KR20130110232A

KR20130110232A - Increasing the efficiency of supplemented ocean thermal energy conversion (sotec) systems

Info

Publication number: KR20130110232A
Application number: KR1020137024797A
Authority: KR
Inventors: 로이 이. 맥알리스터
Original assignee: 맥알리스터 테크놀로지즈 엘엘씨
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2013-10-08
Also published as: KR101534996B1; KR20130060363A

Abstract

해양온도차발전(OTEC) 시스템 효율 증가를 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 일부 예시들에서, 시스템은 집열기를 이용하여 열에너지를 수집하고, 집열기 내부의 해수를 가온하고, 가온수를 열기관의 기화기와 같은 OTEC 시스템으로 제공한다. 일부 예시들에서, OTEC 시스템은 전기 및 기타 에너지를 기타 시스템으로 제공하여, 에너지 및 자원의 지속가능한 경제발전 사이클을 창출한다.A system and method are disclosed for increasing the efficiency of an off-shore thermoelectric generator (OTEC) system. In some instances, the system collects thermal energy using a collector, warms seawater inside the collector, and provides the warm water to an OTEC system, such as a vaporizer in a heat engine. In some instances, the OTEC system provides electricity and other energy to other systems, creating a sustainable economic development cycle of energy and resources.

Description

보강된 해양온도차발전 (ＳＯＴＥＣ) 시스템 효율 증가{INCREASING THE EFFICIENCY OF SUPPLEMENTED OCEAN THERMAL ENERGY CONVERSION (SOTEC) SYSTEMS}INCREASING THE EFFICIENCY OF SUPPLEMENTED OCEAN THERMAL ENERGY CONVERSION (SOTEC) SYSTEMS}

관련 출원(들)의 상호-참조Cross-Reference to Related Application (s)

본 출원은, 2010.2.13 출원되고 발명의 명칭이 연료 전 영역 에너지 및 자원 자립인 미국가출원번호 61/304,403; 2010.2.17 출원되고 발명의 명칭이 전해조 및 이의 이용방법인 미국특허출원번호 12/707,651; 2010.2.17 출원되고 발명의 명칭이 전해조 및 이의 이용방법인 PCT 출원번호 PCT/US10/24497; 2010.2.17 출원되고 발명의 명칭이 전기분해 과정에서 핵 형성 제어 장치 및 방법인 미국특허출원번호 12/707,653; 2010.2.17 출원되고 발명의 명칭이 전기분해 과정에서 핵 형성 제어 장치 및 방법인 PCT 출원번호 PCT/US10/24498; 2010.2.17 출원되고 발명의 명칭이 전기분해 과정에서 가스 포획 장치 및 방법인 미국특허출원번호 12/707,656; 2010.2.17 출원되고 발명의 명칭이 전기분해 과정에서 핵 형성 제어 장치 및 방법인 PCT 출원번호 PCT/US10/24499; 및 2009.8.27 출원되고 발명의 명칭이 전해조 및 에너지 자립 기술인 미국가특허출원번호 61/237,476의 우선권 이익을 주장한다. 이들 출원 각각은 전체가 참조로 통합된다.This application is directed to US Provisional Application No. 61 / 304,403, filed Feb. 2010, and entitled “Fuel Area Energy and Resource Independence”; US patent application Ser. No. 12 / 707,651, filed 2010.2.17 and entitled Electrolyzer and Method of Use thereof; PCT Application No. PCT / US10 / 24497, filed 2010.2.17 and entitled The Electrolyzer and Method of Use thereof; US patent application Ser. No. 12 / 707,653, filed 2010.2.17 and entitled Invention Control Device and Method for Electrolysis; PCT Application No. PCT / US10 / 24498, filed 2010.2.17 and entitled Invention Controlled Apparatus and Method in Electrolysis; US Patent Application No. 12 / 707,656, filed 2010.2.17 and entitled Invention Apparatus and Method for Gas Capture in Electrolysis; PCT Application No. PCT / US10 / 24499, filed 2010.2.17 and entitled Invention Control Device and Method in Electrolysis; And US Provisional Patent Application No. 61 / 237,476, filed Aug. 27, 2009, entitled Electrolyzer and Energy Independence Technology. Each of these applications is incorporated by reference in its entirety.

열대성 해양은 표층 온수 및 심해 냉수 사이 커다란 열기관 작동을 가능하게 한다. 예를들면, 전형적인 표층수 온도는 섭씨 25 내지 27도이고, 전형적인 심해수 온도는 섭씨 4 내지 6도이다. 이러한 온도 차이는 작동유체 기화 및 액화에 있어서 열기관을 조력하여, 터빈을 돌려 전기를 생산한다. 이러한 시스템을 해양온도차발전(OTEC) 플랜트 또는 시스템이라고 칭한다. Tropical oceans enable large heat engine operation between surface hot water and deep sea cold water. For example, typical surface water temperature is 25 to 27 degrees Celsius, and typical deep sea temperature is 4 to 6 degrees Celsius. This temperature difference assists the heat engine in working fluid vaporization and liquefaction, turning the turbine to produce electricity. Such a system is referred to as an off-shore thermoelectric generator (OTEC) plant or system.

불행하게도, 낮은 에너지 전환 효율, 높은 운전 비용, 기타 등을 포함하여 현재의 OTEC 시스템과 연관된 많은 문제들이 존재한다. 종래 OTEC 플랜트에 적합한 대부분의 해양 지점은 인구 밀집 지역과 크게 떨어져 있어 생산 에너지를 시장으로 수송하기 위한 고비용 및 난해한 메커니즘이 필요하다. 이러한 광범위한 인프라 비용 및 내재적 비효율성은 전 세계적인 에너지 수요에 부응할 수 있는 대규모 운전 시도에 큰 방해가 된다.Unfortunately, there are many problems associated with current OTEC systems, including low energy conversion efficiency, high running costs, and the like. Most offshore locations suitable for conventional OTEC plants are far from populated areas, requiring expensive and difficult mechanisms to transport production energy to the market. This wide range of infrastructure costs and inherent inefficiencies hamper large-scale operation attempts to meet global energy demand.

상기 문제점을 해결하고 추가적인 이점들 제공할 수 있는 시스템 및 방법이 요망된다. 일부 선행 또는 관련 시스템 예시 및 이와 관련된 제한들은 설명을 위한 것이고 전적인 것은 아니다. 현존 또는 선행 시스템의 기타 한계는 하기 상세한 설명을 독해하는 본 분야의 숙련가에게 명백할 것이다.What is desired is a system and method that can address the above problems and provide additional advantages. Some preceding or related system examples and their associated limitations are intended to be illustrative and not exhaustive. Other limitations of existing or prior systems will be apparent to those of skill in the art upon reading the following detailed description.

본원발명의 일 실시예에서, 해양온도차발전시스템이 제공되며, 상기 해양온도차발전시스템은, 해양에서 물을 수용하고 수용된 물을 이용하여 작동유체를 기화시키도록 구성되는 기화기; 해양 표층보다 낮은 해양 구역에서 물을 수용하고 기화된 작동유체를 응축시키도록 구성되는 액화기; 기화기 및 액화기에 연결되고, 작동유체를 기화기로 제공하고 작동유체를 액화기로부터 수용하도록 구성되는 작동유체 통로; 기화기에 연결되고, 기화된 작동유체를 이용하여 전기를 발생시키도록 구성되는 터빈; 및 기화기에 연결되고, 해양으로부터 물을 수용하여, 상기 물을 해양 표층수보다 더 높은 온도까지 가열하고, 가열된 물을 상기 기화기로 제공하도록 구성되는 집열기를 포함한다.In one embodiment of the present invention, there is provided a marine differential temperature generation system, the marine differential temperature generation system comprising: a vaporizer configured to receive water in an ocean and to vaporize a working fluid using the received water; A liquefier configured to receive water and condense the vaporized working fluid in a marine zone below the ocean surface; A working fluid passage connected to the vaporizer and the liquefier and configured to provide a working fluid to the vaporizer and to receive the working fluid from the liquefier; A turbine coupled to the vaporizer and configured to generate electricity using the vaporized working fluid; And a collector, coupled to the vaporizer, configured to receive water from the ocean, to heat the water to a temperature higher than ocean surface water, and to provide heated water to the vaporizer.

다른 실시예에서, 해양온도차발전시스템이 제공되며, 상기 해양온도차발전시스템은, 해수를 이용하여 전기를 발생시키도록 구성되는 열기관; 및 해수의 온도를 상승시키고, 가열된 물을 열기관의 기화기로 이송하도록 구성되는 집열기를 포함한다.In another embodiment, a marine temperature differential power generation system is provided, the marine temperature differential power generation system comprising: a heat engine configured to generate electricity using sea water; And a collector configured to raise the temperature of the seawater and to transfer the heated water to the vaporizer of the heat engine.

다른 실시예에서, 해양온도차발전시스템 작동 효율을 증가시키는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 해양으로부터 집열기로 물을 수용하는 단계; 수용된 물을 집열기에서 가온하는 단계; 및 가온된 물을 해양온도차발전시스템으로 제공하는 단계를 포함하고, 상기 제공하는 단계는, 태양열에너지전환시스템의 기화기에 상기 가온된 물을 제공하는 단계를 포함한다.In another embodiment, a method is provided for increasing the operating efficiency of a marine differential power generation system, the method comprising: receiving water from a sea into a collector; Warming the received water in the collector; And providing the warmed water to the marine temperature differential power generation system, wherein the providing step includes providing the warmed water to a vaporizer of a solar thermal energy conversion system.

다른 실시예에서, 집열기 조립체가 제공되며, 상기 집열기 조립체는, 해수를 상기 집열기 조립체로 수용하고, 수용된 해수를 집열기 조립체 내에 유지시키도록 구성되는 채널; 채널을 둘러싸며, 수용된 해수를 가열하도록 구성되는 태양에너지 포획부; 및 가열된 해수를 해양온도차발전시스템으로 이송하도록 구성되는 연결부를 포함하고, 상기 연결부는 가열된 해수를 해양온도차발전 시스템의 기화기로 이송한다.In another embodiment, a collector assembly is provided, the collector assembly comprising: a channel configured to receive seawater into the collector assembly and to maintain the received seawater in the collector assembly; A solar energy capture portion surrounding the channel and configured to heat the received seawater; And a connecting portion configured to transfer the heated seawater to the marine thermoelectric generation system, wherein the connecting portion transfers the heated seawater to a vaporizer of the marine thermoelectric generation system.

도 1A는 본 개시의 양태들에 따른 보강된 해양온도차발전시스템을 보이는 블록도이다.
도 1B는 본 개시의 양태들에 따른 해양-기반 전 영역 시스템을 보이는 블록도이다.
도 1C는 본 개시의 양태들에 따른 지속가능한 경제발전 생산통합시스템을 보이는 블록도이다.
도 1D는 본 개시의 양태들에 따른 지속가능한 경제발전 해양-기반 생산통합시스템을 보이는 블록도이다.
도 1E는 본 개시의 양태들에 따른 태양에너지 해양온도차발전시스템을 보이는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 양태들에 따른 해양온도차발전시스템 효율 증가 방법을 보이는 흐름도이다.
도 3은 본 개시의 양태들에 따른 집열기 조립체(집열기) 일부 단면 개략도이다.
도 4는 본 개시의 양태들에 따른 밀폐 에어셀들을 가지는 집열기 조립체 측면개략도이다.
도 5는 본 개시의 양태들에 따른 절연 공간들 내부 웹(web)을 가지는 집열기 측면개략도이다.
도 6A는 본 개시의 양태들에 따른 선형 렌즈를 가지는 집열기 조립체 일부 단면 개략도이다.
도 6B는 본 개시의 양태들에 따른 집열기 조립체를 위한 가압가스 생성기구를 보이는 개략도이다.
도 7는 본 개시의 양태들에 따라 다양한 해류로 이용되는 집열기를 보이는 개략도이다.
도 8A는 본 개시의 양태들에 따른 보강 OTEC 시스템 평면개략도이다.
도 8B는 본 개시의 양태들에 따른 다중 집열기 조립체들을 가지는 보강 OTEC 시스템 평면개략도이다.
도 8C는 본 개시의 양태들에 따른 태양열에너지전환시스템 평면도이다.
도 9는 본 개시의 양태들에 따른 다중 나선 조립체들에 의해 보강된 OTEC 플랜트(900) 평면개락도이다.
도 10은 본 개시의 양태들에 따른 집열기 바지선(barge)에 의해 보강된 OTEC 플랜트 평면개략도이다.
도 11은 본 개시의 양태들에 따라 열기관에 의해 사용되는 작동유체를 직접 가열하는 집열기 조립체(1100) 측면개략도이다.
도 12는 본 개시의 양태들에 따라 집열기 조립체들에 의해 보강된 육지-기반 OTEC 플랜트(1200) 평면개략도이다.
도 13은 본 개시의 양태들에 따라 지질학적 형성으로 인한 열에 의해 보강된 OTEC 플랜트를 보이는 개략도이다.
도 14는 본 개시의 양태들에 따라 지열에너지에 의해 보강된 OTEC 시스템을 보이는 개략도이다.
도 15는 본 개시의 양태들에 따라 기타 에너지 발생시스템과 통합된 OTEC 시스템을 보이는 개략도이다.
도 16은 본 개시의 양태들에 따라 메탄 방출 메커니즘과 통합된 OTEC 시스템을 보이는 개략도이다.1A is a block diagram illustrating an enhanced marine temperature differential power generation system in accordance with aspects of the present disclosure.
1B is a block diagram illustrating a marine-based full area system in accordance with aspects of the present disclosure.
1C is a block diagram illustrating a sustainable economic development production integration system in accordance with aspects of the present disclosure.
1D is a block diagram illustrating a sustainable economic development marine-based production integration system in accordance with aspects of the present disclosure.
FIG. 1E is a block diagram illustrating a solar energy offshore thermoelectric power generation system in accordance with aspects of the present disclosure. FIG.
2 is a flow chart illustrating a method of increasing the efficiency of a marine thermogeneration system in accordance with aspects of the present disclosure.
3 is a partial cross-sectional schematic view of a collector assembly (collector) in accordance with aspects of the present disclosure.
4 is a side schematic view of a collector assembly having sealed air cells in accordance with aspects of the present disclosure.
5 is a schematic side view of a collector having a web of insulating spaces in accordance with aspects of the present disclosure.
6A is a partial cross-sectional schematic view of a collector assembly having a linear lens in accordance with aspects of the present disclosure.
6B is a schematic view showing a pressurized gas generating mechanism for a collector assembly according to aspects of the present disclosure.
7 is a schematic diagram showing a collector used at various currents in accordance with aspects of the present disclosure.
8A is a schematic diagram of a reinforcement OTEC system in accordance with aspects of the present disclosure.
8B is a plan view of a reinforced OTEC system with multiple collector assemblies in accordance with aspects of the present disclosure.
8C is a top view of a solar thermal conversion system according to aspects of the present disclosure.
9 is an OTEC plant 900 plan view reinforced by multiple helix assemblies in accordance with aspects of the present disclosure.
10 is an OTEC plant plan schematic diagram reinforced by a collector barge in accordance with aspects of the present disclosure.
11 is a side schematic view of a collector assembly 1100 that directly heats a working fluid used by a heat engine in accordance with aspects of the present disclosure.
12 is a schematic top view of a land-based OTEC plant 1200 reinforced by collector assemblies in accordance with aspects of the present disclosure.
FIG. 13 is a schematic showing an OTEC plant reinforced by heat due to geological formation in accordance with aspects of the present disclosure. FIG.
14 is a schematic diagram showing an OTEC system reinforced with geothermal energy in accordance with aspects of the present disclosure.
15 is a schematic diagram illustrating an OTEC system integrated with other energy generation systems in accordance with aspects of the present disclosure.
16 is a schematic diagram showing an OTEC system integrated with a methane release mechanism in accordance with aspects of the present disclosure.

본 출원은, 2004.11.9 출원되고 발명의 명칭이 다중연료 저장, 계량 및 점화 시스템(대리인관리번호 69545-8013US)인 미국가특허출원번호 60/626,021 및 2009.2.17 출원되고 발명의 명칭이 전 영역 에너지(대리인관리번호 69545-8001US)인 미국가특허출원번호 61/153,253의 주제 전체를 참고로 본원에 통합한다. 또한 본 출원은 다음 각각의 미국특허출원들의 주제 전체를 참고로 본원에 통합한다: 2010.8.16 출원되고 동시 계속 중이며 발명의 명칭들은: 유체이송시스템 특성 검출 방법 및 장치(대리인관리번호 69545-8003US); 에너지, 물질 자원 및 영양 체제 생산을 위한 자생 시스템 및 공정의 포괄적 비용 모델링(대리인관리번호 69545-8025US); 전해조 및 이의 이용방법(대리인관리번호 69545-8026US); 재생 에너지, 물질 자원 및 영양 체제의 통합적 생산을 통한 지속가능한 경제발전(대리인관리번호 69545-8040US); 재생 에너지 전 영역 통합 생산을 통한 지속가능한 경제발전을 위한시스템 및 방법(대리인관리번호 69545-8041US); 재생 물질자원 전 영역 통합 생산을 통한 지속가능한 경제발전(대리인관리번호 69545-8042US); 탄화수소 수화물 적층체 수확을 위한 가스수화물 전환시스템(대리인관리번호 69545-8045US); 물질 저장 및/또는 여과 장치 및 방법(대리인관리번호 69545-8046US); 거주 지원 에너지 시스템(대리인관리번호 69545-8047US); 에너지 전환 조립체들 및 관련 이용 및 제조 방법(대리인관리번호 69545-8048US); 및 내부 보강 구조 복합체 및 관련 제조 방법(69545-8049US)이다.This application is filed on Nov. 9, 2004 and filed under US Provisional Patent Application Nos. 60 / 626,021 and 2009.2.17, entitled Multi-Fuel Storage, Metering, and Ignition System (Agent Control Number 69545-8013US). The United States Provisional Patent Application No. 61 / 153,253 (Agent No. 69545-8001US) is incorporated herein by reference in its entirety. The present application is also incorporated herein by reference in its entirety into the subject matter of each of the following U.S. patent applications: filed on August 16, 2010 and concurrently titled: The method and apparatus for detecting a fluid transfer system characteristic (agent control number 69545-8003US) ; Comprehensive cost modeling of autogenous systems and processes for the production of energy, material resources, and nutritional systems (agent control number 69545-8025US); Electrolyzer and its use (agent management number 69545-8026US); Sustainable economic development through the integrated production of renewable energy, material resources and nutritional systems (agent management number 69545-8040US); Systems and methods for sustainable economic development through the integrated production of all areas of renewable energy (agent management number 69545-8041US); Sustainable economic development through integrated production in all areas of renewable resources (agent control number 69545-8042US); Gas hydrate conversion system for harvesting hydrocarbon hydrate stacks (Agent No. 69545-8045US); Material storage and / or filtration apparatus and method (representative control number 69545-8046US); Residential support energy systems (agent management number 69545-8047US); Energy conversion assemblies and associated methods of use and manufacturing (agent 69545-8048US); And internal reinforcing structural composites and related manufacturing methods (69545-8049US).

개관survey

보강된 해양온도차발전(SOTEC) 시스템이 기술된다. 일부 실시예들에서, 본 시스템은 열기관으로 공급되는 해수, 따라서 기화기로 공급되는 해수를 가온하는 집열기를 포함한다. 가온수로 인하여 기화기는 작동유체를 기화시키고 터빈을 추진시켜, 무엇보다도 전기를 발생시킨다. 집열기를 이용하는, 본 시스템은 해양 표층수보다 높은 온도의 표층수를 열기관으로 공급한다. 이에 따라 기화기로 공급되는 물 및 열기관 액화기로 공급되는 해양 아래 구역으로부터의 물과의 온도차가 커지고, 다른 이점들보다도 온도차발전시스템 효율이 증가된다. 따라서, 본 시스템은, 일부 실시예들에서, 전기, 수소, 기타 등 생산을 위하여 태양 및 기타 형태의 에너지를 활용하여 지속가능한 경제발전을 위한 적당한 가격의 보증적 에너지를 제공한다.An enhanced offshore thermo-generation (SOTEC) system is described. In some embodiments, the system includes a collector that warms seawater supplied to a heat engine, and thus seawater supplied to a vaporizer. The hot water vaporizes the working fluid and propels the turbine, generating electricity above all. Using a collector, the system supplies surface water at a higher temperature than ocean surface water to the heat engine. This increases the temperature difference between the water supplied to the vaporizer and the water from the subsea area supplied to the heat engine liquefier and, among other advantages, the temperature differential power generation system efficiency. Thus, the system, in some embodiments, utilizes solar and other forms of energy for the production of electricity, hydrogen, and the like to provide affordable, guaranteed energy for sustainable economic development.

