する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

極低温エネルギ貯蔵システムであって、当該極低温エネルギ貯蔵システムは、
液化サブシステム（１００）であって、
第１の圧縮機（１０２）、
第１の熱交換器（１０４）、
第２の圧縮機（１１４）、
第２の熱交換器（１１６）、
第３の熱交換器（１１２）、及び
上流端（Ａ）及び下流端（Ｂ）を有しており、前記第１の圧縮機（１０２）からのプロセス流を前記第１の熱交換器（１０４）、前記第２の圧縮機（１１４）、前記第２の熱交換器（１１６）、及び前記第３の熱交換器（１１２）を通過させるように構成された第１構成の導管（ＡＢ）を含む、液化サブシステム（１００）と、
高グレード熱を蓄えるように構成された熱エネルギ貯蔵装置（３００）と、
閉回路を形成し、前記熱エネルギ貯蔵装置（３００）、前記第１の熱交換器（１０４）、及び前記第２の熱交換器（１１６）の間で熱伝達流体を送るように構成された第２構成の導管（Ｃ）と、を含み、
前記第１の熱交換器（１０４）は、前記第１の圧縮機（１０２）の下流側で前記第１構成の導管（ＡＢ）に沿って位置付けされ、且つ前記第１の圧縮機からの前記プロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を、前記熱伝達流体を介して前記熱エネルギ貯蔵装置（３００）に伝達するように構成され、
前記第２の熱交換器（１１６）は、前記第２の圧縮機（１１４）の下流側で前記第１構成の導管（ＡＢ）に沿って位置付けされ、且つ前記第２の圧縮機からの前記プロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を、前記熱伝達流体を介して前記熱エネルギ貯蔵装置（３００）に伝達するように構成され、
前記第３の熱交換器（１１２）は、前記第２の熱交換器（１１６）の下流側で前記第１構成の導管（ＡＢ）に沿って位置付けされ、且つ前記第２の熱交換器からの前記プロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の圧縮機（１１４）に伝達するように構成され、それにより前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の圧縮機（１１４）に戻す、
極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項2】

前記液化サブシステム（１００）は、前記第１の熱交換器（１０４）の下流側で前記第１構成の導管（ＡＢ）に沿って位置付けされた空気浄化ユニットをさらに含み、該空気浄化ユニットは前記プロセス流を浄化するように構成される、請求項１に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項3】

前記液化サブシステム（１００）は、前記空気浄化ユニットと前記第１の熱交換器（１０４）との間で前記第１構成の導管（ＡＢ）に沿って位置付けされた第１の空調ユニットをさらに含み、該第１の空調ユニットは、前記プロセス流の圧縮熱を前記第１の圧縮機（１０２）から実質的に又は完全に除去するように構成される、請求項２に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項4】

前記液化サブシステム（１００）は、前記第１の熱交換器（１０４）と空気浄化ユニットとの間で前記第１構成の導管（ＡＢ）に沿って位置付けされ、且つ前記第１の熱交換器からの前記プロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記空気浄化ユニットの下流側で前記プロセス流に伝達するように構成された第４の熱交換器をさらに含む、請求項２に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項5】

前記第２の熱交換器からの前記プロセス流の前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の圧縮機（１１４）に伝達するように構成された前記第３の熱交換器（１１２）は、前記第２の熱交換器からの前記プロセス流の前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の圧縮機（１１４）の上流側の前記プロセス流に伝達することを含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項6】

前記液化サブシステム（１００）はさらに、低温ボックスに結合されるように構成された上流端と、下流端とを有する第３構成の導管をさらに含み、該第３構成の導管は、前記低温ボックスからの戻り流を通過させて前記第２の圧縮機（１１４）の上流側の前記プロセス流を補充するように構成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項7】

前記第２の熱交換器からの前記プロセス流の前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の圧縮機（１１４）に伝達するように構成された前記第３の熱交換器（１１２）は、前記プロセス流を補充する前に、前記第２の熱交換器からの前記プロセス流の前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記戻り流に伝達することを含む、請求項６に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項8】

前記第２の熱交換器からの前記プロセス流の前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の圧縮機（１１４）に伝達するように構成された前記第３の熱交換器（１１２）は、そのプロセス流が前記戻り流によって補充された後に、前記第２の熱交換器からの前記プロセス流の前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記プロセス流に伝達することを含む、請求項６に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項9】

極低温エネルギ貯蔵システムであって、当該極低温エネルギ貯蔵システムは、
液化サブシステム（１００）であって、
第１の圧縮機（１０２）、
第１の熱交換器（１０４）、
第２の圧縮機（１１４）、
第２の熱交換器（１１７）、及び
上流端（Ａ）及び下流端（Ｂ）を有しており、プロセス流を前記第１の圧縮機（１０２）、前記第１の熱交換器（１０４）、第２の圧縮機（１１４）、及び前記第２の熱交換器（１１７）に通過させる通すように構成された第１構成の導管（ＡＢ）を含む、液化サブシステム（１００）と、
高グレード熱を蓄えるように構成された熱エネルギ貯蔵装置（３００）と、
第１の膨張機（１２２）と、
第３の圧縮機と、
閉回路を形成し、前記熱エネルギ貯蔵装置（３００）、前記第１の熱交換器（１０４）、前記第１の膨張機（１２２）、前記第２の熱交換器（１１７）、及び前記第３の圧縮機の間で熱伝達流体を送るように構成された第２構成の導管（Ｃ）と、を含み、
前記第１の熱交換器（１０４）は、前記第１の圧縮機（１０２）の下流側で前記第１構成の導管（ＡＢ）に沿って位置付けされ、且つ前記第１の圧縮機からの前記プロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を、前記熱伝達流体を介して前記熱エネルギ貯蔵装置（３００）に伝達するように構成され、
前記第２の熱交換器（１１７）は、前記第２の圧縮機（１１４）の下流側で前記第１構成の導管（ＡＢ）に沿って位置付けされ、且つ前記第２の圧縮機からの前記プロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、前記熱伝達流体を介して前記第３の圧縮機に伝達するように構成され、
前記第３の圧縮機は、前記第２の熱交換器（１１７）の下流側で前記第２構成の導管（Ｃ）に沿って位置付けされ、且つ熱伝達流体を圧縮し、前記第３の圧縮機からの前記熱伝達流体の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記熱エネルギ貯蔵装置（３００）に伝達するように構成され、
前記第１の膨張機（１２２）は、前記熱エネルギ貯蔵装置（３００）の下流側で前記第２構成の導管（Ｃ）に沿って位置付けされ、且つ前記熱伝達流体を膨張させ、そこから仕事を抽出するように構成される、
極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項10】

前記液化サブシステム（１００）は、前記第１の熱交換器（１０４）の下流側で前記第１構成の導管（ＡＢ）に沿って位置付けされた第３の熱交換器（１０５）をさらに含み、
該第３の熱交換器（１０５）は、前記第１の熱交換器からの前記プロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、前記熱伝達流体を介して前記第３の圧縮機（１２４）に伝達するように構成される、請求項９に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項11】

前記液化サブシステム（１００）は、前記第２の圧縮機（１１４）の上流側で前記第１構成の導管（ＡＢ）に沿って位置付けされた空気浄化ユニットをさらに含み、該空気浄化ユニットは前記プロセス流を浄化するように構成される、請求項９に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項12】

前記液化サブシステム（１００）は、前記空気浄化ユニットの上流側で前記第１構成の導管（ＡＢ）に沿って位置付けされた第１の空調ユニットをさらに含み、該第１の空調ユニットは、前記プロセス流の圧縮熱を前記第１の圧縮機（１０２）から実質的に又は完全に除去するように構成される、請求項１１に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項13】

前記液化サブシステム（１００）は、低温ボックスに結合されるように構成された上流端と、下流端とを有する第３構成の導管をさらに含み、該第３構成の導管は、前記低温ボックスからの戻り流を通過させて前記第２の圧縮機（１１４）の上流側の前記プロセス流を補充するように構成される、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項14】

前記液化サブシステム（１００）は、前記第１構成の導管（ＡＢ）の下流端に位置付けされ、且つ前記プロセス流を少なくとも部分的に液化して液化生成物を形成するように構成された低温ボックスをさらに含む、請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項15】

前記液化サブシステム（１００）は、前記低温ボックスの上流側で前記第１構成の導管（ＡＢ）に沿って位置付けされた第２の空調ユニットをさらに含み、該第２の空調ユニットは、前記プロセス流の圧縮熱を前記第２の圧縮機（１１４）から実質的に又は完全に除去するように構成される、請求項１４に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項16】

前記低温ボックスは、任意の非液化プロセス流の少なくとも一部を含む前記戻り流を前記第３構成の導管に送るように構成される、請求項６又は１３に従属する場合の、請求項１４に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項17】

前記低温ボックスは、前記液化生成物の少なくとも一部を極低温貯蔵タンクに送るように構成される、請求項１４に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項18】

前記熱伝達流体が第１の熱伝達流体であり、前記極低温エネルギ貯蔵システムは動力回収サブシステムをさらに含み、
該動力回収サブシステムは、
ポンプ、
蒸発器、
少なくとも１つのヒータ、
該少なくとも１つのヒータのそれぞれに対応する膨張段、
上流端及び下流端を有しており、前記ポンプからの作動流体を前記蒸発器、前記少なくとも１つのヒータのそれぞれ及び対応する膨張段に通過させるように構成された第４構成の導管であって、各ヒータはその対応する膨張段の上流側に位置付けされる、前記第４構成の導管、及び
閉回路を形成し、前記熱エネルギ貯蔵装置（３００）と前記少なくとも１つのヒータの各ヒータとの間に第２の熱伝達流体を送るように構成された第５構成の導管を含み、
各ヒータは、前記熱エネルギ貯蔵装置（３００）からの高グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の熱伝達流体を介して前記作動流体に伝達するように構成され、
各膨張段は、前記作動流体を膨張させ、そこから仕事を抽出するように構成される、
請求項９乃至１７のいずれか一項に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項19】

前記動力回収サブシステムは、第１のヒータの上流側で前記第４構成の導管に沿って位置付けされた予熱器をさらに含み、
該予熱器は、最終膨張段からの排気の少なくとも一部を受け取り、前記最終膨張段の前記排気からの熱の少なくとも一部を前記第１のヒータの上流側の前記作動流体に伝達するように構成される、請求項１８に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項20】

前記ポンプは、液化生成物を極低温貯蔵タンクからポンプで送り出し、それを加圧して前記作動流体を形成するように構成される、請求項１８に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項21】

前記第１及び第２の熱伝達流体は同じ流体であり、前記第２構成の導管（Ｃ）及び前記第５構成の導管は、流体的に接続され、同じ熱伝達流体を共有する、請求項１８に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項22】

前記第１及び第２の熱伝達流体は、空気、圧縮空気、水、グリコール、水とグリコールの混合物、サーマルオイル、サーマルオイルの混合物、又は溶融塩を含む、請求項１８乃至２１のいずれか一項に記載の極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項23】

極低温エネルギ貯蔵システムにおける圧縮熱を蓄えるための方法であって、当該方法は、
第１の圧縮機（１０２）及び第２の圧縮機（１１４）を含む液化サブシステム（１００）を提供するステップと、
高グレード熱を蓄えるように構成された熱エネルギ貯蔵装置（３００）を提供するステップと、
前記第１の圧縮機（１０２）においてプロセス流を圧縮するステップと、
前記第１の圧縮機からの前記プロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、それを熱伝達流体を介して前記熱エネルギ貯蔵装置（３００）に貯蔵するステップと、
前記第２の圧縮機（１１４）において前記プロセス流を圧縮するステップと、
前記第２の圧縮機からの前記プロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、それを前記熱伝達流体を介して前記熱エネルギ貯蔵装置（３００）に貯蔵するステップと、
前記第２の圧縮機からの前記プロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、それを前記第２の圧縮機（１１４）に戻すステップと、を含む、
方法。

【請求項24】

当該方法は、前記第１の圧縮機からの前記プロセス流の前記高グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉した後に、前記プロセス流を浄化するステップを含む、請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

当該方法は、前記プロセス流を浄化する前に、前記プロセス流の圧縮熱を前記第１の圧縮機（１０２）から実質的に又は完全に除去するように前記プロセス流を調整するステップを含む、請求項２４に記載の方法。

【請求項26】

当該方法は、前記第１の圧縮機からの前記プロセス流の前記高グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉した後に、前記第１の圧縮機からの前記プロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、前記プロセス流を浄化した後にその圧縮熱を前記プロセス流に伝達するステップを含む、請求項２４に記載の方法。

【請求項27】

前記第２の圧縮機からの前記プロセス流の前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の圧縮機（１１４）に戻すステップは、前記プロセス流を前記第２の圧縮機（１１４）において圧縮する前に、前記第２の圧縮機からの前記プロセス流の前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記プロセス流に伝達するステップを含む、請求項２３に記載の方法。

【請求項28】

当該方法は、前記プロセス流を前記第２の圧縮機（１１４）において圧縮する前に、前記プロセス流に戻り流を補充するステップを含む、請求項２３に記載の方法。

【請求項29】

前記第２の圧縮機からの前記プロセス流の前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の圧縮機（１１４）に戻すステップは、そのプロセス流が前記戻り流によって補充された後に、前記第２の圧縮機からの前記プロセス流の前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記プロセス流に伝達するステップを含む、請求項２８に記載の方法。

【請求項30】

前記第２の圧縮機からの前記プロセス流の前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記第２の圧縮機（１１４）に戻すステップは、前記プロセス流を補充する前に、前記第２の圧縮機からの前記プロセス流の前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を前記戻り流に伝達するステップを含む、請求項２８に記載の方法。

【請求項31】

当該方法は、前記第２の圧縮機からの前記プロセス流の前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉した後に、前記プロセス流の圧縮熱を前記第２の圧縮機から実質的に又は完全に除去するように前記プロセス流を調整するステップを含む、請求項２３に記載の方法。

【請求項32】

極低温エネルギ貯蔵システムにおける圧縮熱を蓄えるための方法であって、当該方法は、
第１の圧縮機（１０２）、第２の圧縮機（１１４）、第３の圧縮機（１２４）、及び膨張機（１２２）を含む液化サブシステム（１００）を提供するステップと、
高グレード熱エネルギを貯蔵するように構成された熱エネルギ貯蔵装置（３００）を提供するステップと、
前記第１の圧縮機（１０２）においてプロセス流を圧縮するステップと、
前記第１の圧縮機からの前記プロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、それを前記熱エネルギ貯蔵装置（３００）に蓄えるステップと、
前記第２の圧縮機（１１４）において前記プロセス流を圧縮するステップと、
前記第２の圧縮機からの前記プロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、それを熱伝達流体を介して前記第３の圧縮機（１２４）に伝達するステップと、
前記第３の圧縮機（１２４）において前記熱伝達流体を圧縮するステップと、
前記第３の圧縮機からの前記熱伝達流体の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、それを前記熱エネルギ貯蔵装置（３００）に蓄えるステップと、
前記熱伝達流体を前記膨張機（１２２）内で膨張させ、そこから仕事を抽出するステップと、を含む、
方法。

【請求項33】

当該方法は、前記第１の圧縮機からの前記プロセス流の前記高グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉した後に、前記第１の圧縮機からの前記プロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、それを前記熱伝達流体を介して前記第３の圧縮機（１２４）に伝達するステップを含む、請求項３２に記載の方法。

【請求項34】

当該方法は、前記プロセス流を前記第２の圧縮機（１１４）において圧縮する前に、前記プロセス流を浄化するステップを含む、請求項３２に記載の方法。

【請求項35】

当該方法は、前記プロセス流を浄化する前に、前記プロセス流の圧縮熱を前記第１の圧縮機（１０２）から実質的に又は完全に除去するように前記プロセス流を調整するステップを含む、請求項３４に記載の方法。

【請求項36】

当該方法は、前記第２の圧縮機からの前記プロセス流の前記低グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉した後に、前記プロセス流の圧縮熱を前記第２の圧縮機（１１４）から実質的に又は完全に除去するように前記プロセス流を調整するステップを含む、請求項３２に記載の方法。

【請求項37】

当該方法は、前記プロセス流を前記第２の圧縮機（１１４）において圧縮する前に、前記プロセス流に戻り流を補充するステップを含む、請求項３２に記載の方法。

【請求項38】

当該方法は、前記プロセス流を少なくとも部分的に液化し、液化生成物を形成するステップを含む、請求項２３乃至３７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項39】

当該方法は、前記液化生成物の少なくとも一部を極低温貯蔵タンクに送るステップを含む、請求項３８に記載の方法。

【請求項40】

当該方法は、任意の非液化プロセス流の少なくとも一部を前記戻り流として通過させ、前記プロセス流を補充するステップを含む、請求項２７又は３７に従属する場合の、請求項３８に記載の方法。

【請求項41】

当該方法は、
前記熱エネルギ貯蔵装置（３００）に蓄えた高グレード圧縮熱の少なくとも一部を用いて作動流体を加熱するステップと、
前記作動流体を膨張段で膨張させ、そこから仕事を抽出するステップとをさらに含む、請求項２３又は３２に記載の方法。

【請求項42】

当該方法は、前記作動流体を加熱する前に、前記膨張段からの排気流を用いて前記作動流体を予熱するステップを含む、請求項４１に記載の方法。

【請求項43】

液化生成物を極低温貯蔵タンクからポンプで送り出し、それを加圧して前記作動流体を形成するステップをさらに含む、請求項４１に記載の方法。

【請求項44】

実質的に添付図面を参照して本明細書に記載され、添付図面に示される極低温エネルギ貯蔵システム。

【請求項45】

添付の図面を参照して実質的に本明細書に記載している圧縮熱貯蔵方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、極低温エネルギ貯蔵システム及びその作動方法に関し、特にそのサブシステムにおける圧縮熱（heat-of-compression）貯蔵に関する。

