ES2920023T3 - Dispositivo, sistema y procedimiento de alta eficiencia energética para la utilización de energía térmica de origen solar - Google Patents

Abstract

Un dispositivo (1) para la acumulación e intercambio de energía térmica del origen solar, que el dispositivo (1) está configurado para recibir una radiación solar concentrada por un sistema óptico, que el dispositivo (1) comprende: - una carcasa (2) que define una Compartimento interno (20) y tiene una apertura de irradiación (10; 10') configurada para permitir la entrada de la radiación solar concentrada, que la apertura (10; 10') pone en comunicación directa, dijo el compartimento interno (20) con el entorno externo que se está Desoid, en uso, de cierre o medios de pantalla; - Un lecho (3) de partículas sólidas fluidizables, recibidas dentro del compartimento interno (20) de dicha carcasa (2), que el lecho (3) tiene una región operativa (30) directamente expuesta, en uso, a la radiación solar concentrada que entra a través de dicha apertura (10; 10'), de tal manera que las partículas de dicha región operativa (30) absorben la energía térmica de la radiación solar; y - medias de fluidización (4) de dicho lecho de partículas (3), configurado para aducir un gas fluidante en dicho compartimento (20) al menos en dicha región operativa (30). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo, sistema y procedimiento de alta eficiencia energética para la utilización de energía térmica de origen solar

Sector de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo para la acumulación y el intercambio de energía térmica de origen solar basado en un lecho, que puede ser fluidificado, de partículas directamente irradiadas mediante radiación solar concentrada.

La invención pertenece, asimismo, a un sistema de producción de energía que incluye un dispositivo de este tipo y un procedimiento relacionado.

Estado de la técnica anterior

Se conoce cómo captar la energía solar mediante heliostatos, que concentran la radiación en espejos de reflexión. Estos últimos, a su vez, conducen la radiación hacia dispositivos de acumulación e intercambio térmico basados en un lecho fluidificado de partículas.

Los sistemas de producción de energía térmica/eléctrica, que comprenden uno o varios equipos dependiendo de la potencia térmica que se debe obtener, pueden estar basados en dichos dispositivos para acumulación e intercambio de energía térmica de origen solar.

Los dispositivos de lecho fluidificado de la técnica anterior se fabrican según dos construcciones principales.

Según una primera estructura, dada a conocer en la Patente WO2013/150347A1, la radiación solar es recibida sobre las paredes de una cavidad metálica del dispositivo. Dicha cavidad define parte de la carcasa del lecho de partículas y se extiende en el interior de este último. El lecho fluidificado de partículas toma de las paredes de la cavidad la energía térmica obtenida de la radiación solar concentrada sobre las mismas.

En presencia de altos flujos de radiación incidente, la estructura que acaba de ser descrita tiene el inconveniente de exponer la superficie de la cavidad a altas temperaturas y gradientes térmicos, con la consiguiente criticidad en términos de resistencia termomecánica y durabilidad derivada de la calidad de la aleación metálica utilizada. Con el fin de distribuir los flujos térmicos a los que están expuestas de manera uniforme las paredes de la cavidad, el campo de heliostatos se puede organizar en una pluralidad de subsecciones dispuestas alrededor del dispositivo. No obstante, esta configuración requiere un mayor uso de terreno para cada unidad de generación solar en comparación con un solo campo de heliostatos posicionado en la dirección de mayor irradiación.

En una segunda estructura conocida, la cavidad mencionada anteriormente no está prevista, y el lecho de partículas del dispositivo de acumulación e intercambio recibe la radiación solar concentrada a través de una ventana de material transparente, habitualmente cuarzo, obtenida sobre la carcasa del dispositivo.

No obstante, una criticidad de dicha segunda estructura consiste en que se debe evitar el contacto directo de la ventana transparente con el sólido fluidificado, con el fin de limitar la aparición, con el tiempo, de fenómenos de ensuciamiento, depósito de polvo y/u opacificación de la superficie transparente, que reducen su eficacia de recepción, dando como resultado, entre otras cosas, un aumento de la temperatura y en la creación de gradientes térmicos en la ventana.

En los dispositivos dados a conocer en las Patentes WO 2011/027309 A2 y WO 2014/038553 A1, la radiación solar es recibida en una cavidad definida por una carcasa, en la que un lecho de partículas sólidas que puede ser fluidificado, alojado en el interior de dicha carcasa, tiene una zona de trabajo expuesta, en la utilización, a la radiación solar concentrada que entra por una ventana de material transparente.

Otro inconveniente relacionado con la utilización de receptores del tipo que se acaba de describir se refiere a la dificultad de fabricar ventanas de cuarzo de tamaño adecuado para los requisitos de un sistema de tamaño industrial. En concreto, a un aumento del tamaño en planta de la ventana debe corresponder, para garantizar el soporte estructural, un aumento de su grosor, con una correspondiente disminución de la propiedad de transmisión de radiación.

Se destaca, además, que los dispositivos conocidos pueden presentar criticidades en términos de mantenimiento y eficacia y eficiencia del proceso de absorción y transferencia térmica. Además, los dispositivos conocidos también pueden tener pérdidas térmicas importantes debido a una reemisión de radiación hacia el ambiente externo.

Como consecuencia de lo expuesto anteriormente, los dispositivos de acumulación y liberación de energía térmica de origen solar conocidos en la técnica presentan, en determinados casos, una suma de ineficiencias que no permiten un aprovechamiento industrial competitivo.

Las plantas de producción de energía o térmicas pueden estar basadas en los dispositivos conocidos descritos anteriormente. Dichos dispositivos pueden formar parte de unidades de acumulación y/o intercambio de energía térmica. El número de dichas unidades y, por lo tanto, de los dispositivos, depende de la potencia térmica a conseguir. Debido a los inconvenientes mencionados anteriormente, dichas unidades y las plantas asociadas pueden tener altos costes de producción de energía lejos de la llamada “paridad de red”.

Características de la invención

El problema técnico que plantea y resuelve la presente invención es, por lo tanto, dar a conocer un dispositivo para la acumulación y el suministro de energía térmica de origen solar que permite superar los inconvenientes mencionados anteriormente del estado de la técnica.

Este problema es solucionado mediante un dispositivo según la reivindicación 1.

La invención da a conocer, asimismo, un procedimiento según la reivindicación 26.

Las características preferentes de la presente invención son la materia objeto de las reivindicaciones dependientes. La invención da a conocer un dispositivo para la recepción, la acumulación y el suministro de energía térmica de origen solar, basado en un lecho fluidificado de partículas. Este último es irradiado, es decir, es impactado, de manera directa por la radiación solar concentrada, sin la interposición de medios de recepción tales como, por ejemplo, cavidades o ventanas transparentes. En otras palabras, el lecho fluidificado está en comunicación directa con el ambiente externo por medio de una abertura de irradiación dispuesta en una posición lateral sobre una carcasa y dispuesta lateralmente con respecto a dicha zona de trabajo del lecho fluidificado de partículas, preferentemente en una pared superior y/o en un faldón lateral de dicha carcasa.

Por lo tanto, el dispositivo de la invención, durante su utilización, no prevé ninguna ventana transparente, ni ninguna otra estructura, situada entre el ambiente externo / la radiación solar incidente y el lecho de partículas.

En comparación con los dispositivos de irradiación indirecta de la técnica anterior, el dispositivo de la invención permite la transferencia directa de la energía de radiación incidente al sólido fluidificado, sin la interposición de paredes o de otras barreras. Por lo tanto, el dispositivo permite limitar las fugas térmicas a través de la abertura de irradiación. De ello se deduce que la temperatura máxima alcanzable, que está limitada exclusivamente por las propiedades del sólido fluidificado, es superior a la que se puede tolerar en los sistemas conocidos con irradiación indirecta, con un notable aumento del rendimiento térmico del dispositivo. La ausencia de ventanas, huecos en las paredes u otras barreras contribuye a dotar al dispositivo de la invención de una mayor robustez y durabilidad. Ventajosamente, el dispositivo está asociado a un sistema óptico, comprendiendo este último, en concreto, heliostatos principales y reflectores secundarios, por ejemplo, espejos. Este sistema óptico concentra la radiación solar sobre el dispositivo, a través de la abertura de irradiación, sobre una zona de trabajo o de irradiación del lecho de partículas.