일부 실시예들에서, 본 시스템은 다양한 에너지원들 및 생성(generative) 시스템 사이 에너지 교환 메커니즘으로 작동유체와 같은 다양한 OTEC 시스템 요소들을 활용한다. OTEC 시스템 및 기타 시스템의 보강 통합으로 다양한 에너지원들은 OTEC 시스템 운전 효율을 증가시키고, OTEC 시스템은 이에 따라 다양한 생성 시스템의 생산효율을 증가시킨다. 본 시스템은, 따라서, 무엇보다도 해양 자원의 지속가능한 경제적 이익을 실현할 수 있다.In some embodiments, the system utilizes various OTEC system elements, such as working fluid, as an energy exchange mechanism between various energy sources and a generative system. The reinforcement integration of the OTEC system and other systems allows various energy sources to increase the operating efficiency of the OTEC system, which in turn increases the production efficiency of the various generating systems. The system is thus able to realize, among other things, the sustainable economic benefits of marine resources.

일부 실시예들에서, SOTEC 시스템은 기타 활용 및 이점들 무엇보다도 다음과 같은 이점들을 제공한다:In some embodiments, the SOTEC system provides the following advantages, among other advantages and advantages:

화석연료들에 대한 현재 의존도를 극복할 수 있는 지속가능한 에너지 전환시스템 구축을 위해 잠재적으로 풍부한 거부감이 있는 중합성 재료의 쓰레기들을 통합;Incorporating potentially abundant rejection of polymeric materials waste to build a sustainable energy conversion system that can overcome current dependence on fossil fuels;

화석연료들에 대한 현재 의존도를 극복할 수 있는 지속가능한 에너지 전환시스템 구축을 위해 잠재적으로 풍부한 고 내구성 재료들을 활용;Utilizing potentially abundant high durability materials to build sustainable energy conversion systems that can overcome current dependence on fossil fuels;

해안 인구 밀집 지역에 가까운 지점에 OTEC 플랜트의 경제적 운전 제공;Providing economical operation of OTEC plants at points close to coastal populations;

종래 OTEC 플랜트에 사용되었던 펌프 및/또는 기타 보조 동력 요건들 감소;Reducing pump and / or other auxiliary power requirements that have been used in conventional OTEC plants;

해수 증발 냉각 방지;Preventing seawater evaporative cooling;

대면적의 해수 증발 방지를 위한 자체-강성화(self-rigidizing) 구조체 제공;Providing a self-rigidizing structure for preventing large area seawater evaporation;

집열기 사용에 의한 해수 온도 증가로 OTEC 시스템 작동 효율 증가; Increased efficiency of OTEC system operation due to increased sea temperature due to the use of collectors;

태양에너지로부터 열을 추가 제공하여 해수 또는 기타 작동유체 온도를 증가시켜 OTEC 시스템 작동 효율 증가;Providing additional heat from solar energy to increase seawater or other working fluid temperature, increasing the operating efficiency of OTEC systems;

다른 열기관으로부터 열을 추가 제공하여 해수 또는 기타 작동유체 온도를 증가시켜 OTEC 시스템 작동 효율 증가;Providing additional heat from other heat engines to increase seawater or other working fluid temperatures to increase OTEC system operating efficiency;

전기화학적 공정으로부터 열을 추가 제공하여 해수 또는 기타 작동유체 온도를 증가시켜 OTEC 시스템 작동 효율 증가;Providing additional heat from the electrochemical process to increase seawater or other working fluid temperature to increase OTEC system operating efficiency;

OTEC 운전으로 재생 연료들 제공 및 대륙 전역의 종래 파이프라인망에 의한 연료 분배;OTEC operation provides renewable fuels and fuel distribution by conventional pipeline networks throughout the continent;

OTEC 운전으로 재생 연료들 제공, 고갈된 천연가스 및 오일 저장소에 연료 저장, 및 대륙 전역의 종래 파이프라인망에 의한 연료 분배;Providing renewable fuels with OTEC operation, storing fuel in depleted natural gas and oil reservoirs, and fuel distribution by conventional pipeline networks throughout the continent;

태양에너지 포획을 위한 박막 및 가스 절연 조립체들 활용;Utilizing thin film and gas insulation assemblies for solar energy capture;

해양온도차발전 기술시스템에서 해수 증발 냉각 감소를 위한 장벽 층들 활용;The use of barrier layers to reduce evaporative cooling of seawater in offshore thermo-generation technology systems;

OTEC 적용에서 임의의 열사이클에 따라 작동하는 열기관 총 효율 증가;Increase in total heat engine efficiency operating according to any heat cycle in OTEC applications;

해양온도차발전 기술시스템에서 해수 대류 냉각 감소를 위한 장벽 층들 활용;The use of barrier layers to reduce seawater convection cooling in off-shore thermoelectric technology systems;

태양에너지 포획 및 열기관 작동유체가 이러한 태양에너지에서 수용하는 에너지 함량 증가를 위한 을 위한 박막 및 가스 절연 조립체들 활용;Utilization of thin film and gas insulation assemblies for for solar energy capture and for increasing the amount of energy the heat engine working fluid receives from such solar energy;

해양온도차 기술시스템 효율 개선을 위한 표면 근처 해수 온도 증가;Increased sea temperature near the surface to improve the efficiency of ocean temperature differential technology systems;

해양온도차 기술시스템 투자 회수 개선을 위한 해수면 근처 해수 온도 증가;Increased sea temperature near sea level to improve return on investment in offshore thermotechnological systems;

에너지 전환 프로세스에 사용되는 작동유체의 에너지-전환 잠재성 증가를 위한 열 공급 내연기관 활용;Utilization of heat supply internal combustion engines to increase the energy-conversion potential of working fluids used in energy conversion processes;

에너지 전환 프로세스에 사용되는 가스의 에너지-전환 잠재성 증가를 위한 열 공급 연소 활용;Utilizing heat supply combustion to increase the energy-conversion potential of the gases used in the energy conversion process;

해양온도차발전 프로세스에 사용되는 작동 유체의 운동에너지 증가를 위한 열 공급 내연기관 활용;The use of heat supply internal combustion engines to increase the kinetic energy of the working fluids used in marine thermo-generation processes;

고품질의 전기 생산 과정에서 저비용 에너지 여러 공급원들의 통합;Integration of multiple sources of low cost energy in the production of high quality electricity;

고품질의 수소 생산을 위한 저비용 에너지 여러 공급원들의 통합;Low cost energy for high quality hydrogen production Integration of multiple sources;

저장된 에너지의 신속한 생산 제공;Providing rapid production of stored energy;

현존 및 새로운 파이프라인에 있는 천연가스로 상호 교환 선적을 위한 파이프라인 품질의 수소 생산;Pipeline-quality hydrogen production for interchange shipments with natural gas in existing and new pipelines;

현존 및 새로운 파이프라인에 있는 천연가스로 상호 교환 선적을 위한 파이프라인 품질의 메탄 생산;Production of pipeline quality methane for interchange shipments with natural gas in existing and new pipelines;

에너지 전환 프로세스로부터 경제 개발 및 환경 보호 이점들 발생 및 도출;Generating and deriving economic development and environmental protection benefits from the energy conversion process;

재생 시스템으로서 전해조 운전;Electrolytic cell operation as a regeneration system;

압력 전개 개선을 위한 가스화 가능한 전구 물질들 압축에 의한 이송 연료 가압;Conveying fuel pressurization by compression of gasizable precursors for improved pressure evolution;

전기분해에 의한 물질 가압;Material pressurization by electrolysis;

전기분해에 의해 생성된 에너지로 이송 연료 가압;Pressurizing the conveying fuel with energy produced by electrolysis;

에너지 전환 체제에서 열화학적 프로세스 제공;Providing thermochemical processes in energy conversion regimes;

태양에너지 및/또는 기타 에너지원들의 수소 및/또는 전기로의 매력적(rugged)이고, 절대 안전하고, 저렴한 전환 제공;Providing a rugged, absolute safe and inexpensive conversion of solar and / or other energy sources to hydrogen and / or electricity;

전기 및 수소 생산 시스템에서 흔한 피스톤 및 터빈 엔진 활용;Piston and turbine engine applications common in electrical and hydrogen production systems;

회전식 전기장치로부터의 열 전달을 위한 수소 활용;Hydrogen utilization for heat transfer from rotating electrical devices;

탄화수소 배출 해결을 위한 수소 활용;Hydrogen utilization to address hydrocarbon emissions;

열기관으로부터의 질소화합물 배출 해결을 위한 수소 활용;Utilization of hydrogen to solve nitrogen compounds emissions from heat engines;

열기관으로부터의 미립자 배출 해결을 위한 수소 활용;Hydrogen utilization to address particulate emissions from heat engines;

열기관으로부터의 탄소화합물 배출 해결을 위한 수소 활용;Utilization of hydrogen to solve carbon compound emissions from heat engines;

혼성화 및 분배 에너지 적용 분야에서 발전기 효율 개선을 위한 수소 활용.Use of hydrogen to improve generator efficiency in hybridization and distribution energy applications.

본 시스템의 다양한 실시예들이 기술될 것이다. 하기 설명은 이들 실시예들에 대한 완전한 이해 및 구현 가능한 설명을 제공한다. 그러나 본 분야의 숙련가들은 본 시스템이 이러한 많은 상세 사항 없이도 실현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 일부 공지된 구조체 또는 기능들은 다양한 실시예들에 대한 관련 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 상세하게 도시되거나 설명되지 않는다.Various embodiments of the present system will be described. The following description provides a thorough understanding and implementation of these embodiments. However, those skilled in the art will understand that the system can be realized without many of these details. In addition, some well known structures or functions are not shown or described in detail in order to avoid unnecessarily obscuring the relevant description of the various embodiments.

하기 설명들에 사용되는 기술용어는, 비록 본 시스템의 소정의 특정 실시예들의 상세한 설명과 연관되어 사용되지만, 합리적인 광의 방식으로 해석되어야 한다. 소정의 용어들은 하기에 강조될 수 있지만, 임의의 제한된 방식으로 해석되는 임의의 기술용어는 본 상세한 설명 부분에 명백하고도 특정하게 규정될 것이다.The technical terminology used in the following descriptions, although used in connection with the description of certain specific embodiments of the present system, should be construed in a reasonable manner. Certain terms may be emphasized below, but any technical terminology which is interpreted in any limited manner will be explicitly and specifically defined in this Detailed Description.

보강된 해양온도차발전(Reinforced Marine Thermo-Generation ( SOTECSOTEC ) 시스템) system

도 1A는 보강 해양온도차발전(SOTEC) 시스템(100)을 보이는 블록도이다. SOTEC 시스템(100)은 OTEC 시스템 또는 플랜트(110) 및 태양에너지, 열, 자원, 기타 형태의 재생 에너지, 기타 등의 보강과 같은 보강체제(supplement, 102)를 포함한다.FIG. 1A is a block diagram illustrating a reinforced marine temperature differential power generation (SOTEC) system 100. SOTEC system 100 includes an OTEC system or plant 110 and a supplement 102, such as reinforcement of solar energy, heat, resources, other forms of renewable energy, and the like.

다시, OTEC 시스템은 에너지, 자원, 및 기타 이점들을 다양한 보강 공급원으로 제공한다. 예를들면, OTEC 시스템은 전기를 전해조로 공급하거나 암모니아를 연료 저장 센터로 제공한다. 따라서, 본 시스템은 기타 이점들 중에서도 자원의 지속가능한 경제발전을 가능하게 하는 에너지 및 자원 순환 경로를 제공한다 .Again, the OTEC system provides energy, resources, and other benefits to various reinforcing sources. For example, OTEC systems supply electricity to an electrolyzer or ammonia to fuel storage centers. Thus, the system provides, among other advantages, an energy and resource circulation path that enables sustainable economic development of resources.

OTEC 시스템(110)은 전기 및 기타 자원을 생성하기 위한 열기관 요소들, 물 수송 요소들, 기타 등과 같은 다양한 요소들을 포함한다. 다양한 상이한 형태 및 구성들이 하기되는 보강체제(102)는 에너지를 시스템(110)으로 제공하여 기타 이점들 중에서도 OTEC 시스템 운전 효율을 높인다.The OTEC system 110 includes various elements such as heat engine elements, water transport elements, and the like for generating electricity and other resources. The reinforcement 102, of which various different forms and configurations are described below, provides energy to the system 110 to increase OTEC system operating efficiency, among other advantages.

일부 실시예들에서, 본 시스템은 수소, 탄소, 및 기타 자원을 지속적으로 생산할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템은 자원의 지속가능한 생산 과정 및 결과로 에너지를 활용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템은 정제 재생 에너지를 시스템으로 주입하여 지속가능한 경제발전, 따라서, 시스템 내의 공급원료, 자원, 및 기타 물질에 대한 경제적 배가효과를 달성할 수 있다. 따라서, 본 시스템은 해양 및 기타 물-기반 지역에서 사용되는 전-영역 시스템이다.In some embodiments, the system can continuously produce hydrogen, carbon, and other resources. In some embodiments, the system can utilize energy as a sustainable production process and as a result of resources. In some embodiments, the system can inject refined renewable energy into the system to achieve sustainable economic development, and thus economic doubling effects on feedstocks, resources, and other materials within the system. Thus, this system is a full-area system used in marine and other water-based areas.

더욱 상세하게는, 도 1B는 재생 에너지 생산 및 물질 자원 분리를 위한 전 영역 에너지 단지(Park, 119), 재생 영양 체제(사람, 동물 및 식물 영양) 및 에너지 공급원료 생산(바이오매스, 바이오폐기물 및 바이오연료)을 위한 전 영역 농산업(Agribusiness) 네트워크(121), 및 지속가능한 물질 자원 생산 및 무-배출 제조를 위한 전 영역 산업 단지(123)를 포함한3개의 상관 시스템들로 구성되는 전 영역 통합 생산 시스템(113)을 도시한 것이다.More specifically, FIG. 1B shows a full-area energy complex (Park, 119), renewable nutrition regime (human, animal and plant nutrition) and energy feedstock production (biomass, biowaste and Full-area integrated production consisting of three correlation systems, including a full-area Agribusiness network 121 for biofuels, and a full-area industrial park 123 for sustainable material resource production and zero-emission manufacturing. System 113 is shown.

도 1B는 시스템(119, 121, 123) 통합으로 이들 시스템 간의 에너지, 물질 및 정보 교환이 가능한 시스템(113)을 보인다. 통합 시스템(113), 및 특히 시스템(119) 내에서의 방법은, 매우 큰 열기관으로 효율적으로 기능하기 위한 열역학적 전체-시스템을 형성하도록 열적으로 연결된 다중 상관 열기관의 열역학적 특성을 활용하여 호의적인 생산 능력 및 효율의 증가를 달성할 수 있다. 시스템(113) 내부에서, 시스템(119)은 특히 태양열, 지열, 해양열, 및 기관 열원들 간 상승적 연계를 달성하도록 전용되어 특정선정 부지의 총 가용 재생 에너지 출력을 증가시키고, 에너지 및 분리된 물질 자원을 시스템(121 및 123)으로 제공한다. 1B shows a system 113 capable of exchanging energy, material and information between these systems by integrating the systems 119, 121, 123. The integrated system 113, and in particular the method within the system 119, utilizes the thermodynamic properties of multiple correlated heat engines thermally coupled to form a thermodynamic total-system for efficient operation with very large heat engines. And increase in efficiency can be achieved. Inside the system 113, the system 119 is specifically dedicated to achieving synergistic linkages between solar, geothermal, ocean heat, and engine heat sources to increase the total available renewable energy output of a given site, and reduce energy and separated material. Provide resources to systems 121 and 123.

전 영역 에너지 단지(119)는 단일 거대 열기관으로 효율적으로 기능하도록 열적으로 연결되고, 이들 시스템 및 부시스템은 둘 이상의 단계들에서 가열되는 작동유체를 사용하여 에너지 증폭 다단계(cascade)를 설정하도록 상호 관련된다. 시스템(119)의 총 가용 재생 에너지 출력은 조직적으로 작동유체들을 태양, 지질, 기관, 및 기타 열원들 간에 이동시켜 폭포효과를 달성하여 작동유체의(온도, 압력, 순도, 상변이, 및 에너지 전환 효율과 같은) 열역학적 특성을 최적화한다. 한 단계의 에너지 출력은 다른 단계의 핵심 프로세스에 재-공급되고 재생 또는 자생적 방식으로 작동되어 운전 효율 및 경제성을 증가시킨다. Full-area energy complex 119 is thermally coupled to efficiently function as a single large heat engine, and these systems and subsystems are correlated to establish an energy amplification cascade using a working fluid that is heated in two or more stages. do. The total available renewable energy output of the system 119 systematically moves the working fluids between the sun, geology, organs, and other heat sources to achieve a waterfall effect, thereby converting the working fluids (temperature, pressure, purity, phase shift, and energy conversion). Optimize thermodynamic properties (such as efficiency). The energy output of one stage is re-supplied to the core process of the other stage and operated in a regenerative or self-sustaining manner to increase operating efficiency and economy.

전 영역 에너지 단지(119) 기능은 다음을 포함한다: 태양, 풍력, 이동수, 지열, 바이오매스, 및 내연기관과 같은 재생 에너지원들에서 운동, 열, 및 복사 에너지 형태 수확, 전환 및 저장으로 시스템 내에서 자생 또는 재생 에너지 다단계 설정을 통하여 임의의 하나의 재생 에너지원만의 수확, 전환 및 저장으로 달성될 수 없는 집합적이고 상승적 이점들 도출할 수 있다. 자생 또는 재생 에너지 방법들은 시스템(119, 121, 123)에서 구현된다. 더욱이, 시스템(119)은 시스템(121 및 123)에서 사용되는 수많은 화학물질들의 물질 자원 분리에 관한 것이다. 예를들면, 열화학적 재생은 원재료인 탄소를 분리하는 수단으로 활용되고(분리는 시스템(119, 121, 123)에서 가능하다) 이는 연속하여 시스템(123)에서 내구 제품들 제조 생산에 사용된다. 다른 예시에서, 또한 열화학적 재생은 질소 및 미량 광물들 추출 수단으로도 활용되어 이는 시스템(121)에서 식물 비료 제조 생산에 사용된다. 더욱이, 시스템(119)은 전형적으로는 바이오-메탄 가스 및/또는 수소 가스 저장, 수송 및 시스템(119, 121, 123)에서 내연기관 및/또는 전력 생성 및/또는 수송을 위한 연료전지 용도의 연료로 주문형 사용을 위한 바이오폐기물, 바이오매스 및 바이오연료 전환에 관한 것이다.The full-area energy complex 119 functions include: system with harvest, conversion, and storage of kinetic, heat, and radiant energy forms from renewable energy sources such as solar, wind, mobile water, geothermal, biomass, and internal combustion engines. Multistage setting of native or renewable energy within can lead to collective and synergistic benefits that cannot be achieved by harvesting, converting and storing only any one renewable energy source. Native or renewable energy methods are implemented in systems 119, 121, 123. Moreover, system 119 relates to the separation of material resources of numerous chemicals used in systems 121 and 123. For example, thermochemical regeneration is utilized as a means to separate the raw carbon (separation is possible in systems 119, 121 and 123) and it is subsequently used to manufacture and manufacture durable products in system 123. In another example, thermochemical regeneration is also utilized as a means of extracting nitrogen and trace minerals, which are used in plant fertilizer production production in system 121. Moreover, system 119 is typically a fuel for fuel cell applications for internal combustion engines and / or power generation and / or transportation in bio-methane gas and / or hydrogen gas storage, transportation and systems 119, 121, 123. To biowaste, biomass and biofuel conversions for on-demand use.

태양열, 지열, 해양열, 및 기관 열원들을 조작하여 육지-기반 및 해양-기반의 다양한 기후 지역에서 시스템(113) 설립을 위한 매우 적응적 통합 플랫폼을 제공한다. 따라서 위치 적응 개선을 위한 공학은 재생 에너지 수확의 총 가용도 증가를 가져오며 따라서 구역, 지역, 국가 및 세계 경제를 위한 경제적으로 실행 가능한 해결책을 제시한다. It manipulates solar, geothermal, ocean heat, and institutional heat sources to provide a highly adaptive integrated platform for system 113 establishment in a variety of land-based and ocean-based climatic regions. Engineering to improve location adaptation thus leads to an increase in the total availability of renewable energy harvesting, thus providing an economically viable solution for zone, regional, national and global economies.