【背景技術】

【0002】

送配電ネットワーク（又は送電網）は、電力の生成と消費者からの需要とのバランスをとらなければならない。これは通常、発電所のオン／オフを切り替え、負荷を軽減して一部を運転することで発電側（供給側）を調整することで実現される。既存の殆どの火力発電所及び原子力発電所は、全負荷で継続的に運転する場合に最も効率が高くなるが、このように供給側のバランスをとる際に効率が低下する。風力タービン及び太陽光集熱器等、大規模な断続的な再生可能発電容量のネットワークへの導入が予想されるため、発電源の一部の利用可能性に不確実性が生じ、送電網のバランスがさらに複雑になる。需要が低い期間にエネルギを貯蔵し、その後の需要が高い期間、又は発電機からの断続的な出力が低いときに使用する手段は、送電網のバランスをとり、供給の安全を確保する上で大きな利点となる。

【0003】

市場には、とりわけ極低温エネルギ貯蔵、揚水水力発電、圧縮空気、化学電池等、多くの新たなエネルギ貯蔵方法が登場している。このような蓄電装置には、充電、蓄電、放電という３つの動作フェーズがある。需要が低い期間には、送電網からの余剰エネルギが蓄電装置の充電に使用される。エネルギは、蓄電装置によって、極低温流体、水力発電ダムの貯水池、又はバッテリの内部化学ポテンシャル等、それぞれの媒体に蓄えられる。需要が高い期間には、このエネルギは送電網に再び放出され、需要を確実に満たす。

【0004】

蓄電装置が商業的に実行可能であるためには、次の要素を考慮する必要がある：ＭＷ（電力容量）及びＭＷｈ（エネルギ容量）あたりの資本コスト、往復サイクル効率（ＲＴＥ）、及び初期投資とその環境への影響（二酸化炭素排出量及び有害化学物質の使用又は生産の可能性に対する国毎の規制）から予想され得る充放電サイクル数に関する寿命である。広範囲に亘る実用規模の用途では、蓄電装置は電気ネットワーク内の必要な場所に展開可能である必要がある。換言すれば、それは設置面積が小さくなければならず、その動作原理は、水力発電システム（例えば、貯水池スペース）又は圧縮空気エネルギ貯蔵装置（例えば、地下洞窟）に適用されるような特定の地理的制約を必要とすべきではない。

【0005】

液体空気等の冷媒（cryogen：寒剤）を使用する極低温エネルギ貯蔵（ＣＥＳ）技術には、他の利用可能な電力貯蔵技術に比べて多くの利点がある。ＣＥＳシステムは、典型的に、液体空気の物理的特性によりエネルギ密度が高く、（地理的に制約のない比較的小型の貯蔵タンクを使用するため）設置性が高く、（動作原理に、殆どの電池に見受けられるような有害物質の使用又は生産、或いは炭素排出の生成が含まれないため）環境に優しく、（液体天然ガス産業で長年使用されている機器を利用できるため）比較的安価である。

【0006】

ＣＥＳ技術は、外部環境からの空気を液化して低圧で貯蔵し、その後気化してこれを使用し、タービンを駆動して発電することができる。ＣＥＳシステムの充填（charge：充電）又は液化フェーズでは、需要が低い期間（オフピーク期間）又は再生可能発電機からの断続的な供給が過剰な期間の低コストの電力を使用して、液化ユニット又はサブシステムで空気を液化する。液化プロセスでは、通常２台の圧縮機が使用される。空気の流れはまずメイン空気圧縮機（ＭＡＣ）で約１５～２０ｂａｒＡまで圧縮され、次に空気は、空気浄化ユニット（ＡＰＵ）で浄化され、第２のリサイクル空気圧縮機（ＲＡＣ）で約５５～６５ｂａｒＡまで圧縮される。次に、その流れは一般に低温（cold）ボックスと呼ばれる冷却及び液化システムに入ることができる。低温ボックスは一般に、パーライト等の高性能断熱材で充填された断熱（通常は金属）ボックスとして実現され得る。低温熱交換プロセスは、マルチパス熱交換器、相分離器、温タービン及び冷タービンの膨張タービン段等の構成要素を介して低温ボックス内で生じる。ガスは、実質的に液体に凝縮するまで低温ボックス内で冷却される。液化生成物は蒸気相から分離され、低温ボックスから極低温貯蔵タンクに送られ、そこで後で使用するために貯蔵される。蒸気相は、マルチパス熱交換器を通って戻され、次にリサイクル空気圧縮機に送られこの圧縮機の上流側の空気流を補うためさらに液化され得る。液化空気又は冷媒等の液化生成物は、貯蔵フェーズで貯蔵タンクに蓄えられる。放出（discharge：放電）フェーズでは、液体生成物は動力回収ユニット又はサブシステムに放出され、そこで加圧、蒸発、加熱されて膨張タービンを駆動して発電する。放出又は動力回収フェーズは、電気コストが高くなるピーク期間中に実行されることがよくある。ＣＥＳ技術は、極低温の液体空気と周囲温度以上の気体空気との間の熱力学エネルギポテンシャルに依存している。ＣＥＳシステムは、充電フェーズ及び放電フェーズから様々な動作を同時に実行でき、この場合に、ＣＥＳシステムは、空気からの液化、貯蔵、及び発電も同時に行う。

【0007】

液化ユニット内に存在する液化対象の加圧ガス流及び動力回収ユニット内に存在する加圧冷媒は、典型的に、それぞれ「液化ユニットのプロセス流」及び「動力回収ユニットの作動流体」と呼ばれる。

【0008】

ＣＥＳシステムの往復効率は、動力回収ユニットの正味の電気エネルギ出力と液化ユニットの正味の電気エネルギ入力の比として規定される。ＣＥＳシステムでは、高い往復効率を維持するために、電気エネルギ入力の結果として生成される熱を捕捉して再利用する必要があり、捕捉及び使用しなかった熱は最終的に環境に放散され、往復効率に悪影響を与える可能性がある。

【0009】

例えば、液化プロセスでは、プロセス流は、圧縮され、冷却されてから再び膨張する。このプロセスは繰り返され、各圧縮ステップでプロセス流の温度が上昇し、プロセス流が完全に液化するまで、各冷却及び膨張ステップで温度が大幅に低下する。「圧縮熱」という用語は、圧縮した流体に含まれる（embedded：埋め込まれる）高い熱エネルギを指す。換言すれば、「圧縮熱」とは、圧縮の結果として流体が受ける顕熱（sensible）エネルギの増加を指す。本明細書において、熱が、ある場所、流体、又は構成要素から別の場所、流体、又は構成要素に「伝達される」と説明する場合に、これは、高い熱エネルギが２つの場所、流体、又は構成要素の間で伝達されるプロセスである。伝達方法は、伝導、対流又は放射等の典型的な方法のいずれかを含むことができ、当業者には明らかであろう。

【0010】

圧縮熱は動力回収プロセスで使用するためにリサイクルできる。動力回収プロセス中に、液体空気が、極低温貯蔵タンクから作動流体としてポンプで送り出され、次に、一連の熱交換器及び膨張タービンを介して蒸発、加熱され、及び膨張する。作動流体は、膨張タービンを介して加熱され膨張するため、タービンに逆らってタービンの回転を生じさせる。タービンは発電機に結合され、発電機は次に送電網に送出できる電気エネルギを生成する。

【0011】

液化フェーズ中に捕捉した圧縮熱を利用して、動力回収ユニット内の作動流体の温度を膨張前に上昇させることができる。作動流体の温度が上昇すると、動力回収フェーズ中に動力回収ユニットによって供給される電力出力が向上し、これはＣＥＳシステムの往復効率の向上につながる。これは、膨張ガスが高温であるほど、膨張タービンが失い得る運動エネルギが多くなり、これは、タービンがより速く回転する、又はより多くのトルクで回転することで、タービンによって多くの機械エネルギが生成されるためである。

【0012】

ＣＥＳシステムは、液化フェーズ中に液化ユニットで生成されるプロセス流の圧縮熱を捕捉し、次に熱エネルギ貯蔵装置（ＴＥＳＤ）に蓄え、それから動力回収フェーズ中の動力回収ユニットの作動流体に放出するように設計されたサブシステムを使用することができる。このようなサブシステムは、圧縮熱リサイクルシステムとして知られている。

【0013】

既知の圧縮熱リサイクルシステムは、典型的には、圧縮機からの圧縮熱をリサイクルし、それをＴＥＳＤを介して膨張タービンに伝達することに関係している。圧縮機、膨張タービン、及びＴＥＳＤは、熱交換器及び熱伝達流体を介して熱的に結合される。例えば、圧縮機によって圧縮されたプロセス流が熱交換器を通過し、熱伝達流体が別の流れとして熱交換器を通って反対方向に流れることがある（このタイプの熱交換器は向流熱交換器として知られている）。熱交換器では、圧縮熱は、プロセス流から熱伝達流体に伝達され、次にＴＥＳＤに伝わる。その後、熱は、熱伝達流体からＴＥＳＤの貯蔵媒体に伝達され、長期間蓄えられる。熱伝達流体が貯蔵媒体として使用される場合に、熱伝達流体はＴＥＳＤに直接貯蔵される。熱を動力回収ユニットの作動流体に分配するために、熱はＴＥＳＤの貯蔵媒体から抽出され、熱伝達流体に伝達され、熱伝達流体は膨張タービンの上流側にある動力回収ユニットの熱交換器に送られる。熱伝達流体が貯蔵媒体として使用される場合に、熱伝達流体はＴＥＳＤから膨張タービンの上流側にある動力回収ユニットの熱交換器に直接送られる。動力回収ユニットの熱交換器では、熱は膨張タービンに伝わる前に作動流体に伝達される。熱エネルギ貯蔵装置（ＴＥＳＤ）の目的は、制御した方法で熱エネルギを捕捉、貯蔵、放出することである。

【0014】

流体の圧縮中に発生する圧縮熱は、そのグレード（grade）だけでなく量によっても特徴付けられる。圧縮機によって処理される所与の流体に含まれる熱のグレード及び量は、圧縮機によって処理される質量流量、圧縮機の入口温度又は圧力、圧縮機全体の圧力比、及び圧縮機の効率の関数であると言える。周囲温度を超えると、温度の上昇とともに高温の熱エネルギのグレードも増加する。逆に、周囲温度より低い場合に、温度の低下とともに冷温の熱エネルギのグレードは増加する。典型的に、周囲温度と、高グレード（high-grade）ＴＥＳＤの貯蔵媒体の凝固温度又は下限温度との間の流体に含まれる熱エネルギは、低グレード（low-grade）高温熱エネルギとみなされ、本明細書では低グレード熱エネルギとも呼ばれ、例えば高グレードＴＥＳＤの貯蔵媒体としての溶融塩の場合であり、これらの温度はそれぞれ１４０～１５０℃と１９０℃になることがある。これに対して、この温度を超える流体に含まれるエネルギは高グレードの高温熱エネルギとみなされ、本明細書では高グレード圧縮熱とも呼ばれる。これらの値は、この圧縮熱を使用するシステムの設計によって異なり得る。流体の温度が高／低グレードの温度閾値を下回るように、高グレード圧縮熱が含まれる流体から熱を抽出する場合に、その流体は低グレード熱が含まれると見なされる。流体を加熱する場合はその逆が当てはまる。下限温度には、ＣＥＳシステムの動作中に貯蔵媒体の結晶化が起こらないことを保証するために必要な貯蔵媒体の凝固温度間の安全マージンが含まれる。貯蔵媒体の凝固又は結晶化は、ＣＥＳシステム内の熱交換器及び他の構成要素に損傷を与える可能性があり、熱交換媒体が凝固すると、熱交換器を交換又は復旧するためにＣＥＳシステムを長期間オフラインにする必要がある。このダウンタイムは、溶融塩の凝固の重症度に応じて、数週間から数か月かかる場合がある。

【0015】

ＣＥＳシステムのメイン空気圧縮機は、通常、リサイクル空気圧縮機よりも高い圧力比を有する。相分離器からの蒸気相がリサイクル空気圧縮機への入口流を補うため、メイン空気圧縮機全体の圧力上昇は、典型的に、リサイクル空気圧縮機よりも高くなる。これにより、リサイクル空気圧縮機の上流側での質量流量が増加する。この大きな質量流量でメイン空気圧縮機と同様の圧力比（従って出口温度）を達成するには、リサイクル空気圧縮機は法外に高価になる。例えば、典型的なメイン空気圧縮機では、空気は、１５～２０℃での約１ｂａｒＡから３５０～４５０℃での１５～２０ｂａｒＡまで圧縮される。一方、典型的なリサイクル空気圧縮機では、空気は、２０～２５℃での約１５～２０ｂａｒＡから１５０～２００℃での５０～６０ｂａｒＡまで圧縮される。メイン空気圧縮機から放出されるプロセス流の温度は３５０～４５０℃の範囲であるため、そこから高グレード圧縮熱と低グレード熱との両方を抽出できる。ただし、リサイクル空気圧縮機から放出されるプロセス流の温度はメイン空気圧縮機から排出されるプロセス流の温度よりも大幅に低く、＜２００℃であるため、そこから抽出できるのは低グレード熱のみである。

【0016】

メイン空気圧縮機で圧縮した流体からは高グレード圧縮熱と低グレード圧縮熱との両方を抽出できるのに対し、リサイクル空気圧縮機で圧縮した流体からは低グレード熱しか抽出できないことを考えると、既知の圧縮熱リサイクルシステムは、典型的に、圧縮熱が環境に失われ、その結果生じる往復効率への悪影響を避けるために、高グレード圧縮熱及び低グレード熱を蓄えるために２種類のＴＥＳＤを採用している。各グレードで熱エネルギを貯蔵するための最適な媒体が異なり、貯蔵の要件も異なるため、２つのＴＥＳＤが主に使用される。

【0017】

ＴＥＳＤにはいくつかの異なるタイプがあり、典型的に、内部アーキテクチャと、高グレード又は低グレードの熱エネルギを貯蔵する際の効率とが異なる。一般に「充填層（packed beds）」として知られる一部のＴＥＳＤは固定固相で満たされており、その中を熱エネルギ伝達流体が循環して、ＴＥＳＤに熱エネルギを充填する、又は必要な場所に熱エネルギを供給するために熱エネルギを放出する。固定固相は、熱エネルギを保持できる多孔質固体媒体又は固体粒子の充填層で作製することができる。充填層マトリックスは、顕熱物質（例えば、水晶）で作製される、潜熱相変化物質で作製される、又はそれらの組合せで作製される、互いにランダムに積み重ねられた粒子を含んでもよい。充填層マトリックスは、顕熱物質（例えば、金属酸化物ビーズ）で作製される、又は潜熱相変化物質で作製される、又はそれらの組合せで作製される、互いに非ランダムに積み重ねられた粒子を含んでもよい。充填層マトリックスは、溶融粒子（例えば、セラミック）を含んでもよい。国際公開第２０１２０２０２３３Ａ２号に開示されるより精巧な充填層ＴＥＳＤは、圧力降下を許容可能なレベルに維持し、ＴＥＳＤの充填及び放出の末端に向けて熱エネルギ伝達流体の流量を増加させることによって最終効果を最小限に抑えながら、非対称の充放電に対応できる柔軟なシステムを提供することを目的としている。他のＴＥＳＤは固定液相で満たされており、固定液相を介して少なくとも１つの熱交換コイルが通過し、熱エネルギ伝達流体の通過を可能にする。一般に温度躍層として知られる他のＴＥＳＤは、異なる温度にある単一の熱エネルギ伝達流体の２つの密度依存領域を含む容器で構成され、その領域は（密度の違いにより）互いに積み重ねられている。温度躍層の１つのバージョンは２つの別個の容器で構成され、それぞれの容器に２つの異なる温度で同じ熱エネルギ伝達流体が収容される（つまり、暖かいタンク及び冷たいタンクがある）。

【0018】

高グレードＴＥＳＤは、通常、貯蔵媒体として溶融塩又は充填層で構成されており、高グレード圧縮熱を蓄えるのに最適である。これらにより、加圧サーマルオイル又は溶融塩自体を熱伝達流体として使用することができる。溶融塩高グレードＴＥＳＤは、典型的に、２つのタンク（高温溶融塩タンク及び低温溶融塩タンク）システムである。熱伝達流体として溶融塩高グレードＴＥＳＤ及びサーマルオイルを使用するＣＥＳシステムでは、圧縮機で生成された高グレード圧縮熱が圧縮機の下流側の熱交換器で捕捉され、サーマルオイルを介して低温の溶融塩タンクに伝達され得る。サーマルオイルは、溶融塩熱交換器を通過して圧縮熱を溶融塩に伝達し、次にさらに多くの熱を捕捉するために圧縮機の下流側で熱交換器に戻され、その間、加熱された溶融塩は高温の溶融塩タンクに貯蔵される。動力回収サイクル中に、高温の溶融塩は別の溶融塩熱交換器にポンプで送り出され、そこで高グレード熱がサーマルオイルに伝達される。次に、（比較的）低温の溶融塩は、圧縮機の下流側で熱交換器から出る高温のサーマルオイルからさらに熱を受け取る準備として、低温の溶融塩タンクに送られる。一方、サーマルオイルは、膨張タービンの上流側にある動力回収ユニットの熱交換器に送られ、動力回収ユニットの作動流体に熱を伝達する。溶融塩が熱伝達流体として使用される場合に、溶融塩は高温又は低温の溶融塩タンクに直接送られ及びこのタンクから引き出される。溶融塩は効率的な高グレード貯蔵媒体であるが、下限温度が約１９０℃であるため、低グレードの用途には使用できない。この理由は、典型的な溶融塩の凝固温度が約１４０～１５０℃未満であるためである。一部の種類の溶融塩は凝固温度が低くなるが、それでも低グレード用途の上限よりは依然として高い。溶融塩のこの下限温度は、典型的に、ＣＥＳシステムのオペレータが溶融塩の温度低下に対応し、溶融塩の凝固を防ぐためにＣＥＳシステムの動作パラメータを調整するのに十分な時間を提供するように選択される。溶融塩の凝固は何としても避けなければならない。