En una configuración preferente, la irradiación del dispositivo se produce desde arriba en dirección oblicua con respecto al suelo (o a la vertical) y se obtiene mediante un sistema óptico formado por un campo de heliostatos posicionados en la dirección de mayor irradiación, asociados a un reflector secundario posicionado en altitud, cuyo foco corresponde a la citada abertura de irradiación.

El dispositivo de la invención comprende, habitualmente, o está asociado con, elementos de intercambio de calor sumergidos en el lecho granular. Estos elementos pueden incluir haces de tubos o paredes con membranas, en los que, preferentemente, circula un fluido de trabajo como mínimo en etapas seleccionadas de funcionamiento del dispositivo.

En una realización preferente, los elementos de intercambio en el interior del lecho de partículas son fácilmente reemplazables sin necesidad de retirar las partículas del lecho. Puede ser necesaria la sustitución de los elementos de intercambio de calor para mantenerlos o adaptarlos para aceptar fluidos de trabajo de un tipo diferente (por ^{ejemplo, CO}2 ^{en estado supercrítico).}

Según un aspecto de la invención, una zona de trabajo o de irradiación del lecho de partículas directamente irradiadas por la radiación solar incidente puede ser fluidificado según un régimen fluidodinámico específico, obtenido preferentemente mediante un sistema de fluidificación, en concreto, un sistema de introducción y/o un sistema de distribución, habitualmente aire. Dicho sistema está dispuesto, preferentemente, en la base del lecho de partículas.

Tal como se indicó anteriormente, la fluidificación puede afectar a una zona de trabajo del lecho expuesta directamente a la radiación incidente, o todo el lecho de partículas o partes seleccionadas del mismo.

En realizaciones específicas, el régimen de fluidificación preferente es del tipo de lecho en ebullición. La fluidificación de todo el lecho de partículas permite homogeneizar de manera efectiva la temperatura del lecho, y esto ocurre reemplazando de manera continua las partículas sobre las que impacta la radiación solar, que se concentra en la zona correspondiente a la zona de irradiación, con otras partículas de zonas adyacentes, con una recirculación continua de las partículas del lecho entre zonas más internas y zonas directamente irradiadas. Por lo tanto, el intercambio de las partículas del lecho en la abertura de irradiación, es decir, de aquellas partículas que están directamente expuestas a la radiación solar, y un suministro y distribución de la energía térmica a la parte restante del lecho, está permitida gracias al régimen fluidodinámico establecido por el sistema de fluidificación.

Ventajosamente, la fluidificación está asociada a un movimiento convectivo en el interior del lecho, que permite el desplazamiento de las partículas afectadas por la radiación solar concentrada hacia las zonas adyacentes del lecho y la atracción de nuevas partículas hacia la zona correspondiente a la zona irradiada.

Ventajosamente, los medios de introducción y/o distribución del gas de fluidificación que componen dicho sistema de fluidificación pueden ser inspeccionados desde el lado exterior del dispositivo, sin necesidad de retirar las partículas del lecho y, en su caso, ser sometidos a mantenimiento/limpieza, trabajando desde el exterior. De esta manera, para la inspección o el mantenimiento del dispositivo, no siempre es necesario detener el funcionamiento del dispositivo, esperar el enfriamiento de las partículas del lecho (normalmente suman muchas toneladas de material) y vaciar el dispositivo, especialmente cuando los medios de introducción/distribución mencionados anteriormente están posicionados en la base del lecho.

Según modos de funcionamiento específicos del dispositivo, el aire de fluidificación emerge del lecho de partículas en una zona superior que se encuentra en el interior de una carcasa del dispositivo, cuya zona se denomina francobordo.

En una realización preferente, se da a conocer un sistema de ventilación, o aspiración, específico, que está conectado al entorno interno del dispositivo con el francobordo mencionado anteriormente. Este sistema de ventilación acciona una aspiración continua del aire de fluidificación emergente, dando como resultado, preferentemente, una (ligera) depresión en comparación con el ambiente externo.

Aguas abajo de una posible etapa de eliminación de polvo, este aire puede pasar a través de un intercambiador de calor, normalmente fuera del dispositivo, y liberar su contenido térmico, por ejemplo, hacia otro fluido de trabajo. Este contenido térmico, por lo tanto, resulta utilizable para diversos fines, tales como, por ejemplo, para el proceso de desalinización del agua en un sistema específico. Más preferentemente, el aire de fluidificación que sale del dispositivo, por medio de un intercambiador específico, puede precalentar el aire ambiental, que es introducido posteriormente en el lecho de partículas por el mencionado sistema de fluidificación. Con base en otra variante, el sistema de ventilación puede dar como resultado una reintroducción del aire extraído del francobordo directamente en el lecho de partículas, en concreto, en la base del mismo, con el fin de fluidificar el propio lecho.

Debido a las propiedades termofluidodinámicas del lecho, cuanto mayor es la velocidad de las partículas, en concreto, inducida por el flujo de aire de fluidificación, mayor es el coeficiente de intercambio de calor que resulta en el interior del propio lecho. Por esta razón, y para evitar que el polvo y el aire caliente puedan escapar del dispositivo a través de la abertura de irradiación, la invención prevé una sinergia entre la posición de dicha abertura, la configuración de la carcasa en la zona que limita con el francobordo y/o la presión en el francobordo.

Sobre la base de la invención, la abertura de irradiación es posicionada lateralmente en la carcasa del dispositivo, habitualmente en su parte más alta, o cerca de la misma. En concreto, la posición de la abertura es lateral con respecto a una dirección principal de fluidificación del lecho de partículas y/o a una dirección longitudinal de extensión del lecho. Preferentemente, la parte de la carcasa que limita con el francobordo, que suele ser una pared superior de la propia carcasa, tiene una configuración inclinada o acampanada, con un borde o parte inferior en la abertura de irradiación. Ventajosamente, en un borde o parte superior de dicha configuración inclinada, o cerca del mismo, está posicionada una conexión con el sistema de ventilación que aspira el aire de fluidificación que emerge en el francobordo. De esta manera, la parte correspondiente de la carcasa funciona como una campana, favoreciendo el movimiento convectivo del aire caliente de fluidificación que sale del lecho de partículas hacia la conexión al sistema de ventilación, siendo dicho aire aspirado, preferentemente, por la depresión provocada por la acción de aspiración de dicho sistema. Por lo tanto, el aire caliente se aleja de la abertura de irradiación.

En una disposición preferente, la elección de la posición de la abertura de irradiación es tal que limita al mínimo el factor de visión de la parte del lecho que es irradiada directamente por la radiación solar concentrada. En concreto, preferentemente, ninguna parte del lecho de partículas está en correspondencia directa con la abertura de irradiación según la dirección vertical o longitudinal, es decir, no presenta un factor de visión unitario respecto a la propia abertura. Esta configuración permite limitar al mínimo las pérdidas de calor por reirradiación generadas por la parte superficial del lecho de partículas, y reduce, asimismo, el riesgo de escape de aire y polvo.

Sobre la base de una realización preferente, el sistema de ventilación está configurado para aumentar la velocidad de aspiración a medida que aumenta la temperatura del lecho de partículas. Esta automatización permite mantener una depresión constante o, de alguna manera, controlada, en la zona de francobordo.