시스템(121)에서 식품 생산은 육지 및 해양에서 가능하다. 작물농장, 가축농장, 목장, 돈육 및 닭고기 생산을 위한 산업 생산 시설, 담수어업, 원양어업, 낙농, 기타 등은 시스템(119)에서 생산되는 에너지 소비자로 시스템(119)과 연계될 수 있고, 그러나 다시 재생 에너지 및 재생 물질 자원으로 전환되기 위하여 시스템(119)으로 공급되는 폐기 부산물을 생산할 수 있다. 더욱이, 시스템(121)은 조류, 잡초(switch grass) 및 기타 작물들과 같은 이러한 바이오연료 작물을 위한 에너지 공급원료 생산 증가 예를들면 광합성-기반 에너지 수확 가능성 증가에 관한 것이다. 물 생산, 정제, 및 보존 방법 및 장치들이 생산 시스템(119, 121, 123) 각각에서 적용된다. 그러나, 이들은 식품 생산에서 대량의 물 요건을 만족시키고 종래 식품 생산 방법에 의한 폐기물 및 오염을 원인으로 입증된 문제인 유지 불가능을 해결하기 위하여 시스템(121)의 중요 요소들이다.In system 121 food production is possible on land and at sea. Crop farms, livestock farms, ranches, industrial production facilities for pork and chicken production, freshwater fisheries, pelagic fisheries, dairy farming, etc. can be associated with the system 119 as energy consumers produced in the system 119, but Waste by-products fed to system 119 may be produced for conversion back to renewable energy and renewable material resources. Moreover, system 121 relates to an increase in the production of energy feedstock for such biofuel crops, such as algae, switch grass and other crops, for example increased photosynthetic-based energy harvesting potential. Water production, purification, and preservation methods and devices are applied in each of the production systems 119, 121, 123. However, they are important elements of the system 121 to meet large water requirements in food production and to address unsustainability, a problem proven to be caused by waste and contamination by conventional food production methods.

시스템 일체화는 천연 자원 고갈을 피하고 생산 부산물로 공해 및 독성 배출과 같은 파괴적 환경 영향을 감소시키거나 제거하기 위한 재생 방법들을 이용하여 에너지, 물질 자원 및 영양 체제의 생산 증가로 정의되는 “지속가능성”을 높인다. 지속가능성은 현재 소비자의 즉시적인 단기적 이익만을 아니라 미래 세대의 장기적 복지를 위한 실현 가능한 에너지, 물질, 및 식품의 생산 방법들을 요구한다System integration is a “sustainability” defined as increased production of energy, material resources and nutritional systems, using renewable methods to avoid natural resource depletion and to reduce or eliminate destructive environmental impacts such as pollution and toxic emissions as production by-products. Increase Sustainability requires feasible energy, material, and food production methods for the long-term well-being of future generations, as well as the immediate short-term benefits of current consumers.

시스템 일체화로 인하여, 다수의 집합적 부지 반복적 설정 및 다양한 기후 지역에 대한 크게 개선된 적응도(즉, 온도, 열대성 및 북극 기후의 가변적 자원 특성을 수용에 의한 적응적 재생 에너지 수확)로 인한 가용 선정 부지 수의 증가 가능성으로 달성될 수 있는, 에너지, 물질, 및 식품의 상당한 생산 증가로 정의되는 “경제적 확장성”을 위한 생산 능력 증가가 가능하다. 이러한 경제적 확장성은 계속적으로 급증하는 인구 및 급증하는 개발국가들의 에너지 요구를 유지하기 위한 지구의 환경수용력(earth’s carrying capacity) 증가를 위하여 필요하다. 성공적인 적용을 위하여, 이러한 생산 방법들 및 위치들은 즉시적으로 사용 가능하고, 종래 화석연료 및/또는 핵 에너지원들을 사용하는 것과 비교하여 현재의 에너지, 물질, 및 식품 생산 수단에 대한 경제적으로 실현 가능한 대안을 제시하여야 한다. Due to system integration, the availability of choices due to multiple collective site iterations and greatly improved adaptability to various climate regions (i.e. adaptive renewable energy harvesting by accommodating variable resource characteristics of temperature, tropical and arctic climates) Increasing production capacity is possible for “economic scalability”, which is defined as a significant increase in production of energy, materials, and food, which can be achieved with the potential for increased site numbers. This economic scalability is necessary to increase earth's carrying capacity to sustain the ever-expanding population and the energy needs of rapidly developing countries. For successful application, these production methods and locations are readily available and economically feasible for current energy, material, and food production means compared to using conventional fossil fuels and / or nuclear energy sources. Alternatives should be provided.

더욱이 시스템 일체화로 인하여 에너지 생산(119), 물질 생산(123), 및 식품 생산(121)의 무-배출 및 무-폐기물 방법이 가능하다: 시스템(121)에서 발생하고, 달리 연소, 매립, 또는 쓰레기 매립지, 대수층, 시냇가, 바다로 투기, 또는 오염물질로 대기 방출되는 유기 폐기물은 대신 조직적으로 시스템(119)의 바이오매스, 바이오폐기물, 및 바이오연료 전환시스템으로 전달되고; 시스템(119)에서의 에너지 및 분리된 재료 자원은 내구 제품들 생산을 위한 시스템(123)으로 전달되고; 또한 시스템(119)에서의 에너지 및 분리된 재료 자원은 시스템(121)으로 전달되어 육지 및 해양에서 사람, 동물 및 식물 성장을 위한 영양 체제 생산에 이용된다.Moreover, system integration enables the energy-free 119, material production 123, and food-free and waste-free methods of food production 121: occurring in system 121, otherwise burning, landfilling, or Organic wastes dumped to landfills, aquifers, streams, ocean dumps, or pollutants to air are instead systematically transferred to the biomass, biowaste, and biofuel conversion systems of system 119; Energy and separated material resources in system 119 are transferred to system 123 for producing durable products; In addition, energy and separated material resources in system 119 are transferred to system 121 for use in the production of nutritional systems for human, animal and plant growth on land and at sea.

시스템 일체화는 이들 기능이 상호의존적 전체로서 작용하도록 에너지 생산을 식품 생산 및 물질 자원 생산과 의도적으로 연계하는 단일 경제적 생산 단위를 설립한다. System integration establishes a single economic production unit that intentionally links energy production with food production and material resource production so that these functions function as interdependent wholes.

따라서 전 영역 통합 생산 시스템은 다른 경쟁적 재생 에너지 인프라가 현재 없거나, 제조 역량이 부족하고 실업이 일상적이거나, 식품 생산이 부족하고 빈곤 및 영양실조가 일상적인 지역 또는 사회에 설립되기에 적합하다. 이러한 통일된 경제적 생산 방법을 도입하는 목적은 국내총생산(GDP)과 이와 동반되는 삶의 질을 높이는 것이고, 체계적으로 유의미한 고용을 동반한 개선된 삶의 길과 함께 일자리를 만드는 것이다. All-in-one integrated production systems are therefore suitable for establishment in regions or societies that do not currently have other competitive renewable energy infrastructure, lack manufacturing capacity, routine unemployment, or lack of food production and poverty and malnutrition. The purpose of introducing these unified economic methods of production is to increase GDP and the quality of life that accompanies it, and to create jobs with improved ways of living with systematically meaningful employment.

더욱이, 시스템 일체화는 공해 및 환경을 열악하게 하는 연소, 매립, 및 투기의 종래 폐기물 작업을 중단하도록 상호 의존적으로 전체로 기능하도록 폐기물 관리와 에너지 전환 작업을 의도적으로 연계하는 단일 경제 생산 단위를 설정한다. Moreover, system integration establishes a single economic production unit that deliberately links waste management and energy conversion operations to interdependently function as a whole to halt conventional waste operations of combustion, landfill, and dumping, which are harmful to pollution and the environment. .

전 영역 통합 생산 시스템은 전체 시스템에 걸쳐 일체화 작업으로 지속가능한 폐기물-에서-에너지 전환 활용을 도입한다. 이러한 일체화 시스템의 목적은 천연 환경 보호, 유한 천연 자원 보존, 전염병 감소, 및 대지, 수질 및 공기 오염 감소(기후 변화 주범인 메탄 및 CO₂와 같은 온실 가스 감소 포함)에 있다.The whole area integrated production system introduces sustainable waste-to-energy conversion utilization as an integral part of the entire system. The purpose of this integration system is to protect the natural environment, conserve finite natural resources, reduce infectious diseases, and reduce land, water quality, and air pollution (including greenhouse gas reductions such as methane and CO ₂ as the main culprit of climate change).

전 영역 통합 생산 시스템(113)은 인간-시스템 생산 환경이 자연 생태계를 모방한 “산업 생태계” 달성 수단을 제공하고: 여기에서 에너지 및 물질은 시스템들 간에 이동되고 폐회로 방식으로 그러나 전체 시스템은 태양(태양열), 육지(지열), 해양(해양열), 및 바이오매스 전환(엔진 열) 시스템에 의해 제공되는 재생, 지속가능한 에너지에 개방되는 방식으로 폐기물은 새로운 프로세스로 유입된다.The whole area integrated production system 113 provides a means of achieving an “industrial ecosystem” in which the human-system production environment mimics the natural ecosystem: where energy and matter are transferred between the systems and in a closed loop but the entire system Waste is introduced into new processes in a way that is open to renewable, sustainable energy provided by solar, land (geothermal), ocean (ocean heat), and biomass conversion (engine heat) systems.

도 1C는 해양-기반 전 영역 시스템(113) 요소들을 보이는 블록도이다. 전 영역 시스템(113)은 재생 에너지 생산을 위한 에너지 단지(119)를 포함한다. 일부 경우들에서, 에너지 단지는 OTEC 시스템이다. 일부 경우들에서, 에너지 단지는 태양에너지원들, 풍력원들, 조력원들, 지열에너지원들, 기관들, 바이오연료원들, 기타 등과 같은 재생 에너지원들을 포함한다.1C is a block diagram showing elements of the ocean-based full area system 113. The full area system 113 includes an energy complex 119 for the production of renewable energy. In some cases, the energy complex is an OTEC system. In some cases, the energy complex includes renewable energy sources such as solar energy sources, wind sources, tidal sources, geothermal sources, engines, biofuel sources, and the like.

또한 전 영역 시스템은 재생 물질자원 생산을 위한 산업 단지(123)를 포함한다. 일부 경우들에서, 산업 단지는 탄소, 수소, 메탄, 기타 등과 같은 다양한 자원을 생성할 수 있다. 또한 전 영역 시스템은 지속가능한 농업, 어업, 및 목축업과 같은 재생 영양 체제 생산을 위한 농산업 네트워크(121)를 포함한다. The whole area system also includes an industrial complex 123 for the production of renewable material resources. In some cases, industrial parks may generate various resources such as carbon, hydrogen, methane, and the like. The whole area system also includes an agricultural industry network 121 for the production of regenerative nutritional systems such as sustainable agriculture, fishing, and animal husbandry.

더욱 상세하게는, 도 1C는 지속가능한 경제발전을 위한 전 영역 통합 생산 시스템(113)을 보이는 블록도이고, 여기에는 영양 체제(예를들면, 사람, 동물, 또는 식물 영양을 위한 생산물) 생산 및 물질 자원(예를들면, 수소 및 탄소) 생산이 동반되는 에너지(예를들면, 전기 및 연료) 생산을 포함한다. 시스템(113)은 각각의 부-시스템의 에너지, 물질 및/또는 부산물 일부 또는 전부를 획득하고 재주입하는 자생적 다단계 에너지 전환을 적응적으로 제어하는 통합적 및 상호의존적 부-시스템으로 구성된다. 따라서, 외부 에너지 또는 물질 자원 도입 없이 또는 최소로 도입되면서 시스템(113)의 연속적 운전이 유지된다. 시스템(113)은 지속가능한 경제발전을 가능하게 하는 재생 에너지 이용, 식품 생산, 및 물질 자원 생산에 대한 산업 생태계 예시이고, 기타 이점들 중에서도 에너지, 식품, 및 물질 자원 생산이 종래 기술을 이용하는 것보다 더 크다.More specifically, FIG. 1C is a block diagram showing a full range integrated production system 113 for sustainable economic development, including the production of nutritional systems (eg, products for human, animal, or plant nutrition) and It includes the production of energy (eg electricity and fuel) accompanied by the production of material resources (eg hydrogen and carbon). System 113 is comprised of integrated and interdependent sub-systems that adaptively control autogenous multistage energy conversions that acquire and reinject some or all of the energy, materials, and / or by-products of each sub-system. Thus, continuous operation of the system 113 is maintained with minimal or no introduction of external energy or material resources. System 113 is an example of an industrial ecosystem for renewable energy use, food production, and material resource production that enables sustainable economic development, among other advantages, energy, food, and material resource production than conventional techniques. Is bigger.

전 영역 에너지 단지(119)는 재생 에너지원(129)(예를들면, 태양, 바람, 이동수, 지열, 차단 열)로부터의 에너지 포획 방법들, 재생 공급원료(131)(예를들면, 바이오폐기물(145), 바이오매스(143))로부터의 에너지 생산방법들 및 물질 자원(예를들면, 수소(133), 탄소(135), 기타 물질 자원 예를들면 미량 광물들(137), 순수(139)) 생산 방법들을 포괄한다. 에너지 생산에 있어 상승효과를 주는 자생적 다단계 에너지 전환의 적응적 제어 방법들을 이용하여 에너지는 저장, 회수 및 수송된다. 에너지 수확 및 생산 프로세스 과정에서, 물질 자원(예를들면, 수소 및 탄소)이 재생 에너지 생산에 사용되는 바이오폐기물 및 바이오매스 공급원료로부터 분리된다. 전 영역 에너지 단지(119)는 상기 에너지 및 상기 자원을 저장, 회수, 수송, 감시, 및 제어하여 에너지, 물질 자원 및 영양 체제의 생산에 있어서 효율을 개선시킨다. Full-area energy complex 119 may be used to capture energy from renewable energy sources 129 (eg, solar, wind, mobile water, geothermal, shielding heat), renewable feedstock 131 (eg, biowaste 145, energy production methods from biomass 143 and material resources (eg, hydrogen 133, carbon 135, other material resources such as trace minerals 137, pure water 139) )) Covers production methods. Energy is stored, recovered and transported using adaptive control methods of autogenous multistage energy conversions that have a synergistic effect on energy production. During the energy harvesting and production process, material resources (eg, hydrogen and carbon) are separated from biowaste and biomass feedstocks used for renewable energy production. Full-area energy complex 119 stores, recovers, transports, monitors, and controls the energy and the resources to improve efficiency in the production of energy, material resources, and nutritional systems.

일부 생산된 에너지(129, 131)는 전 영역 농산업 네트워크(121)로 공급된다. 일부 생산된 에너지(129, 131)는 전 영역 산업 단지(123)로 제공된다. 일부 생산된 에너지(129, 131)는 전 영역 에너지 단지(119)로 재도입된다. 일부 생산된 에너지(201, 131)는 외부 수령인들(external recipients)에게 공급 및/또는 국가 전기망 및/또는 국가 가스 파이프라인에 추가된다.Some of the produced energy 129, 131 is supplied to the full-area agricultural industry network 121. Some of the produced energy 129, 131 is provided to the whole area industrial complex 123. Some of the produced energy 129, 131 is reintroduced into the full area energy complex 119. Some of the produced energy 201, 131 is supplied to external recipients and / or added to the national electric grid and / or national gas pipeline.

전 영역 농산업 네트워크(121)는 전 영역 에너지 단지(119)에 의해 생산된 재생 에너지를 수용하여 농장, 축산목장, 및 어장 부-시스템 기능을 가동시킨다. 이것은 농장 설비, 차량, 보트 및 배, 조명, 열, 기계설비, 기타 등을 위한 전기를 위한 재생 연료들을 포함한다. The full-area agricultural industry network 121 receives the renewable energy produced by the full-area energy complex 119 to operate farm, animal husbandry, and fishery sub-system functions. This includes renewable fuels for electricity for farm equipment, vehicles, boats and boats, lighting, heat, machinery, and the like.

전 영역 농산업 네트워크(121)는 전 영역 에너지 단지(119)에 의해 생산된 기타 물질 자원(예를들면, 미량 광물들(137)) 및 순수(139)와 같은 물질 자원 및 부산물을 수용하여 농장, 축산목장, 및 어장 부-시스템에서 영양 체제를 풍성하게 하고 식물 작물(149) 및 동물 작물(151) 생산에 있어서 효율을 증가시킨다. The full-area agricultural industry network 121 accommodates other material resources (e.g., trace minerals 137) and material resources and by-products such as pure water 139 produced by the full-area energy complex 119, Enriching the nutritional system in the livestock ranch and fishery sub-system and increasing the efficiency in producing plant crops 149 and animal crops 151.

전 영역 농산업 네트워크(121)는 에너지 공급원료를 수확하고 이것을 전 영역 에너지 단지(119)로 공급하여 재생 에너지 생산에 사용되도록 한다. 적합한 공급원료는 바이오매스(143)(예를들면, 수확작물(crop slash)), 바이오폐기물 145(예를들면, 오물, 농업폐기수, 고기도축 폐기물, 어장 폐수), 바이오연료 비축물(stock, 147)(예를들면, 조류, 잡초), 기타 등을 포함한다. The full-area agricultural industry network 121 harvests energy feedstock and supplies it to the full-area energy complex 119 for use in renewable energy production. Suitable feedstocks are biomass 143 (e.g. crop slash), biowaste 145 (e.g., filth, agricultural wastewater, meat slaughter waste, fishery wastewater), biofuel stocks (stock) 147) (eg, algae, weeds), and the like.

전 영역 산업 단지(123)는 전 영역 에너지 단지(119)에서 생산된 재생 에너지를 이용하여 지속가능한 물질 자원 생산 및 무-배출 제조 기능을 가공한다. 이것은 내연기관(예를들면, 고정 기관들, 차량)을 위한 재생 연료들 및 조명, 열, 기계설비, 기타 등을 위한 전기를 포함한다. Full-area industrial complex 123 uses renewable energy produced in full-area energy complex 119 to process sustainable material resource production and emission-free manufacturing functions. This includes renewable fuels for internal combustion engines (eg stationary engines, vehicles) and electricity for lighting, heat, hardware, and the like.

전 영역 산업 단지(123)는 전 영역 에너지 단지(119)에서 수용한 물질 자원(133, 135) 및 부산물(137)을 투입하여 추가적인 물질 자원(예를들면, 디자이너(designer) 탄소(157) 및 산업 다이아몬드 159)을 생산한다. The full-area industrial complex 123 inputs the material resources 133 and 135 and the by-product 137 accommodated in the full-area energy complex 119 to add additional material resources (eg, designer carbon 157 and Produces industrial diamonds 159).

전 영역 산업 단지(123)는 전 영역 에너지 단지(119)에서 받은 물질 자원 및 부산물을 이용하여 태양열 장치(155), 풍력 터빈(155), 수력 터빈(155), 전해조(155), 내연기관 및 발전기(155), 자동차, 선박 및 트럭 부품들(161), 반도체(163), 나노기술제품(165), 농장 및 어장설치(167), 기타 등을 포함한 탄소-기반의 녹색 에너지 기계류(155)를 제조한다.The full-area industrial complex 123 uses solar materials 155, wind turbines 155, hydro turbines 155, electrolyzers 155, internal combustion engines, and the like by using material resources and by-products received from the full-area energy complex 119. Carbon-based green energy machinery 155 including generators 155, automobiles, ships and truck components 161, semiconductors 163, nanotechnology products 165, farms and fisheries installations 167, etc. To prepare.

전 영역 산업 단지(123)는 일부 또는 모든 이러한 생산물 및 부산물을 전 영역 에너지 단지(119) 및 전 영역 농산업 네트워크(121)에 제공한다.Full-area industrial complex 123 provides some or all of these products and by-products to full-area energy complex 119 and full-area agricultural industry network 121.

전 영역 에너지 단지(119)는 전 영역 산업 단지(123)에서 생산되고 제공되는 태양열 장치(155), 풍력 터빈(155), 수력 터빈(155), 전해조(155), 내연기관 및 발전기(155), 기타 등을 이용하여 재생 에너지를 생산한다.The full-area energy complex 119 is a solar system 155, wind turbine 155, hydro turbine 155, electrolyzer 155, internal combustion engine and generator 155 produced and provided in the full-area industrial complex 123. Renewable energy is produced using, for example.

전 영역 농산업 네트워크(121)는 전 영역 산업 단지(123)에서 생산되고 제공되는 내연기관 및 발전기(155), 농장 및 어장 설비(167) 및 기타 장치들을 이용하여 영양 체제를 생산한다.The full-area agricultural industry network 121 produces a nutrition regime using internal combustion engines and generators 155, farm and fishery facilities 167 and other devices produced and provided in the full-area industrial complex 123.