【0019】

ＣＥＳシステムの低グレードＴＥＳＤは、通常、低グレード熱の貯蔵に最適な水、又は水とグリコールの混合物を好ましくは含む単一の層状タンクを含む温度躍層ベースのシステムで構成される。このタイプの低グレードＴＥＳＤ動作は、熱成層プロセスに基づいている。成層は、温度及び密度が異なる流体、この場合には水が分離する自然なプロセスであり、つまり、温水が冷水の上に浮かんで留まる。ＣＥＳシステムの低グレードＴＥＳＤの場合に、充填操作中に空気が圧縮され、プロセス流から低グレード熱が抽出されるため、層状タンクの水が、熱伝達流体として機能し、圧縮機に対応する熱交換器に送られ加熱される。その後、その水が、層状の低グレードＴＥＳＤタンクの上部に導入される。温水はタンクの上部に留まり、冷水は下部に留まる。放出プロセス中に、動力回収ユニットの作動流体が熱を必要とする場合に、温水が抽出されて動力回収ユニット内の熱交換器にポンプで送り出され、そこでその熱が作動流体に伝達される。この過程で、水は、冷却され、層状の低グレードＴＥＳＤタンクの底部に戻される。層状の低グレードＴＥＳＤでは、タンクは常に満杯であるが、２つの層状流体の境界は充填／放出フェーズに応じて上下に動く。温度躍層（流体の温かい部分と冷たい部分との間の温度勾配）の厚さは１メートルにもなることがある。

【0020】

国際公開第２０１９１５８９２１Ａ１号（参照により本明細書に組み込まれる）は、低グレードＴＥＳＤ１６及び高グレードＴＥＳＤ１２を含むいくつかのＣＥＳシステムを開示しており、これらにより、メイン空気圧縮機とリサイクル空気圧縮機との両方からの異なるグレードの熱を動力回収ユニット３３の作動流体に伝達することが可能になる。図４Ａは、メイン空気圧縮機１０からのプロセス蒸気の高グレード圧縮熱が熱交換器１１によって捕捉され、高グレードＴＥＳＤ１２に蓄えられるシステムを示す。リサイクル空気圧縮機１０からのプロセス蒸気の低グレード圧縮熱は、熱交換器１１によって捕捉され、低グレードＴＥＳＤ１２に蓄えられる。図５Ａ～図５Ｆは、異なるグレードの熱エネルギを動力回収ユニットの作動流体に伝達するためにＴＥＳＤをどのように結合するかを示している。図７Ａは、メイン空気圧縮機１０からのプロセス蒸気の低グレード圧縮熱を捕捉するように構成された追加の熱交換器１５０を含む更なるＣＥＳシステムを示している。この圧縮熱は、その後、低グレードＴＥＳＤ１６に伝達される。異なるグレードの熱を伝達するための動力回収ユニットの構成が図８Ａ～図８Ｂに示される。

【0021】

これらのシステムは、ＣＥＳシステム内での圧縮熱リサイクルシステムの実際的な実装に取り組んでおり、液化フェーズ中に放出及び捕捉した様々なグレード及び量の圧縮熱が、その後動力回復フェーズ中の動力回収ユニットによって供給される電力出力を向上させるために利用される。蓄えた圧縮熱を利用して、前段加熱又は段間再加熱により膨張する前の作動流体の温度を上昇させると、動力回収ユニットの動力出力が増加し、ＣＥＳシステムの往復効率の改善につながる。さらに、異なるグレードの熱を別々に蓄えることにより、それら熱をプロセス流の異なる部分に別々に加えることができる。動力回収システムの異なる位置に異なるグレードの熱を加えると、特に効率的な動力回収が得られることが見出された。さらに、異なるグレードの熱を互いに別々に蓄えることには、効率的な貯蔵、及び蓄えた熱をプロセス流に加える際の効率的な動力回収等、多くの利点があることが注目された。

【0022】

本発明者らは、圧縮熱を様々な熱エネルギ貯蔵庫に捕捉することにはいくつかの利点があるが、低グレードＴＥＳＤを除去することには更なる利点がある可能性があることを認識した。これは、低グレードＴＥＳＤが、最も重要なことに、成層境界での熱混合等の技術的課題を引き起こすためである。時間の経過とともに、低グレードＴＥＳＤ内に含まれる２つの層状流体の境界での熱拡散により、熱／密度勾配が侵食され、境界が「ぼやける（blur：曖昧になる）」可能性がある。最終的に更なる拡散により、熱平衡に向かう傾向にある層状流体が完全に混合され、この時点で低グレードＴＥＳＤ容器全体が単一の温度を有することになる。従って、本発明者らは、低グレードＴＥＳＤを除去することでこの問題が軽減される可能性があることを認識した。

【0023】

国際公開第２０１３０３４９０８Ａ２号（参照により本明細書に組み込まれる）の図１４は、圧縮熱リサイクルシステムが単一のＴＥＳＤ１００２を共有する２つの別個の閉ループで構成されるＣＥＳシステムを示している。第１の閉ループは、２台の圧縮機（メイン空気圧縮機４０１及びリサイクル空気圧縮機４０３）によって生成された圧縮熱を間接的に受け取り、この高温の熱エネルギを単一のＴＥＳＤ１００２に貯蔵する。リサイクル空気圧縮機４０３は、メイン空気圧縮機４０１及び空気浄化ユニット４０２の下流側に配置される。国際公開第２０１３０３４９０８Ａ２号の２３ページの１段落には、圧縮機から捕捉される熱エネルギの温度が６０～９０℃であると記載されている。この文書では、高グレードＴＥＳＤの使用、又は圧縮機からの様々なグレードの高温熱エネルギの貯蔵については言及していない。従って、このシステムは低グレードの熱エネルギのみを捕捉して貯蔵していると考えられる。前述したように、典型的な溶融塩の融点ははるかに高く、約１４０～１５０℃である。従って、例えば溶融塩のような貯蔵媒体を含む高グレードＴＥＳＤは、このシステムには適用できない。この文書は、低グレードＴＥＳＤに関する技術的課題に対する解決策を提供していないようである。

【0024】

さらに、空気浄化ユニット（例えば、国際公開第２０１５１８１５５３Ａ２号の４０２）は、プロセスのために「浄化した」空気流が生成されるように、空気流から汚染物質及び望ましくない化合物を抽出するために使用される。これらは、典型的に、ガス、水分子、炭化水素粒子、又は他の望ましくない種等の汚染物質が吸着材の表面に吸着される吸着プロセスを使用して動作する。浄化プロセス中に、効率的かつ最適な浄化を保証するために圧力及び温度を特別に制御する必要があり、この制御を提供するそのようなシステムは、国際公開第２０１５１８１５５３Ａ２号（参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）に開示される。前述したように、ＣＥＳシステムのメイン圧縮機の出力温度は非常に高くなる可能性がある。従って、国際公開第２０１３０３４９０８Ａ２号では、往復効率に悪影響を与える空気浄化ユニット４０２のプロセスの中断を避けるために、メイン圧縮機からの空気出力に含まれる高グレード熱エネルギを大気中に放出する必要がある。さらに、メイン空気圧縮機からの空気を冷却しないと、空気中の水分を空気浄化ユニット４０２によって容易に除去することができない。十分な水を確実に除去するのを確保するには、空気浄化ユニット４０２を大幅に大型化する必要があり、これは多額の設備投資につながる。

【0025】

国際公開第２０１３０３４９０８Ａ２号を参照して、国際公開第２０１９１５８９２１Ａ１号（参照により本明細書に組み込まれる）は、単一のＴＥＳＤ内に異なるグレードの熱エネルギを貯蔵する問題について議論しており、（単一のＴＥＳＤに貯蔵される）異なる量及びグレードの２つの圧縮熱に対処する方法が３つあると述べている。この文書には次のことが記載される。
１．それら圧縮熱は、熱エネルギを圧縮機からＴＥＳＤに伝達する導管内で混合する可能性がある。
２．少なくとも１つの冷却器を使用することによって、一方の圧縮熱の温度を他方の圧縮熱の温度に調整することができる。或いは
３．各圧縮機に少なくとも１つの冷却器を使用することで、両方の圧縮熱の温度を調整して同じ目標温度に達することができる。

【0026】

国際公開第２０１９１５８９２１Ａ１号（参照により本明細書に組み込まれる）は、これら３つの方法の全てが高温の熱エネルギグレードの望ましくない損失をもたらすことを正確に指摘している。異なるグレードの圧縮熱を冷却及び混合すると、熱エネルギ貯蔵装置の貯蔵媒体の温度が全体的に低下する。これは、動力回収ユニットの作動流体に加えられる熱が少なくなり、往復効率の低下につながる可能性があることを意味する。しかしながら、国際公開第２０１９１５８９２１Ａ１が提案する解決策は、異なるグレードの２つのＴＥＳＤを使用することである。

【0027】

従って、発明者らは、単一の高グレードＴＥＳＤの液化フェーズ中に異なるグレードの圧縮熱を蓄えて使用し、本質的に低グレードＴＥＳＤを除去し、高温の熱エネルギグレードの望ましくない損失を回避しながら、上で議論した低グレードＴＥＳＤに関連する技術的課題を軽減する、改良した圧縮熱リサイクルシステムの必要性があることに気づいた。

【発明の概要】

【0028】

本発明の態様は、添付の特許請求の範囲に記載されるような極低温エネルギ貯蔵システム及び方法に関する。

【0029】

本発明者らは、単一の高グレードＴＥＳＤにおける液化フェーズ中にメイン空気圧縮機とリサイクル空気圧縮機との両方によって生成される圧縮熱を蓄えて使用するシステムを開発することによって、既知の圧縮熱リサイクルシステムを改良した。このシステムは、基本的に低グレードＴＥＳＤの除去を可能にし、温度の低下、ひいては圧縮熱のグレードの低下を回避する。開示するシステムは、高グレードＴＥＳＤから動力回収ユニットの作動流体に熱を放出して、動力回収フェーズ中の動力出力を向上させることができる。

【0030】

従って、第１の態様では、本発明は、極低温エネルギ貯蔵システムを提供し、極低温エネルギ貯蔵システムは、
液化サブシステムであって、液化サブシステムは、
第１の圧縮機、
第１の熱交換器、
第２の圧縮機、
第２の熱交換器、
第３の熱交換器、及び
上流端及び下流端を有しており、第１の圧縮機からのプロセス流を第１の熱交換器、第２の圧縮機、第２の熱交換器、及び第３の熱交換器を通過させるように構成された第１構成の導管を含む、液化サブシステムと、
高グレード熱を蓄えるように構成された熱エネルギ貯蔵装置と、
閉回路を形成し、熱エネルギ貯蔵装置、第１の熱交換器、及び第２の熱交換器の間で熱伝達流体を送るように構成された第２構成の導管と、を含み、
第１の熱交換器は、第１の圧縮機の下流側で第１構成の導管に沿って位置付けされ、且つ第１の圧縮機からのプロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を、熱伝達流体を介して熱エネルギ貯蔵装置に伝達するように構成され、
第２の熱交換器は、第２の圧縮機の下流側で第１構成の導管に沿って位置付けされ、且つ第２の圧縮機からのプロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を、熱伝達流体を介して熱エネルギ貯蔵装置に伝達するように構成され、
第３の熱交換器は、第２の熱交換器の下流側で第１構成の導管に沿って位置付けされ、且つ第２の熱交換器からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を第２の圧縮機に伝達するように構成され、それにより低グレード圧縮熱の少なくとも一部を第２の圧縮機に戻す。

【0031】

第２の熱交換器からの低グレード圧縮熱の少なくとも一部を第２の圧縮機に戻すことにより、第３の熱交換器によって、第２の圧縮機がプロセス流をはるかに高い温度まで圧縮できるようになり、こうして高グレード圧縮熱を生成することができる。次に、この高グレード圧縮熱は、熱伝達流体及び第２の熱交換器を介して熱エネルギ貯蔵装置に蓄えることができる。そのため、高グレード熱と低グレード熱との両方を捕捉して、単一の高グレード熱エネルギ貯蔵装置に蓄えることができる。

【0032】

いくつかの実施形態では、液化サブシステムは、第１の熱交換器の下流側で第１構成の導管に沿って位置付けされた空気浄化ユニットをさらに含むことができ、空気浄化ユニットは、プロセス流を浄化するように構成され得る。

【0033】

液化サブシステムは、空気浄化ユニットと第１の熱交換器との間で第１構成の導管に沿って位置付けされた第１の空調ユニットをさらに含むことができ、第１の空調ユニットは、プロセス流の圧縮熱を第１の圧縮機から実質的に又は完全に除去するように構成され得る。

【0034】

液化サブシステムは、第１の熱交換器と空気浄化ユニットとの間で第１構成の導管に沿って位置付けされ、且つ第１の熱交換器からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を空気浄化ユニットの下流側でプロセス流に伝達するように構成された第４の熱交換器をさらに含むことができる。低グレード圧縮熱の一部を空気浄化ユニットの下流側でプロセス流に伝達することで、プロセス流を第２の圧縮機でより高温に圧縮して、第２の圧縮機が、単一の高グレード熱エネルギ貯蔵装置に蓄えることができる高グレード圧縮熱を生成できるようになる。そのため、両方の圧縮機からの圧縮熱を捕捉して単一の高グレード熱エネルギ貯蔵装置に蓄えることができる。

【0035】

第２の熱交換器からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を第２の圧縮機に伝達するように構成された第３の熱交換器は、第２の熱交換器からからのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を第２の圧縮機の上流側のプロセス流に伝達することを含むことができる。

【0036】

液化サブシステムは、低温ボックスに結合されるように構成された上流端と、下流端とを有する第３構成の導管をさらに含むことができ、第３構成の導管は、低温ボックスからの戻り流を通過させて第２の圧縮機の上流側のプロセス流を補充するように構成することができる。

【0037】

第２の熱交換器からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を第２の圧縮機に伝達するように構成された第３の熱交換器は、プロセス流を補充する前に、第２の熱交換器からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を戻り流に伝達することを含むことができる。低グレード圧縮熱を戻り流に伝達することにより、第３の熱交換器は戻り流を加熱してプロセス流の熱と同様にすることができる。これにより、プロセスの流れのエネルギポテンシャルが低下する可能性がある、異なる温度での流れが混合することが回避される。

【0038】

第２の熱交換器からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を第２の圧縮機に伝達するように構成された第３の熱交換器は、そのプロセス流が戻り流によって補充された後に、第２の熱交換器からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部をプロセス流に伝達することを含むことができる。

【0039】

第２の態様では、本発明は、極低温エネルギ貯蔵システムを提供し、極低温エネルギ貯蔵システムは、
液化サブシステムであって、
第１の圧縮機、
第１の熱交換器、
第２の圧縮機、
第２の熱交換器、及び
上流端及び下流端を有しており、プロセス流を第１の圧縮機、第１の熱交換器、第２の圧縮機、及び第２の熱交換器に通過させるように構成された第１構成の導管を含む、液化サブシステムと、
高グレード熱を蓄えるように構成された熱エネルギ貯蔵装置と、
第１の膨張機と、
第３の圧縮機と、
閉回路を形成し、熱エネルギ貯蔵装置、第１の熱交換器、第１の膨張機、第２の熱交換器、及び第３の圧縮機の間で熱伝達流体を送るように構成された第２構成の導管と、を含み、
第１の熱交換器は、第１の圧縮機の下流側で第１構成の導管に沿って位置付けされ、且つ第１の圧縮機からのプロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を、熱伝達流体を介して熱エネルギ貯蔵装置に伝達するように構成され、
第２の熱交換器は、第２の圧縮機の下流側で第１構成の導管に沿って位置付けされ、且つ第２の圧縮機からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、熱伝達流体を介して第３の圧縮機に伝達するように構成され、
第３の圧縮機は、第２の熱交換器の下流側で第２構成の導管に沿って位置付けされ、且つ熱伝達流体を圧縮し、第３の圧縮機からの熱伝達流体の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を熱エネルギ貯蔵装置に伝達するように構成され、
第１の膨張機は、熱エネルギ貯蔵装置の下流側で第２構成の導管に沿って位置付けされ、且つ熱伝達流体を膨張させ、そこから仕事を抽出するように構成される。

【0040】

第２の圧縮機の下流側でプロセス流からの低グレード圧縮熱を熱伝達流体に伝達し、その流体を第３の圧縮機で圧縮することにより、熱伝達流体には、高グレード熱エネルギ貯蔵装置に蓄えることができる高グレード圧縮熱を含めることができる。これにより、第２の圧縮機の圧縮温度を低く維持しながら、第２の圧縮機によって生成される熱の実質的に全てを捕捉して、単一の高グレード熱エネルギ貯蔵装置に蓄えることが可能になる。このシステムはさらに、熱伝達流体から仕事を抽出するのを可能にする。