En cualquier caso, tal como se ha indicado anteriormente, el sistema de ventilación puede dar lugar a una presión interna del dispositivo igual o inferior a la del ambiente circundante, con el fin de reducir o eliminar el escape de aire caliente y el eventual polvo hacia el ambiente externo del dispositivo.

En el caso de depresión de la zona de francobordo con respecto al entorno exterior, el aire exterior puede entrar en el dispositivo a través de la abertura de irradiación. Dicha entrada de aire exterior puede contrarrestar el escape de aire de fluidificación y de polvo a través de la misma abertura.

Según otro aspecto de la invención, en la abertura de irradiación puede estar posicionado un intercambiador de calor auxiliar, total o parcialmente fuera de la carcasa. Dicho intercambiador de calor auxiliar puede recibir directamente la radiación solar concentrada, en concreto, en un fluido de trabajo que lo atraviesa. El intercambiador auxiliar puede ser independiente de los intercambiadores que están introducidos en el lecho de partículas, y puede hacer que el contenido de entalpía obtenido por la radiación solar esté inmediatamente disponible para diversos fines, por ejemplo, para alimentar de manera continua un sistema de desalinización asociado al dispositivo. En otras aplicaciones, el intercambiador auxiliar puede ser conectado a los intercambiadores que están situados en el interior del lecho de partículas y realizar un precalentamiento del fluido de trabajo relacionado.

El intercambiador de calor puede estar alojado en el interior de medios de guiado, por ejemplo, de forma troncocónica, con conicidad hacia el exterior, situados en la abertura de irradiación. Dicha variante contribuye al precalentamiento del aire ambiental que puede entrar en el dispositivo a través de la abertura de irradiación.

Las realizaciones adicionales pueden dar a conocer una pluralidad de aberturas de irradiación, cada una de las cuales tiene las características mencionadas anteriormente.

El dispositivo de la invención puede formar parte de un sistema modular para la producción de energía térmica, alimentado por energía solar.

Otras ventajas, características y modalidades de utilización de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de determinadas realizaciones, que se presentan a modo de ejemplo, pero sin ningún efecto limitativo.

Breve descripción de las figuras

Se hará referencia a los dibujos de las figuras adjuntas, en las que:

^{• la figura} 1 ^{muestra una vista esquemática, en sección longitudinal, de un dispositivo de acumulación e intercambio} de energía térmica de origen solar, asociado a un sistema óptico del tipo denominado “haz descendente”;

^{• la figura} 2 ^{muestra una vista esquemática ampliada del dispositivo de la figura} 1^{, en asociación con ciertos} componentes de un sistema de intercambio térmico;

• la figura 3 muestra otra representación esquemática ampliada del dispositivo de la figura 1, incluso en asociación con ciertos componentes de un sistema de producción de energía; y

• la figura 4 muestra una vista esquemática, en sección longitudinal, de un dispositivo de acumulación e intercambio de energía térmica de origen solar, según una realización preferente de la invención, que puede ser combinado con los componentes del sistema y los elementos de las figuras anteriores;

• la figura 5 muestra una vista esquemática, en sección longitudinal, de otro dispositivo de acumulación e intercambio de energía térmica de origen solar;

^{• la figura} 6 ^{muestra una vista esquemática, en sección longitudinal, de otro dispositivo de acumulación e} intercambio de energía térmica de origen solar, relativo a un modo alternativo de distribución de un gas de fluidificación;

• la figura 7 muestra una vista esquemática, en sección longitudinal, de otro dispositivo de acumulación e intercambio de energía térmica de origen solar, en el que destaca un procedimiento de barrera para evitar el escape de partículas de un francobordo del lecho fluidificado;

^{• la figura} 8 ^{muestra un vista superior esquemática del dispositivo de la figura 7.}

Las dimensiones o estimaciones lineales y angulares mostradas en las figuras presentadas anteriormente deben ser entendidas meramente como un ejemplo, y no necesariamente están representadas en proporción.

Descripción detallada de realizaciones preferentes

Diversas realizaciones y variantes de la invención se describirán a continuación, haciendo referencia a las figuras presentadas anteriormente.

En general, los componentes análogos están indicados en la totalidad de las diversas figuras con el mismo número de referencia.

Las realizaciones y otras variantes distintas de las realizaciones y variantes ya tratadas en la descripción se mostrarán únicamente con respecto a las diferencias con respecto a lo que ya se ha descrito.

Haciendo referencia a la figura 1, un dispositivo de acumulación e intercambio de energía térmica de origen solar, o receptor, según un ejemplo no contemplado en las reivindicaciones pero útil para comprender la invención, está ^{indicado en su conjunto con el número de referencia} 1^.

El dispositivo 1 del presente ejemplo está concebido para ser introducido en un sistema 500 de producción de energía, comprendiendo con el tiempo una pluralidad de dispositivos tales como el considerado en el presente documento.

El sistema 500 puede incluir un sistema óptico que está configurado para concentrar una radiación solar incidente ^{sobre el dispositivo o los dispositivos} 1^{. Cada dispositivo} 1 ^{puede estar asociado con un sistema óptico propio.} Ventajosamente, dicho sistema óptico tiene una configuración de “haz descendente”. En concreto, el sistema óptico puede incluir una pluralidad de heliostatos principales 501, o elementos ópticos principales equivalentes, dispuestos en el suelo y adecuados para recoger la radiación solar para desviarla/concentrarla sobre uno o varios reflectores secundarios 502, o elementos ópticos secundarios equivalentes. Estos últimos están dispuestos elevados, por ^{encima del dispositivo o dispositivos} 1 ^{dispuestos en el suelo y, por lo tanto, conducen la radiación solar sobre el} propio o los propios dispositivos. En la figura 1 está indicado con F1 un foco común de los elementos ópticos y con F2 el foco del elemento óptico secundario que se representa.

Los heliostatos principales 501 pueden estar organizados en subcampos, por ejemplo, ordenados según los puntos cardinales.

Tal como se muestra con mayor detalle en la figura 2, el dispositivo 1 comprende una carcasa de contención 2, que ^{define un compartimento interno} 20^{, siendo este último adecuado para alojar un lecho que puede ser fluidificado, de} partículas 3, que se describirá a continuación. La carcasa 2 puede tener una forma geométrica poligonal, por ejemplo, cúbica, paralelepipédica o cilíndrica. En este ejemplo, la carcasa 2 incluye una pared superior 21, un faldón lateral 23 y una pared inferior o base 24.

Con respecto a la forma geométrica del dispositivo 1, se puede definir una dirección longitudinal L, en el presente ejemplo una dirección vertical, y una dirección transversal T, que es ortogonal a la dirección longitudinal L y, en este ejemplo, por lo tanto, horizontal. La carcasa 2 tiene una abertura de irradiación 10. Los reflectores secundarios 502 ^{citados anteriormente concentran, específicamente, la radiación solar incidente en dicha abertura} 10^{, o en ella o} cerca de la misma (foco F2), y en el interior del compartimiento 20.

La abertura 10 coloca el compartimento interno 20 y, por lo tanto, el lecho de partículas 3 que aloja, en comunicación directa con el ambiente externo. En concreto, la abertura 10, durante su utilización, no tiene ningún medio de cierre o pantalla tal como, por ejemplo, ventanas transparentes o similares. En otras palabras, el dispositivo 1 está configurado para funcionar sin ningún medio de cierre o pantalla. Durante los periodos de no funcionamiento, la abertura puede estar cerrada mediante medios amovibles destinados a proteger el sistema y eliminar o reducir la dispersión de energía térmica hacia el ambiente exterior.

En este ejemplo, la abertura 10 se muestra dispuesta en la pared superior 21 de la carcasa 2 y, en general, centrada en sentido longitudinal con respecto a ella. No obstante, dicha representación debe ser entendida como meramente ^{a modo de ejemplo, y una disposición especialmente preferente de dicha abertura} 10 ^{se explicará más adelante} haciendo referencia a la figura 4.