전 영역 통합 생산 시스템(113)에 의해 생산되는 에너지는 재생 에너지를 추가로 생산하기 위한 재도입 에너지를 포함하여 모든 부-시스템을 위한 동력을 제공한다. 동시 발생된, 시스템(113)에서 생산된 일부 또는 모든 생산물 및 부산물은 모든 부-시스템 작동에 도입된다. 동시에, 시스템(113)에서 생산된 폐기물이 획득되어 모든 부-시스템 기능을 위한 공급원료로 사용된다. 본 통합적 및 상호의존적 부-시스템은 적응 제어를 활용하여 자생적 다단계 에너지 전환 및 물질 자원의 자생적 재생를 관리한다. 따라서, 본 시스템은 일정하게 재생 에너지, 지속가능한 물질 자원, 및 기타 부산물을 부-시스템(에너지 단지, 농산업 네트워크, 산업 단지)의 다른 공급원료 및 프로세스에 재도입한다. 이러한 방식으로, 시스템(113)은 종래 수단으로 달성 가능한 것보다 시스템 내 다양한 자원으로부터 더 많은 제공 에너지 및 자원을 활용한다. 이러한 산업적 공생으로 시스템 내 재생 공급원료 및 부산물 소스로부터 활용되는 다양한 자원 및 에너지 정도에 상승효과을 일으키고, 가치를 부여하고, 비용을 낮추며, 기타 이점들 중 무엇보다 환경을 개선할 수 있다.The energy produced by the full area integrated production system 113 provides power for all sub-systems, including reintroduction energy to further produce renewable energy. At the same time, some or all of the products and by-products produced in the system 113 are introduced into all sub-system operations. At the same time, the waste produced in system 113 is obtained and used as feedstock for all sub-system functions. This integrated and interdependent sub-system utilizes adaptive control to manage autonomous multistage energy conversion and autogenous regeneration of material resources. Thus, the system constantly reintroduces renewable energy, sustainable material resources, and other by-products into other feedstocks and processes in sub-systems (energy complexes, agricultural industry networks, industrial complexes). In this way, system 113 utilizes more provided energy and resources from various resources in the system than is achievable by conventional means. This industrial symbiosis can synergize, value, lower costs, and improve the environment, among other benefits, from the various resources and energy levels utilized from renewable feedstock and by-product sources in the system.

도 1D는 해양-기반 시스템을 위한 다양한 예시적 기능 구역들을 보이는 전 영역 통합 생산 시스템(113)을 개략적으로 도시한 것이다. 도시된 시스템은 다단계 에너지 전환 및 물질 자원의 자생적 재생 및 영양 체제 생산의 적응 제어를 가지는 육지 또는 해양에서의 통합 생산 시스템을 포함한다. 본 시스템은 재생 에너지원으로부터 에너지 수확 및/또는 발생 및 재생 공급원료로부터 물질 자원 수확 및 상기 에너지 및 물질 자원의 저장, 회수, 수송, 감시 및 제어를 통한 에너지, 물질 자원, 및 영양 체제의 생산에서 효율 개선 목적의 기능 구역들을 포함한다. 아래 표는 예시적 기능 구역들과 연관된 예시적 출력, 시스템 및 수단을 나열한 것이다. 다음 표는 전 영역 통합 생산 시스템 기능 구역들을 보이는 것이다.1D schematically illustrates a full area integrated production system 113 showing various exemplary functional areas for a marine-based system. The system shown includes an integrated production system on land or at sea with multistage energy conversion and adaptive control of the autogenous regeneration of material resources and the production of nutritional systems. The system is used in the production of energy, material resources, and nutritional systems through the harvesting and / or generation of energy from renewable energy sources and the harvest of material resources from renewable feedstocks and the storage, recovery, transport, monitoring and control of said energy and material resources. Include functional areas for efficiency improvement purposes. The table below lists example outputs, systems and means associated with example functional areas. The following table shows the full range integrated production system functional areas.

일부 실시예들에서, 보강체제(102)는 태양에너지로부터 열을 생성, 획득된 열을 OTEC 플랜트(110)로 제공하는 조립체이다. 도 1E는 보강체제(102)로서 태양에너지를 이용하는 보강 해양온도차발전시스템을 보이는 블록도(105)이다.In some embodiments, reinforcement 102 is an assembly that generates heat from solar energy and provides the obtained heat to OTEC plant 110. FIG. 1E is a block diagram 105 showing a reinforced oceanic differential thermal power generation system using solar energy as the reinforcement system 102.

OTEC 플랜트(110)는 기화기(111), 액화기(112), 터빈(113), 작동유체(130)를 포함하고 기타 요소들로/부터 이를 이송하는 도관들(114, 115, 116), 및 작동유체를 액화기에서 기화기로 이송시키는 선택적 펌프(117)를 포함한다. 또한 OTEC 플랜트(110)는 해양 표면으로부터 비교적 가온수(145)를 기화기(111)로 이송시키는 표층수 입구 파이프(140), 및 해양 심층으로부터 비교적 냉수(155)를 액화기(112)로 이송시키는 심층수 입구 파이프(150)를 포함한다.OTEC plant 110 includes conduits 114, 115, and 116 that include vaporizer 111, liquefier 112, turbine 113, working fluid 130 and convey it to and from other elements; and And an optional pump 117 to transfer the working fluid from the liquefier to the vaporizer. The OTEC plant 110 also provides a surface water inlet pipe 140 for transferring relatively warm water 145 from the ocean surface to the vaporizer 111, and a deep water for relatively cold water 155 from the deep ocean to the liquefier 112. Inlet pipe 150.

집열기(120)는 표층수 입구 파이프(140)와 연결된다. 집열기(120)는 표층수(145)를 수용하고, 표층수를 더 높은 온도로 가온하고, 더 가온된 물(147)을 OTEC 시스템(110) 기화기(111)에 공급한다. 따라서, 집열기를 적용하여 가온된 물로 보강되는 OTEC 시스템(110)는 비-보강, 종래 OTEC 시스템과 비교하여, 기타 이점들 중에서도 더 높은 효율로 작동된다.The collector 120 is connected with the surface water inlet pipe 140. Collector 120 receives surface water 145, warms the surface water to a higher temperature, and supplies warmer water 147 to OTEC system 110 vaporizer 111. Thus, the OTEC system 110, which is reinforced with warm water by applying a collector, operates at higher efficiency, among other advantages, compared to non-reinforced, conventional OTEC systems.

도 2는 해양온도차발전시스템 효율 증가를 위한 프로세스(200)를 보이는 흐름도이다 . 단계 210에서, 집열기는 해양 표층수를 수용한다. 단계 220에서, 집열기는 수용된 물을 가온한다. 단계 230에서, 집열기는 가온수를 OTEC 시스템으로 제공한다. 예를들면, 집열기는 가온수를 OTEC 시스템 내부 열기관 일부로 작동하는 기화기로 공급한다.2 is a flow chart showing a process 200 for increasing efficiency of an offshore thermo-generation system. In step 210, the collector receives ocean surface water. In step 220, the collector warms up the water received. In step 230, the collector provides warm water to the OTEC system. For example, the collector supplies hot water to a carburetor that operates as part of the heat engine inside the OTEC system.

전형적인 OTEC 시스템에서, 표층수 온도가 섭씨 25 내지 27도이고 심층수 온도가 약 섭씨 5도에서 작동할 때카르노(Carnot) 효율 한계는 약 6.7% 이다. OTEC 시스템에 보강체제를 제공하면 열기관 유형 및/또는 선택 열사이클과는 무관하게 총 효율이 개선된다. 일부 경우들에서, 보강체제는 암모니아, 할로겐화 탄화수소, 프로판 및/또는 탄화수소 혼합물의 작동유체로 랭킨(Rankine)사이클에서 작동하는 OTEC 시스템 효율을 개선시킨다. 일부 경우들에서, 보강체제는 가온 표면 상태에서 수증기가 진공으로 급속 방출되어 팽창기를 거쳐 팽창된 후 해양 심층의 냉수와 열교환되어 응축되는 “클라우드” 유형의 동작을 가지는 OTEC 시스템 효율을 개선시킨다. 일부 경우들에서, 보강체제는 두-단계 미스트 상승(mist lift) 시스템과 같은 미스트 상승 시스템을 적용하는 OTEC 시스템 효율을 개선한다. In a typical OTEC system, the Carnot efficiency limit is about 6.7% when the surface water temperature is 25 to 27 degrees Celsius and the deep water temperature is operating at about 5 degrees Celsius. Providing a reinforcement to the OTEC system improves the total efficiency regardless of the heat engine type and / or optional heat cycle. In some cases, the adjuvant improves OTEC system efficiency operating in a Rankine cycle with working fluids of ammonia, halogenated hydrocarbons, propane and / or hydrocarbon mixtures. In some cases, the reinforcement improves the efficiency of the OTEC system with a “cloud” type of operation where water vapor is rapidly released into a vacuum in a warm surface state, expanded through an inflator and then condensed by heat exchange with cold water in deep ocean water. In some cases, the reinforcement improves the OTEC system efficiency of applying a mist lift system, such as a two-stage mist lift system.

집열기Collector 조립체들 Assemblies

본원에서 논의된 바와 같이, 일부 실시예들에서 본 시스템은 집열기 조립체들를 적용하여 태양에너지를 포획 또는 획득하여 해양 표층수를 가열한 후 물을 OTEC 플랜트로 제공한다.도 3은 집열기 조립체(300) 일부 개략 단면도이다. 조립체(300)는, 절연 공기 공간(315)을 가지는 최상부 310)을 형성하는 최상벽(311), 측벽(313), 및 바닥벽(312) 및 절연 공기 공간(335)을 가지는 바닥부(330)를 형성하는 최상벽(331), 측벽(333), 및 바닥벽(332)을 포함한 중합체 기반 벽들의 웹(web)으로 구성된다. 비교적 얇은 중합체 벽들 및/또는 벽들에 의해 형성된 공간들은 태양에너지를 포획한다. 포획된 태양에너지는 벽들(312, 331, 314)에 의해 형성된 채널(320)의 부-채널들(325)에 담긴 물을 가열한다. 또한 포획된 태양에너지는 채널(320)로 갇힌 물의 증발 냉각을 방지한다. 채널(320)로 인하여 조립체(300)는 해양수를 수용하고, 물을 조립체에 저장하고, 조립체 내에 있는 물을 가열하고, 물을 해양온도차발전시스템 일부인 열기관과 같은 목적지로 수송한다.As discussed herein, in some embodiments the system applies collectors assemblies to capture or acquire solar energy to heat the ocean surface water and provide water to the OTEC plant. FIG. 3 shows a portion of the collector assembly 300. It is a schematic cross section. The assembly 300 includes a top wall 311, a sidewall 313, and a bottom wall 330 having a bottom wall 312 and an insulated air space 335 forming a top 310 with an insulated air space 315. Web of polymer-based walls, including top wall 331, sidewall 333, and bottom wall 332 that form. Relatively thin polymer walls and / or spaces formed by the walls capture solar energy. The captured solar energy heats the water contained in the sub-channels 325 of the channel 320 formed by the walls 312, 331, 314. The captured solar energy also prevents evaporative cooling of the water trapped in the channel 320. The channel 320 allows the assembly 300 to receive marine water, store water in the assembly, heat the water within the assembly, and transport the water to a destination, such as a heat engine that is part of the oceanic thermogeneration system.

집열기 조립체(300)는 시트 적층체 롤을 이용하여 용접-조립되거나, 여러 벽들로 형성된 절연 공기 공간(들)을 가지는 일체 조립체로 압출 및/또는 압출 취입 성형될 수 있다. 현재의 고분자 기술은, 강하고, 낮은 가스 및 습기 투과율을 가지며, 저렴하고, 고용적의 ‘버블 팩’ 및 기타 유형의 패킹 생산과 같은 적용 분야에 맞춤형으로 제작될 수 있는 박막 필름들을 제공한다. Collector assembly 300 may be weld-assembled using sheet stack rolls, or extruded and / or extrusion blow molded into a unitary assembly having insulated air space (s) formed of several walls. Current polymer technology provides thin films that are strong, have low gas and moisture permeability, are inexpensive, and can be tailored to applications such as the production of high volume 'bubble packs' and other types of packing.

일부 경우들에서, 집열기 조립체(300)는 “밝은” 또는 비교적 투명한 벽들을 제조할 수 있는 재료를 이용하여 전 영역(즉 모든 파장)의 태양에너지를 채널(325)에 의해 저장되거나 수송되는 물로 전달할 수 있다. 일부 경우들에서, 집열기 조립체(300)는 벽들(311, 312)용으로는 밝거나 투명한 재료를 이용할 수 있고, 벽들(332, 314)과 같은 기타 벽들용으로는 어두운 또는 불투명한 재료(예를들면, 탄소 미결정)를 이용할 수 있다. 불투명 벽들 제조를 위한 여러 재료들의 사용과 관련한 더욱 상세한 설명은 관련된 동시 출원된 상기 참고되고 및 통합된 출원들에서 찾을 수 있다. 상이한 광투과 특성 및 성질을 가지는 재료를 선택적으로 사용하면 조립체(300)는 전도적으로 및/또는 복사적으로 채널(315)을 통과하는 물을 고온으로, 예를들면 섭씨 30-45도로 가열할 수 있다. 물론, 물의 속도, 주변 풍속효과, 해류, 가용 태양에너지(일사량), 기타 등과 같은 기타 요인들이 실현 온도에 기여할 수 있다. In some cases, collector assembly 300 may deliver solar energy in all regions (ie, all wavelengths) to water stored or transported by channel 325 using a material capable of producing “bright” or relatively transparent walls. Can be. In some cases, the collector assembly 300 may use a bright or transparent material for the walls 311, 312, and a dark or opaque material (eg, for other walls, such as the walls 332, 314). For example, carbon microcrystalline) can be used. More detailed description regarding the use of various materials for the manufacture of opaque walls can be found in the relevant and concurrently filed above referenced and integrated applications. Optionally using materials having different light transmission properties and properties, the assembly 300 may heat the water passing through the channel 315 conductively and / or radiantly to a high temperature, for example 30-45 degrees Celsius. Can be. Of course, other factors such as water velocity, ambient wind speed effects, ocean currents, available solar energy (solvent), and the like can contribute to the realization temperature.

이러한 온도로 가열된 물을 제공하면 OTEC 시스템의 운전 효율을 상기한 바와 같이 증가시킬 수 있다. 예를들면, 심층수 온도를 섭씨 4-6도로 열 차단한 적합한 열역학적 사이클을 적용하고, 해수 온도를 섭씨 35도로 제공하면 카르노 효율 한계는 6.7%에서 약 9.7%로 개선되고, 해수를 섭씨 45도로 증가시키면 카르노 효율 한계는 약 12.6%로 개선된다. Providing water heated to this temperature can increase the operating efficiency of the OTEC system as described above. For example, applying a suitable thermodynamic cycle that thermally cuts deep water temperature to 4-6 degrees Celsius, providing seawater temperature of 35 degrees Celsius improves the Carnot efficiency limit from 6.7% to about 9.7% and increases seawater to 45 degrees Celsius. The Carno efficiency limit is then improved to about 12.6%.

실제 OTEC 시스템은, 그러나, 바람직하지 못한 온도 강하, 바람 및 마찰로 인한 설비손실, 및 일부 출력 에너지는 펌프 및 기타 보조 요소들 구동에 사용되어야 하는 내재적 요건들을 가진다. 이러한 요인들은 일반적으로 섭씨 25-27 도의 표층수를 사용하는 OTEC 시스템 실질 열효율을 약 3%로 감소시킨다. 그러나, 집열기(300)와 같은 집열기를 이용하여 표층수 온도를 섭씨 35 도로 높이면 실제 효율은 3%에서 6%로 증가되고, 집열기를 이용하여 표층수 온도를 섭씨 45 도로 높이면 실제 효율은 약 9%까지, 또는 종래 OTEC 동력 플랜트 실제 효율 3배까지 증가된다. 이러한 효율 개선은 보다 낮은 재생 에너지 생산 비용 및 기타 이점들과 함께 신속한 OTEC 플랜트 초기 자금 회수를 실현시킨다.In practice, OTEC systems, however, have inherent requirements that must be used to drive pumps and other auxiliary elements, and some output energy due to undesirable temperature drops, wind and friction. These factors reduce OTEC system real thermal efficiency to about 3%, which typically uses surface water between 25 and 27 degrees Celsius. However, when the surface water temperature is increased to 35 degrees Celsius using a collector such as collector 300, the actual efficiency is increased from 3% to 6%. When the surface water temperature is increased to 45 degrees Celsius using the collector, the actual efficiency is about 9%. Or up to three times the actual efficiency of conventional OTEC power plants. This efficiency improvement, combined with lower renewable energy production costs and other benefits, enables rapid OTEC plant initial capital recovery.

일부 경우들에서, 집열기 조립체(300) “버블-팩” 조립체들에 있는 것과 유사한 에어셀들을 가지는 중합체 필름을 이용하여 조립될 수 있다. 일부 경우들에서, 집열기 조립체(300)는, 기타 압출기는 블랙 중합체 공급원료를 이송시켜 벽들(314, 331, 332)을 제조하면서 펠렛과 같은 투명 중합체 공급원료를 벽들(311, 312)로 제조하는 압출기에 의해 공급되는 압출 다이 압력을 적용하여 바지선 또는 선박으로부터 압출될 수 있다. 이러한 조립 기술로 거대 집열기 길이(예를들면 1-10 마일) 또는 OTEC 플랜트에 의해 요구되는 특정에너지 수준 집열에 필요한 기타 특정 길이를 조립할 수 있다. In some cases, the collector assembly 300 may be assembled using a polymer film having air cells similar to those in the “bubble-pack” assemblies. In some cases, the collector assembly 300 may produce a transparent polymer feedstock such as pellets into the walls 311, 312 while the other extruder delivers the black polymer feedstock to produce the walls 314, 331, 332. The extrusion die pressure supplied by the extruder may be applied to extrude from the barge or ship. This assembly technique allows the assembly of large collector lengths (eg 1-10 miles) or other specific lengths required for the specific energy level collection required by the OTEC plant.

도 4는 폐쇄 에어셀들을 가지는 집열기 조립체(400)의 개략 측면도이다. 집열기 조립체는 채널(320) 및 절연 공간들(310, 330)을 포함한다. 폐쇄부 또는 함몰부(410, 420)가 절연 공간들에 형성된다. 예를들면, 벽들을 변형 및 함께 용접시켜 함몰부 및 수중 부유 패널 조립체를 만든다. 함몰부는 얇은 플라스틱 스트립(미도시)으로 덮혀 집열기 조립체 최상부 및 바닥에 유연한 표면을 형성한다. 함몰부는 적합한 보강재 및/또는 가중재를 고정시켜 조립체 무게 중심을 낮추는데 사용된다.4 is a schematic side view of a collector assembly 400 having closed air cells. The collector assembly includes a channel 320 and insulating spaces 310, 330. Closures or depressions 410 and 420 are formed in the insulating spaces. For example, the walls are deformed and welded together to form depressions and underwater floating panel assemblies. The depressions are covered with a thin plastic strip (not shown) to form a flexible surface on the top and bottom of the collector assembly. The depressions are used to lower the assembly center of gravity by securing suitable reinforcements and / or weights.

일부 실시예들에서, 집열기 조립체는 수평 웹(510, 520)을 절연 공간(310, 330)에 부가하여 이류(convective current) 손실을 극복하거나 방지한다. 도 5는 절연 공간들 내부에 웹(510)을 가지는 집열기(500) 개략 측면도이다. 웹(510, 520)은 절연 공간들 내부 및/또는 채널(320) 내부로 열을 포함하도록 추가 층 또는 벽을 제공한다. 웹(510, 520)은 한쪽 또는 양쪽 공간들 내부에 있을 수 있고, OTEC 시스템 필요에 따라 투명 또는 불투명 재료로 제작될 수 있다. In some embodiments, the collector assembly adds horizontal webs 510, 520 to the insulating spaces 310, 330 to overcome or prevent convective current losses. 5 is a schematic side view of a collector 500 having a web 510 inside insulating spaces. The webs 510, 520 provide additional layers or walls to include heat into the insulating spaces and / or into the channel 320. The webs 510, 520 can be inside one or both spaces and can be made of transparent or opaque material as required for the OTEC system.

도 6A는 선형 렌즈를 가지는 집열기 조립체(600) 일부 개략 단면도이다. 조립체(600)는 렌즈(610)를 포함하고 벽들(612, 614, 620), 및 렌즈로 형성되는 절연 공간들, 및 해수를 저장하고 절연 공간들(615)에 의해 포획된 열을 수용하는 채널(625)을 가진다. 렌즈(610)는 더욱 평탄한 조립체 벽들로부터는 보통 반사될 수 있는 이른 아침 및/또는 늦은 오후 태양광을 굴절시켜 수집한다. 렌즈는, 일부 경우들에서, 양호한 일일 태양에너지의 열 전환을 제공하고, 기타 이점들보다도 조립체 트러스 구조를 제공하여 조립체 강도 및 강성을 개선한다. 6A is a schematic cross-sectional view of a portion of a collector assembly 600 having a linear lens. The assembly 600 includes a lens 610 and walls 612, 614, 620, and insulating spaces formed from a lens, and a channel for storing sea water and receiving heat captured by the insulating spaces 615. Has 625. Lens 610 collects by refracting early morning and / or late afternoon sunlight, which may normally be reflected from flatter assembly walls. The lens, in some cases, provides a good daily heat conversion of solar energy and provides an assembly truss structure over other advantages to improve assembly strength and stiffness.