【0041】

いくつかの実施形態では、液化サブシステムは、第１の熱交換器の下流側で第１構成の導管に沿って位置付けされた第３の熱交換器をさらに含むことができる。第３の熱交換器は、第１の熱交換器からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、熱伝達流体を介して第３の圧縮機に伝達するように構成され得る。第１の圧縮機から低グレード圧縮熱を伝達することにより、第１の圧縮機によって生成される熱の実質的に全ての捕捉が可能になる。

【0042】

液化サブシステムは、第２の圧縮機の上流側で第１構成の導管に沿って位置付けされた空気浄化ユニットをさらに含むことができ、第１の空気浄化ユニットはプロセス流を浄化するように構成される。

【0043】

液化サブシステムは、空気浄化ユニットの上流側で第１構成の導管に沿って位置付けされた第１の空調ユニットをさらに含むことができ、第１の空調ユニットは、プロセス流の圧縮熱を第１の圧縮機から実質的に又は完全に除去するように構成され得る。

【0044】

【0045】

液化サブシステムは、第１構成の導管の下流端に位置付けされ、且つプロセス流を少なくとも部分的に液化して液化生成物を形成するように構成された低温ボックスをさらに含むことができる。

【0046】

液化サブシステムは、低温ボックスの上流側で第１構成の導管に沿って位置付けされた第２の空調ユニットをさらに含むことができ、第２の空調ユニットは、プロセス流の圧縮熱を第２の圧縮機からから実質的に又は完全に除去するように構成され得る。

【0047】

低温ボックスは、任意の非液化プロセス流の少なくとも一部を含む戻り流を第３構成の導管に送るように構成され得る。

【0048】

低温ボックスは、液化生成物の少なくとも一部を極低温貯蔵タンクに送るように構成され得る。

【0049】

いくつかの実施形態では、熱伝達流体は第１の熱伝達流体であってもよく、極低温エネルギ貯蔵システムは動力回収サブシステムさらに含んでもよく、
動力回収サブシステムは、
ポンプ、
蒸発器、
少なくとも１つのヒータ、
少なくとも１つのヒータのそれぞれに対応する膨張段、
上流端及び下流端を有しており、ポンプからの作動流体を蒸発器、少なくとも１つのヒータのそれぞれ及び対応する膨張段に通過させるように構成された第４構成の導管であって、各ヒータはその対応するヒータの上流側に位置付けされる、第４構成の導管、及び
閉回路を形成し、熱エネルギ貯蔵装置と少なくとも１つのヒータの各ヒータとの間に第２の熱伝達流体を送るように構成された第５構成の導管を含み、
各ヒータは、熱エネルギ貯蔵装置からの高グレード圧縮熱の少なくとも一部を第２の熱伝達流体を介して作動流体に伝達するように構成され、
各膨張段は、作動流体を膨張させ、そこから仕事を抽出するように構成される。

【0050】

動力回収サブシステムは、第１のヒータの上流側で第４構成の導管に沿って位置付けされた予熱器をさらに含むことができ、予熱器は、最終膨張段からの排気の少なくとも一部を受け取り、最終膨張段の排気からの熱の少なくとも一部を第１のヒータの上流側の作動流体に伝達するように構成され得る。排気を使用して作動流体を予熱することにより、予熱器は、作動流体がヒータ内の熱伝達流体を凝固させるのを防ぎ、潜在的な詰まりを防ぐことができる。

【0051】

ポンプは、液化生成物を極低温貯蔵タンクからポンプで送り出し、それを加圧して作動流体を形成するように構成され得る。

【0052】

いくつかの実施形態では、第１及び第２の熱伝達流体は同じ流体であってもよく、第２構成の導管及び第５構成の導管は、流体的に接続され、同じ熱伝達流体を共有してもよい。

【0053】

本発明の更なる態様によれば、極低温エネルギ貯蔵システムにおける圧縮熱を蓄えるのための方法が提供され、この方法は、
第１の圧縮機及び第２の圧縮機を含む液化サブシステムを提供するステップと、
高グレード熱を蓄えるように構成された熱エネルギ貯蔵装置を提供するステップと、
第１の圧縮機においてプロセス流を圧縮するステップと、
第１の圧縮機からのプロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、それを熱伝達流体を介して熱エネルギ貯蔵装置に蓄えるステップと、
第２の圧縮機においてプロセス流を圧縮するステップと、
第２の圧縮機からのプロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、それを熱伝達流体を介して熱エネルギ貯蔵装置に蓄えるステップと、
第２の圧縮機からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、それを第２の圧縮機に戻すステップと、を含む。

【0054】

第２の圧縮機からの低グレード圧縮熱の少なくとも一部を第２の圧縮機に戻すことによって、プロセス流を圧縮してはるかに高い温度に達することができ、こうして第２の圧縮機が高グレード圧縮熱を生成できるようになる。次に、この高グレード圧縮熱は、熱伝達流体を介して熱エネルギ貯蔵装置に蓄えることができる。そのため、高グレード熱と低グレード熱との両方を捕捉して、単一の高グレード熱エネルギ貯蔵装置に蓄えることができる。

【0055】

この方法は、第１の圧縮機からのプロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉した後に、プロセス流を浄化するステップを含んでもよい。

【0056】

この方法は、プロセス流を浄化する前に、プロセス流の圧縮熱を第１の圧縮機から実質的に又は完全に除去するようにプロセス流を調整するステップを含んでもよい。

【0057】

この方法は、第１の圧縮機からのプロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉した後に、第１の圧縮機からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、プロセス流を浄化した後にその圧縮熱をプロセス流に伝達するステップを含んでもよい。低グレード圧縮熱の一部を浄化後にプロセス流に伝達することで、プロセス流を第２の圧縮機においてより高い温度まで圧縮できるようになり、次に、第２の圧縮機が高グレード圧縮熱を生成できるようになり、その高グレード圧縮熱を単一の高グレード熱エネルギ貯蔵装置に蓄えることができる。そのため、高グレード熱と低グレード熱との両方を捕捉して、単一の高グレード熱エネルギ貯蔵装置に蓄えることができる。

【0058】

第２の圧縮機からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を第２の圧縮機に戻すステップは、プロセス流を第２の圧縮機において圧縮する前に、第２の圧縮機からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部をプロセス流に伝達するステップを含んでもよい。

【0059】

この方法は、プロセス流を第２の圧縮機において圧縮する前に、プロセス流に戻り流を補充するステップを含んでもよい。

【0060】

第２の圧縮機からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を第２の圧縮機に戻すステップは、プロセス流が戻り流によって補充された後に、第２の圧縮機からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部をプロセス流に伝達するステップを含んでもよい。

【0061】

第２の圧縮機からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を第２の圧縮機に戻すステップは、プロセス流を補充する前に、第２の圧縮機からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を戻り流に伝達するステップを含んでもよい。

【0062】

この方法は、第２の圧縮機からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉した後に、プロセス流の圧縮熱を第２の圧縮機から実質的に又は完全に除去するようにプロセス流を調整するステップを含んでもよい。

【0063】

本発明の更なる態様によれば、極低温エネルギ貯蔵システムにおける圧縮熱を蓄えるための方法が提供され、この方法は、
第１の圧縮機、第２の圧縮機、第３の圧縮機、及び膨張機を含む液化サブシステムを提供するステップと、
高グレード熱エネルギを貯蔵するように構成された熱エネルギ貯蔵装置を提供するステップと、
第１の圧縮機においてプロセス流を圧縮するステップと、
第１の圧縮機からのプロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、それを熱エネルギ貯蔵装置に蓄えるステップと、
第２の圧縮機においてプロセス流を圧縮するステップと、
第２の圧縮機からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、それを熱伝達流体を介して第３の圧縮機に伝達するステップと、
第３の圧縮機において熱伝達流体を圧縮するステップと、
第３の圧縮機からの熱伝達流体の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、それを熱エネルギ貯蔵装置に蓄えるステップと、
熱伝達流体を膨張機で膨張させ、そこから仕事を抽出するステップと、を含む。

【0064】

熱伝達流体の下流側でプロセス流から低グレード圧縮熱を捕捉し、その流体を第３の圧縮機において圧縮することにより、熱伝達流体に高グレード圧縮熱を含めることができ、この高グレード圧縮熱を高グレード熱エネルギ貯蔵装置に蓄えることができる。これにより、第２の圧縮機の圧縮温度を低く維持しながら、第２の圧縮機によって生成される熱の実質的に全てを捕捉して、単一の高グレード熱エネルギ貯蔵装置に蓄えることが可能になる。このシステムはさらに、熱伝達流体から仕事を抽出することを可能にする。

【0065】

この方法は、第１の圧縮機からのプロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉した後に、第１の圧縮機からのプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を捕捉し、それを熱伝達流体を介して第３の圧縮機に伝達するステップを含んでもよい。

【0066】

この方法は、プロセス流を第２の圧縮機において圧縮する前に、プロセス流を浄化するステップを含んでもよい。

【0067】

【0068】

【0069】

この方法は、プロセス流を第２の圧縮機において圧縮する前に、プロセス流に戻り流を補充するステップを含んでもよい。

【0070】

この方法は、プロセス流を少なくとも部分的に液化し、液化生成物を形成するステップを含んでもよい。

【0071】

この方法は、液化生成物の少なくとも一部を極低温貯蔵タンクに送るステップを含んでもよい。

【0072】

この方法は、任意の非液化プロセス流の少なくとも一部を戻り流として通過させ、プロセス流を補充するステップを含んでもよい。

【0073】

この方法は、
熱エネルギ貯蔵装置に蓄えられた高度圧縮熱の少なくとも一部を用いて作動流体を加熱するステップと、
膨張段で作動流体を膨張させ、そこから仕事を抽出するステップとをさらに含んでもよい。

【0074】

この方法は、作動流体を加熱する前に、膨張段からの排気流を用いて作動流体を予熱するステップをさらに含んでもよい。

【0075】

この方法は、液化生成物を極低温貯蔵タンクからポンプで送り出し、それを加圧して作動流体を形成するステップをさらに含んでもよい。

【0076】

本発明は、本明細書で説明する実施形態、態様、又は例に限定されず、本明細書に開示する概念から逸脱することなく、様々な修正及び改良が可能であることが理解される。互換性がない場合を除き、本明細書で説明する特徴のいずれも、別個に、又は他の特徴のいずれかと組み合わせて使用することができる。本開示は、本明細書で説明する１つ又は複数の特徴の全ての組合せ及びサブコンビネーションを含む。

【図面の簡単な説明】

【0077】

【図1】極低温エネルギ貯蔵装置（ＣＥＳ）の一般的な概略図である。

【図2】ＣＥＳシステム、特に復熱器を利用する液化サブシステムの詳細な概略図である。

【図3】ＣＥＳシステム、特に代替の液化サブシステムの詳細な概略図である。

【図4】ＣＥＳシステム、特に更に代替の液化サブシステムの詳細な概略図である。

【図5】ＣＥＳシステム、特に更に代替の液化サブシステムの詳細な概略図である。

【図6】ＣＥＳシステム、特に膨張機及び圧縮機を利用する液化サブシステムの詳細な概略図である。

【図7】ＣＥＳシステム、特に動力回収サブシステムの詳細な概略図である。

【図8】ＣＥＳシステム、特に代替の動力回収サブシステムの詳細な概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0078】

以下の説明で使用する圧力、温度、質量流量等の物理値は、本発明を例示することを目的としている。当業者であれば、ＣＥＳシステムの特定の設計及びユーザの要件に応じて、これらの物理量の広範な可能な値が存在することを理解するだろう。

【0079】

この説明及び添付の図面では、同一又は類似の要素には同一の参照符号を付している。

【0080】

図１は、液化サブシステム１００、極低温貯蔵タンク２００、動力回収サブセクション４００、及び高グレード熱エネルギ貯蔵装置（ＴＥＳＤ）３００を含む極低温エネルギ貯蔵（ＣＥＳ）システムの概略図である。

【0081】

ＣＥＳシステムの充填（charging）段階では、液化サブシステム１００は、一連の圧縮及び冷却階を通じて周囲空気を受け取り、液化するように構成される。液化サブシステム１００を通過する空気又は液体空気の流れは、本明細書では液化サブシステム１００のプロセス流と呼ぶ。液化サブシステム１００によって生成される液体空気は、本明細書では冷媒とも呼ばれ、次に冷媒導管７００の第１の冷媒導管７１０構成を通って極低温貯蔵タンク２００に送ってもよい。液化サブシステム１００は、図２～図６に示される又は以下に説明する構成のいずれかを採用することができる。

【0082】

高グレードＴＥＳＤ３００は、熱伝達流体を介して液化サブシステム１００からプロセス流の高グレード圧縮熱を受け取り、それを貯蔵媒体に蓄えるように構成される。熱伝達流体は、高グレードＴＥＳＤ３００から液化サブシステム１００を通過し、そこで液化サブシステム１００のプロセス流の圧縮の結果として生成される高グレード圧縮熱が含められる。次に、熱伝達流体は高グレードＴＥＳＤ３００を通過し、そこで高グレード熱が高グレードＴＥＳＤ３００の貯蔵媒体に伝達される。

【0083】

ＣＥＳシステムの充填フェーズ中に、液化サブシステム１００から出る冷媒は極低温貯蔵タンク２００に貯蔵され、低圧下で長期間貯蔵することができる。極低温貯蔵タンク２００は、液化サブシステム１００及び／又は動力回収サブシステム４００への共通接続と、流体連通する共通ヘッダとを備えた複数の極低温貯蔵タンクから形成され得ることが理解される。全ての極低温エネルギ貯蔵システムの安全設計において一般的に行われているように、本明細書で説明する極低温貯蔵タンク２００内の圧力が、圧力リリーフ弁（図示せず）によって設計値を超えて上昇するのを防止することができる。

【0084】

ＣＥＳシステムの放出フェーズでは、冷媒は、極低温貯蔵タンク２００から冷媒導管７００の第２の冷媒導管７２０構成を通って動力回収サブシステム４００に送られる。動力回収サブシステム４００を通過する冷媒、液体空気、又は空気は、本明細書では作動流体と呼ぶ。動力回収サブシステム４００は、作動流体を加圧、蒸発、加熱、及び膨張させるように構成される。膨張する作動流体から回収した機械エネルギは、電気エネルギに変換できる。動力回収サブシステム４００からの排気は、ベント５００を通って大気中に排出され得るか、或いは本ＣＥＳシステム又はその一部（例えば、動力回収サブシステムの任意の部分、液化サブシステム又はより広範なＣＥＳシステムの他の部分）と同じ場所に設置された別のシステムにリサイクルされ得る。動力回収サブシステム４００は、図７又は図８に示される又は以下に説明する構成のいずれかを採用することができる。

【0085】

ＣＥＳシステムは、図２～図６に示される又は以下に説明する液化サブシステム１００構成のいずれかを、図７又は図８に示される又は以下に説明する動力回収サブシステム４００構成のいずれかと組み合わせて構成することができる。

【0086】

放出フェーズでは、ＣＥＳシステムは、蓄えた高グレード圧縮熱を、熱伝達流体を介して高グレードＴＥＳＤ３００から動力回収サブシステム４００に伝達するように構成される。高グレード熱エネルギを含む熱伝達流体は、高グレードＴＥＳＤ３００から動力回収サブシステム４００に送られる。動力回収サブシステム４００では、熱伝達流体に含まれる高グレード圧縮熱は、作動流体が膨張する前に作動流体に伝達されるため、これは放出フェーズ中の動力回収サブシステムの動力出力を向上させる。これは、ＣＥＳシステムの往復効率の向上につながる。次に、冷たい熱伝達流体は、再加熱のために高グレードＴＥＳＤ３００に戻される。

【0087】

高グレード熱を液化サブシステム１００から高グレードＴＥＳＤ３００に伝達するために使用される熱伝達流体は、液化サブシステム１００と高グレードＴＥＳＤ３００との間で熱伝達流体を送るように構成された閉回路を形成する熱伝達導管６１０構成を通過することができる。高グレード熱を高グレードＴＥＳＤ３００から動力回収サブシステム４００に伝達するように構成された熱伝達流体は、高グレードＴＥＳＤ３００と動力回収サブシステム４００との間で熱伝達流体を送るように構成された閉回路を形成する熱伝達導管６２０の更なる構成を通過することができる。あるいはまた、上述した熱伝達流体は同じ熱伝達流体であってもよく、上述した熱伝達導管の構成を流体接続して、液化サブシステム１００、動力回収サブシステム４００、及び高グレードＴＥＳＤ３００を接続する熱伝達導管６００の単一の組合せ構成を形成することができる。この場合に、導管６００の組合せ構成は、同じ熱伝達流体を共有し、液化サブシステム１００、高グレードＴＥＳＤ３００、及び動力回収サブシステム４００の間で熱伝達流体を送ることができる。液化サブシステム１００、高グレードＴＥＳＤ３００、及び動力回収サブシステム４００を通って循環する熱伝達流体は、空気又は圧縮空気等の気体、或いは水又は水とグリコールの混合物等の液体、或いは好ましくはサーマルオイル又はサーマルオイル（合成油、天然油、鉱物油）の混合物、或いは溶融塩であってもよい。

【0088】

この説明全体を通じて「液体空気」、「空気」、又は「冷媒」を使用するが、本発明は液体空気又は空気のみの生成及び使用に限定されず、液体窒素、液体酸素、液体天然ガス（ＬＮＧ）等の他の低温流体の生成及び使用に使用することもできる。