El lecho de partículas 3 que puede ser fluidificado es de tipo granular, es decir, formado por partículas sólidas. El ^{tipo de material granular que se prefiere para el lecho de partículas del dispositivo} 1 ^{es uno que tenga características} térmicas de alta conductividad y difusividad. Un ejemplo de material granular preferente es la arena de río, que, además de tener unas características térmicas adecuadas, presenta de manera natural una forma redondeada de las partículas, que minimiza el fenómeno de abrasión mutua entre las mismas.

El lecho 3 ocupa el compartimento 20 interno, de tal manera que deja, también durante la utilización, un espacio 22 libre, o francobordo, sobre su propia superficie libre 35. En concreto, el espacio 22 está delimitado en la parte inferior por la superficie libre 35, en la parte superior, por la pared 21 de la carcasa 2 y, lateralmente, por el faldón 23 de la propia carcasa.

El lecho 3 define una primera zona 30 de lecho, cuya superficie libre está dispuesta de tal manera que es directamente irradiada, es decir, es impactada/alcanzada, por la radiación solar que entra por la abertura de irradiación 10. Dicha primera zona 30 se denominará zona de trabajo o de irradiación. La parte restante del lecho, que rodea y es adyacente a la zona de trabajo 30, define una zona de acumulación de calor 31.

En términos generales, en el ejemplo considerado en el presente documento, la zona de trabajo 30 está dispuesta longitudinalmente centrada en el lecho 3, y la zona de acumulación 31 la circunscribe y es transversalmente adyacente a la misma.

Variantes del dispositivo pueden prever que la zona de trabajo, es decir, la zona directamente irradiada, ocupe toda la extensión del lecho 3.

El lecho de partículas 3 es activado por medios de fluidificación 4 configurados para introducir y distribuir un gas de fluidificación, en concreto, aire, en el interior del compartimento 20. En este ejemplo, los medios de fluidificación 4 comprenden una pluralidad de elementos de introducción o entrada de aire de fluidificación, dispuestos en la base inferior 24 de la carcasa 2 o del lecho de partículas 3. El recorrido del aire de fluidificación en el interior del lecho de partículas 3 es, por lo tanto, de abajo arriba, en concreto, vertical o sensiblemente vertical. En términos más generales, la introducción del gas de fluidificación se realiza siguiendo la dirección longitudinal L.

En este ejemplo, dichos elementos de introducción están dispuestos y, por lo tanto, introducen aire tanto en la base de la zona de acumulación 31 como en la base de la zona de trabajo 30. En la figura 2, un elemento de introducción dispuesto en la zona de trabajo 30 está indicado con el número de referencia 40.

En este ejemplo, se proporciona una fluidificación uniforme o sustancialmente uniforme del lecho de partículas 3, es decir, de sus dos zonas 30 y 31.

El régimen fluidodinámico del lecho 3 permite un intercambio efectivo de calor entre las partículas de sus distintas partes, en concreto, entre las de la zona de trabajo 30 y las de la zona de acumulación 31. Este proceso se ve favorecido por el hecho de que las partículas del lecho, en concreto, las pertenecientes a las dos zonas, experimentan un continuo intercambio y recirculación. Durante la utilización, las partículas de la zona de trabajo 30 y, en concreto, las dispuestas sobre la superficie libre 35 o en su proximidad, absorben energía térmica de la radiación solar, y la transfieren al resto de partículas del lecho, en concreto, a las de la zona de acumulación 31. Tal como se mencionó anteriormente, el intercambio de calor entre las partículas se ve favorecido por movimientos convectivos determinados por el régimen de fluidificación. Estos movimientos transfieren, o vierten, en la parte superior de las subzonas adyacentes del lecho, las partículas de la subzona que tienen mayor velocidad de fluidificación, hacia la subzona adyacente, con menor velocidad de fluidificación, y arrastran partículas de esta última subzona en la subzona que tiene mayor velocidad, hacia la parte inferior de las subzonas adyacentes.

Esta nueva mezcla de las partículas de la subzona permite una transferencia de masa y energía térmica en el interior de la totalidad del volumen de la zona de trabajo del lecho afectado por la mancha solar, y maximiza la superficie de partículas expuestas a la radiación solar concentrada.

Las variantes pueden proporcionar una fluidificación diferenciada, finalmente la fluidificación de una sola de las zonas 30 y 31 y/o una fluidificación de las zonas temporalmente diferenciada. La fluidificación de diferentes zonas o partes de lechos, o los regímenes de fluidificación que se pueden seleccionar para las mismas, pueden ser diferentes para la velocidad, y, en última instancia, la capacidad o caudal, del flujo de aire de fluidificación que entra en el lecho de partículas 3.

Los elementos de fluidificación pueden estar dispuestos uniformemente en la base del lecho de partículas 3, tal como se muestra en este ejemplo, o pueden estar posicionados de manera diferenciada.

Además, se pueden disponer elementos de fluidificación que son estructuralmente análogos entre sí y, finalmente, controlados de diferentes maneras, por ejemplo en términos de velocidad y/o capacidad/caudal.

El régimen de fluidificación también puede ser del tipo de ebullición y/o, en general, un régimen que favorezca los movimientos convectivos de las partículas en el lecho 3 o en zonas o partes del mismo.

En ciertas variantes, el régimen de fluidificación que se selecciona para todo el lecho o para una de sus zonas o partes puede ser también del tipo denominado “de chorro”, por ejemplo un chorro, una fuente o un impulso. El lecho fluidificado del tipo de chorro tiene, en general, un régimen hidrodinámico caracterizado por un chorro de fluidificación de gas central en la base del propio lecho que, debido a la fuerte diferencia de velocidad entre las partículas que están directamente expuestas al chorro y las partículas circundantes, establece un movimiento de arrastre por parte de la columna del lecho que se apoya tanto en el propio chorro como en las zonas enfrentadas (cilíndricas), creando, tal como se ha dicho, un efecto de fuente en la parte central alimentada por el sólido que es arrastrado en las partes laterales de los chorros.

Ventajosamente, los citados elementos de introducción del gas de fluidificación pueden ser inspeccionados desde el exterior del dispositivo, sin necesidad de retirar las partículas del lecho, y, en su caso, pueden ser objeto de trabajos de mantenimiento/limpieza desde el exterior.

En el ejemplo considerado en el presente documento, el sistema de fluidificación comprende uno o varios conductos de distribución 45 del aire de fluidificación, dispuestos horizontalmente en la base del dispositivo 1, y posicionados, preferentemente, para atravesar el dispositivo por su faldón lateral o pared 23. En el lado externo del dispositivo 1, cada conducto 45 puede, por ejemplo, estar dotado de una pestaña 46 desmontable. De esta manera, en caso de ser necesario, basta con eliminar la citada pestaña 46 para poder inspeccionar y acceder a la parte interna del conducto 45.

Los elementos de intercambio de calor 5, en concreto, los haces de tubos, pueden estar alojados en el interior del lecho 3, en concreto, dentro de la zona de acumulación 31. Dichos haces de tubos, en condiciones de trabajo seleccionadas, es decir, en determinadas condiciones de utilización, pueden ser atravesados por un fluido de trabajo, por ejemplo, agua en su estado líquido y/o de vapor.

En concreto, en una etapa de intercambio de calor, es decir, en una etapa de utilización de la energía térmica retenida, el fluido de trabajo puede hacerse circular en los haces de tubos 5 y recibir calor de las partículas de la zona de acumulación 31. Por el contrario, durante una etapa de solo acumulación, los haces de tubos 5 pueden funcionar en condiciones secas, es decir, sin fluido de trabajo.