일부 렌즈(610) 및 벽들(612, 614, 620)은 전 영역의 태양광을 전달하는 재료로 제작되지만, 기타 렌즈는 섭씨 50도 이하에 해당하는 적외선 파장 전달 재료로 조립될 수 있다. 예를들면, 벽들은 불투명하여 태양 복사선을 열로 전환하고, 채널(625)을 통과하는 물을 가온시킨다. 공간(615)에 있는 공기는 채널(625) 내에 있는 가온수를 절연한다. 벽들(612, 614, 620)을 코팅하면 섭씨 50 도의 적외선 파장 소거가 가능하다.Some lenses 610 and walls 612, 614, 620 are made of a material that transmits sunlight in the entire area, while other lenses may be assembled with an infrared wavelength transmitting material that corresponds to 50 degrees Celsius or less. For example, the walls are opaque, converting solar radiation into heat and warming water through channel 625. Air in the space 615 insulates the warm water in the channel 625. Coating walls 612, 614, 620 allows infrared wavelength cancellation at 50 degrees Celsius.

일부 실시예들에서, 집열기 조립체는 절연 공간들에 공기보다 낮은 열전도도의 가스를 충전시켜 이류 손실을 극복하거나 방지할 수 있다. 표 1은 절연 공간들 충전에 적합한 가스의 상대 열전도도를 보인다.In some embodiments, the collector assembly can fill the insulating spaces with a gas of lower thermal conductivity than air to overcome or prevent advection losses. Table 1 shows the relative thermal conductivity of the gas suitable for filling the insulating spaces.

물질matter 열전도도 Thermal conductivity AIRAIR 0.026 (W/mKsec) (100%)0.026 (W / mKsec) (100%) Ar (아르곤)Ar (Argon) 0.018 (69%)0.018 (69%) CO (일산화탄소)CO (carbon monoxide) 0.025 (96%)0.025 (96%) CO₂ (이산화탄소)CO ₂ (carbon dioxide) 0.017 (65%)0.017 (65%) He (헬륨)He (helium) 0.151 (580%)0.151 (580%) H₂ (수소)H ₂ (Hydrogen) 0.182 (700%)0.182 (700%) Ne (네온)Ne (neon) 0.049 (188%)0.049 (188%) N₂ (질소)N ₂ (nitrogen) 0.026 (100%)0.026 (100%) O₂ (산소)O ₂ (Oxygen) 0.027 (104%)0.027 (104%) C₃H₈ (프로판)C ₃ H ₈ (Propane) 0.016 (63%)0.016 (63%) H₂ O (물)H ₂ O (water) 0.59 (2300%)0.59 (2300%)

예를들면, 이산화탄소 및 아르곤은 공기보다 훨씬 낮은 열전도도를 가지고, 채널에 있는 가온수에 대하여 더 높은 절연을 제공한다. 또한 이산화탄소, 육불화황, 또는 질소산화물과 같은 일부 선택 가스들 역시 가열수로부터 IR 복사에 의한 열손실을 차단하거나 방지할 수 있다. For example, carbon dioxide and argon have a much lower thermal conductivity than air and provide higher insulation against warm water in the channel. In addition, some optional gases, such as carbon dioxide, sulfur hexafluoride, or nitrogen oxides, can also block or prevent heat loss from IR radiation from the heated water.

일부 경우들에서, 집열기 조립체에 강도 및 강성을 제공하기 위하여 집열기 조립체는 가압 절연 공간들을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 집열기 조립체는 다양한 바람직한 압력의 공기 또는 기타 더 낮은 전도성 가스를 보유하도록 낮은 투과도 재료 또는 복합층들 또는 표면 처리되어 제작될 수 있다.In some cases, the collector assembly may include pressurized insulation spaces to provide strength and rigidity to the collector assembly. In some cases, the collector assembly may be fabricated with a low permeability material or composite layers or surface treatments to retain various desirable pressures of air or other lower conductive gas.

도 6B는 집열기 조립체를 위한 가압 가스 생성 장치(650)를 보이는 개략도이다. 가압 산소는 포트(652)를 통하여 세라믹 챔버(654)로 이송되며, 여기에서 탄소 주게(656)가 연소되어 이산화탄소를 생산한다. 탄소 주게(656)로의 열전달은 유도 가열 코일(658)로 달성된다. 탄소 주게(656)는 해양 쓰레기 축적물 및 파라핀 및 폴리에틸렌과 같은 기타 재료, 또는 도시된 바와 같은 원통형 봉재 형태의 탄소와 같은 임의의 적합한 탄소원일 수 있다. 전극들(662, 664)은 플라즈마를 제공하여 탄소 주게 봉재(656)를 점화시킨다. 이산화탄소는 포트(660)에 의해 장치로 이송된다. 탄소 주게 봉재(656)를 당기면 체크 볼 밸브(668)를 회전시켜 산소 단절 및 반응 중지, 이에 따라 이산화탄소 생산이 종료된다. 존재한다면, 온도 및/또는 압력 변화와 같은 주변 조건에 따라 수증기는 IR 차단 가스로 잔류하거나, 장치로부터 포획되거나 여과된다.6B is a schematic diagram showing a pressurized gas generating device 650 for a collector assembly. Pressurized oxygen is transported through the port 652 to the ceramic chamber 654 where the carbon holder 656 is burned to produce carbon dioxide. Heat transfer to the carbon holder 656 is achieved with an induction heating coil 658. Carbon holder 656 may be any suitable carbon source, such as marine debris deposits and other materials, such as paraffin and polyethylene, or carbon in the form of cylindrical rods as shown. Electrodes 662 and 664 provide plasma to ignite carbon donor rod 656. Carbon dioxide is transferred to the device by port 660. Pulling the carbon donor rod 656 rotates the check ball valve 668 to stop oxygen and stop the reaction, thus ending carbon dioxide production. If present, water vapor remains as an IR blocking gas, or is trapped or filtered from the device depending on ambient conditions such as temperature and / or pressure changes.

때로, 해양 조건들은 OTEC 플랜트로의 열 이송을 개선시키기 위한 비교적 가온인 물의 흐름을 이용하거나 형성할 기회를 제공한다. 도 7은 해류를 이용 집열기를 보이는 개략도이다. 집열기 조립체(700)는 집열기 아래 물(715)에 태양에너지를 가두기 위하여 절연공간(710) 내 절연가스(예를들면, 공기 또는 이산화탄소)를 보유할 수 있는 얇고 투명한 중합체 층들을 포함한다. 포획된 에너지는 물(715)의 증발 냉각을 방지하거나, OTEC 플랜트에 보강체제로서 가열수(715)를 제공한다. 이러한 조립체, 또는 “집열기 바지선(Barge)”(700)은 태양에너지 획득 및 조립체 절연 기능을 극대화하기 위하여 연결 웹(들)(713)으로 이격된 얇은 투명 광택재(들)(711, 712)을 포함한다. 층(712)은 섭씨 50도 이하 물질 복사선에 해당하는 파장을 반사 및/또는 흡수하여, 효과적으로 태양에너지를 포획하고 물(715)에 보유한다. 조립체는 모서리에 가스-절연된 벽들(720)의 표면 아래 연장부, 및 침수 셀(722)을 포함하거나 또는 필요하다면 추가적인 보강재 및/또는 가중재를 제공하여 수중에서 조립체를 안정시킨다. 조립체는 선형 또는 만곡 형태로 물(717)이 바지선 내외로 유동할 때 코리롤리 가속도를 상쇄시키거나 제공할 수 있다. Sometimes marine conditions provide an opportunity to exploit or form a relatively warm stream of water to improve heat transfer to the OTEC plant. 7 is a schematic view showing a collector using currents. The collector assembly 700 includes thin transparent polymer layers that can hold an insulating gas (eg, air or carbon dioxide) in the insulating space 710 to trap solar energy in the water 715 below the collector. The captured energy prevents evaporative cooling of the water 715 or provides the heated water 715 as a reinforcement to the OTEC plant. This assembly, or “barge” 700, is a thin transparent varnish (s) 711, 712 spaced apart by connecting web (s) 713 to maximize solar energy acquisition and assembly insulation capabilities. Include. Layer 712 reflects and / or absorbs wavelengths corresponding to material radiation below 50 degrees Celsius, effectively capturing and retaining solar energy in water 715. The assembly includes an extension below the surface of the gas-insulated walls 720 at the edges, and the submerged cell 722 or, if necessary, provides additional reinforcement and / or weighting material to stabilize the assembly underwater. The assembly may offset or provide cororilly acceleration as water 717 flows in and out of the barge in a linear or curved form.

일부 경우들에서, 바지선(700)은 측면들(720)에 대한 보강 패널들을 포함하거나 측면들(720) 사이 수선 상하에 보강 트러스 지주 및 가새를 포함한다. 바지선은 위치 스러스터(position thruster)를 포함하여 해류 또는 해수 흐름에서 원하는 바지선(700) 위치 및 방향을 달성하고 유지한다. In some cases, barge 700 includes reinforcement panels for sides 720 or includes reinforcing truss struts and braces above and below the waterline between the sides 720. The barge includes a position thruster to achieve and maintain the desired barge 700 position and orientation in the current or seawater flow.

일부 경우들에서, 바지선(700) 및 다양한 층들은 압출로 형성되어 해양 쓰레기에서 유래된 재생 및/또는 재구성 중합체를 포함한 중합체 재료를 포함하는 압출 취입 성형 구조체를 생성한다. 바지선 요소들은 바다에 버려질 중합체 물품들을 수집하고 열역학적으로 개질 또는 달리 화학적 변경 및/또는 소성 성분들을 투입하여 바지선 벽들의 혼합물 또는 합금을 형성한다. 예를들면, 선박 또는 바지선은 해양 쓰레기 축적물에서 회수된 재료를 포함한 공급원료로 해양에서 운전되거나 및/또는 버려지거나 또는 통상 버려져 지구 해양 쓰레기 축적물에 더해지는 것을 방지하도록 중합체 생산물을 이용하는 육지-기반 플랜트에서 운전된다.In some cases, barge 700 and various layers are formed by extrusion to produce an extrusion blow molded structure comprising a polymeric material including recycled and / or reconstituted polymers derived from marine debris. Barge elements collect polymeric articles to be discarded at sea and inject thermodynamically modified or otherwise chemically modified and / or plastic components to form a mixture or alloy of barge walls. For example, a ship or barge is a feedstock including material recovered from marine debris stocks and land-based using polymer products to prevent it from being operated offshore and / or discarded or normally discarded and added to global marine debris stocks. It is operated in the plant.

태양에너지 보강 Solar energy reinforcement OTECOTEC 시스템 system

본원에 기재된 바와 같이, 본시스템은 본원에 기재된 다양한 집열기 조립체들와 같은 보강체제를 OTEC 시스템에 부가하여, OTEC 시스템의 열기관 효율을 증가시킨다. 도 8A는 보강 OTEC 시스템(800)의 개략 평면도이다. As described herein, the system adds a reinforcement such as the various collector assemblies described herein to the OTEC system, thereby increasing the heat engine efficiency of the OTEC system. 8A is a schematic top view of a reinforcement OTEC system 800.

본 시스템은 상승효과적 열-보전 나선 형상의 집열기 조립체(820)로 둘러싸인 OTEC 플랜트(810)를 포함한다. 나선 조립체(820)는 나선 조립체 최상부에서 바닥부까지 연장되는 고-강도 탄소 강화 중합체 네팅(netting)(미도시)으로 안정화될 수 있다. 일부 경우들에서, 최상부 네팅에서 바닥층까지 불규칙적 연결선으로 추가적인 지지 및 안정화가 제공된다. 네팅은 주변 온도가 극단적으로 변하는 적용 분야에서 전기를 이용할 수 있어, 각각의 나선 길이 및 폭은 열수축 및 팽창을 수용하도록 가변될 수 있다. 일부 경우들에서, 다양한 형상의 심들(seams)을 피복하는데 사용되는 스트립과 같은 얇은 중합체 스트립로 추가적인 지지 및 안정화가 제공된다. 일부 경우들에서, 조립체를 결속하는 적합한 접착제, 또는 용접에 의해 추가적인 지지 및 안정화가 각각의 추가적인 나선층에 제공된다. 일부 경우들에서, 원주 스트랩과 함께 고강도 방사형 케이블 또는 스트랩으로 추가적인 지지 및 안정화가 제공된다.The system includes an OTEC plant 810 surrounded by a synergistic heat-conserving spiral shaped collector assembly 820. Helix assembly 820 may be stabilized with a high-strength carbon reinforced polymer netting (not shown) that extends from the top of the helix assembly to the bottom. In some cases, additional support and stabilization is provided with irregular leads from the top netting to the bottom layer. The netting can utilize electricity in applications where the ambient temperature is extremely variable, such that each spiral length and width can be varied to accommodate heat shrinkage and expansion. In some cases, additional support and stabilization is provided by thin polymer strips, such as strips used to cover seams of various shapes. In some cases, additional support and stabilization is provided to each additional spiral layer by a suitable adhesive, or welding, that binds the assembly. In some cases, additional support and stabilization is provided with a high strength radial cable or strap along with the circumferential strap.

따라서, 형성된 나선 조립체는 저렴한 얇은 중합체 벽들로 형성되지만 자체-안정적이다. 일부 경우들에서, 조립체는 나선 집열기 조립체(820) 위로 공기-쿠션 차량 통행로를 제공하여 나선 중앙에 있는 OTEC 플랜트(810)로의 개인적 왕복이 가능하다.Thus, the formed spiral assembly is formed of inexpensive thin polymer walls but is self-stable. In some cases, the assembly provides an air-cushion vehicle passageway over the spiral collector assembly 820 to allow personal round trip to the OTEC plant 810 in the center of the spiral.

작동에 있어서, 해양 표층수는 입구 개구(824)로 나선 조립체(820)에 유입된다. 물은 조립체를 지나며, 이송 과정에서 나선 조립체로부터 열을 수용한다. OTEC 플랜트(810)와 연결된 출구 개구(822)를 통하여 물은 OTEC 플랜트(810)로 공급된다. 조립체(820)는 도면에 도시된 것보다 더 많거나 적은 나선들을 포함할 수 있거, 부분적으로 나선 형상일 수 있고, 선형일 수 있고, 필요하다면 다양한 다른 형상을 가질 수 있다.In operation, ocean surface water enters spiral assembly 820 through inlet opening 824. Water passes through the assembly and receives heat from the spiral assembly during the transfer. Water is supplied to the OTEC plant 810 through an outlet opening 822 connected with the OTEC plant 810. Assembly 820 may include more or fewer spirals than shown in the figures, may be partially spiral shaped, linear, and may have various other shapes as desired.

일부 실시예들에서, 본원에 기재된 보강 OTEC 시스템은 무엇보다도 표층으로부터 가장 높은 가용 온도의 물을 제공하고 심층으로부터 가장 낮은 가용 온도의 물을 제공하기 위하여 상당한 거리에서 해수를 이송하기 위한 절연 파이프들 사용이 요구되는 종래 OTEC 플랜트의 재료-활용 효율을 개선한다. 나선 조립체는, 일부 실시예들에서, 원하는 온도의 가열수 공급을 가능하게 하며 나선 조립체 근처 가온수 수집을 가능하게 한다.In some embodiments, the reinforcement OTEC system described herein uses insulated pipes to transfer seawater at a significant distance to provide, among other things, water at the highest available temperature from the surface layer and water at the lowest available temperature from the deep layer. This requires improving the material-utilization efficiency of conventional OTEC plants. The spiral assembly, in some embodiments, enables the supply of hot water at a desired temperature and enables warm water collection near the spiral assembly.

즉, 동일 용적의 재료 투입에 대하여, 나선의 얇은-벽 조립체는 상당한 거리에서 물을 이송하는 긴 파이프보다 더 높은 열효율을 제공한다. 예시적 재료로는 폴리올레핀, 불화비닐수지(C₂H₃F)_n, 불화비닐리덴수지(C₂H₂F₂)_n, 및 해양에 투기되는 재료를 포함한 여러 기타 고온 중합체을 포함한다. 일부 경우들에서, 조립체(820)는 투명층들에 대하여는 폴리비닐-플루오라이드과 같이 개질 중합체를 포함한 내UV성 불화중합체로 제작되고, 조립체 일부에서 태양 이익 개선을 위한 블랙 또는 선택적 투광층들에 대하여는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀을 사용하여 제작된다. In other words, for the same volume of material input, the spiral thin-wall assembly provides higher thermal efficiency than long pipes that carry water at significant distances. Exemplary materials include polyolefins, vinyl fluoride resins (C ₂ H ₃ F) _n , vinylidene fluoride resins (C ₂ H ₂ F ₂ ) _n , and several other high temperature polymers, including materials that are dumped into the ocean. In some cases, assembly 820 is made of a UV resistant fluoropolymer comprising a modifying polymer, such as polyvinyl-fluoride, for the transparent layers, and polyethylene for the black or selective light-transmitting layers for improved solar benefits in some of the assemblies. Or polyolefins such as polypropylene.

도 8B는 다중 집열기 조립체들을 가지는 보강 OTEC 시스템(850) 개략 평면도이다. OTEC 시스템은 바지선 또는 선박 상의 OTEC 플랜트(860), 및 가열수를 OTEC 플랜트로 공급할 수 있는 2 이상의 집열기 조립체들(820)을 포함한다. 일부 경우들에서, 다중 집열기 조립체들(820)를 활용하면 태양에너지는 집열기 “뱅크”에 저장되어 야간 및/또는 우중충한 날씨에도 고온수를 OTEC 플랜트(860)로 공급할 수 있다. 예를들면, 주간에는 OTEC 플랜트(860)는 하나 이상의 집열기 조립체들(820)에 의해 가열된 물로 보강되고, 하나 이상의 추가적 집열기 조립체들은 향후 사용을 위해 물을 가열하고 가열수를 저장한다. 일부 경우들에서, 집열기 물 입구는 나선 안쪽에 배치되어 입구 필터가 쓰레기들로 막히는 것을 방지한다. 8B is a schematic top view of a reinforcement OTEC system 850 with multiple collector assemblies. The OTEC system includes an OTEC plant 860 on a barge or ship, and two or more collector assemblies 820 that can supply heated water to the OTEC plant. In some cases, utilizing multiple collector assemblies 820, solar energy may be stored in a collector “bank” to supply hot water to the OTEC plant 860 even at night and / or in harsh weather. For example, during the day the OTEC plant 860 is reinforced with water heated by one or more collector assemblies 820, and the one or more additional collector assemblies heat the water and store the heated water for future use. In some cases, the collector water inlet is disposed inside the spiral to prevent the inlet filter from clogging up with rubbish.

가열수를 저장하는 집열기 조립체들에 있는 물은 섭씨 65도까지 가열되어 추가적인 높은 운전 효율을 구현 및/또는 최고 온도의 물을 미-가열 해수와 혼합하여 섭씨 45도의 가온수를 생산하여 야간 및/또는 우중충한 날에도 보강 OTEC 플랜트(860)의 운전 시간을 연장시킬 수 있다. 집열기 조립체들(820)은 입구에서 출구로의 가열수 코리롤리 가속도를 제공하도록 구성될 수 있지만, 시계 또는 반시계 방향으로 감질 수 있다. The water in the collector assemblies that store the heated water is heated to 65 degrees Celsius to achieve additional high operating efficiency and / or mix the highest temperature water with unheated seawater to produce 45 degrees Celsius hot water at night and / Alternatively, the operating time of the reinforcement OTEC plant 860 can be extended even on a lukewarm day. Collector assemblies 820 may be configured to provide heated water cororirolly acceleration from the inlet to the outlet, but may be wound clockwise or counterclockwise.

도 8C는 다중 집열기 조립체들 및 다중 바지선 및 OTEC 플랜트를 가지는 보강 OTEC 시스템(865) 개략 평면도이다. 본 시스템은 2 이상의 집열기 조립체들(820) 및 2 이상의 바지선(860, 862, 864, 866)을 포함한다. 다중 바지선들은 집열기 조립체들로부터 가열수로 보강된 하나 이상의 OTEC 플랜트를 포함하고, 수소 발생 플랜트, 탄소 발생 플랜트, 기타 등과 같은 기타 유형의 에너지 발생시스템 및 플랜트을 포함할 수 있다. 즉, 본 시스템은 OTEC 플랜트를 본원에 기재된 바와 같은 기타 생성 처리 시스템으로 보강할 수 있다. 8C is a schematic plan view of a reinforced OTEC system 865 with multiple collector assemblies and multiple barges and an OTEC plant. The system includes two or more collector assemblies 820 and two or more barges 860, 862, 864, 866. Multiple barges include one or more OTEC plants that are reinforced with hot water from the collector assemblies, and may include other types of energy generation systems and plants, such as hydrogen generating plants, carbon generating plants, and the like. That is, the system can augment the OTEC plant with other production processing systems as described herein.