【0089】

図２は、液化サブシステム１００及び高グレードＴＥＳＤ３００を含むＣＥＳシステムを示す。液化サブシステム１００は、周囲空気の流れを液体空気又は冷媒に変換して極低温貯蔵タンクに貯蔵するように構成される。液化サブシステム１００は、メイン空気圧縮機（ＭＡＣ）１０２、メイン空気圧縮機・高グレード熱交換器（ＭＡＣＨＧＨＸ）１０４、メイン空気圧縮機・復熱器・熱交換器（ＭＡＣ復熱器）１０６、メイン空気圧縮機・空調機（ＭＡＣＡＣ）１０８、空気浄化ユニット（ＡＰＵ）１１０、リサイクル空気圧縮機・復熱器・熱交換器（ＲＡＣＲｅｃｕｐｅｒａｔｏｒ）１１２、リサイクル空気圧縮機（ＲＡＣ）１１４、リサイクル空気圧縮機・高グレード熱交換器（ＲＡＣＨＧＨＸ）１１６、リサイクル空気圧縮機・空調機（ＲＡＣＡＣ）１１８、及び低温ボックス１２０を含むことができる。

【0090】

液化サブシステム１００は、上流端Ａ及び下流端Ｂを有しており、液化サブシステム１００のプロセス流をＭＡＣ１０２からＭＡＣＨＧＨＸ１０４、ＭＡＣ復熱器１０６、ＭＡＣＡＣ１０８、ＡＰＵ１１０、２度目のＭＡＣ復熱器１０６、ＲＡＣ復熱器１１２、ＲＡＣ１１４、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６、２度目のＲＡＣ復熱器１１２、ＲＡＣＡＣ１１８を通過させて低温ボックス１２０に送るように構成された導管１０１の第１の液化構成をさらに含んでもよい。この第１構成の導管は、図２の線ＡＢによって示されており、ここで上流端は点Ａにあり、下流端は点Ｂにある。

【0091】

図２の実施形態の第１構成の導管１０１は、以下のように流体接続された液化導管を含む：ＭＡＣ１０２をＭＡＣＨＧＨＸ１０４に接続する第１の導管１３１、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４及びＭＡＣ復熱器１０６を接続する第２の導管１３２、ＭＡＣ復熱器１０６をＭＡＣＡＣ１０８に接続する第３の導管１３３、ＭＡＣＡＣ１０８をＡＰＵ１１０に接続する第４の導管１３４、ＡＰＵ１１０をＭＡＣ復熱器１０６に接続する第５の導管１３５、ＭＡＣ復熱器１０６をＲＡＣ復熱器１１２に接続する第６の導管１３６、ＲＡＣ復熱器１１２をＲＡＣ１１４に接続する第７の導管１３７、ＲＡＣ１１４をＲＡＣＨＧＨＸ１１６に接続する第８の導管１３８、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６をＲＡＣ復熱器１１２に接続する第９の導管１３９、ＲＡＣ復熱器１１２をＲＡＣＡＣ１１８に接続する第１０の導管１４０、及びＲＡＣＡＣ１１８を低温ボックス１２０に接続する第１１の導管１４１である。

【0092】

ＣＥＳシステムは、閉回路を形成し、高グレードＴＥＳＤ３００、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４、及びＲＡＣＨＧＨＸ１１６の間で熱伝達流体を送るように構成された第２構成の熱伝達導管６１０、６００をさらに含むことができる。熱伝達導管の構成は、図２の閉回路Ｃで示される。

【0093】

図２の実施形態の第２構成の熱伝達導管６１０、６００は、以下のように流体接続された熱伝達導管を含む：高グレードＴＥＳＤ３００をＲＡＣＨＧＨＸ１１６に接続する第１の導管１６１、第１の導管１６１の分岐部ＦをＭＡＣＨＧＨＸ１０４に接続する第２の導管１６２、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６及び高グレードＴＥＳＤ３００を接続する第３の導管１６３、及びＭＡＣＨＧＨＸ１０４を第３の導管の分岐部Ｇに接続する第４の導管１６４である。第２の導管１６２は、高グレードＴＥＳＤ３００及びＭＡＣＨＧＨＸ１０４を直接接続することができ、第４の導管１６４は、分岐部Ｆ及びＧそれぞれの代わりに、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４を高グレードＴＥＳＤ３００に直接接続することができることが理解されるだろう。

【0094】

液化サブシステム１００は、低温ボックス１２０に結合されるように構成された上流端と、下流端とを有しており、本明細書では戻りプロセス流れ又は戻り流と呼ばれる第２のプロセス流を上流端の低温ボックス１２０から送って、下流端のＲＡＣ復熱器１１２の上流側の第１構成の導管のプロセス流を補充するように構成された第３構成の液化導管１５０をさらに含むことができる。第３構成の導管は、図２の線ＤＥによって示されており、ここで上流端は点Ｄにあり、下流端は点Ｅにある。図２の実施形態における第３構成の導管は、低温ボックス１２０を接続し、第６の液化導管１３６の分岐部Ｅに至る導管１５０を含む。

【0095】

ＣＥＳシステムの充填フェーズ中に、ＭＡＣ１０２は、周囲空気（すなわち、ＣＥＳシステムの周りの大気中に存在する空気）を周囲気圧から第１の圧力（およそ２バール（ｂａｒ）～数十バールの間であり得る）まで圧縮する。周囲空気を圧縮するとかなり加熱され、その温度は、圧縮熱が含まれるため、周囲条件によっては周囲温度から約４００℃以上に上昇することがある。このような温度では、プロセス流には高グレード圧縮熱が含まれる。

【0096】

ＭＡＣ１０２の下流側で、第１構成の導管に沿って、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４は、ＭＡＣ１０２から高温圧縮プロセス流を受け取る。また、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４は、第２構成の導管から熱伝達流体の流れを受け取る。ＭＡＣＨＧＨＸ１０４は、プロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を熱伝達流体に伝達するように構成される。その結果、プロセス流は約１８０～２２０℃に冷却される可能性があるため、プロセス流には残留低グレード圧縮熱が依然として含まれる可能性がある。

【0097】

ＭＡＣ復熱器１０６は、プロセス流を２つの異なる位置で受け取り、第１の位置でのプロセス流の低グレード圧縮熱を第２の位置でのプロセス流に伝達するように構成される。本質的には、熱がある場所から別の場所に伝達される低グレード圧縮熱の復熱（recuperation）ループを形成する。ＭＡＣ復熱器１０６を通過するプロセス流の２つの部分は、混合を防ぐためにＭＡＣ復熱器１０６内の独立した２つの流体経路を通過することができる。

【0098】

ＭＡＣＨＧＨＸ１０４の下流側では、第１構成の導管に沿って、ＭＡＣ復熱器１０６は、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４からプロセス流を受け取る。また、ＭＡＣ復熱器１０６は、ＡＰＵ１１０の下流側でプロセス流を受け取る（後述する）。ＭＡＣ復熱器１０６は、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４から出るプロセス流からの低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、ＡＰＵ１１０から出るプロセス流に伝達するように構成される。ＭＡＣＨＧＨＸ１０４から出るプロセス流は、ＡＰＵ１１０への出口流を使用して、約２１０℃から６０℃に冷却され得る。ＭＡＣＨＧＨＸ１０４から出てＭＡＣ復熱器１０６内で冷却されたプロセス流の一部は、次に、ＭＡＣＡＣ１０８に送られる一方、ＡＰＵ１１０から出てＭＡＣ復熱器１０６内で加熱されたプロセス流の一部は、次に、ＲＡＣ復熱器１１２に送られる（後述する）。

【0099】

ＭＡＣ復熱器１０６の下流側では、第１構成の導管に沿って、ＭＡＣＡＣ１０８は、ＭＡＣ復熱器１０６からプロセス流を受け取り、プロセス流から最終圧縮熱を実質的に又は完全に除去するように構成される。ＭＡＣＡＣ１０８によって提供される冷却は、プロセス流がＡＰＵ１１０に送られる前のプロセス流の最終温度を決定し、従って、ＡＰＵ１１０の入口温度を決定する。ＭＡＣＡＣ１０８は、プロセス流をほぼ周囲温度まで冷却し得る。ＭＡＣＡＣ１０８はまた、凝縮によりプロセス流から水分のかなりの部分を除去することもできる。

【0100】

ＭＡＣＡＣ１０８の下流側では、第１構成の導管に沿って、ＡＰＵ１１０は、ＭＡＣＡＣ１０８からプロセス流を受け取り、さもなければ動作中に凝固して液化サブシステムを詰まらせることになる水及びＣＯ_２を除去することによってプロセス流を浄化するように構成される。ＡＰＵ１１０は、分子吸着、温度スイング吸着（ＴＳＡ）、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、又は両方の組合せを通じてプロセス流を浄化することができる。プロセス流からＣＯ_２及び水を優先的に除去する特定の吸着剤をＡＰＵ内で使用することができる。プロセス流は、ＡＰＵ１１０内で発熱プロセスが発生する可能性があるため、ほぼ周囲温度又はわずかに高い温度でＡＰＵ１１０を出る可能性がある。

【0101】

上で述べたように、次に、プロセス流は再びＭＡＣ復熱器１０６を通過する。ＡＰＵ１１０の下流側で、第１構成の導管に沿って、ＭＡＣ復熱器１０６は、ＡＰＵ１１０からプロセス流を受け取り、またＭＡＣＨＧＨＸ１０４からプロセス流を受け取る。ＡＰＵ１１０を出る冷たいプロセス流は、ほぼ周囲温度であり得、これは、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４から出る約１９０～２３０℃であり得る高温のプロセス流を冷却するためにＭＡＣ復熱器１０６で使用される。ＡＰＵ１１０から出るプロセス流は、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４からの出口流を使用して、ＭＡＣ復熱器１０６内で約１８０～２２５℃に加熱され得る。ＡＰＵ１１０から出てＭＡＣ復熱器１０６内で加熱されるプロセス流の一部は、次に、ＲＡＣ復熱器１１２に送られる。ＭＡＣＡＣ１０８又はＡＰＵ１１０、又はその両方の組合せは、プロセス流から水を除去するのをさらに補助するために、冷却器又はチラーシステム等の更なる冷却システムを含み得る。

【0102】

ＭＡＣ復熱器１０６の下流側では、第１構成の導管に沿って、ＲＡＣ復熱器１１２は、ＭＡＣ復熱器１０６から出るプロセス流を受け取る。また、ＲＡＣ復熱器１１２は、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６から出るプロセス流も受け取る（後述する）。ＭＡＣ復熱器１０６と同様に、ＲＡＣ復熱器１１２は、プロセス流を２つの異なる位置で受け取り、第１の位置でプロセス流から熱を捕捉し、それを第２の位置でプロセス流の別の部分に伝達するように構成される。本質的には、熱がある場所から別の場所に伝達されるプロセス流の熱の復熱ループを形成する。ＲＡＣ復熱器１１２を通過するプロセス流の２つの部分は、混合を防ぐために、ＲＡＣ復熱器１１２内の独立した２つの流体経路を通過することができる。

【0103】

上記の背景技術の段落で説明したように、典型的なＣＥＳシステムでは、リサイクル空気圧縮機内のプロセス流の圧縮により圧縮熱が発生する。しかしながら、そのようなリサイクル空気圧縮機の出口温度は約１９０℃の温度を有する可能性があり、従って、出力流の圧縮熱は、典型的には低グレードのみである。

【0104】

ＲＡＣ復熱器１１２は、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６から出るプロセス流からの低グレード圧縮熱の少なくとも一部を（後述する）、ＭＡＣ復熱器１０６から出てＲＡＣ１１４へ流れるプロセス流へ伝達するように構成される。従って、ＭＡＣ復熱器１０６から出るプロセス流は、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６の出口流を使用して１９０℃以上に加熱され得る。その結果、ＲＡＣ１１４の入口温度は、典型的なリサイクル空気よりもはるかに高くなり、これは、ＲＡＣ１１４の排出温度を著しく高くさせ、約４００℃を超えるＭＡＣ１０２の排出温度と一致する可能性がある。ＭＡＣ復熱器１０６から出てＲＡＣ復熱器１１２内で加熱されたプロセス流は、次に、ＲＡＣ１１４（後述する）に送られる一方、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６から出てＲＡＣ復熱器１１２内で冷却されたプロセス流は、次に、ＲＡＣＡＣ１１８に送られる（後述する）。

【0105】

ＲＡＣ復熱器１１２の下流側で、第１構成の導管に沿って、ＲＡＣ１１４は、ＲＡＣ復熱器１１２から出るプロセス流を受け取る。前述の段階中に、漏れ又は他の環境要因により、プロセス流の圧力がわずかに低下する可能性がある。しかしながら、ＲＡＣ１１４は、プロセス流を（あらゆる圧力降下を考慮して）ほぼ第１の圧力から、約数十バールであり得る第２の圧力まで圧縮することができる。プロセス流が圧縮されると、圧縮熱が流れ内で生成されるため、その温度は大幅に上昇する。ＲＡＣ１１４の入口温度の上昇により、出口温度は約４００～４４０℃を超える。典型的なリサイクル空気圧縮機の出口プロセス流と比較して、ＲＡＣ１１４の出口プロセス流には高グレード圧縮熱エネルギが含まれる可能性がある。

【0106】

ＲＡＣ１１４の下流側では、第１構成の導管に沿って、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６は、ＲＡＣ１１４から出るプロセス流を受け取る。また、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６は、第２構成の導管から熱伝達流体の流れを受け取る。ＲＡＣＨＧＨＸ１１６は、プロセス流からの高グレード圧縮熱の少なくとも一部を熱伝達流体に伝達するように構成される。その結果、プロセス流は約２１０℃まで冷却される可能性があり、そのため残留低グレード圧縮熱が依然として含まれる可能性がある。

【0107】

上述したように、第１構成の導管に沿ったＲＡＣＨＧＨＸ１１６の下流側で、ＲＡＣ復熱器１１２は、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６から出るプロセス流と、ＭＡＣ復熱器１０６から出るプロセス流とを受け取る。ＲＡＣ復熱器１１２は、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６から出るプロセス流からの低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、ＭＡＣ復熱器１０６から出るプロセス流に伝達するように構成される。ＲＡＣＨＧＨＸ１１６から出てＲＡＣ復熱器１１２で冷却されるプロセス流は、次に、ＲＡＣＡＣ１１８に送られる。

【0108】

第１構成の導管に沿ったＲＡＣ復熱器１１２の下流側で、ＲＡＣＡＣ１１８は、ＲＡＣ復熱器１１２から出るプロセス流を受け取る。ＲＡＣＡＣ１１８は、プロセス流を低温ボックス１２０に送る前に、残留圧縮熱をプロセス流から除去するように構成される。ＲＡＣＡＣ１１８は、プロセス流をほぼ周囲温度まで冷却することができる。

【0109】

ＲＡＣＡＣ１１８の下流側では、第１構成の導管に沿って、低温ボックス１２０は、ＲＡＣＡＣ１１８から出るプロセス流を受け取ることができる。上記の背景技術の段落で説明したように、低温ボックス１２０は、プロセス流が実質的に液体に凝縮するまで、プロセス流を冷却するように構成される。液体生成物は蒸気相から分離され、少なくとも一部は貯蔵のために極低温貯蔵タンク２００に送られる。蒸気相の少なくとも一部（すなわち、任意の非液化プロセス流）は、液化を補助するために、低温ボックス１２０に入るプロセス流を冷却するために使用され得る。これは、低温ボックス１２０に入るプロセス流に対して逆流方向に、蒸気相を低温ボックス１２０に通過させることによって行われる。戻り流は、低温ボックス１２０を通過した後の蒸気相から形成され、第３構成の導管を通過して、ＲＡＣ復熱器１１２の上流側のプロセス流を補充する。

【0110】

低温ボックス１２０からの戻り流は、周囲温度であり得、出口からＭＡＣ復熱器１０６に流れるプロセス流よりもはるかに大きな質量流量を有する可能性がある。従って、戻り流は、ＲＡＣ１１４の入口の温度に大きな影響を与える可能性がある。プロセス流を液化するために低温ボックス１２０内で膨張タービンを使用するため、戻り流の質量流量は、典型的に、ＭＡＣ復熱器１０６から出るプロセス流よりも大きい。例えば、戻り流が合流する前のプロセス流に対する戻り流の質量流量の比は、約１１：７～１３：５の間であってもよい。ＭＡＣ復熱器１０６から出るプロセス流は十分に加熱されているが、低温ボックス１２０から出る戻り流はまだ加熱されていない可能性がある。従って、ＲＡＣ復熱器１１２は、ＲＡＣ１１４からの低グレード圧縮熱の少なくとも一部を回収してＲＡＣ１１４の入口に戻し、こうしてＲＡＣ１１４の出口温度を上昇させ、高グレード圧縮熱をＲＡＣ１１４の出口から抽出することができる。これはまた、プロセス流が低温ボックス１２０からの戻り流によって補充された後のプロセス流の冷却を妨げる（打ち消す）。

【0111】

高グレードＴＥＳＤ３００は、ＭＡＣ１０２及びＲＡＣ１１４でのプロセス流の圧縮の結果としてプロセス流に含まれる高グレード圧縮熱を蓄えるように構成される。高グレード熱は、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６、及び第２構成の導管の熱伝達流体によってプロセス流から高グレードＴＥＳＤ３００に伝達される。高グレードＴＥＳＤ３００は、充填層ＴＥＳＤ、固定液相ベースのＴＥＳＤ、又は好ましくは、上記の背景技術の段落で説明したような２リザーバＴＥＳＤであってもよい。熱伝達流体は、空気又は圧縮空気等の気体、或いは水、グリコール、水とグリコールの混合物、サーマルオイル、サーマルオイルの混合物等の液体、或いは好ましくは溶融塩であってよい。