En una modalidad de aplicación preferente, la etapa de acumulación puede ser activada en presencia de luz solar. El intercambio térmico, es decir, la transferencia de energía térmica al fluido de trabajo, puede ser activada también en ausencia de luz solar.

La fluidificación del lecho de partículas 3, o de una de sus zonas o subzonas o partes, también puede tener lugar únicamente durante la etapa de acumulación.

Los elementos de intercambio de calor 5 pueden ser configurados de tal manera que sean fácilmente reemplazables sin la necesidad de eliminar las partículas del lecho.

Tal como se muestra en la figura 3, el fluido de trabajo que sale del dispositivo 1 en las condiciones de temperatura y presión nominales se puede hacer que se expanda en una turbina 510 acoplada a un generador para la producción de energía eléctrica, o puede ser utilizado para otros fines industriales, por ejemplo, para la producción de agua caliente, en sistemas de aire acondicionado o en sistemas de desalinización. En otras palabras, los haces de tubos 5 están conectados a otros componentes del sistema 500, por ejemplo, una o varias turbinas 510, condensadores 511, intercambiadores de calor 521, bombas 520, etc., cada uno de los cuales es en sí conocido.

^{Todavía haciendo referencia a las figuras 2 y 3, el dispositivo 1 comprende, además, medios} 6 ^{para la aspiración del} aire de fluidificación que terminó su propio recorrido en el interior del lecho de partículas 3, y emerge de él en el ^{francobordo 22. Dichos medios de aspiración} 6 ^{están, por lo tanto, configurados para aspirar el aire en el interior de} la carcasa 2 por encima de la superficie libre 35 del lecho de partículas 3. En este ejemplo, los medios de ^aspiración 6 ^{comprenden elementos de salida 60 del aire del espacio vacío} 22 ^{dispuestos en una parte superior del} faldón lateral 23 de la carcasa 2.

^{Preferentemente, los medios de aspiración} 6 ^{también están configurados para evitar una introducción, o una} introducción masiva, del aire de fluidificación y/o de las partículas arrastradas por el mismo, en el ambiente externo, ^{a través de la abertura} 10^.

^{Ventajosamente, los medios de aspiración} 6 ^{disponen de medios de control (no representados), preferentemente} sensores de caudal que, en sinergia con otros medios de control (no mostrados) asociados a los medios de fluidificación 4, dan como resultado un caudal de aire extraído del dispositivo 1 que es igual o superior al caudal de aire de fluidificación introducido en el lecho de partículas 3.

^{Preferentemente, la configuración de los medios de aspiración} 6 ^{es tal que determina una depresión en el espacio 22. En este caso, los medios de aspiración} 6 ^{determinan un retorno de aire del ambiente al dispositivo a} través de la abertura de entrada 10. Este aire se calienta durante el paso por la abertura de entrada 10, ^{enriqueciéndose del contenido térmico que es aportado al aire extraído del dispositivo} 1^.

Ventajosamente, el dispositivo 1 proporciona un intercambio de calor entre el aire de fluidificación (calentado) que ^{sale del lecho de partículas 3 por la superficie libre 35 de éste y que es aspirado por los medios} 6 ^{y el aire de} fluidificación que entra en el lecho de partículas 3 por medio de los medios de fluidificación 4. En otras palabras, se proporciona una regeneración del calor obtenido a través de los medios de intercambio de calor. Esto se representa esquemáticamente en las figuras por medio de los componentes de intercambio de calor 512, los componentes de eliminación de polvo 513 del aire de fluidificación, los componentes de ventilación 514, los componentes para la aspiración del aire de fluidificación del dispositivo 515 y para la introducción del aire ambiental en el sistema de fluidificación.

En una variante, el dispositivo 1 dispone de una cámara impelente en la superficie libre 35 del lecho de partículas 3. Esta cámara impelente se entiende como una zona de baja o nula velocidad para las partículas del lecho y está ^{definida, en este ejemplo, por el espacio} 22 ^{libre. Incluso la cámara} 22 ^{impelente contribuye a evitar un escape, o un escape masivo, de aire y/o partículas a través de la abertura} 10^.

En una variante, el dispositivo 1 puede comprender, además, medios de introducción de un gas de confinamiento, en concreto, aire, en forma de flujo laminar. Este último es adecuado para producir una (otra) barrera al escape de partículas hacia el exterior.

Dichos medios pueden estar dispuestos por encima de la superficie libre 35 del lecho de partículas 3, en concreto, en su abertura de irradiación 10. Preferentemente, la disposición es tal que el flujo laminar se emite precisamente en línea con la abertura 10, paralelo a la dirección transversal T de desarrollo de esta última, para formar una especie de ventana gaseosa de cierre de la abertura.

^{El dispositivo 1 comprende, además, una estructura de confinamiento} 8 ^{conformada, o guía, dispuesta en la boca de la abertura de irradiación 10. La estructura de confinamiento} 8 ^{se puede desarrollar total o principalmente fuera del dispositivo} 1^{, es decir, sobresalir o no, parcialmente, dentro del espacio vacío} 22^.

^{La estructura de confinamiento} 8 ^{tiene una abertura de paso, es decir, tiene una estructura tubular, de tal manera que se mantiene la comunicación directa entre el interior y el exterior de la carcasa} 2 ^{por medio de su abertura de irradiación} 10^.

^{En una variante, la estructura de confinamiento} 8 ^{da como resultado una (otra) cámara impelente y, por lo tanto,} contribuye a evitar o reducir el escape de aire y/o partículas al exterior.

^{En este ejemplo, la estructura de confinamiento} 8 ^{tiene una forma inclinada, en concreto, cónica, con una sección} decreciente hacia el interior de la carcasa 2. Dicha sección de la estructura de confinamiento permite evitar interferencias con la dirección de la radiación solar que es concentrada por el sistema óptico específico. Además, en ^{las paredes de la estructura} 8^{, boquillas de aspiración de aire, o elementos de aspiración equivalentes, que pueden estar en comunicación con el entorno del francobordo} 22 ^{o estar asociados a un sistema de aspiración específico.} Cuando están en comunicación con el francobordo 22, estas boquillas vierten el aire aspirado en el espacio comprendido entre la superficie libre 35 y la pared superior 21 de la carcasa 2. Desde aquí, este flujo de aire también ^{es aspirado por los medios de aspiración} 6 ^{que ya han sido introducidos.}

En una variante, el dispositivo 1 comprende, además, un bastidor externo 80 que soporta medios desmontables en ^{la abertura} 10^{, para la protección del sistema durante sus periodos de no funcionamiento, y para eliminar o disminuir} la dispersión de energía térmica hacia el ambiente externo.

Según una variante preferente, el dispositivo 1 comprende un intercambiador de calor 9 auxiliar, dispuesto en la ^{estructura de confinamiento} 8 ^{o, en términos generales, de la abertura de irradiación 10. El intercambiador 9 auxiliar} está configurado de tal manera que está expuesto directamente a la radiación solar incidente, con el fin de absorber calor, por ejemplo, mediante un vector de fluido.

El intercambiador 9 auxiliar puede ser independiente de los elementos de intercambio de calor 5 introducidos en el lecho de partículas, o puede estar conectado a los mismos.