OTEC 플랜트가 더 높은 유동 요건 및/또는 낮은 거주 시간(dwell time)을 요구하는 일부 경우들에서, 본 시스템은 OTEC 플랜트로부터 연장되는 2, 3, 4 이상의 나선 조립체들를 통합할 수 있다. 도 9는 다중 나선 조립체들로 보강된 OTEC 플랜트(900) 개략 평면도이다. OTEC 플랜트(910)는 연결 요소들(925)에 의해 집열기 바지선(860)에 상호 교환적으로 연결된 3개의 나선 조립체들(920)로부터 가열수를 공급받는다. 본원에 기재된 바와 같이, 전기부하(예를들면, 야간에 수소 및 산소 생산을 위한 물의 전기분해를 포함한 운전)를 맞추기 위하여 야간을 이용하는 소정 적용 분야에서와 같이 긴 나선 조립체들은 야간에 태양 가열수를 제공한다. 나선 조립체들 내부에서 물의 가열 및 가열수 저장으로 기타 이점들 중에서도 주간 및 야간 효율이 개선된다. 추가로, 야간 전기분해로 인한 수소 생산은 기타 이점들 보다도 고가의 OTEC 플랜트 투자금 회수를 개선시키는 야간 전기 판매가 가능하다.In some cases where the OTEC plant requires higher flow requirements and / or low dwell time, the system may incorporate two, three, four or more spiral assemblies extending from the OTEC plant. 9 is a schematic plan view of an OTEC plant 900 reinforced with multiple helix assemblies. The OTEC plant 910 is supplied with heating water from three helix assemblies 920 which are interconnected to the collector barge 860 by connecting elements 925. As described herein, long spiral assemblies, such as in certain applications where nighttime is used to meet electrical loads (eg, operations involving electrolysis of water for hydrogen and oxygen production at night), may be used to provide solar heated water at night. to provide. The heating of the water and the storage of the heated water inside the spiral assemblies improves day and night efficiency, among other advantages. In addition, hydrogen production from night electrolysis enables nightly electricity sales to improve return on expensive OTEC plant investments, among other advantages.

일부 실시예들에서, 가열수 표면 길이, 폭, 및 깊이는 OTEC 플랜트 열적 요건 공급에 비례하지만 한편 자연적인 해류 운동량을 이용하면 더 낮은 비용의 태양열 수집, 저장 및 OTEC 플랜트로의 공급이 가능하다. 도 10은 집열기 바지선에 의해 보강된 OTEC 플랜트(1000) 개략 평면도이다. OTEC 플랜트(1010)를 향하여 이동하는 비교적 가온수인 자연적인 또는 인공적인 해류는 2 이상의 집열기 바지선들(1020)에 의해 가열되고 OTEC 플랜트(1010) 운전을 최적화 하기 위하여 가열수가 공급 및/또는 저장된다. 일부 경우들에서, OTEC 플랜트(1010)의 효율적 열교환 작동을 최적화 하기 위하여 필요하다면 물이 바지선(1020)를 통과할 때 적합한 가열수 깊이가 증가되거나 및/또는 단면적이 변할 것이다. In some embodiments, the heated water surface length, width, and depth are proportional to the supply of OTEC plant thermal requirements, while the use of natural current currents allows lower cost solar collection, storage, and supply to the OTEC plant. 10 is a schematic plan view of an OTEC plant 1000 reinforced by a collector barge. Natural or artificial currents of relatively warm water moving towards the OTEC plant 1010 are heated by two or more collector barges 1020 and heated water is supplied and / or stored to optimize OTEC plant 1010 operation. . In some cases, a suitable hot water depth will be increased and / or the cross-sectional area will be increased when water passes through the barge 1020 if necessary to optimize the efficient heat exchange operation of the OTEC plant 1010.

도 11은 열기관에 의해 사용되는 작동유체를 직접 가열하는 집열기 조립체(1100) 개략 단면도이다. 예를들면, 집열기 조립체는 에탄, 프로판, 부탄, 암모니아, 및/또는 할로겐화 탄화수소 및 선택적 혼합물을 포함한 작동유체를 직접 가열하여, 폐쇄 또는 조합적 사이클의 OTEC 플랜트를 운전할 수 있다. 이러한 조립체는 바이오연료화 열 교환기가 필요하지 않고, 기타 기술에 비하여 더 높은 온도의 작동유체를 구현할 수 있다. 집열기 조립체는 작동유체가 가압되어 동력 터빈에서 증기 팽창을 위한 더 큰 밀도 및 압력 강하를 제공하는 라슨-맥알리스터(Larsen-McAlister) 사이클, 브레이턴(Brayton) 사이클, 에릭손(Ericsson) 사이클, 및/또는 랭킨(Rankine) 사이클과 같은 열역학적 사이클을 이용할 수 있다. 11 is a schematic cross-sectional view of a collector assembly 1100 that directly heats a working fluid used by a heat engine. For example, the collector assembly can directly heat a working fluid comprising ethane, propane, butane, ammonia, and / or halogenated hydrocarbons and optional mixtures to drive a closed or combined cycle of an OTEC plant. Such an assembly does not require a biofuelized heat exchanger and can achieve a higher temperature working fluid compared to other technologies. The collector assembly is the Larsen-McAlister cycle, the Brayton cycle, the Ericsson cycle, and the working fluid pressurized to provide greater density and pressure drop for steam expansion in the power turbine. And / or thermodynamic cycles such as the Rankine cycle can be used.

선택된 작동유체는 목표 튜브(들)(1116) 내부에서 가열된다. 렌즈(1102 및 1104) 및 웹들(1106 및 1108)은 태양 복사선을 투과한다. 태양 복사선은 외관 면적(1102) 대 외관 면적(1116) 비율에 따라 바람직한 정도로 집중된다. 웹들(1106 및 1108)은 광파이프들 및/또는 반사 가이드들로 기능하여 선택된 작동유체의 광학적 및 화학적 특성에 따라 불투명 또는 투명한 튜브(들)(1116)로 빛을 전달한다. 지지되고 절연된 튜브(들)(1116) 격리부는 도시된 바와 같이 웹들(1110, 1112) 및 바닥 웹(1114)과 같은 불투명 중합체 웹들을 사용한다. 일부 경우들에서, 조립체는, 채널들(1120, 1122, 1124, 1126) 내에 이산화탄소, 아르곤, 질소산화물, 또는 육불화황과 같은 절연되고 긴 -IR-차단 가스를 포함하여 튜브(들)(1116) 내 유체로 전달되는 열을 포획하고 튜브(들)(1116)로부터의 대류, 전도 및/또는 복사 손실을 최소화한다. 채널들(1118, 1120, 1122, 1124)은 바람직한 침수에 필요한 부피/압력을 가지도록 및/또는 조립체 부력 또는 강성을 조절하도록 설계된다. The selected working fluid is heated inside the target tube (s) 1116. Lenses 1102 and 1104 and webs 1106 and 1108 transmit solar radiation. Solar radiation is concentrated to a desired degree depending on the ratio of the exterior area 1102 to the exterior area 1116. Webs 1106 and 1108 function as light pipes and / or reflective guides to transmit light to opaque or transparent tube (s) 1116 depending on the optical and chemical properties of the selected working fluid. The supported and insulated tube (s) 1116 isolation uses opaque polymeric webs such as webs 1110, 1112 and bottom web 1114 as shown. In some cases, the assembly includes an insulated, long-IR-blocking gas, such as carbon dioxide, argon, nitrogen oxides, or sulfur hexafluoride, in the channels 1120, 1122, 1124, 1126. Trap heat transferred to the fluid within the) and minimize convection, conduction, and / or radiation losses from the tube (s) 1116. Channels 1118, 1120, 1122, 1124 are designed to have the volume / pressure required for desired immersion and / or to adjust assembly buoyancy or stiffness.

도 12는 집열기 조립체들로 보강된육지-기반 OTEC 플랜트(1200) 개략 평면도이다. 육지(1210) 상의 OTEC 플랜트(1212)는 바다(1220)에 있는 나선 집열기 조립체(1224) 및 선형 집열기(1222), 및 육지-기반 집열기들(1214)을 포함한 다양한 상이한 유형의 집열기 조립체들로 보강된다. 12 is a schematic plan view of a land-based OTEC plant 1200 reinforced with collector assemblies. OTEC plant 1212 on land 1210 is reinforced with various different types of collector assemblies, including spiral collector assembly 1224 and linear collector 1222, and land-based collectors 1214 in the sea 1220. do.

예를들면, OTEC 플랜트(1212)는 직경이 약 1.5 마일인 나선 집열기 조립체(1224)에 의해 OTEC 플랜트(1212)로부터 순전단 출력 10 MW 전기 공급에 충분한 수집된 태양열 에너지를 공급한다. 또한 OTEC 플랜트(1212)는 스털링(Stirling) 사이클, 에릭손 사이클, 및/또는 브레이턴 사이클과 같은 열기관 사이클에 기반한 재생 시스템 팽창을 위하여 수소 작동유체를 약 섭씨 800도로 가열시키는 점-초점 유형의 태양열 집광판(1214)에 의해 운전된다. 재생 에너지 전환시스템에 의해 일 및/또는 전기로 전환되지 않는 열은 OTEC 효율 개선을 위하여 유입 해수 가온에 사용되거나, 도관(1222)에 의해 이송되는 냉 해수로 차단되어 총 에너지 전환 효율을 최대화한다. For example, OTEC plant 1212 supplies sufficient collected solar energy from the OTEC plant 1212 for a net shear output 10 MW electricity supply by a spiral collector assembly 1224 about 1.5 miles in diameter. The OTEC plant 1212 also provides a point-focus type solar collector that heats the hydrogen working fluid to about 800 degrees Celsius for expansion of regeneration systems based on heat engine cycles such as Stirling cycles, Ericsson cycles, and / or Brayton cycles. Driven by 1214. Heat that is not converted to work and / or electricity by the renewable energy conversion system is used to warm the incoming seawater to improve OTEC efficiency or is blocked by cold seawater transported by conduits 1222 to maximize the total energy conversion efficiency.

일부 경우들에서, 시스템은 집열기 조립체(1224) 연장관을 계속적인 태양 가열 및 가열수 절연을 위하여 활용할 수 있다. 일부 경우들에서, 시스템은 하나 이상의 집열기 조립체들로부터 가열 해수를 이용하며 하나 이상의 추가적인 집열기 조립체들은 야간 사용을 우하여 가열 및 태양열 가온수를 저장한다. In some cases, the system may utilize the collector assembly 1224 extension tube for continuous solar heating and hot water insulation. In some cases, the system utilizes heated seawater from one or more collector assemblies and one or more additional collector assemblies store heating and solar warm water for night use.

SOTECSOTEC 및 기타 생성 시스템과의 일체화 With other systems

본원에 기재된 바와 같이, 일부 실시예들에서 OTEC 플랜트는 수소 발생시스템, 메탄 발생시스템, 기타 등과 같은 기타 생성 시스템과 통합된다. 즉, OTEC 플랜트에 자원 생성을 위한 재활용 시스템을 부가하면 기타 이점들 중에서도 자원 및 영양 체제의 경제 개발을 이룰 수 있다. As described herein, in some embodiments the OTEC plant is integrated with other generation systems such as hydrogen generation systems, methane generation systems, and the like. In other words, the addition of a recycling system for generating resources to the OTEC plant can lead to economic development of the resource and nutrition regimes, among other benefits.

도 13은 지질학적 형성 구조로 인한 열로 보강된 OTEC 플랜트(1300)를 보이는 개략도이다. 예를들면, OTEC 플랜트(1304)는 표층수가 너무 차갑고 심층수가 너무 따듯하여 충분한 전기 발생을 지원할 수 없는 지점에 있다. OTEC 플랜트(1304)는 집열기 조립체(1303)에 의한 열 및/또는 전해조(1306) 또는 열기관(1307)으로부터의 열로 보강된다. 전해조(1306) 및/또는 열기관(1307)은 충분한 전기 발생 기준을 충족하는 재생 모드로 연료전지를 이용하기 위하여 현장 및/또는 적합한 지질학적 구조(1314)에 있는 파이프라인 접근 가능한 지하 저장된 상당한 함량의 화석 탄화수소를 포함하거나 그렇지 않은 수소를 활용한다.FIG. 13 is a schematic showing an OTEC plant 1300 thermally reinforced due to a geological formation structure. For example, OTEC plant 1304 is at a point where surface water is too cold and deep water is too warm to support sufficient electricity generation. OTEC plant 1304 is reinforced with heat by collector assembly 1303 and / or heat from electrolyzer 1306 or heat engine 1307. The electrolyzer 1306 and / or the heat engine 1307 may be stored in a pipeline-accessible subterranean amount of on-site and / or suitable geological structure 1314 for use of the fuel cell in a regenerative mode that meets sufficient electricity generation criteria. Use hydrogen with or without fossil hydrocarbons.

파이프(1310) 크기는 생산 수소를 저장하기에 충분하여야 한다. 예를들면, 태양 이익이 낮거나 야간에 시스템은 저장 파이프(1310) 및/또는 지하 저장소(1314)로부터 수소를 이용하여 열기관(1307) 및/또는 가역적 전해조 연료 전지(들)(1306)를 가동하기 위한 전기 수요를 충족시킬 수 있다. 파이프라인(1320) 및/또는 튜브(1302)를 통하여 및/또는 수평 연장튜브(1312)를 통하여 전기 및/또는 수소 시장에 더욱 인접한 대륙 부지에 있는 고갈된 석유 형성 구조 및/또는 기타 적합한 염 형성 구조 또는 석회동에 수소를 추가로 저장할 수 있다. Pipe 1310 should be large enough to store the production hydrogen. For example, at low solar benefits or at night, the system may operate heat engine 1307 and / or reversible electrolyzer fuel cell (s) 1306 using hydrogen from storage pipe 1310 and / or underground reservoir 1314. To meet the electricity demand. Depleted petroleum formation structures and / or other suitable salt formations on continental sites that are closer to the electricity and / or hydrogen market via pipelines 1320 and / or tubes 1302 and / or through horizontal extension tubes 1312 Additional hydrogen can be stored in the structure or lime copper.

북미 및 기타 대륙은 수소를 충분히 안전하고도 효율적으로 저장할 수 있는 깊이에 적당히 다공성이며 밀폐성인 지질 구조를 가진다. 이러한 구조들은 유기물질이 지질학적 형성 시기에 적층되었고 수백년 동안 메탄을 저장하고 있다. 또한 이러한 구조는 수백년 동안 고온 감람석 및 석회의 대륙 이동-유발 충돌로 생성된 수소를 저장하고 있다.North America and other continents have a moderately porous and hermetic lipid structure that is deep enough to store hydrogen safely and efficiently. These structures deposit organic material during geological formation and store methane for hundreds of years. This structure also stores hydrogen produced by continental migration-induced collisions of hot olivine and lime for hundreds of years.

또한, 연안 오일 및 천연가스 형성 구조도 OTEC 플랜트 전기로 생산되는 수소의 장기 저장할 수 있는 유사한 지질학적 구조이다. 도 13을 다시 참고하면, OTEC 플랜트(1304)로부터 육지 시장으로의 수소 이송은 밸브 헤드(1322)를 통하여 파이프라인(1324) 따라서 밸브(1338)로 연결되는 파이프라인(1320)으로 가능하여 지하 저장소(1326)로 이어지는 웰헤드(wellhead) 및 파이프(1316)로 공급된다. In addition, offshore oil and natural gas forming structures are similar geological structures that allow long-term storage of hydrogen produced by OTEC plant electricity. Referring back to FIG. 13, hydrogen transfer from the OTEC plant 1304 to the land market is possible through the valve head 1322 to the pipeline 1320 and to the pipeline 1320 which connects to the valve 1338 and thus underground storage. Supplied to a wellhead and pipe 1316 leading to 1326.

일부 경우들에서, 열기관(1307)은 전기 및 추가적인 열을 OTEC 플랜트(1304)로 신속하게 공급하여 플랜트 출력을 개선할 수 있는 급속 시동 엔진이다. OTEC 플랜트는 태양에너지와 같은 보강 에너지를 활용하여 메탄 수화물과 같은탄화수소를 수소 및 탄소로 분해한다. 수소가 열기관(1307) 및/또는 연료 전지(1306)에서 사용되어 축일 및/또는 전기를 제공할 수 있다. 탄소는 풍력, 조력, 수력 및/또는 태양열 이용 설비를 포함한 내구성 제품들을 제조하기 위하여 사용될 수 있다. 탄화수소 분해 및 기타 유사한 프로세스에 관한 더욱 상세한 사항은 상기 참고되고 통합된 관련 동시 출원들에서 기재된다.In some cases, heat engine 1307 is a quick start engine that can quickly supply electricity and additional heat to OTEC plant 1304 to improve plant output. OTEC plants use reinforcing energy such as solar energy to decompose hydrocarbons such as methane hydrates into hydrogen and carbon. Hydrogen may be used in heat engine 1307 and / or fuel cell 1306 to provide shaft work and / or electricity. Carbon can be used to manufacture durable products including wind, tidal, hydro and / or solar thermal equipment. Further details regarding hydrocarbon cracking and other similar processes are described in the related simultaneous applications referenced and incorporated above.

표층수 및 심층수 사이 충분한 온도 차이를 제공하지 않는 물에서 작동하는 OTEC 시스템은 클라스레이트 적층물에서 메탄을 생산하는 OTEC 플랜트를 이용한다. 클라스레이트 적층물로부터의 메탄 생산에 관한 더욱 상세한 사항은 상기 참고되고 통합된 관련 동시 출원들에서 기재된다. OTEC systems operating in water that do not provide a sufficient temperature difference between surface and deep water use an OTEC plant that produces methane in clathrate laminates. More details regarding methane production from clathrate laminates are described in the related simultaneous applications referenced and incorporated above.

도 13을 참조하면, 클라스레이트 및 기타 해양 자원에서 회수된 메탄은 파이프(1310)로 공급되고 전해조(1306)를 이용하여 전기분해 생산된 수소로 가압된다. 클라스레이트의 탄화수소 화합물 또는 중합체 또는 메탄 탄소 및 수소 제공을 위한 열화학적 분해 및/또는 가압 수소 제공을 위한 물의 전기분해는 기계적 펌프 작동보다 더욱 효율적으로 수소를 가압할 수 있다. 또한 가압 수소를 제한 공간 내 메탄으로 부가하면 수소가 처음 부가될 때의 메탄보다 더 높은 압력의 혼합물을 생산한다. 따라서, 수소 및 메탄의 혼합물은 파이프(1320)에 의해 설명된 대륙 시장으로 이송되거나 필요한 경우 구조(1314 및/또는 1326)에 저장되어 기타 이점들 보다도 총 시스템 경제성을 개선하고 시장 조건들을 만족시킬 수 있다.Referring to FIG. 13, methane recovered from clathrate and other marine resources is fed to pipe 1310 and pressurized with electrolyzed hydrogen using electrolyzer 1306. Hydrolysis of the hydrocarbon compound or polymer of the clathrate or thermochemical decomposition to provide methane carbon and hydrogen and / or electrolysis of water to provide pressurized hydrogen can pressurize hydrogen more efficiently than mechanical pump operation. The addition of pressurized hydrogen to methane in the confined space also produces a higher pressure mixture than methane when hydrogen is first added. Thus, a mixture of hydrogen and methane may be transferred to the continental market described by pipe 1320 or stored in structures 1314 and / or 1326 as needed to improve overall system economics and meet market conditions over other advantages. have.

구조(1326)과 같은 고갈된 오일 및 천연가스 저장소에서의 수소 및/또는 수소와 메탄 혼합물의 저장을 통하여 무엇보다도 화석 탄화수소 회수를 개선시킨다. 수소 저장으로 화석 탄화수소 형성 구조의 투과도가 개선된다. 수소 저장으로 열이 필요한 위치, 예를들면 타르샌드, 셰일, 및 고갈된 석유 및 천연가스 형성 구조로부터 화석 탄화수소 생산을 위하여 집중된 산소 부가 및 수소 연소를 통해 필요한 열을 제공할 수 있다. The storage of hydrogen and / or hydrogen and methane mixtures in depleted oil and natural gas reservoirs, such as structure 1326, among other things, improves fossil hydrocarbon recovery. Hydrogen storage improves the permeability of the fossil hydrocarbon forming structure. Hydrogen storage can provide the necessary heat through concentrated oxygen addition and hydrogen combustion for fossil hydrocarbon production from locations where heat is needed, such as tarsand, shale, and depleted petroleum and natural gas forming structures.