【0112】

液化サブシステム１００のプロセス流はＭＡＣ１０２内で圧縮されるため、そのプロセス流には高グレード圧縮熱が含められる。次に、そのプロセス流はＭＡＣＨＧＨＸ１０４を通過し、そこで高グレード圧縮熱の少なくとも一部が第２構成の導管の熱伝達流体に伝達される。次に、熱伝達流体は、第２構成の導管を通って高グレードＴＥＳＤ３００にポンプで送られる。高グレードＴＥＳＤ３００では、高グレード熱が熱伝達流体から貯蔵媒体に伝達される。次に、冷たい熱伝達流体が再循環されてＭＡＣＨＧＨＸ１０４又はＲＡＣＨＧＨＸ１１６に戻され、熱伝達プロセスが繰り返される。

【0113】

同様のプロセスにおいて、液化サブシステム１００のプロセス流がＲＡＣ１１４内で圧縮されるときに、上述したように、ＲＡＣ復熱器１１２によるプロセス流の熱回収により、プロセス流には高グレード圧縮熱が含められる。次に、プロセス流はＲＡＣＨＧＨＸ１１６を通過し、そこで高グレード圧縮熱の少なくとも一部が第２構成の導管の熱伝達流体に伝達される。次に、熱伝達流体は、第２構成の導管を通って高グレードＴＥＳＤ３００にポンプで送られる。高グレードＴＥＳＤ３００において、高グレード熱は貯蔵媒体に伝達される。次に、冷たい熱伝達流体がＭＡＣＨＧＨＸ１０４又はＲＡＣＨＧＨＸ１１６にポンプで戻され、熱伝達プロセスが繰り返される。高グレードＴＥＳＤ３００の貯蔵媒体は、好ましくは溶融塩であり得る。

【0114】

上述したように、ＭＡＣ復熱器１０６からＲＡＣ復熱器１１２に流れるプロセス流は、ＲＡＣ復熱器１１２に入る前に、低温ボックス１２０からの戻り流によって補充される。従って、ＲＡＣ復熱器１１２を通る質量流量は、ＭＡＣ復熱器１０６を通る質量流量よりもはるかに大きくなる可能性がある。例えば、ＭＡＣ復熱器１０６を通る質量流量に対するＲＡＣ復熱器１１２を通る質量流量の比は、約１７：７～１９：５の間であってもよい。一般に、熱交換器では、熱伝達率は質量流量（mass flow rate）に比例する。熱交換器を通る流体の質量流量が増加すると、より多くの分子が熱交換器の内面と相互作用できるようになり、より多くの熱がその表面を通って伝導できるようになり、熱交換器がより多くの熱エネルギを伝達できるようになる。ＲＡＣ復熱器１１２を通る質量流量の増加は、ＲＡＣ復熱器１１２が交換に利用できる熱をＭＡＣ復熱器１０６よりも大幅に多くできることを意味し、そのためプロセス流がＲＡＣ１１４に入る前にプロセス流を加熱する上でより大きな役割を果たすことができる。従って、ＲＡＣ復熱器１１２のみを残すために、ＭＡＣ復熱器１０６を取り外すこともできる。

【0115】

図３は、ＭＡＣ復熱器１０６を欠いていることを除いて、図２のＣＥＳシステムと同一であるＣＥＳシステムを示す。この修正により、液化サブシステムの簡素化が増し、そのようなシステムを構築するための資本支出を削減することができる。

【0116】

ＣＥＳシステムは、液化サブシステム１００及び高グレードＴＥＳＤ３００を含む。液化サブシステム１００は、同様に、図２のＣＥＳシステムと同様の構成であるメイン空気圧縮機（ＭＡＣ）１０２、メイン空気圧縮機・高グレード熱交換器（ＭＡＣＨＧＨＸ）１０４、メイン空気圧縮機・空調機（ＭＡＣＡＣ）１０８、空気浄化ユニット（ＡＰＵ）１１０、リサイクル空気圧縮機・復熱器・熱交換器（ＲＡＣＲｅｃｕｐｅｒａｔｏｒ）１１２、リサイクル空気圧縮機（ＲＡＣ）１１４、リサイクル空気圧縮機・高グレード熱交換器（ＲＡＣＨＧＨＸ）１１６、リサイクル空気圧縮機・空調機（ＲＡＣＡＣ）１１８、低温ボックス１２０、第１構成の導管、第２構成の導管、及び第３構成の導管を含み得る。しかしながら、本ＣＥＳシステムでは、ＭＡＣ復熱器１０６が取り外されており、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４から出るプロセス流はＭＡＣＡＣ１０８に送られ、ＡＰＵ１１０から出るプロセス流はＲＡＣ復熱器１１２に送られる。

【0117】

図３のＣＥＳシステムは、第２の導管１３２及び第３の導管１３３が、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４をＡＰＵ１１０に直接接続する第１２の導管１４２によって置き換えられ、第５の導管１３５及び第６の導管１３６が、ＡＰＵ１１０をＲＡＣ復熱器１１２に直接接続する第１３の導管１４３によって置き換えられることを除いて、図２と同じ第１構成の液化導管を含む。

【0118】

ＭＡＣＨＧＨＸ１０４は、ＭＡＣ１０２内での圧縮の結果としてプロセス流に含まれる高グレード圧縮熱を、第２構成の導管の熱伝達流体に伝達するように構成される。次に、プロセス流はＭＡＣＡＣ１０８に直接送られる。しかしながら、ＭＡＣＡＣ１０６が受け取ったプロセス流には依然として残留低グレード圧縮熱が含まれる可能性がある。ＡＰＵ１１０は、プロセス流がほぼ周囲温度にあるときに最適に動作することが理解される。従って、ＭＡＣＡＣ１０８は、過剰な熱を大気中に放出して、プロセス流をほぼ周囲温度まで冷却するように構成することができる。あるいはまた、ＭＡＣＡＣ１０８は、残留低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、本ＣＥＳシステム又は本ＣＥＳシステムの一部として同じ場所に配置される別のシステム（例えば、動力回収サブシステム、液化サブシステム、又はより広範なＣＥＳシステムの他の部分）に伝達するように構成してもよい。更なる代替として、ＭＡＣＡＣ１０８は、残留低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、追加の熱を必要とする外部プロセス又はシステム（例えば、暖房設備、ボイラー、空調機等）に伝達してもよい。

【0119】

ＡＰＵ１１０は、ＭＡＣＡＣ１０８からプロセス流を受け取り、水及びＣＯ_２を除去することによってプロセス流を浄化するように構成される。次に、プロセス流は、ＡＰＵ１１０からＲＡＣ復熱器１１２に送られる。ＡＰＵ１１０を出るプロセス流は、ほぼ周囲温度である可能性があり、プロセス流がＭＡＣ復熱器１０６を通過しないため、プロセス流にはＭＡＣ１０２からの残留低グレード圧縮熱が含まれない可能性がある。

【0120】

ＡＰＵ１１０の下流側で、第１構成の導管に沿って、ＲＡＣ復熱器１１２は、ＡＰＵ１１０から出るプロセス流と、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６から出るプロセス流とを受け取る。ＲＡＣ復熱器１１２は、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６から出るプロセス流からの低グレード圧縮熱の少なくとも一部を（後述する）、ＡＰＵ１１０から出るプロセス流に伝達するように構成される。ＡＰＵ１１０から出るプロセス流は、ＲＡＣ復熱器１１２で加熱され、次にＲＡＣ１１４に送られる一方、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６から出るプロセス流は、ＲＡＣ復熱器１１２で冷却され、次にＲＡＣＡＣ１１８に送られる。ＣＥＳシステムの残りの構成要素は、図２に示され、上述したＣＥＳシステムの残りの構成要素と同様の動作を実行する。

【0121】

低温ボックス１２０から出る戻り流は、ＡＰＵ１１０の下流側でプロセス流に合流する。上で述べたように、戻り流はほぼ周囲温度であり得る。ＡＰＵ１１０から出るプロセス流も、ほぼ周囲温度であり得る。従って、ＲＡＣ復熱器１１２は、ＲＡＣ１１４内での圧縮後にプロセス流に高グレード熱エネルギが確実に含まれるようにするために、戻り流によって補充された後に、十分な熱エネルギをプロセス流に伝達するように構成され得る。

【0122】

上述したように、低温ボックス１２０からの戻り流は、図２のＣＥＳシステムのＭＡＣ復熱器１０６又は図３のＣＥＳシステムのＡＰＵ１１０から出るプロセス流よりも大幅に高い質量流量を有する可能性がある。さらに、戻り流はほぼ周囲温度になる可能性がある。ただし、特に図２のＣＥＳシステムでは、ＭＡＣ復熱器から出るプロセス流はさらに高温になり、約１９０℃になる可能性がある。従って、プロセス流が戻り流によって補充される場合に、異なる温度で流れが大幅に熱混合される危険性がある。これにより、プロセス流のエネルギポテンシャルが低下する可能性がある。

【0123】

図４は、ＲＡＣ復熱器１１２が、ＭＡＣ復熱器１０６から出るプロセス流をＲＡＣ１１４に補充する前に、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６を出るプロセス流からの低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、低温ボックス１２０からの戻り流に伝達するように構成された点を除いて、図２に図示され、上述したＣＥＳシステムと同一であるＣＥＳシステムを示す。この構成により、本システムは、低温ボックス１２０からの戻り流をプロセス流のおおよその温度まで加熱することができる。これにより、異なる温度での流れの熱混合、及び上述した問題を回避することができる。

【0124】

図４のＣＥＳシステムは、ＭＡＣ復熱器１０６をＲＡＣ復熱器１１２に接続する第６の導管１３６が、ＭＡＣ復熱器１０６をＲＡＣ１１４に接続する第１４の導管１４４に置き換えられることを除いて、図２と同じ第１構成の液化導管を含む。第１４の液化導管１４４は、第３構成の液化導管に接続される分岐部Ｅを含む。第３構成の液化導管１５０は、冷蔵ボックス１２０をＲＡＣ復熱器１１２に接続する第１の戻り導管１５１と、ＲＡＣ復熱器１１２を分岐部Ｅに接続する第２の戻り導管１５２とを含む。

【0125】

ＣＥＳシステムは、液化サブシステム１００及び高グレードＴＥＳＤ３００を含む。液化サブシステム１００は、同様に、図２に示され、上述したＣＥＳシステムと同様のメイン空気圧縮機（ＭＡＣ）１０２、メイン空気圧縮機・高グレード熱交換器（ＭＡＣＨＧＨＸ）１０４、メイン空気圧縮機・復熱器・熱交換器（ＭＡＣＲｅｃｕｐｅｒａｔｏｒ）１０６、メイン空気圧縮機・空調機（ＭＡＣＡＣ）１０８、空気浄化ユニット（ＡＰＵ）１１０、リサイクル空気圧縮機・復熱器・熱交換器（ＲＡＣＲｅｃｕｐｅｒａｔｏｒ）１１２、リサイクル空気圧縮機（ＲＡＣ）１１４、リサイクル空気圧縮機・高グレード熱交換器（ＲＡＣＨＧＨＸ）１１６、リサイクル空気圧縮機・空調機（ＲＡＣＡＣ）１１８、低温ボックス１２０、第１構成の導管、第２の配置、及び第３構成の導管を含み得る。

【0126】

ＭＡＣ復熱器１０６からのプロセス流は、低グレード圧縮熱が含まれる可能性があり、ＲＡＣ１１４に送られる。ＲＡＣ１１４に送られる前に、プロセス流は、低温ボックス１２０からの戻り流によって補充される。次に、プロセス流は、ＲＡＣ１１４内で圧縮され、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６に送られ、そこで高グレード圧縮熱が第２構成の導管の熱伝達流体を介して高グレードＴＥＳＤ３００に伝達される。次に、プロセス流はＲＡＣ復熱器１１２に送られる。

【0127】

ＲＡＣ復熱器１１２は、ＭＡＣ復熱器１０６から出るプロセス流をＲＡＣ１１４に補充する前に、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６から出るプロセス流と、低温ボックス１２０からの戻り流とを受け取るように構成される。ＲＡＣ復熱器１１２は、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６を出るプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を戻り流に伝達するように構成される。低温ボックス１２０からの戻り流は、ＲＡＣ復熱器１１２内で、ＭＡＣ復熱器１０６からＲＡＣ１１４に流れるプロセス流のおおよその温度まで加熱され得る。ＲＡＣＨＧＨＸ１１６からＲＡＣ復熱器１１２に流れるプロセス流は、ＲＡＣ復熱器１１２で冷却され、次にＲＡＣＡＣ１１８に送られ、図２に示され、上述したＣＥＳシステムに関連して説明したのと同じ以降のプロセスに従う。低温ボックス１２０からＲＡＣ復熱器１１２に流れる戻り流は、ＲＡＣ復熱器１１２内で加熱され、次にＲＡＣ１１４の上流側の第１構成の導管に送られ、そこでＭＡＣ復熱器１０６から出るプロセス流をＲＡＣ１１４に補充する。

【0128】

従って、低温ボックス１２０からの戻り流には、ＲＡＣ復熱器１１２内の低グレード圧縮熱の少なくとも一部が含まれる。ＭＡＣ復熱器１０６からＲＡＣ１１４に流れるプロセス流にはＭＡＣ復熱器１０６内の低グレード圧縮熱の一部が含まれるため、これらの流れが結合するときに、それらの流れは異なる温度では顕著な混合を受けない可能性がある。さらに、両方の流れが加熱されているため、ＲＡＣ１１４で結合及び圧縮されると、プロセス流には高グレード圧縮熱が含まれることになる。これにより、本システムは、この高グレード熱の少なくとも一部を、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６及び第２構成の導管のシート伝達流体を介して高グレードＴＥＳＤ３００に伝達することができる。

【0129】

前述したように、図４のＣＥＳシステムでは、低温ボックス１２０からの戻り流は、ＭＡＣ１０２から出るプロセス流よりもかなり高い質量流量を有する可能性がある。従って、ＲＡＣ復熱器１１２は、ＲＡＣ復熱器１１２よりもかなり多くのエネルギを伝達し、その結果、ＲＡＣ１１４の入力温度及びＲＡＣ１１４内で生成される高グレード圧縮熱の量を決定する上でより大きな役割を果たす。そのため、ＲＡＣ復熱器１１２のみを残すために、ＭＡＣ復熱器１０６を取り外すことができる。

【0130】

図５は、ＭＡＣ復熱器１０６を欠いている点を除いて、図４のＣＥＳシステムと同一であるＣＥＳシステムを示す。この修正により、液化サブシステムの簡素化が増し、そのようなシステムを構築するための資本支出が削減され得る。

【0131】

ＣＥＳシステムは、液化サブシステム１００及び高グレードＴＥＳＤ３００を含む。液化サブシステム１００は、同様に、図４のＣＥＳシステムの同様の構成であるメイン空気圧縮機（ＭＡＣ）１０２、メイン空気圧縮機・高グレード熱交換器（ＭＡＣＨＧＨＸ）１０４、メイン空気圧縮機・空調機（ＭＡＣＡＣ）１０８、空気浄化ユニット（ＡＰＵ）１１０、リサイクル空気圧縮機・復熱器・熱交換器（ＲＡＣＲｅｃｕｐｅｒａｔｏｒ）１１２、リサイクル空気圧縮機（ＲＡＣ）１１４、リサイクル空気圧縮機・高グレード熱交換器（ＲＡＣＨＧＨＸ）１１６、リサイクル空気圧縮機・空調機（ＲＡＣＡＣ）１１８、低温ボックス１２０、第１構成の導管、第２構成の導管、及び第３構成の導管を含み得る。しかしながら、ＭＡＣ復熱器１０６は取り外されており、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４から出るプロセス流はＭＡＣＡＣ１０８に直接送られ、ＡＰＵ１１０から出るプロセス流はＲＡＣ復熱器１１２に直接送られる。

【0132】

図５のＣＥＳシステムは、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４及びＭＡＣ復熱器１０６を接続する第２の導管１３２と、ＭＡＣ復熱器１０６をＭＡＣＡＣ１０８に接続する第３の導管１３３とが、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４をＡＰＵ１１０に直接接続する第１２の導管１４２によって置き換えられ、ＡＰＵ１１０をＭＡＣ復熱器１０６に接続する第５の導管１３５と、ＭＡＣ復熱器１０６をＲＡＣ復熱器１１２に接続する第６の導管１３６とが、ＡＰＵ１１０をＲＡＣ復熱器１１２に直接接続する第１３の導管１４３によって置き換えられていることを除き、図４と同じ第１構成の液化導管を含む。

【0133】

ＭＡＣＨＧＨＸ１０４を出るプロセス流は、残留低グレード圧縮熱を含んでおり、次にＭＡＣＡＣ１０８に送られる。ＭＡＣＡＣ１０８は、プロセス流をほぼ周囲温度まで冷却するために過剰な熱を大気中に放出するように構成され得る。あるいはまた、ＭＡＣＡＣ１０８は、残留低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、本ＣＥＳシステム本ＣＥＳシステムの一部と同じ場所に配置される別のシステム（例えば、動力回収サブシステム、液化サブシステム、又はより広範なＣＥＳシステムの他の部分）に伝達するように構成され得る。更なる代替として、ＭＡＣＡＣ１０８は、残留低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、追加の熱を必要とする外部プロセス又はシステム（例えば、暖房設備、ボイラー、空調機等）に伝達することができる。