La figura 4 se refiere a una realización especialmente preferente del dispositivo de la invención, también indicado en el presente documento con 1. Aunque está representado esquemáticamente, se aplica la misma descripción que la anterior para esta realización, con la excepción del posicionamiento de la abertura de irradiación, indicada en este caso con la referencia 10’, que está dispuesta lateralmente sobre la carcasa 2. En concreto, la abertura 10’ está realizada en línea con una parte superior de la carcasa 2, y definida, en este ejemplo, entre una parte 230 del faldón lateral 23 de la carcasa y una pared superior, en concreto, una inclinada, 210, de la propia carcasa 2. En este ejemplo, la parte 230 tiene una inclinación con respecto a la parte restante del faldón 23, y en concreto, con respecto a las direcciones transversal y longitudinal T y L, que sobresalen hacia el exterior con respecto a dicha parte restante del faldón. Preferentemente, la superficie libre 35 del lecho de partículas 3 está dispuesta, en condiciones de funcionamiento de fluidificación, en el borde inferior de la parte 230 o cerca del mismo, en concreto, debajo de él. La pared superior 210 inclinada o acampanada tiene un borde inferior 211 que, junto con la parte 230, da lugar a la ^abertura 10^{’, y un margen superior} 212 ^{que está conectado a un elemento u orificio de salida 600 de los medios de aspiración o ventilación} 6 ^{descritos anteriormente. El foco F2 del elemento óptico secundario 502 mencionado con referencia a la figura} 1 ^{está dispuesto en la boca de la abertura} 10^’.

Tal como ya se destacó anteriormente, la posición lateral de la abertura 10’, la configuración inclinada 210 de la ^carcasa 2 ^{y/o el régimen de presión en el francobordo} 22^{, como (también) se obtiene por medio de los medios de aspiración} 6^{, son sinérgicos, para mejorar el intercambio térmico en el lecho de partículas 3 y para evitar el escape de polvo y aire caliente del dispositivo} 1^.

En la figura 4 se muestran medios de fluidificación 4 análogos a los descritos anteriormente, compuestos por uno o por una pluralidad de elementos centrales de introducción 401 que pueden ser independientes de uno o varios elementos laterales 402 y 403. Estos elementos también pueden ser inspeccionados y/o mantenidos desde el exterior, por ejemplo, mediante una o varias pestañas amovibles 46 análogas a las descritas anteriormente.

La figura 4 destaca, además, una estructura multicapa para la carcasa 2.

La figura 5 muestra otro ejemplo de dispositivo no abarcado por las reivindicaciones, para el almacenamiento y/o ^{intercambio de energía térmica de origen solar, que está indicado, en su conjunto, con} 101^.

El dispositivo 101 es adecuado para su utilización en una planta de producción de energía, en concreto, eléctrica, y está configurado para recibir una radiación solar concentrada por un sistema óptico.

El dispositivo 101 incluye una carcasa exterior 102, que tiene una base inferior 121, una pared superior 122 y un faldón lateral 123. La carcasa tiene un compartimento interno 120, en comunicación directa con el ambiente externo a través de una abertura de irradiación 200. Esta última está posicionada, en este ejemplo, en el centro de la pared ^superior 122^.

También en este caso, la abertura 200 está configurada para permitir la entrada de la radiación solar concentrada y, ^{tal como se ha dicho, pone en comunicación directa dicho compartimento interno} 120 ^{con el ambiente externo,} estando desprovisto, en la utilización, de medios de cierre o pantalla.

Un lecho de partículas sólidas que puede ser fluidificado se aloja en el interior del compartimento 120, indicado, en conjunto, con el número 103, y análogo al descrito anteriormente en conjunto con los otros ejemplos.

Con referencia a las modalidades de funcionamiento del dispositivo 101, y análogamente a los ejemplos anteriores, en el interior del lecho de partículas 103, en la utilización, se puede identificar una parte 130 de irradiación o de ^{trabajo, directamente expuesta a la radiación solar concentrada que entra a través de la abertura} 200^{, y una parte de} almacenamiento y/o intercambio de calor 131, dispuesta circunscrita a la parte de irradiación 130. En este ejemplo, la parte de irradiación 130 está colocada centralmente con respecto a la parte de almacenamiento y/o intercambio 131. Las dos partes 130 y 131 se extienden, cada una, en la dirección longitudinal L en el interior del lecho de partículas, es decir, entre la base 121 y la pared superior 122. La superficie libre (francobordo) del lecho 103, indicada con 135, está posicionada, en general, por debajo de la pared superior 122 de la carcasa 102, puesto que está separada de ésta por un espacio libre 136.

Las dos partes de lecho 130 y 131 están en comunicación dinámica de partículas, en el sentido de que, en la utilización, las partículas de las dos partes se intercambian, experimentando una mezcla continua. Incluso la extensión del francobordo 136 puede ser variable en función de la aplicación específica.

En la base del lecho de partículas 103, o de la carcasa 102, están dispuestos primeros y segundos medios de fluidificación, indicados en su conjunto con los números 104 y 400, y configurados de tal manera que determinan una fluidificación del lecho 103 y, en concreto, de sus respectivas partes 130 y 131.

De manera más detallada, los primeros medios de fluidificación 104 incluyen un elemento 141 para el transporte de aire u otro gas de fluidificación, colocado centralmente de tal manera que se corresponde con una base de la parte de irradiación 130.

Los primeros medios de fluidificación 104 incluyen, por lo tanto, un conducto ascendente (“elevador”) 140, que se extiende longitudinalmente en el interior del lecho 103, presentando, en concreto, una primera parte 142 en las proximidades de la base del lecho, y una segunda parte 143 situada por encima de la superficie libre 135. El conducto ascendente 140 está configurado para recibir en su interior las partículas de la parte de irradiación 130, y guiarlas hasta un burbujeo o erupción por encima de la superficie libre 135 y en la abertura de irradiación 200.

Los segundos medios de fluidificación 400 incluyen, asimismo, un elemento 401 de transporte de aire o de otro gas de fluidificación, situado lateralmente con respecto a la base de la carcasa 102. Este elemento 401 transporta el gas al interior de una caja de viento 402, que lo distribuye a la base de la parte de almacenamiento y/o intercambio 131. Preferentemente, los medios de fluidificación 104 y/o 400 están configurados para determinar, en la utilización, un régimen de lecho en ebullición en todo el lecho de partículas 103 o en sus partes o subpartes.

^{En una variante mostrada en la figura} 6^{, los segundos medios de fluidificación incluyen una pluralidad de elementos} de distribución (“elementos de burbujeo”), uno de los cuales se indica como ejemplo con 403.

De nuevo, haciendo referencia a la figura 5, el dispositivo 101 incluye, además, una estructura de confinamiento 105, ^{integral a la carcasa} 102 ^{y posicionada en la abertura de irradiación} 200^{, de tal manera que la circunscribe} completamente.

La estructura de confinamiento 105 colabora con los primeros medios de fluidificación 104 para determinar un intercambio dinámico de partículas entre las dos partes de lecho 130 y 131. Para ello, la estructura 105 se dispone circunscrita al conducto ascendente 140.

En este ejemplo, la estructura de confinamiento 105 presenta una forma geométrica que varía de abajo arriba, o que ^{se estrecha, con una sección que disminuye de tamaño hacia el interior de la carcasa} 102^{, en concreto, una forma} de tronco de cono invertido. La base inferior de dicho tronco de cono continúa con un conducto descendente 150 situado circunscrito al conducto ascendente 140, y que se prolonga en el interior del lecho de partículas. Preferentemente, la estructura de confinamiento 105 está dispuesta, como mínimo parcialmente, sobresaliendo ^{hacia el exterior con respecto a dicha abertura de irradiación} 200^.

La configuración general es tal que las partículas de la parte de irradiación 130, más abajo de dicho burbujeo o erupción, retroceden entre el conducto ascendente 140 y la estructura de confinamiento 105 y son guiadas por el conducto descendente 150 en un movimiento de readmisión a la parte de almacenamiento y/o intercambio de calor 131.

El compartimento longitudinal definido en el lecho 103 entre los dos conductos 140 y 150 establece una junta estanca hidráulica respecto a la salida de las partículas y del gas de fluidificación introducido por los segundos medios 400 hacia el exterior del dispositivo 101 a través de la abertura 200.

Por lo tanto, en la utilización, las partículas de la parte de irradiación 130 absorben energía térmica de la radiación solar durante su burbujeo o erupción, y la transfieren a las partículas de dicha parte de almacenamiento y/o intercambio 131 una vez que son conducidas a través del conducto descendente 150.