따라서, OTEC 플랜트(1304) 또는 기타 재생 에너지 전환 운전으로 생산된 전기는 전해조(1330)에 의한 산소 및 수소 생산에 이용된다. 파이프라인(1332)은 천연가스 및 메탄을 풍부하게 하고 가압하기 위하여 파이프라인(1324)으로 및/또는 도시된 바와 같이 구조(1326)에 저장하기 위하여 수소를 이송한다. 전해조(1330)에 의해 생산되고 가압된 산소는 의료 및 기타 상업 지장으로 보내지고 도관(1334)을 통하여 이송되어 수소를 연소하여 탄화수소를 가열하고 도시된 바와 같이 저장소(1326)로부터 생산을 증가시킨다.Thus, the electricity produced by the OTEC plant 1304 or other renewable energy conversion operation is used for oxygen and hydrogen production by the electrolyzer 1330. Pipeline 1332 transports hydrogen for storage in structure 1326 and / or as shown in pipeline 1324 to enrich and pressurize natural gas and methane. Oxygen produced and pressurized by electrolyzer 1330 is sent to medical and other commercial locations and sent through conduit 1334 to burn hydrogen to heat hydrocarbons and increase production from reservoir 1326 as shown.

일부 실시예들에서, 보강 OTEC 플랜트와 같은 OTEC 플랜트에 의해 생산된 전기는 전해조에 사용되어 수소 및 산소를 생산한다. 집열기에 의해 제공되는 집중 태양에너지와 같은 보강 에너지를 부가하면 전해조에서 전기분해에 필요한 전기에너지를 줄일 수 있다. 예를들면, 약 18 그램(1 그램 몰)의 물이 생성 자유 에너지 ΔG 237.13 kJ와 동일한 전기적인 일에 의해 분해된다. 본 프로세스는 흡열반응이고 생성된 수소 및 산소를 표준 온도 및 압력으로 팽창시키는 일인(TΔS) 48.7 kJ/mol와 동일한 추가 에너지를 소모한다. In some embodiments, electricity produced by an OTEC plant, such as a reinforcing OTEC plant, is used in an electrolyzer to produce hydrogen and oxygen. Adding reinforcement energy, such as concentrated solar energy provided by the collector, can reduce the electrical energy required for electrolysis in the electrolyzer. For example, about 18 grams (1 gram mole) of water is decomposed by the same electrical work as the generated free energy ΔG 237.13 kJ. The process is endothermic and consumes an additional energy equal to 48.7 kJ / mol, which is one (TΔS) which expands the produced hydrogen and oxygen to standard temperature and pressure.

ΔH = ΔG + TΔS [식 1]ΔH = ΔG + TΔS [Equation 1]

(285.83 kJ/mol = 237.13 kJ/mol + 48.7 kJ/mol).(285.83 kJ / mol = 237.13 kJ / mol + 48.7 kJ / mol).

분해 프로세스는 흡열 과정이므로, 본 시스템은 태양에너지 및/또는 기타 프로세스로부터의 폐기물 열을 이용할 수 있다. 열은 전기적인 일로 제공되어야 하는 깁스 자유 에너지(ΔG)를 감소시키기 때문에 추가 열은 전기분해 온도를 상승시킨다. 따라서, 총 인가 전압은 주변 온도에서 물을 분해할 때 필요한 것보다 작다.Since the decomposition process is an endothermic process, the system can utilize waste heat from solar energy and / or other processes. The additional heat raises the electrolysis temperature because heat reduces the Gibbs free energy ΔG, which must be provided in electrical work. Thus, the total applied voltage is smaller than necessary when decomposing water at ambient temperature.

흡열 에너지가 폐기물 열원 또는 주변에서 유입된다고 가정하면, 물 분해를 위한 최소 인가 전압은:Assuming endothermic energy comes from or around the waste heat source, the minimum applied voltage for water decomposition is:

ΔG = -nFE^o [식 2]ΔG = -nFE ^o [Equation 2]

이러한 최소 전압 요건(E^o)은 자유 에너지 변화(ΔG)에 따라 다르고, E^o 은 ΔG를 교환 전자 수(n)를 패러데이 상수(F = 9.648 x 10⁴)와 곱한 것 또는 (nF)로 나눈 것과 동일하다. 전기분해 온도가 표준 온도 25^oC 이상으로 높아지면, 전기분해 온도는 단열 화학양론적 연소 반응에 의해 달성될 수 있는 온도로 접근되므로 자유 에너지는 0으로 접근한다. This minimum voltage requirement (E ^o ) depends on the change in free energy (ΔG), where E ^o is the number of exchange electrons (n) multiplied by the Faraday constant (F = 9.648 x 10 ⁴ ) or (nF) Same as If the electrolysis temperature rises above the standard temperature of 25 ^o C, the free energy approaches zero since the electrolysis temperature is approached to a temperature that can be achieved by adiabatic stoichiometric combustion reactions.

일부 경우들에서, 전기분해 압력을 높이면 가압 수소를 얻고 원하는 밀도의 산소 저장이 가능하다. 압력 증가는 더 높은 전기분해 전압을 필요로 한다. 식 3은 압력 및 전압 요건 관계식을 보인다. 전기분해 전압(Ep)은 E^o 에 압력 상승에 대한 네른스트 조정식(Nernst adjustment) 을 더한 것이다:In some cases, increasing the electrolysis pressure yields pressurized hydrogen and allows oxygen to be stored at the desired density. Pressure increases require higher electrolysis voltages. Equation 3 shows the relationship between pressure and voltage requirements. The electrolysis voltage (Ep) is E ^o plus the Nernst adjustment for pressure rise:

Ep = E^o + RT/nF ln P_H2(P_O2)/P_H2O [식 3]Ep = E ^o + RT / nF ln P _H2 (P _O2 ) / P _H2O [Equation 3]

수소 및 산소가 동일 압력에서 생성되고 공급수가 동일 압력에서 액체라고 가정하면, 식 3는 다음과 같이 단순화된다:Assuming that hydrogen and oxygen are produced at the same pressure and that the feed water is a liquid at the same pressure, equation 3 is simplified as follows:

Ep = E^o + 3RT/4F (ln P_i/P_atm ) [식 4]Ep = E ^o + 3RT / 4F (ln P _i / P _atm ) [Equation 4]

따라서, 10,000 PSI 물에서 10,000 PSI 산소 및 수소 생성을 위한 전압 증가는: 3RT/4F ln P_i/P_atm = 3RT/4F ln 680.3= 3 (8.3144 J/molK)298K (6.522) /4(9.648 x 10⁴) = 0.125 V.Thus, the voltage increase for 10,000 PSI oxygen and hydrogen generation in 10,000 PSI water is: 3RT / 4F ln P _i / P _atm = 3RT / 4F ln 680.3 = 3 (8.3144 J / molK) 298K (6.522) / ⁴ (9.648 x 10 ⁴ ) = 0.125 V.

물을 기화시키기 위한 열을 부가하면 물 분해에 필요한 전압은 낮아진다. Adding heat to vaporize the water lowers the voltage required for water decomposition.

ΔG^o _T = ΔH^o _T _(298K) - TΔS^o _298K [식 5]ΔG ^o _T = ΔH ^o _T _(298K) -TΔS ^o _298K [Equation 5]

따라서 TΔS^o _298K 가ΔH^o _T _(298K), 285.83 kJ/mol로 접근하면 분해에 필요한 전압은 0으로 접근한다. 표준 온도에서 엔트로피 변화 (ΔS^o _298K)는 0.1634 kJ/mol이고, 따라서Thus TΔS ^o _298K Approaches ΔH ^o _T ₍ 298K ₎ , 285.83 kJ / mol, the voltage required for decomposition approaches zero. Entropy change at a standard temperature _(298K ΔS ^o) is 0.1634 kJ / mol, therefore

285.83 kJ/mol/0.1634kJ/mol = 285.83 kJ / mol / 0.1634 kJ / mol =

1,749K 또는 1,476^oC (2,689^oF). [식 6]1,749K or 1,476 ^o C (2,689 ^o F). [Formula 6]

도 14는 지열에너지에 의해 보강되는 OTEC 시스템을 보이는 개략도이다. 일부 실시예들에서, OTEC 시스템은 냉수의 열흡수과 연관된 대양저 아래 구조 및/또는 대양저 근처 메탄 아이스 형성 구조로부터의 지열에너지를 이용한다. 예를들면, OTEC 플랜트는 새로운 사이클로 새로운 또는 비교적 고갈된 유정 또는 가스정을 가지는 웰(well)을 이용할 수 있다. 대양저 아래석유 생성 구조의 온도는 일반적으로 해양 표면 온도보다 높다. 이러한 형성 구조에 의해 제공되는 열을 상기 참고되고 통합된 동시 출원들에서 표 1에 나열된 것과 같은 작동 유체, 또는 이러한 형성 구조로부터 분리된 유체에 활용하기 위한 전형적인 사이클의 잠재적 효율 한계는 식 7로 요약된다:14 is a schematic diagram showing an OTEC system reinforced by geothermal energy. In some embodiments, the OTEC system utilizes geothermal energy from structures below the ocean floor associated with heat absorption of cold water and / or from methane ice forming structures near the ocean floor. For example, an OTEC plant can use wells with new or relatively depleted wells or gas wells in new cycles. The temperature of the oil-producing structure below the ocean floor is generally higher than the ocean surface temperature. The potential efficiency limit of a typical cycle for utilizing the heat provided by such a forming structure to working fluids such as those listed in Table 1 in the above-referenced and integrated concurrent applications, or to fluids separate from such forming structures is summarized in Equation 7. do:

효율 한계 = 1- TL/TH [식 7]Efficiency Limit = 1- TL / TH [Equation 7]

일을 생산하기 위하여 팽창되는 작동유체에 의해 달성되는 최고 온도가 100^oC (212^oF)이고 일 생산 종료 시 열-차단(rejection) 온도는 6^oC (42.8^oF)와 같은 가스수화물 일반 온도일 때, 효율 한계는 식 8로 주어진다:The maximum temperature achieved by a working fluid expanded to produce work is 100 ^o C (212 ^o F) and the heat-rejection temperature at the end of work production is typical of gas hydrates such as 6 ^o C (42.8 ^o F). At temperature, the efficiency limit is given by Equation 8:

효율 한계 = 1 - 279^oK/373^oK = 25% [식 8]Efficiency limit = 1-279 ^o K / 373 ^o K = 25% [Equation 8]

도 14는 지열 형성 구조(1402), 적합한 수직 웰(1404), 또는 수평 연장부(1406)로부터 천연가스 및/또는 오일과 같은 석유 생산 관련 지열 자원을 이용하는 OTEC 시스템(1400) 운전을 도시한 것이다. 대양저 근처와 같은 적합한 위치(1412)에서, 구조(1402) 압력 및/또는 적합한 펌프(1408) 조력으로 선택 작동유체에 열교환을 제공한 후 도시된 바와 같이 절연 시스템(1410)을 통하여 석유는 표면으로 이송된다. 열은 역류 열 교환기(1414)와 같은 적합한 열 교환기에 의해 전달되어 전기 생산을 위한 일체화 발전기를 구동시키는 터빈(1416 또는 1420)과 같은 적합한 모터로 도관에 있는 적합한 작동유체를 기화 및/또는 과열시킨다. 시스템이 본원에 참고로 포함되는 상기 참고되고 통합되는 관련 동시 출원들에 기술된 집열 시스템으로 더욱 제공될 때, 작동유체 팽창 및 일 생산 이후의 증기는 열 교환기(1418)에 의해 찬 주변 온도의 해수 및/또는 클라스레이트 형성체로 응축된다. 응축 작동유체는 가열되고 도시된 바와 같이 열 교환기(1414)에 의해 다시 기화된다. 석유는 이송장치(1424)를 거쳐 파이프라인 전달(미도시), 액체운반선(1426)과 같은 액체운반선 운송, 기타 등을 가능하게 하는 부유 또는 고정 플랫폼(1422)과 같은 다양한 구성들에 의해 표면으로 이송된다 .FIG. 14 illustrates the operation of an OTEC system 1400 using petroleum production related geothermal resources such as natural gas and / or oil from geothermal formation structures 1402, suitable vertical wells 1404, or horizontal extensions 1406. . At a suitable location 1412, such as near the ocean floor, the heat is provided to the surface through the insulation system 1410 as shown, after providing heat exchange to the selected working fluid with the aid of pressure 1402 and / or suitable pump 1408. Transferred. Heat is vaporized and / or superheated with a suitable working fluid in the conduit with a suitable motor, such as turbine 1416 or 1420, delivered by a suitable heat exchanger such as countercurrent heat exchanger 1414 to drive an integrated generator for electricity production. . When the system is further provided with the collection system described in the above referenced and incorporated related simultaneous applications incorporated herein by reference, the steam after working fluid expansion and work production is cooled by the heat exchanger 1418 at sea water at cold ambient temperature. And / or condense to clathrate formers. The condensing working fluid is heated and vaporized again by the heat exchanger 1414 as shown. Petroleum is passed to the surface by various configurations such as a floating or fixed platform 1422 that enables pipeline delivery (not shown), liquid carrier transportation, such as liquid carrier 1426, and the like, via conveyer 1424. Are transported.

도 15는 기타 에너지 발생시스템과 통합된 OTEC 시스템(1500)을 보이는 개략도이다. 시스템(1500)은 대양저 아래에서 발견될 수 있는 지질학적 형성 구조(1501)로부터 고온 유체를 해양 표면으로 수송한다. 표면 또는 근처에서 추가적인 열이 부가되어 태양, 바람, 이동수, 열기관, 열화학적 재생기, 또는 연료전지 소스의 에너지 전환 효율을 개선하고 및/또는 픽업(1510)을 통한 유동으로 제공되는 해수로부터의 증발물(evaporant) 또는 암모니아(미도시)와 같은 기타 작동유체를 역류 열 교환기(1508, 1530, 1520)에 의해 가열하고, 도시된 바와 같은 액화기(1536)에서 이러한 작동유체를 대양저 냉 온도로 팽창시켜 결로수(1538)로 도시된 바와 같이 작동유체를 응축시킨다. 15 is a schematic diagram showing an OTEC system 1500 integrated with other energy generation systems. System 1500 transports hot fluid to the oceanic surface from geological formation structure 1501 that can be found below the ocean floor. Additional heat is added at or near the surface to improve the energy conversion efficiency of the sun, wind, mobile water, heat engines, thermochemical regenerators, or fuel cell sources and / or evaporate from seawater provided by the flow through the pickup 1510. (evaporant) or other working fluid, such as ammonia (not shown), is heated by countercurrent heat exchangers 1508, 1530, 1520, and in the liquefier 1536 as shown, the working fluid is expanded to an oceanic cold temperature. The working fluid is condensed as shown by condensation water 1538.

하나 이상의 팽창 터빈(1530, 1528), 및 1532와 같은 안내 날개, 및 터빈(1534)과 같은 모터들에서 일을 수행하여 가열 증기의 압력 및 대부분의 열에너지가 소모되고, 해수로 더욱 냉각된 후, 대양저 냉 온도에 적합한 증기압의 응축 수(1538)는 펌프(1550)에 의해 파이프라인(1552)으로 이송되고 선박에 의해 이송되기 위해 표면으로 또는 도시된 바와 같이 파이프라인(1552)으로 육지로 수송된다. 해양 조건들에 따라, 일부 경우들에서, 액화기(1546)가 팽창 터빈(1544) 근처 해양 표면에 인접하게 놓이고 냉수는 찬 심층으로부터 이송되어 터빈(1544)을 지나 하강하는 증기를 냉각시킨다. After performing work on one or more expansion turbines 1530, 1528, and guide vanes such as 1532, and motors such as turbine 1534, the pressure of the heating steam and most of the thermal energy is consumed, and further cooled by seawater, Steam pressure condensate water 1538 suitable for ocean low temperature is transported to pipeline 1552 by pump 1550 and transported to the surface or pipeline 1552 as shown for transport by the vessel. . Depending on marine conditions, in some cases, liquefier 1546 is placed adjacent to the marine surface near expansion turbine 1544 and cold water is transported from the cold deep to cool down the steam passing through turbine 1544.

운전 과정에서, 수평 수집기(1502)를 포함하는 적합한 웰로부터의 (오일, 천연가스, 기타 등과 같은) 고온 유체는 형성 압력 및/또는 도시된 펌프(1503)에 의해 제공되는 추가 압력에 의해 상향 유동되고, 절연 도관 조립체(1504)를 통과하여 도시된 절연 열 교환 웰(1506)에 있는 적합한 열 교환기(1508)로 이송된다. 이후 석유는 시장으로 선적되는 에너지-바지선(1536)과 같은 적합한 플랫폼 상의 용기(1516)에 저장되고, 일부 또는 전부의 석유는 식 9에서 다양한 탄화수소(CxHy) 에 대하여 포괄적으로 요약된 바와 같은 분해에 의해 수소와 함께 내구 제품들 생산을 위한 더욱 유용한 탄소를 제공하기 위하여 활용된다:In operation, the hot fluid (such as oil, natural gas, etc.) from a suitable well comprising a horizontal collector 1502 flows upward by the forming pressure and / or the additional pressure provided by the illustrated pump 1503. And passed through insulated conduit assembly 1504 to a suitable heat exchanger 1508 in the insulated heat exchange well 1506 shown. The petroleum is then stored in a vessel 1516 on a suitable platform, such as the energy-barge 1536, which is shipped to the market, and some or all of the petroleum is subjected to decomposition as outlined for the various hydrocarbons (CxHy) in Equation 9. Together with hydrogen to provide more useful carbon for the production of durable products:

CxHy + 열 → xC + 0.5yH₂ [식 9]CxHy + heat → xC + 0.5yH ₂ [Equation 9]

에너지 바지선(1536), 또는 기타 적합한 플랫폼은, 집광판(1526), 하나 이상의 조력 발전기(1524), 및/또는 하나 이상의 풍력 발전기(1556)과 같은 하나 이상의 태양에너지 전환시스템을 구비할 수 있다.The energy barge 1536, or other suitable platform, may include one or more solar energy conversion systems, such as light collecting plate 1526, one or more tidal generators 1524, and / or one or more wind generators 1556.

식 9에서의 열은 바람, 파도, 해류로부터의 운동에너지 또는 적합한 복사선 포획 및/또는 점-초점 집광판(1528) 또는 적합한 선-초점 시스템에 의해 제공되는 태양에너지를 이용하여 제공된다. 일부 경우들에서, 태양, 바람, 이동수, 및/또는 지열에너지를 전환시키는 발전기는 식 9에 도시된 흡열 반응을 진행시키기 위하여 식 9에 도시된 열을 부분 또는 전체로 공급하는 저항성 및/또는 유도성 가열 시스템을 구동시키기 위하여 활용될 수 있다. Heat in Equation 9 is provided by using kinetic energy from wind, waves, currents or solar radiation provided by a suitable radiation capture and / or point-focus collector 1528 or a suitable line-focus system. In some cases, a generator that converts solar, wind, mobile water, and / or geothermal energy may be resistive and / or inductively supplying part or all of the heat shown in equation 9 to proceed with the endothermic reaction shown in equation 9. It can be utilized to drive the castle heating system.

적합한 여과기 및 펌프 조립체(1510)에 의해 공급되는 수증기를 추가로 가열할 수 있는 충분한 열적 기울기가 있을 때 반응기(1526)에 의해 생산되는 고온의 수소 및 탄소는 본원에 기술된 역류 열 교환 시스템에 의해 반응기(1526)로 이송되는 탄화수소를 예열하도록 이용된다. 열 공급 이후, 수소는 적합한 탱크(1532)에 저장되고 내구 제품들 제조를 위한 탄소는 탱크(1532)에 저장된다.The hot hydrogen and carbon produced by the reactor 1526 when there is sufficient thermal gradient to further heat the water vapor supplied by a suitable filter and pump assembly 1510 is produced by the countercurrent heat exchange system described herein. It is used to preheat the hydrocarbons that are sent to the reactor 1526. After the heat supply, hydrogen is stored in a suitable tank 1532 and carbon for manufacturing durable products is stored in a tank 1532.