【0134】

ＡＰＵ１１０は、ＭＡＣＡＣ１０８からプロセス流を受け取り、水及びＣＯ_２を除去することによってプロセス流を浄化するように構成される。次に、プロセス流は、ＡＰＵ１１０からＲＡＣ１１４に送られる。ＡＰＵ１１０から出るプロセス流は、ＭＡＣ復熱器１０６を通過せず、ＭＡＣ１０２からの低グレード熱を受け取らないため、ほぼ周囲温度であり得る。ＡＰＵ１１０から出るプロセス流は、ＲＡＣ１１４に送られる前に、低温ボックス１２０からの戻り流によって補充される。このＣＥＳシステムの残りの構成要素は、上述したように図４のＣＥＳシステムのものと同様の動作を実行する。

【0135】

ＲＡＣＨＧＨＸ１１６の下流側で、第１構成の導管に沿って、ＲＡＣ復熱器１１２は、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６から出るプロセス流と、低温ボックス１２０から出る戻り流とを受け取る。ＲＡＣ復熱器１１２は、ＲＡＣＨＧＨＸ１１６の下流側でプロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、低温ボックス１２０からの戻り流に伝達するように構成される。低温ボックス１２０を出る戻り流と、ＡＰＵ１１０から出るプロセス流とは、ほぼ周囲温度であり得る。従って、ＲＡＣ復熱器１１２は、ＲＡＣ１１４内での圧縮後にプロセス流に高グレード圧縮熱エネルギが確実に含まれるようにプロセス流を補充する前に、戻り流に十分な熱エネルギを伝達するように構成することができる。

【0136】

図６は、液化サブシステム１００及び高グレードＴＥＳＤ３００を含むＣＥＳシステムを示す。液化サブシステム１００は、極低温貯蔵タンク２００に貯蔵するために周囲空気の流れを液体空気又は冷媒に変換するように構成される。液化サブシステム１００は、プロセス流からの低グレード圧縮熱を直接捕捉して高グレードＴＥＳＤ３００に高グレード熱として蓄えることができるように、圧縮機及び膨張機を利用して熱伝達流体の温度を上昇又は下降させることができる。

【0137】

液化サブシステム１００は、メイン空気圧縮機（ＭＡＣ）１０２、メイン空気圧縮機・高グレード熱交換器（ＭＡＣＨＧＨＸ）１０４、メイン空気圧縮機・低グレード熱交換器（ＭＡＣＬＧＨＸ）１０５、メイン空気圧縮機・空調機（ＭＡＣＡＣ）１０８、空気浄化ユニット（ＡＰＵ）１１０、リサイクル空気圧縮機（ＲＡＣ）１１４、リサイクル空気圧縮機・低グレード熱交換器（ＲＡＣＬＧＨＸ）１１７、リサイクル空気圧縮機・空調機（ＲＡＣＡＣ）１１８、及び低温ボックス１２０を含むことができる。ＣＥＳシステムは、熱伝達流体膨張機（ＨＴＦＥｘｐａｎｄｅｒ）１２２及び熱伝達流体圧縮機（ＨＴＦＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）１２４をさらに含むことができる。ＨＴＦ膨張機１２２及びＨＴＦ圧縮機１２４は、液化サブシステム１００内に構成してもよく、又は液化サブシステム１００とは別であってもよい。ＣＥＳシステムは、極低温貯蔵タンク２００をさらに含むことができる。

【0138】

液化サブシステム１００は、上流端及び下流端を有しており、液化サブシステム１００のプロセス流をＭＡＣ１０２からＭＡＣＨＧＨＸ１０４、ＭＡＣＬＧＨＸ１０５、ＭＡＣＡＣ１０８、ＡＰＵ１１０、ＲＡＣ１１４、ＲＡＣＬＧＨＸ１１７、ＲＡＣＡＣ１１８を通過させ、低温ボックス１２０に送るように構成された第１構成の導管をさらに含むことができる。第１構成の導管は図６の線ＡＢで示され、ここで上流端は点Ａにあり、下流端は点Ｂにある。ＣＥＳシステムは、閉回路を形成し、高グレードＴＥＳＤ３００、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４、ＨＴＦ膨張機１２２、ＭＡＣＬＧＨＸ１０５、ＲＡＣＬＧＨＸ１１７、及びＨＴＦ圧縮機１２４の間で熱伝達流体を送るように構成された第２構成の導管をさらに含むことができる。第２構成の導管は、図６の閉回路Ｃによって示される。液化サブシステム１００は、上流端及び下流端を有しており、低温ボックス１２０から第２のプロセス流（本明細書では戻り流と呼ぶ）を送って、ＲＡＣ１１４の上流側の第１構成の導管のプロセス流を補充するように構成された第３構成の導管をさらに含むことができる。第３構成の導管は、図２の線ＤＥによって示されており、ここで上流端は点Ｄにあり、下流端は点Ｅにある。

【0139】

図６のＣＥＳの第１構成の導管１０１は、以下のように流体接続された液化導管を含む：ＭＡＣ１０２及びＭＡＣＨＧＨＸ１０４に接続される第１の導管１３１、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４及びＭＡＣＬＧＨＸ１０５に接続される第１５の導管１４５、ＭＡＣＬＧＨＸ１０５及びＭＡＣＡＣ１０８に接続される第１６の導管１４６、ＭＡＣＡＣ１０８及びＡＰＵ１１０に接続される第４の導管、ＡＰＵ１１０からＲＡＣ１１４に接続され、分岐部Ｅを含む第１７の導管、ＲＡＣ１１４をＲＡＣＬＧＨＸ１１７に接続する第１８の導管、ＲＡＣＬＧＨＸ１１７及びＲＡＣＡＣ１１８に接続される第１９の導管１４９、並びにＲＡＣＡＣ１１８及び低温ボックス１２０に接続される第１２の導管１４２である。

【0140】

図６のＣＥＳの第２構成の熱伝達導管６１０は、以下のように流体接続された熱伝達導管を含む：分岐部Ｆを含み、高グレードＴＥＳＤ３００及びＨＴＦ膨張機１２２に接続される第５の導管１６５、ＨＴＦ膨張機１２２と第７の導管１６７の分岐部Ｈとに接続される第６の導管１６６、ＭＡＣＬＧＨＸ１０５及びＲＡＣＬＧＨＸ１１７に接続され、分岐部Ｈを含む第７の導管１６７、ＭＡＣＬＧＨＸ１０５と第９の導管１６９の分岐部Ｊとに接続される第８の導管１６８、ＲＡＣＬＧＨＸ１１７及びＨＴＦ圧縮機１２４に接続され、分岐部Ｊを含む第９の導管１６９、及び分岐部Ｇを含み、ＨＴＦ圧縮機１２４及び高電圧圧縮機１２４に接続される第１０の導管１７０である。図２～図５と同様に、第２の導管１６２及び第４の導管１６４の接続は、それぞれ分岐部Ｆ及びＧの代わりに高グレードＴＥＳＤ３００に直接接続できることが理解されるだろう。

【0141】

ＣＥＳシステムの放出フェーズ中に、ＭＡＣ１０２は、周囲空気（すなわち、ＣＥＳシステムの周りの大気中に存在する空気）を周囲気圧から第１の圧力（およそ２バール～数十バールの間であり得る）まで圧縮する。周囲空気は圧縮されるとかなり加熱され、圧縮熱が含まれるため、その温度は、周囲条件によっては周囲温度から約４００℃以上に上昇することがある。このような温度では、プロセス流には高グレード圧縮熱が含まれる。

【0142】

第１構成の導管に沿ったＭＡＣ１０２の下流側で、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４は、ＭＡＣ１０２から高温圧縮プロセス流を受け取る。また、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４は、第２構成の導管から熱伝達流体の流れを受け取る。ＭＡＣＨＧＨＸ１０４は、プロセス流の高グレード圧縮熱の少なくとも一部を熱伝達流体に伝達するように構成される。その結果、プロセス流は約１８０～２２０℃に冷却される可能性があるため、プロセス流には残留低グレード圧縮熱が依然として含まれる可能性がある。

【0143】

第１構成の導管に沿ったＭＡＣＨＧＨＸ１０４の下流側で、ＭＡＣＬＧＨＸ１０５は、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４からプロセス流を受け取る。また、ＭＡＣＬＧＨＸ１０５は、ＨＴＦ膨張機１２２の下流側の第２構成の導管から熱伝達流体の流れを受け取る（後述する）。ＭＡＣＬＧＨＸ１０５は、プロセス流の残留低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、ＨＴＦ圧縮機１２４の上流側の第２構成の導管の熱伝達流体に伝達するように構成される（後述する）。熱伝達流体は、ＭＡＣ１０２からの低グレード圧縮熱を含んでおり、次に第２構成の導管を通ってＨＴＦ圧縮機１２４に送られる（後述する）。

【0144】

第１構成の導管に沿ったＭＡＣＬＧＨＸ１０５の下流側で、ＭＡＣＡＣ１０８は、ＭＡＣＬＧＨＸ１０５からプロセス流を受け取り、プロセス流から最終的な圧縮熱を除去するように構成される。ＭＡＣＡＣ１０８によって提供される冷却は、ＡＰＵ１１０に送られる前のプロセス流の最終温度を決定し、従って、ＡＰＵ１１０の入口温度を決定する。ＭＡＣＡＣ１０８は、プロセス流をほぼ周囲温度まで冷却し得る。ＭＡＣＡＣ１０８はまた、凝縮によりプロセス流から水分のかなりの部分を除去することもできる。

【0145】

ＭＡＣＡＣ１０８の下流側で、第１構成の導管に沿って、ＡＰＵ１１０は、ＭＡＣＡＣ１０８からプロセス流を受け取り、さもなければ動作中に凝固して液化サブシステムを詰まらせることになる水及びＣＯ_２を除去することによってプロセス流を浄化するように構成される。ＡＰＵ１１０は、分子吸着、温度スイング吸着（ＴＳＡ）、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、又は両方の組合せを通じてプロセス流を浄化することができる。プロセス流からＣＯ_２及び水を優先的に除去する特定の吸着剤をＡＰＵ内で使用することができる。プロセス流は、ＡＰＵ１１０内で発熱プロセスが発生する可能性があるため、ほぼ周囲温度又はわずかに高い温度でＡＰＵ１１０を出る可能性がある。

【0146】

ＡＰＵ１１０の下流側では、プロセス流は、図２～図５のＣＥＳシステムと同様に、低温ボックス１２０からの戻り流によって補充される。低温ボックス１２０からの戻り流は、周囲温度付近の適度に低い温度であってもよい。さらに、低温ボックス１２０からの戻り流は、典型的に、出口からＡＰＵ１１０へのプロセス流よりもはるかに大きな質量流量を有する。

【0147】

ＡＰＵ１１０の下流側では、第１構成の導管に沿って、ＲＡＣ１１４は、戻り流によって補充された後に、ＡＰＵ１１０から出るプロセス流を受け取る。前述の段階中に、プロセス流の圧力はわずかに低下する可能性があるが、ＲＡＣ１１４は、プロセス流を（圧力降下を考慮して）ほぼ第１の圧力から約数十バールであり得る第２の圧力まで圧縮することがある。プロセス流が圧縮されると、圧縮熱が発生するため、その温度が大幅に上昇する。図２～図５のＣＥＳシステムと比較すると、ＲＡＣ１１４の入口温度はほぼ周囲温度であり得、ＲＡＣ１１４の圧力比がＭＡＣ１０２よりも低いため、出口温度は約１９０℃未満となる可能性がある。従って、ＲＡＣ１１４から出るプロセス流には、低グレード圧縮熱しか含まれていない可能性がある。

【0148】

ＲＡＣ１１４の下流側で、第１構成の導管に沿って、ＲＡＣＬＧＨＸ１１７はＲＡＣ１１４からプロセス流を受け取る。ＲＡＣＬＧＨＸ１１７は、ＨＴＦ膨張機１２２の下流側で第２構成の導管から熱伝達流体の流れも受け取る（後述する）。ＲＡＣＬＧＨＸ１１７は、プロセス流の低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、ＨＴＦ圧縮機１２４の上流側の第２構成の導管の熱伝達流体に伝達するように構成される。ＲＡＣ１１４からの低グレード圧縮熱を含む熱伝達流体は、次に第２構成の導管を通ってＨＴＦ圧縮機１２４に送られる（後述する）。

【0149】

ＲＡＣＬＧＨＸ１１７の下流側で、第１構成の導管に沿って、ＲＡＣＡＣ１１８は、ＲＡＣＬＧＨＸ１１７から出るプロセス流を受け取る。ＲＡＣＡＣ１１８は、プロセス流を低温ボックス１２０に送る前に残留圧縮熱をプロセス流から除去するように構成される。ＲＡＣＡＣ１１８は、プロセス流をほぼ周囲温度まで冷却することができる。

【0150】

第１構成の導管に沿ったＲＡＣＡＣ１１８の下流側で、低温ボックス１２０は、ＲＡＣＡＣ１１８から出るプロセス流を受け取る。上記の背景技術の段落で説明したように、低温ボックス１２０は、プロセス流が実質的に液体に凝縮するまでプロセス流を冷却するように構成される。液体生成物の少なくとも一部が、蒸気相から分離され、後の使用のために極低温貯蔵タンク２００に送られる。蒸気相の少なくとも一部（すなわち、任意の非液化プロセス流）は、液化を補助するために、低温ボックス１２０に入るプロセス流を冷却するために使用され得る。これは、低温ボックス１２０に入るプロセス流に対して逆流方向に、蒸気相を低温ボックス１２０に通過させることによって行われる。戻り流は、低温ボックス１２０を通過した後の蒸気相から形成され、第３構成の導管を通過して、ＲＡＣ１１４の上流側のプロセス流を補充する。

【0151】

上述したように、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４は、プロセス流からの高グレード圧縮熱の少なくとも一部を熱伝達流体に伝達するように構成される。次に、熱伝達流体は、第２構成の導管を通って高グレードＴＥＳＤ３００にポンプで送られる。一方、ＭＡＣＬＧＨＸ１０５及びＲＡＣＬＧＨＸ１１７は、プロセス流からの残留低グレード圧縮熱の少なくとも一部を熱伝達流体に伝達するように構成される。次に、熱伝達流体は、第２構成の導管を通ってＨＴＦ圧縮機１２４にポンプで送られる。

【0152】

ＨＴＦ圧縮機１２４は、ＭＡＣＬＧＨＸ１０５とＲＡＣＬＧＨＸ１１７との両方から熱伝達流体を受け取るように構成される。次に、ＨＴＦ圧縮機１２４は熱伝達流体を圧縮し、これにより、その温度を高グレードＴＥＳＤ３００の温度及び／又はＭＡＣＨＧＨＸ１０４から出る熱伝達流体の温度にほぼ上昇させる可能性がある。追加の圧縮熱が発生した結果、ＨＴＦ圧縮機１２４から出る熱伝達流体には、高グレード圧縮熱が含まれる可能性がある。次に、熱伝達流体は、第２構成の導管を通って高グレードＴＥＳＤ３００にポンプで送られる。

【0153】

高グレードＴＥＳＤ３００は、熱伝達流体に含まれる高グレード圧縮熱を貯蔵媒体に蓄えるように構成することができる。高グレードＴＥＳＤ３００の貯蔵媒体は、溶融塩であることが好ましい。高グレードＴＥＳＤ３００は、充填層ＴＥＳＤ、固定液相ベースのＴＥＳＤ、又は好ましくは、上記の背景技術の段落で説明したような２リザーバＴＥＳＤであってもよい。熱伝達流体は、ガス又は圧縮ガスであることが好ましい。高グレードＴＥＳＤ３００では、熱伝達流体に含まれる高グレード圧縮熱が、熱伝達流体から貯蔵媒体に伝達される。次に、冷たい熱伝達流体は、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４及び／又はＨＴＦ膨張機１２２に戻され再循環される。上述したように、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４は、冷却された熱伝達流体の少なくとも一部を受け取り、ＭＡＣ１０２内でのプロセス流の圧縮から発生するプロセス流からの高グレード圧縮熱の少なくとも一部を熱伝達流体に伝達するように構成される。

【0154】

ＨＴＦ膨張機１２２は、高グレードＴＥＳＤ３００から出る冷たい熱伝達流体の少なくとも一部を受け取るように構成される。高グレードＴＥＳＤ３００から出る熱伝達流体は、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４又はＲＡＣ１１４から出るプロセス流と比較して依然として比較的高い温度を有する可能性がある。従って、ＨＴＦ膨張機１２２は、熱伝達流体を膨張させ、これにより熱伝達流体を冷却し、膨張する熱伝達流体から仕事を抽出することも可能にする。ＨＴＦ膨張機１２２は、電気を生成するための発電機に機械的に結合され得る。次に、熱伝達流体は、ＭＡＣＬＧＨＸ１０５及びＲＡＣＬＧＨＸ１１７に送られ、上述したようにプロセス流から低グレード圧縮熱を受け取る。

【0155】

一般に圧縮機では、流体入口温度が上昇すると、流体分子の内部運動エネルギが大きくなるため、流体の圧縮に必要な仕事量も増加する。本ＣＥＳシステムでは、ＲＡＣ１１４の入口流体温度は、図２～図５のＣＥＳシステムよりもはるかに低く、約２００℃ではなくほぼ周囲温度であり得る。従って、本ＣＥＳシステムのＲＡＣ１１４は、プロセス流を圧縮するために必要な作業が少なくなり、これは、このシステムのＲＡＣ１１４が作業負荷の軽減により長く持続する可能性があること、及び／又はより安価な圧縮機のタイプ又はモデルをＲＡＣ１１４用に調達でき、資本支出を削減できることを意味する。