Preferentemente, la estructura de confinamiento 105 define, por encima de la superficie libre 135 del lecho 103, una cámara impelente 124 del movimiento de fluidificación de las partículas de la parte de irradiación 130.

Ventajosamente, por lo tanto, los primeros y segundos medios de fluidificación 104 y 400 están configurados para determinar diferentes regímenes fluidodinámicos en la parte de irradiación 130 en comparación con la parte 131, preferentemente con base en diferentes velocidades de fluidificación de partículas.

^{El dispositivo mostrado en la figura} 6 ^{es completamente análogo al de la figura 5, salvo la variante mencionada} anteriormente en los segundos medios de fluidificación.

^{En cuanto a las figuras 7 y} 8^{, se refieren a otra variante que prevé unos medios de aspiración 106 de un gas de} fluidificación, dispuestos en el interior de la carcasa 102 por encima de la superficie libre 135 del lecho de partículas 103, y en concreto, asociados a la estructura de confinamiento, indicada en el presente documento con 500.

Dichos medios 106 comprenden, en este ejemplo, una o varias válvulas o boquillas de aspiración dispuestas en línea con un faldón lateral de la estructura 500. En la configuración realizada, esta última no proporciona el mencionado conducto descendente y termina por encima de la superficie libre 135 del lecho 103. La presencia de las boquillas impide que el gas de fluidificación transportado a través de los segundos medios de fluidificación 400 se ^{escape a través de la abertura} 200^.

La figura 7 muestra, asimismo, elementos de intercambio de calor 110, en concreto, haces de tubos que, cuando están en la utilización, son atravesados por un fluido de trabajo y dispuestos en dicha parte de almacenamiento y/o intercambio 131 del lecho de partículas que puede ser fluidificado. Obviamente, dichos elementos 110 también están dispuestos en las otras variantes descritas anteriormente.

Tal como también se explicó anteriormente, el dispositivo 101, descrito al considerar todas las figuras tomadas en consideración anteriormente, también puede comprender medios de entrada de un gas de confinamiento, preferentemente aire, por encima de la superficie libre 135, configurados para suministrar un flujo laminar de gas, adecuado para producir una barrera al escape de partículas hacia el exterior. Dichos medios también pueden ser implementados mediante las mismas válvulas o boquillas consideradas en la figura 7.

Tal como se indicó anteriormente, el dispositivo de la invención es adecuado para trabajar en conjunto con un sistema óptico, este último, preferentemente, con una configuración de “haz descendente” que proporciona uno o varios elementos ópticos principales dispuestos hacia el suelo y uno o varios más elementos ópticos de reflexión secundarios dispuestos en altitud. El sistema óptico está configurado para concentrar la radiación solar en consonancia con la citada abertura de irradiación.

El dispositivo de la invención presenta un carácter modular, es decir, que se adapta bien para ser acoplado a uno o varios dispositivos análogos, en serie o en paralelo, con respecto al intercambio térmico.

Además, los tipos de dispositivos según los diversos ejemplos y variantes que se han descrito pueden ser asociados favorablemente para una mayor flexibilidad de producción y/o de trabajo del sistema industrial.

La gestión del sistema de producción de energía mostrado como ejemplo en la figura 3 se realiza, preferentemente, mediante un software de control que optimiza su funcionamiento con base en las solicitudes del usuario y/o en las condiciones meteorológicas, con el resultado de obtener un funcionamiento totalmente flexible del sistema.

Una vez más, en una configuración preferente, el sistema basado en uno o varios de los dispositivos de la invención puede ser asociado ventajosamente a un sistema fotovoltaico, que prevé la producción de energía eléctrica durante el día y que compensa el consumo de los sistemas auxiliares. En esta configuración, los dispositivos de acumulación y transferencia pueden ser gestionados bajo un régimen de acumulación de la energía térmica de origen solar durante las horas de luz solar, y a continuación, bajo un régimen de suministro de energía térmica, transfiriéndola al fluido de trabajo que pasa a través de los intercambiadores internos, al lecho de partículas, para la producción de energía eléctrica, a partir del amanecer.

Además, en la misma configuración, el sistema puede ser asociado a un sistema de desalinización o a otro sistema de aprovechamiento de la energía térmica de origen solar. En dicho caso, los dispositivos pueden ser gestionados en régimen mixto: tanto utilizando acumulación, para la producción nocturna de energía eléctrica, como utilizando suministro contemporáneo, dedicando el correspondiente suministro de energía térmica al funcionamiento continuo del sistema, por ejemplo, el de desalinización.

El dispositivo de la invención puede ser complementado con sistemas alimentados por otras fuentes de energía renovables (por ejemplo, fotovoltaica, eólica, geotérmica) o no renovables, para garantizar la continuidad de la producción de energía con el fin de disminuir o eliminar la producción de energía generada a partir de fuentes no renovables.

En todos los ejemplos y variantes descritos anteriormente, la transmisión de energía de la radiación concentrada al lecho fluidificado se obtiene a través del material granular que se convierte en el vector principal de la energía térmica, a diferencia de los tradicionales medios de recepción, con una membrana o ventana transparente que, colocándose entre la energía concentrada y el vector térmico correlacionado, dan como resultado su separación física.

La invención da a conocer, asimismo, un procedimiento para la acumulación y el intercambio de energía térmica de origen solar, basado en las funcionalidades que se han descrito anteriormente en relación con el dispositivo y el sistema de la invención.

La presente invención se ha descrito hasta ahora haciendo referencia a realizaciones preferentes y ejemplos útiles para comprender la invención. Se debe comprender que pueden existir otras realizaciones que se refieran al mismo concepto inventivo, según lo definido por el alcance de protección de las reivindicaciones que se exponen a continuación.

Claims (30)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo (1) para la acumulación y el intercambio de energía térmica de origen solar,

^{cuyo dispositivo (}1^{) está configurado para recibir una radiación solar concentrada por un sistema óptico, cuyo dispositivo (}1^{) comprende:}

^{- una carcasa (}2^{), que define un compartimento interno (}20^{) y tiene una abertura de irradiación (}10^{’) configurada para permitir la entrada de la radiación solar concentrada, cuya abertura (}10^{’) pone en comunicación directa dicho compartimento interior (}20^{) con el ambiente externo estando desprovisto, en la utilización, de medios de cierre o de} pantalla;

- un lecho (3) de partículas sólidas que pueden ser fluidificadas, alojado en el interior de dicho compartimento interior (20) de dicha carcasa (2), cuyo lecho (3) tiene una zona de trabajo (30) directamente expuesta, en la ^{utilización, a la radiación solar concentrada que entra por dicha abertura (}10^{’), de tal manera que las partículas de} dicha zona de trabajo (30) absorben energía térmica procedente de la radiación solar;

- medios de fluidificación (4) de dicho lecho de partículas (3), configurados para introducir un gas de fluidificación en dicho compartimento (20) como mínimo en dicha zona de trabajo (30); y

^{- una estructura de confinamiento (}8^{) conformada, configurada para contener las partículas de dicho lecho (3) en el interior de dicha carcasa (}2^{), cuya estructura de confinamiento (}8^{) está dispuesta en dicha abertura de irradiación (}10^{’) y sobresaliendo, como mínimo parcialmente, hacia el exterior, con respecto a dicha abertura,}

en el que, durante la utilización, las partículas de dicha zona de trabajo (30) absorben energía térmica de la ^{radiación solar y la transfieren a las otras partículas del lecho, y en el que dicha abertura (}10^{’) está dispuesta en una} posición lateral sobre dicha carcasa (2) y dispuesta lateralmente con respecto a dicha zona de trabajo (30), preferentemente en una pared superior (210) y/o en un faldón lateral (230) de dicha carcasa (2).