일부 실시예들에서, 본원에 기재된 운전과 관련하여 광합성 식물들이 성장될 수 있고, 이러한 식물 작물은 무-공기적으로 처리되어 열적 분해 또는 미생물 소화를 통하여 메탄, 이산화탄소 및/또는 일산화탄소를 생산한다. 반응기(1518)에 의해 생산된 수소는 메탄올과 같은 에너지-고밀도 액체로 저장될 수 있다. 식 10 및/또는 11은 하나 이상의 적합한 소스로부터의 이산화탄소가 수소와 반응하여 하나 이상의 고밀도, 저장이 용이한, 수송이 편리한 액체를 형성하는 공정을 요약한 것이다:In some embodiments, photosynthetic plants can be grown in connection with the operations described herein, and these plant crops are processed airlessly to produce methane, carbon dioxide and / or carbon monoxide through thermal degradation or microbial digestion. Hydrogen produced by the reactor 1518 may be stored as an energy-dense liquid such as methanol. Equations 10 and / or 11 summarize the process by which carbon dioxide from one or more suitable sources reacts with hydrogen to form one or more high density, easy to store, transportable liquids:

3H₂ + CO₂ → CH₃OH + H₂O [식 10]3H ₂ + CO ₂ → CH ₃ OH + H ₂ O [Equation 10]

2H₂ + CO → CH₃OH [식 11]2H ₂ + CO → CH ₃ OH [Equation 11]

도 16은 메탄 방출 메커니즘이 통합된 OTEC 시스템(1600)을 보이는 개략도이다 . 많은 지역에서, 본원에 기재된 OTEC 시스템 및 기타 생성 시스템은 지진, 해류 변화, 해양 온난화, 토양 침식 및/또는 기타 클라스레이트 적층물로부터 메탄 및 기타 온실 가스을 방출하는 변화들이 있는 지역에 설치될 수 있다.16 is a schematic showing an OTEC system 1600 incorporating a methane release mechanism. In many areas, the OTEC systems and other generation systems described herein may be installed in areas where there are changes that release methane and other greenhouse gases from earthquakes, ocean current changes, ocean warming, soil erosion, and / or other clathrate stacks.

본 시스템은 터빈 케이스(1642) 내 열 교환기(1630)와 같은 소스로부터 도관(1640)을 통하거나 도관(1640)에 의해 이송되는 가온 유체 순환으로 적층물을 가열하여 이에 따라 적층물(1644)로부터 방출되는 메탄, 이산화탄소, 물, 및 기타 물질을 가지는 이러한 클라스레이트의 광범위한 지역에 걸쳐 설정되는 폴리에틸렌과 같은 불침투성 필름(1638)을 포함한다. 대안으로, 파이프 또는 도관(1636)은 어류, 새우, 굴 양식장 등을 위한 공급시스템으로 클라스레이트 적층물을 포함한 심해로부터의 수성 유기물 및 광물을 분해 유통시킨다. The system heats the stack from a source, such as heat exchanger 1630 in turbine case 1644, with a heated fluid circulation transported through conduit 1640 or by conduit 1640 and thus from stack 1644. Impervious films 1638, such as polyethylene, set over a wide area of this clathrate having methane, carbon dioxide, water, and other materials released. Alternatively, pipes or conduits 1636 dissolve and distribute aqueous organics and minerals from deep waters, including clathrate stacks, into a supply system for fish, shrimp, oyster farms, and the like.

해양 심층 및/또는 필름(1638) 아래클라스레이트에서 방출되는 얼음 및 결로수로부터의 적당한 냉수는 펌프(1637)에 의해 열 교환기(1630)로 공급된다. 역류 열 교환기(1630)와 같은 적합한 열 교환기에 의해 가열된 후, 가온수는 OTEC 프로세스와 같은 플랫폼(1603)에서의 다양한 에너지 전환 프로세스의 작동유체와 추가적인 열교환으로 더욱 가열되거나 회수로(1632)를 통해 필름(1638) 아래 메탄 수화물 형성 구조로 바람직한 속도로 복귀하며, 이로 인하여 제어 가능하게 추가적인 메탄을 방출시켜, 태양, 풍역 이동수로 구성되고 이러한 메탄으로부터 탄소 및 수소를 생산하는 열화학적 재생을 지원하는 에너지 전환 프로세스를 위한 표면 플랫폼(1603)으로 공급된다. 추가적인 수소는 웰(1660)에 의해 생산되는 천연가스 및/또는 오일의 유사한 분해로 생성될 수 있고, 이것은 많은 경우에 도시된 바와 같이 지열이 상당한 심층 형성 구조(1662)로부터 유래한다. Appropriate cold water from ice and condensate water that is released from the clathrate below the ocean depth and / or film 1638 is supplied to the heat exchanger 1630 by the pump 1637. After being heated by a suitable heat exchanger, such as a backflow heat exchanger 1630, the warm water is further heated or further heat exchanged with the working fluid of the various energy conversion processes on the platform 1603, such as an OTEC process, or the recovery furnace 1634. Return to the desired rate to the methane hydrate forming structure below the film 1638, thereby releasing controllable additional methane, which is composed of solar, wind shift water and supports thermochemical regeneration to produce carbon and hydrogen from such methane. Supplied to a surface platform 1603 for the energy conversion process. Additional hydrogen may be generated by similar decomposition of the natural gas and / or oil produced by the well 1660, which is derived from the geothermally deep formation structure 1662 as shown in many cases.

취입구(1616)는 해수를 집열기(1602)로 공급한다. 집열기(1602) 및 적합한 선-초점 또는 점-초점 태양열 집광판(1610)에 의해 수행되는 메탄 또는 오일의 태양열에 의한 분해로부터 차단되는(rejected) 추가적인 열 기여 및 예를들면 플랫폼(1606)에 장착된 풍력 발전기(1608) 및/또는 조력발전기(1612, 1650)와 같은 이동수를 이용한 열 이익에 의해 생산되는 수증기는 전기를, 예를들면, 수소 및 탄소 생산을 위한 메탄 및/또는 오일 유도 가열을 위하여 라인(1604)을 통하여 공급한다. 조력발전기(1612, 1650)는 튜브 발전기 조립체를 포함하여 닻(1652)에 대하여 기저 케이블을 당기기 위한 부력을 제공한다. 재생 자원 산업 단지를 포함한 다양한 시장에 분배되기 위하여 탱크 및 창고(1614)에 수집되는 슈퍼 활성탄을 포함한 다양한 유형의 디자이너 탄소 생산물이 생성된다. The inlet 1616 supplies seawater to the collector 1602. Additional heat contribution and for example mounted on the platform 1606 rejected from solar thermal decomposition of methane or oil carried out by the collector 1602 and a suitable pre-focused or point-focused solar collector 1610 Water vapor produced by thermal benefits using mobile water, such as wind generator 1608 and / or tidal generators 1612 and 1650, can be used to generate electricity, for example, for methane and / or oil induction heating for hydrogen and carbon production. Supply via line 1604. The tidal generators 1612 and 1650 include a tube generator assembly to provide buoyancy for pulling the base cable against the anchor 1652. Various types of designer carbon products are produced, including super activated carbon collected in tanks and warehouses 1614 for distribution to various markets, including renewable resource industrial parks.

본 시스템(1600)은 칼슘, 인, 철 및 다양한 기타 선택적 광물이 회복되어 부가된 암모니아 또는 황산암모늄을 포함한 다양한 비료를 생산한다. 식 9에 도시된 공정에 따라 생산된 수소는 상기 참고되고 통합되는 동시 출원들에 개시된 바와 같은 다양한 공정들로 대기 중에서 회수된 질소와 반응될 수 있다. 열기관에서 과잉 수소 연소는 산소를 제거하고 물을 생산하며 이는 분리되어 수소 및 질소 반응에 제공되어 암모니아를 생산한다. 식 12는 이러한 암모니아 생산 프로세스를 요약한 것이다:The system 1600 recovers calcium, phosphorus, iron and various other optional minerals to produce various fertilizers including added ammonia or ammonium sulfate. Hydrogen produced according to the process shown in Equation 9 may be reacted with nitrogen recovered in the atmosphere in various processes as disclosed in the above-referenced and incorporated simultaneous applications. Excess hydrogen combustion in the heat engine removes oxygen and produces water, which is separated and provided to the hydrogen and nitrogen reactions to produce ammonia. Equation 12 summarizes this ammonia production process:

3H₂ + N₂ → 2NH₃ [식 12]3H ₂ + N ₂ → 2NH ₃ [Equation 12]

또한 시스템은 다양한 생성 물질을 부화장(1664-1671)과 같은 물고기 부화장 및 농장에 제공하고 야생 어류 및 기타 바람직한 바다 생물을 기타 독립 성장 유기물과 함께 유인한다. 메탄 수화물과 같은 클라스레이트는 가온되어 유기 물질 및 미량 광물들을 포함한 영양소들을 방출한다. 이러한 광물 및 유기물들은 파이프(1640)로 도시된 바와 같이 적합한 파이프들로부터 적합한 분배 도관들로 공급되어 굴, 새우 다양한 선택 어류 기타 등을 양식한다.The system also provides various product materials to fish hatcheries and farms, such as hatcheries (1664-1671) and attracts wild fish and other desirable sea creatures along with other independent growing organics. Classes, such as methane hydrate, are warmed to release nutrients, including organic substances and trace minerals. These minerals and organics are fed from suitable pipes to suitable distribution conduits, as shown by pipe 1640, to grow oysters, shrimp, various selections of fish, and the like.

따라서, 본 시스템은 다양한 에너지원들 및 생성 시스템 사이 에너지 교환 메커니즘으로 작동유체와 같은 OTEC 시스템의 다양한 요소들을 이용할 수 있다. 일체화 보강 OTEC 시스템으로 인하여 다양한 에너지원들은 OTEC 시스템 운전 효율을 증가시키고, 다시 OTEC 시스템은, 다양한 생성 시스템의 생산 효율을 증가시킨다. Thus, the system can utilize various elements of an OTEC system, such as working fluid, as an energy exchange mechanism between various energy sources and generation systems. Due to the integrated reinforcement OTEC system, various energy sources increase the operating efficiency of the OTEC system and, in turn, the OTEC system increases the production efficiency of the various generating systems.

결론conclusion

재생 에너지원들을 지역 및 원거리 시장에서 가용되는 재생 연료들 및 전기로 전환시키는 시스템이 기술된다. A system for converting renewable energy sources into renewable fuels and electricity available in local and remote markets is described.

본 시스템의 특정 실시예들 및 예시들이 설명 목적으로 상기되지만, 다양한 균등적 변형이 본 분야의 숙련가가 인정할 수 있듯이 본 시스템 범위 내에서 가능할 것이다. 예를들면 프로세스 또는 단계들이 소정 순서로 제시되지만, 대안적 실시예들은 다른 순서의 단계들을 가지는 방법을 구현할 수 있고, 일부 프로세스 또는 단계들은 생략, 이동, 부가, 하부 분리, 조합, 및/또는 변경되어 대안적 또는 하부 조합을 제공할 수 있다. 각각의 이들 프로세스 또는 단계들은 다양한 다른 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 프로세스 또는 단계들은 때로 순차적으로 구현되는 것으로 도시되지만, 이들 프로세스 또는 단계들은 달리 병렬적으로도 구현되거나 다른 횟수로 실행될 수 있다.Although specific embodiments and examples of the present system are described above for illustrative purposes, various equivalent modifications will be possible within the scope of the present system as would be appreciated by those skilled in the art. For example, while processes or steps are presented in a certain order, alternative embodiments may implement a method having steps in a different order, and some processes or steps may be omitted, moved, added, subdivided, combined, and / or altered. To provide alternative or subcombination. Each of these processes or steps may be implemented in a variety of different ways. Also, while processes or steps are sometimes shown to be implemented sequentially, these processes or steps may alternatively be implemented in parallel or run at different times.

상기로부터, 본 시스템의 특정 실시예들은 본원에 설명 목적으로 기재되지만, 본 시스템 사상 및 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경이 가능하다. 따라서, 본 시스템은 첨부된 청구범위에 의한 것을 제외하고는 국한되지 않는다.From the above, specific embodiments of the system are described herein for illustrative purposes, but various changes may be made without departing from the spirit and scope of the system. Accordingly, the system is not limited except as by the appended claims.

Claims

해양에서 물을 수용하고 수용된 물을 이용하여 작동유체를 기화시키도록 구성되는 기화기;
해양 표층보다 낮은 해양 구역에서 물을 수용하고 기화된 작동유체를 응축시키도록 구성되는 액화기;
기화기 및 액화기에 연결되고, 작동유체를 기화기로 제공하고 작동유체를 액화기로부터 수용하도록 구성되는 작동유체 통로;
기화기에 연결되고, 기화된 작동유체를 이용하여 전기를 발생시키도록 구성되는 터빈; 및
기화기에 연결되고, 해양으로부터 물을 수용하여, 상기 물을 해양 표층수보다 더 높은 온도까지 가열하고, 가열된 물을 상기 기화기로 제공하도록 구성되는 집열기
를 포함하는 해양온도차발전시스템.A vaporizer configured to receive water in the ocean and to vaporize the working fluid using the received water;
A liquefier configured to receive water and condense the vaporized working fluid in a marine zone below the ocean surface;
A working fluid passage connected to the vaporizer and the liquefier and configured to provide a working fluid to the vaporizer and to receive the working fluid from the liquefier;
A turbine coupled to the vaporizer and configured to generate electricity using the vaporized working fluid; And
A collector connected to the vaporizer and configured to receive water from the ocean, to heat the water to a temperature higher than the ocean surface water, and to provide heated water to the vaporizer
Marine temperature differential power generation system comprising a.

청구항 1에 있어서, 상기 집열기는:
태양에너지를 포획하도록 구성되는 웹 조립체; 및
해양 표층으로부터 물을 수용하고, 해양 표층으로부터 수용된 물을 가온하고, 수용된 물을 기화기로 이송하도록 구성되는 태양열 웹 조립체 내부의 채널
을 포함하는 것인 해양온도차발전시스템.The method of claim 1, wherein the collector:
A web assembly configured to capture solar energy; And
Channels within the solar web assembly configured to receive water from the oceanic surface, to warm the water received from the oceanic surface, and to transfer the water received to the vaporizer.
Marine temperature differential power generation system comprising a.

청구항 1에 있어서, 상기 집열기는:
해양 표층으로부터 수용된 물을 유지시키도록 구성되는 채널; 및
채널을 적어도 부분적으로 둘러싸고, 태양에너지를 획득하여 채널에 의해 유지되는 물의 온도를 상승시키도록 구성되는 절연 공기 공간
을 포함하는 것인 해양온도차발전시스템.The method of claim 1, wherein the collector:
A channel configured to maintain water received from the ocean surface; And
An insulated air space configured to at least partially surround the channel and obtain solar energy to raise the temperature of the water maintained by the channel
Marine temperature differential power generation system comprising a.

청구항 1에 있어서, 집열기는 나선 형태의 집열기인 것인 해양온도차발전시스템.The marine temperature differential power generation system according to claim 1, wherein the collector is a spiral collector.

해수를 이용하여 전기를 발생시키도록 구성되는 열기관; 및
해수의 온도를 상승시키고, 가열된 물을 열기관의 기화기로 이송하도록 구성되는 집열기
를 포함하는 해양온도차발전시스템.A heat engine configured to generate electricity using sea water; And
A collector configured to raise the temperature of the seawater and to transfer the heated water to the vaporizer of the heat engine
Marine temperature differential power generation system comprising a.

청구항 5에 있어서, 상기 집열기는, 집열기를 둘러싸는 해수 온도보다 더 높은 온도로 해수를 열기관의 기화기로 제공하도록 구성되는 것인 해양온도차발전시스템.The system of claim 5, wherein the collector is configured to provide seawater to the vaporizer of the heat engine at a temperature higher than the seawater temperature surrounding the collector.

청구항 5에 있어서, 상기 열기관은, 열기관의 기화기에 의해 수용된 해수를 이용하여 열기관 내의 작동유체를 가열하도록 구성되는 것인 해양온도차발전시스템.The marine temperature differential power generation system according to claim 5, wherein the heat engine is configured to heat the working fluid in the heat engine by using sea water received by the vaporizer of the heat engine.

해양으로부터 집열기로 물을 수용하는 단계;
수용된 물을 집열기에서 가온하는 단계; 및
가온된 물을 해양온도차발전시스템으로 제공하는 단계
를 포함하고, 상기 제공하는 단계는, 태양열에너지전환시스템의 기화기에 상기 가온된 물을 제공하는 단계를 포함하는 것인 해양온도차발전시스템 작동 효율 증가 방법.Receiving water from the ocean into the collector;
Warming the received water in the collector; And
Providing the warmed water to the marine thermo-generation system
And the providing step comprises providing the warmed water to a vaporizer of a solar thermal energy conversion system.

청구항 8에 있어서, 상기 수용된 물을 집열기에서 가온하는 단계는, 해양으로부터 수용된 물을 담고 있는 채널을 둘러싸는 공기 포켓을 이용하여 태양에너지를 획득하는 단계를 포함하는 것인 해양온도차발전시스템 작동 효율 증가 방법.The method of claim 8, wherein warming the received water in the collector comprises obtaining solar energy using an air pocket surrounding a channel containing water received from the ocean. Way.

청구항 8에 있어서, 상기 수용된 물을 집열기에서 가온하는 단계는, 해양으로부터 수용된 물을 담고 있는 채널을 둘러싸는 렌즈를 이용하여 태양에너지를 획득하는 단계를 포함하는 것인 해양온도차발전시스템 작동 효율 증가 방법.The method of claim 8, wherein warming the received water in the collector comprises obtaining solar energy using a lens surrounding a channel containing water received from the ocean. .

청구항 8에 있어서, 상기 기화기는 터빈을 작동시키도록 제공된 물을 이용하여 작동유체를 가열하는 것인 해양온도차발전시스템 작동 효율 증가 방법.The method of claim 8, wherein the vaporizer heats the working fluid using water provided to operate the turbine.

청구항 8에 있어서, 상기 해양으로부터 집열기로 물을 수용하는 단계는, 해양으로부터 나선 집열기 조립체로 물을 수용하는 단계를 포함하는 것인 해양온도차발전시스템 작동 효율 증가 방법.10. The method of claim 8, wherein receiving water from the ocean to a collector includes receiving water from the ocean to a spiral collector assembly.

청구항 8에 있어서, 해양온도차발전시스템을 둘러싸는 해양 쓰레기(debris)에서 유래하는 중합체를 이용하여 집열기를 제조하는 단계를 더 포함하는 해양온도차발전시스템 작동 효율 증가 방법.The method of claim 8, further comprising manufacturing a collector using a polymer derived from marine debris surrounding the marine thermogeneration system.

집열기 조립체에 있어서,
해수를 상기 집열기 조립체로 수용하고, 수용된 해수를 집열기 조립체 내에 유지시키도록 구성되는 채널;
채널을 둘러싸며, 수용된 해수를 가열하도록 구성되는 태양에너지 포획부; 및
가열된 해수를 해양온도차발전시스템으로 이송하도록 구성되는 연결부
를 포함하고, 상기 연결부는 가열된 해수를 해양온도차발전 시스템의 기화기로 이송하는 것인 집열기 조립체.In the collector assembly,
A channel configured to receive seawater into the collector assembly and to maintain the received seawater in the collector assembly;
A solar energy capture portion surrounding the channel and configured to heat the received seawater; And
Connection configured to transfer the heated seawater to the oceanic thermogeneration system
Wherein the connection portion transfers the heated seawater to the carburetor of the oceanic thermoelectric power generation system.

청구항 14에 있어서, 상기 태양에너지 포획부는 태양에너지를 획득하도록 구성되는 공기 포켓을 포함하는 것인 집열기 조립체.15. The collector assembly of claim 14, wherein said solar energy capture portion comprises an air pocket configured to obtain solar energy.

청구항 14에 있어서, 상기 태양에너지 포획부는 태양에너지를 획득하도록 구성되는 렌즈를 포함하는 것인 집열기 조립체.15. The collector assembly of claim 14, wherein said solar energy capture portion comprises a lens configured to obtain solar energy.

청구항 14에 있어서, 상기 태양에너지 포획부는 얇은 필름 중합체로 형성되는 것인 집열기 조립체.15. The collector assembly of claim 14, wherein said solar energy capture portion is formed from a thin film polymer.

청구항 14에 있어서, 상기 태양에너지 포획부는 절연 공기 공간의 웹(web)인 것인 집열기 조립체.15. The collector assembly of claim 14, wherein the solar energy capture portion is a web of insulated air space.

청구항 14에 있어서, 상기 태양에너지 포획부는 공기의 열전도도보다 낮은 열전도도를 갖는 가스를 포함하는 절연 공간의 웹인 것인 집열기 조립체.15. The collector assembly of claim 14, wherein said solar energy capture portion is a web of insulating space comprising a gas having a thermal conductivity lower than that of air.

청구항 14에 있어서, 상기 태양에너지 포획부는 해양 쓰레기에서 유래한 중합체로 형성되는 것인 집열기 조립체.15. The collector assembly of claim 14, wherein said solar energy capture portion is formed from a polymer derived from marine debris.