【0156】

図３及び図５のＣＥＳシステムと同様の方法で、ＭＡＣＬＧＨＸ１０５を取り外すことができる（図示せず）。この場合に、ＭＡＣＨＧＨＸ１０４は、プロセス流をＭＡＣＡＣ１０８に直接送る。ＭＡＣＡＣ１０８は、過剰な熱を大気中に放出して、プロセス流をほぼ周囲温度まで冷却するように構成され得る。あるいはまた、ＭＡＣＡＣ１０８は、残留低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、本ＣＥＳシステム又は本ＣＥＳシステムの一部と同じ場所に配置される別のシステム（例えば、動力回収サブシステム、液化サブシステム、又はより広範なＣＥＳシステムの他の部分）に伝達するように構成してもよい。更なる代替として、ＭＡＣＡＣ１０８は、残留低グレード圧縮熱の少なくとも一部を、追加の熱を必要とする外部プロセス又はシステム（例えば、暖房設備、ボイラー、空調機等）に伝達することができる。

【0157】

図７は、動力回収サブシステム４００及び高グレードＴＥＳＤ３００を含むＣＥＳシステムを示す。動力回収サブシステム４００は、作動流体を蒸発させ、加熱し、膨張させてそこから仕事を抽出するように構成される。動力回収サブシステム４００は、極低温ポンプ４０２、蒸発器４０４、少なくとも１つのヒータ４０６、及び少なくとも１つの膨張段４０８を含み得る。ＣＥＳシステムは、ベント５００及び極低温貯蔵タンク２００をさらに含み得る。

【0158】

少なくとも１つのヒータは、図７ではいくつかのヒータ４０６ａ、４０６ｎ、及び４０６ｊによって表され、少なくとも１つの膨張段は、いくつかの膨張段４０８ａ、４０８ｎ、及び４０８ｊによって表される。図７に示される様々なヒータ及び膨張段は、考えられるヒータ及び膨張段の可能な流体接続を示している。ヒータ４０６ａは最初のヒータを表し、ヒータ４０６ｎは中間ヒータを表し、ヒータ４０６ｊは最終のヒータを表す。膨張段４０８ａは最初の膨張段を表し、膨張段４０８ｎは中間の膨張段を表し、膨張段４０８ｊは最終の膨張段を表す。少なくとも１つの膨張段の各膨張段は、対応するヒータの下流側に位置する。動力回収サブシステム４００は、好ましくは、４つのヒータと、それぞれの下流側に膨張段とを含む。

【0159】

動力回収サブシステム４００は、動力回収ユニット４００の作動流体をポンプ４０２から蒸発器４０４及び少なくとも１つのヒータ４０６のそれぞれ及び対応する膨張段４０８を通過して最終膨張段４０８ｊまで送るように構成された第１構成の動力回収導管４０１をさらに含むことができる。第１構成の導管は、図７の線ＡＢで示されており、ここで上流端は点Ａにあり、下流端は点Ｂにある。

【0160】

第１構成の動力回収導管４０１は、以下の流体接続された動力回収導管を含むことができる：ポンプ４０２及び蒸発器４０４に接続された第１の導管４３１、蒸発器４０４及び少なくとも１つのヒータ４０６ｎの少なくとも１つに接続された第２の導管４３２、少なくとも１つのヒータ４０６ｎのそれぞれと対応する膨張段４０８ｎとの間に接続された１つ又は複数の第３の導管４３３、少なくとも１つの膨張段４０８ｎのそれぞれから、含まれる場合に次の少なくとも１つのヒータ４０６ｎ＋１接続された１つ又は複数の第４の導管４３４、最終の膨張段４０８ｊ及びベント５００に接続された第５の導管４３５である。任意の数のヒータ４０６ｎがあり得ること、膨張段４０８ｎ及びｊは最大ステージ数又は必要なステージ数を示すものではないことが理解されるだろう。

【0161】

ＣＥＳシステムは、閉回路を形成し、高グレードＴＥＳＤ３００と少なくとも１つのヒータ４０６のそれぞれとの間に熱伝達流体を送るように構成された第２構成の熱伝達導管６２０、６００をさらに含むことができる。図２と同様に図７では、第２構成の導管は閉回路Ｃで示される。

【0162】

第２構成の熱伝達導管６２０、６００は、以下のように流体接続された熱伝達導管を含む：高グレードＴＥＳＤ３００及び少なくとも１つのヒータ４０６のそれぞれにそれぞれ接続された１つ又は複数の第１の導管４６１と、少なくとも１つのヒータ４０６及び高グレードＴＥＳＤ３００にそれぞれ接続される１つ又は複数の第２の導管４６２とである。

【0163】

ＣＥＳシステムの放出フェーズ中に、極低温ポンプ４０２は、貯蔵タンク２００から冷媒又は液体空気等の液体生成物の流れを抽出し、この流れを加圧して作動流体を形成するように構成される。ポンプ２００は、貯蔵タンク２００から引き出される冷媒の流れを制御するように構成される。

【0164】

ポンプ４０２の下流側で、第１構成の導管に沿って、蒸発器４０４は、ポンプ４０２から作動流体を受け取り、作動流体を実質的に又は完全に蒸発させるように構成される。

【0165】

蒸発器４０４の下流側では、第１構成の導管に沿って、少なくとも１つのヒータ４０６の第１（最初）のヒータ４０６ａが蒸発器４０４から作動流体を受け取る。第１のヒータ４０６ａはまた、第２構成の導管を介して高グレードＴＥＳＤ３００から熱伝達流体を受け取る。高グレードＴＥＳＤ３００から出る熱伝達流体には、液化サブシステム１００から生じる高グレード圧縮熱が含まれ得る。第１のヒータ４０６ａは、熱伝達流体からの高グレード圧縮熱の少なくとも一部を作動流体に伝達するように構成される。

【0166】

第１のヒータ４０６ａの下流側で、第１構成の導管に沿って、少なくとも１つの膨張段４０８の第１（最初）の膨張段４０８ａは、第１のヒータ４０６ａから作動流体を受け取る。第１の膨張段４０８ａは、作動流体を膨張させ、そこから仕事を抽出するように構成される。第１の膨張段４０８は、機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機（図示せず）に機械的に結合され得る。

【0167】

複数のヒータ及び膨張段がある場合に、第１の膨張段４０８ａの下流側で、第２のヒータ４０６ｎが第１の膨張段４０８ａから作動流体を受け取り、第２の膨張段４０８ｎが第２のヒータ４０６ｎから作動流体を受け取る。第２のヒータ４０６ｎ及び膨張段４０８ｎは、上述した第１のヒータ及び第１の膨張段と同じ作動流体の加熱及び膨張プロセスを実行することができる。これは、任意の数のヒータ及び対応する膨張段にも当てはまる。すなわち、各ヒータ４０６は、熱伝達流体からの高グレード熱を作動流体に伝達するように構成され、各膨張段４０８は、作動流体を膨張させて、機械エネルギを生成するように構成され、この機械エネルギは電気エネルギを生成するために使用できる。各膨張段４０８は、最終的に共通の発電機に機械的に結合される共通のシャフトに結合され得、これにより、各膨張段４０８が発電機で生成される電気エネルギに寄与することができる。

【0168】

最終の膨張段４０８ｊ（上述したように第１の膨張段であってもよい）の下流側では、第１構成の導管に沿って、最終の膨張段４０８ｊからの排気は、ベント５００を通って大気中に排出されるか、或いはＣＥＳシステムの別の部分（例えば、液化サブシステム、ＴＥＳＤ等）、又は本ＣＥＳシステムと同じ場所に配置される別のシステム（例えば、冷凍システム、空調システム、空気液化装置等）に再循環され得る。

【0169】

高グレードＴＥＳＤ３００は、図２～図５のＣＥＳシステムに関連して説明したように、放出フェーズ中に液化サブシステム１００のプロセス流内で生成される高グレード圧縮熱を貯蔵媒体に蓄えるように構成され得る。高グレードＴＥＳＤ３００の貯蔵媒体は、溶融塩であることが好ましい。高グレードＴＥＳＤ３００は、充填層ＴＥＳＤ、固定液相ベースのＴＥＳＤ、又は好ましくは、上記の背景技術の段落で説明したような２リザーバＴＥＳＤであってもよい。第２構成の導管の熱伝達流体は、空気又は圧縮空気等の気体、或いは水、グリコール、水とグリコールの混合物、サーマルオイル、サーマルオイルの混合物等の液体、或いは好ましくは溶融塩であってよい。高グレードＴＥＳＤ３００では、放出フェーズ中に、貯蔵媒体に含まれる高グレード圧縮熱が第２構成の導管の熱伝達流体に伝達される。次に、熱伝達流体は各ヒータ４０６に分配され、各ヒータでは、作動流体が対応する各膨張段４０８で膨張する前に、高グレード熱が作動流体に伝達される。

【0170】

一般に、膨張タービンによって生成される電力は、タービン全体の圧力比、タービンを通過する質量流量、及び入口温度の関数である。当技術分野で知られている動力回収システム（例えば、上記の背景技術の段落で説明した国際公開第２０１９／１５８９２１Ａ１号）では、動力回収サブシステムのいくつかの膨張段は、低グレード圧縮熱によって加熱された作動流体から動力を生成するように指定される一方、一部の膨張段は、高グレード圧縮熱によって加熱された作動流体から動力を生成するように指定される。これは、膨張段の少なくとも一部がより低い温度で動作し、従って比出力がより低いことを意味する。

【0171】

これに対して、本ＣＥＳシステムの膨張タービン４０８は全て、高グレードＴＥＳＤ３００からの高グレード圧縮熱によって加熱された作動流体から動力を生成するように構成され得る。これは、膨張タービンの入口温度がより高くなり得、タービンは、より高い温度で動作し得、より高温の作動流体からより多くの仕事を抽出することができ、その結果、より高い比出力が得られることを意味する。これは、本ＣＥＳシステムがより高い平均温度で動作するため、エネルギ密度が高く、作動流体の単位あたりにより多くのエネルギを生成できることを意味する。さらに、同様の温度で動作する膨張段を備えたＣＥＳプラントを構築及び保守すると、同じ、類似、又は同等の仕様の全ての拡張タービンを調達できるため、建設がより効率的になり、メンテナンスが容易になり、資本支出が削減される。これは、システムの簡素化につながり、プラントの構成要素のコスト全体の削減につながる可能性がある。

【0172】

図８は、動力回収サブシステム４００が、作動流体を第１のヒータ４０６ａで加熱する前に、最終膨張タービン４０８ｊの排気からの熱の少なくとも一部を作動流体に戻して伝達するように構成された予熱器４０５をさらに含むことを除いて、図７のＣＥＳシステムと同一であるＣＥＳシステムを示す。

【0173】

従って、図８のＣＥＳは、第５の導管４３５が分岐部Ｋ及びＬをさらに含み、図７の第２の導管４３２が、蒸発器４０４及び予熱器４０５に接続された第６の導管４３６、蒸発器４０４及び第１のヒータ４０６ａに接続された第７の導管４３７、分岐部Ｋ及び予熱器４０５に接続された第８の導管４３８、及び予熱器４０６ａ及び分岐部Ｌに接続された第９の導管４３９によって置き換えられることを除いて、図７のＣＥＳと同じ動力回収導管４０１を含む。好ましくは、分岐部Ｌは、第５の導管４３５内の分岐部Ｋの下流側にある。分岐部Ｋへの任意の接続は、最終膨張段４０８ｊにも接続することができ、分岐部Ｌへの任意の接続もベント５００に直接接続できることが理解されるだろう。

【0174】

ＣＥＳシステムは、動力回収サブシステム１００及び高グレードＴＥＳＤ３００を含む。動力回収サブシステム４００は、同様に、図７のＣＥＳシステムと同様の構成である極低温ポンプ４０２、蒸発器４０４、少なくとも１つのヒータ４０６、少なくとも１つの膨張段４０８、第１構成の導管、及び第２構成の導管を含むことができる。ＣＥＳシステムはまた、ベント５００及び極低温貯蔵タンク２００をさらに含むこともできる。

【0175】

蒸発器４０４の下流側では、第１構成の導管に沿って、予熱器４０５は蒸発器４０４から作動流体を受け取る。予熱器はまた、最終膨張タービン４０８ｊから出る排気の少なくとも一部を受け取る。予熱器は、排気に含まれる熱の少なくとも一部を作動流体に伝達するように構成される。次に、加熱した作動流体は、第１のヒータ４０６ａに送られ、上述した図７のＣＥＳシステムに関連して説明した第１構成の導管を通る同じ以降のプロセスに従う。排気の冷却された部分は、ベント５００を通って大気中に排出されるか、或いはＣＥＳシステムの別の部分（例えば、液化サブシステム、ＴＥＳＤ等）又は本ＣＥＳシステムと同じ場所に配置される別のシステム（例えば、冷凍システム、空調システム、空気液化装置等）に再循環され得る。

【0176】

作動流体を予熱することによって、このシステムは、蒸発器４０４から出る作動流体によって第１のヒータ４０６ａ内で冷却される結果として熱伝達流体が凝固するのを防ぐことができる。例えば、蒸発器４０４での蒸発後に、作動流体はほぼ周囲温度の温度を有し得るが、高グレードＴＥＳＤ３００から第１のヒータ４０６ａに流れる熱伝達流体の温度は、使用される流体に応じて約３５０～４００℃となり得る。予熱器４０５がないと、上述したように１９０℃未満の凝固温度を有するいくつかの典型的な溶融塩等、いくつかの種類の熱伝達流体が凝固する可能性がある。熱伝達流体として作用するこれらの種類の溶融塩が第１のヒータ４０６ａ内で１９０℃未満に低下すると、凝固する危険性があり、第２構成の導管を詰まらせる。さらに、大幅に冷却されるか、又はその凝固温度に近づくと、熱伝達流体の粘性が高くなり、第２構成の導管を通して熱伝達流体を圧送するポンプに追加の仕事が必要になる可能性がある。作動流体は、第１のヒータ４０６ａに入る前に、ほぼ周囲温度から約５０～１５０℃に加熱され得るが、最終膨張タービン４０８ｊから出る排気は、蒸発器４０４への出口によって約２１０℃から１２５℃に冷却され得る。

【0177】

上で説明したＣＥＳシステムは、「高エネルギ密度」システムとみなされる。これは、高グレード熱のみが捕捉されるため、プロセス流体の液化中に捕捉される圧縮熱が従来のＣＥＳシステムよりも高温であり、従って液化サブシステム１００の比仕事がより高いためである。動力回収サブシステムでは、その捕捉した熱エネルギを作動流体に適用することができ、その結果、膨張タービンの動作温度が高くなる。従って、動力回収サブシステムは、膨張する作動流体からより多くのエネルギを抽出でき、これは、作動流体の単位あたりにより多くのエネルギを生成するため、動力回収サブシステムの比仕事も増加することを意味する。従って、これらのシステムでは、より多くのエネルギが放出及び充填される。この結果、ＭＷｈの電力を生成するために必要な冷媒が少なくなる。これは、極低温貯蔵タンク、ひいてはＣＥＳシステムが、所与のプラントのエネルギサイズ（例えば、３００ＭＷｈのプラント）に対して、体積ベースで大幅に小さくなる可能性があることを意味する。さらに、冷媒の使用量が減少するため、所定量のエネルギを蓄えるのに必要な充填時間も短縮される可能性がある。

【0178】

さらに、上述したように、開示するＣＥＳシステムは、ＭＡＣ１０２及びＲＡＣ１１４からの圧縮熱を単一の高グレードＴＥＳＤ３００に効率的に蓄えることができ、これは、低グレードＴＥＳＤが必要ないことを意味し、プラントの複雑さを軽減し、当該プラントの建設に必要な資本的支出を削減する。さらに、低グレードＴＥＳＤの除去により、前述したような温度躍層ベースの低グレードＴＥＳＤシステムの成層境界での熱混合、従って低グレードＴＥＳＤに関連する損失及び非効率等の問題が回避される。また、高グレード熱を捕捉することにより、熱伝達流体又は貯蔵媒体として溶融塩を使用することが可能になり、その入手可能性、低コスト、非毒性、非可燃性、高い熱安定性、及び低い蒸気圧により有利である。蒸気圧が低いということは、その塩が大気圧で液体であることを意味し、その結果、加圧タンクを必要としない貯蔵システム設計が可能になる。

【0179】

上述したように、本発明のＣＥＳシステムは、図２～図６に示し又は上述した液化サブシステム１００構成のいずれかと、図７又は図８に示し又は上述した動力回収サブシステム４００構成のいずれかとの組合せを含むことができる。本発明のＣＥＳシステムはさらに、充填フェーズから放出フェーズまでの任意の動作、又は充填フェーズプロセス全体から放出フェーズ全体までの任意の動作を同時に実行するように構成することができる。さらに、液化サブシステム１００及び動力回収サブシステム４００の熱伝達流体は、同じ流体であってもよく、液化サブシステム１００、高グレードＴＥＳＤ３００、及び動力回収サブシステム４００の間で熱伝達流体を送るように構成された共通の閉二重ループを通過してもよい。この場合に、図２～図６に関連して説明した第２構成の導管を、図７又は図８の第２構成の導管に流体的に結合して、閉二重ループ構造を形成することができる。

【図1】