2. Dispositivo (1), según la reivindicación 1, en el que dicha abertura de irradiación (10’) está definida en una parte inclinada (230), en concreto, sobresaliendo hacia el exterior, de un faldón lateral (23) de dicha carcasa (2).

3. Dispositivo (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha abertura de irradiación (10’) ^{está definida en una parte superior (}210^{) inclinada de dicha carcasa (}2^{), y en el que, preferentemente, dicha parte} superior (210) define, con respecto a la superficie libre (35) del lecho de partículas (3), una configuración sustancialmente de campana de aspiración.

4. Dispositivo (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposición es tal que el factor de visión de dicha abertura de irradiación (10’) con respecto a la superficie libre (35) de dicha zona de trabajo (30) es ^{inferior a} 1^.

5. Dispositivo (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de fluidificación (4) están configurados para introducir el gas de fluidificación según una dirección predominante (L) longitudinal con respecto al lecho de partículas (3), en concreto, una dirección sustancialmente vertical.

6^{. Dispositivo (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de fluidificación (4)} comprenden uno o varios elementos de alimentación de gas de fluidificación (40; 401 a 403), dispuestos, preferentemente, en una base inferior (24) de dicho lecho de partículas (3) o de dicha carcasa (2).

7. Dispositivo (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de fluidificación (4) están configurados para determinar, en la utilización, un movimiento convectivo circulatorio de partículas en el interior de dicho lecho de partículas (3), en concreto, en el interior de dicha zona de trabajo (30).

8^{. Dispositivo (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de fluidificación (4)} están configurados para determinar, en la utilización, un régimen de fluidificación de tipo fuente en dicha zona de trabajo (30).

^{9. Dispositivo (1), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a} 8^{, en el que dicho lecho (3) tiene una zona de} almacenamiento de calor (31) adyacente a dicha zona de trabajo (30) y, preferentemente, circunscrita a la misma.

10. Dispositivo (1), según la reivindicación anterior, en el que la configuración general es tal que, en la utilización, las partículas de dicha zona de trabajo (30) absorben energía térmica de la radiación solar y la transfieren a las partículas de dicha zona de almacenamiento (31).

11. Dispositivo (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha carcasa (2) tiene una superficie inclinada, o en pendiente, (210) dispuesta por encima de la superficie libre (35) de dicho lecho de partículas (3) y que tiene un margen inferior (211) en dicha abertura de irradiación (10’) o cerca de la misma, siendo ^{la configuración, preferentemente, tal que dicha superficie inclinada (}210^{) es tal que favorece un efecto de aspiración} del gas de fluidificación que emerge del lecho de partículas (3).

^{12. Dispositivo (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios de aspiración (}6^{) de} gas de fluidificación, dispuestos en el interior de dicha carcasa (2) por encima de la superficie libre (35) de dicho lecho de partículas (3).

^{13. Dispositivo (1), según las reivindicaciones 11 y 12, en el que dichos medios de aspiración (}6^{) comprenden una entrada de aspiración (600) dispuesta en un margen superior (}212^{) de dicha superficie inclinada (}210^{), o cerca del} mismo.

14. Dispositivo (1), según la reivindicación 12 o 13, que comprende medios de transferencia para transferir el gas de ^{fluidificación aspirado por los medios de aspiración (}6^{) en la entrada a dichos medios de fluidificación (4).}

15. Dispositivo (1), según la reivindicación 12 o 13, que comprende medios de intercambio de calor entre el gas de fluidificación en la entrada a dicha carcasa (2) por medio de dichos medios de fluidificación (4) y el gas de ^{fluidificación que sale de dicha carcasa (}2^{) a través de dichos medios de aspiración (}6^).

^{16. Dispositivo (1), según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en el que dichos medios de aspiración (}6^{) están configurados para extraer del dispositivo (}1^{) un flujo de gas de fluidificación igual o superior a un caudal de gas de} fluidificación alimentado en dicho lecho de partículas (3) por dichos medios de fluidificación (4).

^{17. Dispositivo (1), según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en el que dichos medios de aspiración (}6^{) están} configurados para provocar una depresión en un espacio vacío (22) interpuesto entre la superficie libre (35) del lecho de partículas (3) y una parte superior (21; 210) de dicha carcasa (2).

^{18. Dispositivo (1), según la reivindicación anterior, en el que dicha estructura de confinamiento (}8^{) tiene forma inclinada, preferentemente cónica, de sección decreciente hacia el interior de dicha carcasa (}2^).

19. Dispositivo (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios auxiliares de intercambio de calor (9) posicionados para ser irradiados directamente, en la utilización, por la radiación solar, y ^{dispuestos, preferentemente, en dicha abertura de irradiación (}10^{) o cerca de la misma.}

20. Dispositivo (1), según la reivindicación anterior, en el que dichos medios auxiliares de intercambio de calor (9) ^{están dispuestos en una pared interna o externa de dicho recinto (}8^).

21. Dispositivo (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende elementos de intercambio de calor (5) dispuestos en el interior de dicho lecho de partículas (3) y atravesados, en la utilización, por un fluido de trabajo.

22. Dispositivo (1), según la reivindicación 19 o 20 y según la reivindicación 21, en el que dichos medios auxiliares de intercambio de calor (9) están conectados a dichos elementos de intercambio de calor (5).

23. Sistema de generación de energía térmica, que comprende:

^{- como mínimo, un dispositivo (}1^{), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores; y}

^{- un sistema óptico, configurado para enfocar una radiación solar incidente en dicha abertura de irradiación (}10^{’) de dicho, como mínimo, un dispositivo (}1^{), en el que dicho sistema óptico tiene, preferentemente, una configuración de} “haz descendente” que comprende uno o varios elementos ópticos principales dispuestos en el suelo y uno o varios elementos ópticos de reflexión secundarios dispuestos en altitud.

24. Sistema (500), según la reivindicación anterior, que comprende, además, un sistema fotovoltaico.

25. Sistema (500), según la reivindicación 23 o 24, que comprende un sistema de desalinización.

26. Procedimiento de acumulación e intercambio de energía térmica de origen solar,

cuyo procedimiento proporciona la irradiación de un lecho fluidificado (3) de partículas sólidas con una radiación solar concentrada por un sistema óptico,

en el que dicho lecho de partículas (3) está alojado en una carcasa (2) dotada de una abertura de irradiación (10’), ^{configurada para permitir la entrada de la radiación solar concentrada, cuya abertura (}10^{’) pone en comunicación} directa el lecho de partículas (3) con el ambiente externo, no teniendo medios de cierre o pantalla,

en el que dicho lecho de partículas (3) tiene una zona de trabajo (30) expuesta directamente a la radiación solar concentrada que entra por dicha abertura (10’), de tal manera que las partículas de dicha zona de trabajo (30) absorben energía térmica de la radiación solar, en el que dicho procedimiento utiliza un dispositivo según cualquiera ^{de las reivindicaciones} 1 ^a 22 ^anteriores.

27. Procedimiento, según la reivindicación 26, en el que en el interior de dicho lecho de partículas se alimenta un gas de fluidificación según una dirección predominante (L) longitudinal con respecto al lecho de partículas (3), en concreto, una dirección sustancialmente vertical.

28. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 26 o 27, que proporciona un movimiento convectivo circulatorio de partículas en el interior de dicho lecho de partículas (3), en concreto, en el interior de dicha zona de trabajo (30).

29. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 28, en el que las partículas de dicha zona de trabajo (30) absorben energía térmica de la radiación solar y la transfieren a partículas de una zona de acumulación (31) adyacente.

30. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 29, que proporciona un intercambio de calor entre el gas de fluidificación en la entrada de dicho lecho de partículas (3) y el gas de fluidificación aspirado por encima de la superficie libre (35) de dicho lecho de partículas (3).