IT201800021301A1 - FLUIDIZED BED DEVICE, SYSTEM AND RELATIVE METHOD FOR ENERGY ACCUMULATION - Google Patents
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Description
DISPOSITIVO A LETTO FLUIDIZZATO, IMPIANTO E RELATIVO METODO PER FLUIDIZED BED DEVICE, PLANT AND RELATIVE METHOD FOR
L’ACCUMULO DI ENERGIA ACCUMULATION OF ENERGY
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Campo tecnico dell’invenzione Technical field of the invention
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo, ad un impianto e ad un metodo per la produzione di energia, in particolare elettrica, basato sullo sfruttamento di energia termica. In particolare, l’invenzione afferisce al settore dei dispositivi di accumulo di energia termica che utilizzano un letto di particelle fluidizzabili. The present invention refers to a device, a plant and a method for the production of energy, in particular electricity, based on the exploitation of thermal energy. In particular, the invention relates to the field of thermal energy storage devices that use a bed of fluidizable particles.
Stato dell’arte State of the art
Sono noti impianti di produzione di energia elettrica, a basso costo, da fonte rinnovabile, in particolare di tipo fotovoltaico ed eolico. Plants for the production of low-cost electricity from renewable sources, in particular of the photovoltaic and wind power type, are known.
Una delle maggiori problematiche di questa tipologia di impianti è la impossibilità di produrre energia elettrica in modo continuo, in quanto essi sono dipendenti, rispettivamente, dalla presenza di sole e vento. Pertanto - particolarmente nelle applicazioni cosiddette “off–grid”, nelle quali l’energia prodotta non viene immediatamente fornita alla griglia di distribuzione – sono necessari sistemi di accumulo elettrochimici (batterie), che, appunto, immagazzinano l’energia elettrica prodotta e la rendono disponibile anche in assenza della radiazione solare o del vento. Tali sistemi di accumulo elettrochimici sono l’elemento più critico di tutto il sistema, soprattutto per la loro breve vita utile, l’alto costo di investimento rispetto alle prestazioni, la necessità di smaltimento a fine esercizio e la limitata capacità di accumulo della quantità di energia elettrica necessaria ad assicurare una continuità di erogazione in ogni condizione ambientale. One of the major problems of this type of systems is the impossibility of producing electricity continuously, as they are dependent, respectively, on the presence of sun and wind. Therefore - particularly in so-called "off-grid" applications, in which the energy produced is not immediately supplied to the distribution grid - electrochemical storage systems (batteries) are required, which, in fact, store the electrical energy produced and make it also available in the absence of solar radiation or wind. These electrochemical storage systems are the most critical element of the whole system, especially due to their short useful life, the high investment cost compared to performance, the need for disposal at the end of the year and the limited capacity to accumulate the quantity of electricity necessary to ensure continuity of supply in all environmental conditions.
Sommario dell’invenzione Summary of the invention
Il problema tecnico posto e risolto dalla presente invenzione è pertanto quello di superare gli inconvenienti sopra menzionati con riferimento all’arte nota, mettendo a disposizione un dispositivo di accumulo e trasferimento di energia termica di particolare efficacia, soprattutto per assicurare una continuità di esercizio nella erogazione di energia elettrica o termica ad una utenza finale. The technical problem posed and solved by the present invention is therefore that of overcoming the aforementioned drawbacks with reference to the prior art, by providing a particularly effective thermal energy storage and transfer device, above all to ensure continuity of operation in the supply. of electrical or thermal energy to an end user.
Il suddetto problema tecnico è risolto da un dispositivo secondo la rivendicazione 1 e un metodo secondo la rivendicazione 14. The aforesaid technical problem is solved by a device according to claim 1 and a method according to claim 14.
Caratteristiche preferite dell’invenzione sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti. Preferred features of the invention are the subject of the dependent claims.
L’invenzione fornisce un dispositivo che permette un accumulo di energia termica in un letto di particelle fluidizzabili ed un contemporaneo o successivo trasferimento e/o conversione di essa in energia elettrica, per un utilizzo flessibile in base alle esigenze dell’utenza finale. L’energia termica è prodotta, per effetto Joule, da resistori, o resistenze, elettrici immersi ne, o lambiti da, il letto di particelle. I resistori, a loro volta, possono essere efficacemente alimentati da sistemi fotovoltaici od eolici, dallo stesso impianto di produzione nel quale si inserisce il dispositivo di accumulo o da fonti ulteriori. The invention provides a device that allows an accumulation of thermal energy in a bed of fluidizable particles and a simultaneous or subsequent transfer and / or conversion of it into electrical energy, for flexible use according to the needs of the end user. Thermal energy is produced, due to the Joule effect, by electrical resistors or resistors immersed in, or lapped by, the bed of particles. The resistors, in turn, can be effectively powered by photovoltaic or wind systems, by the same production plant in which the storage device is inserted or by other sources.
Il letto di particelle può essere di sabbia o altro materiale idoneo con alto calore specifico ed è preferibilmente fluidizzato mediante un sistema di adduzione e distribuzione di un gas di fluidizzazione, tipicamente aria. The particle bed can be made of sand or other suitable material with high specific heat and is preferably fluidized by means of a system for the supply and distribution of a fluidization gas, typically air.
La fluidizzazione può interessare una specifica regione operativa del letto, ad esempio una sezione direttamente a contatto con le resistenze elettriche, oppure l’intero letto di particelle. Vantaggiosamente, il sistema di fluidizzazione può prevedere più unità di fluidizzazione attivabili in maniera indipendente l’una dall’altra. The fluidization can affect a specific operating region of the bed, for example a section directly in contact with the electrical resistances, or the entire bed of particles. Advantageously, the fluidization system can provide multiple fluidization units that can be activated independently of each other.
Come detto, i resistori sono preferibilmente alimentati da sistemi fotovoltaici e/o eolici - inseriti nel medesimo impianto o in una collocazione remota - oppure da una qualsiasi altra fonte di energia elettrica, ad esempio dal medesimo impianto che comprende il dispositivo di accumulo quando tale energia elettrica è disponibile in eccesso rispetto alle necessità dell’utenza. As mentioned, the resistors are preferably powered by photovoltaic and / or wind systems - inserted in the same system or in a remote location - or by any other source of electricity, for example from the same system that includes the storage device when this energy electricity is available in excess of the user's needs.
Vantaggiosamente, le resistenze elettriche sono immerse nel letto di particelle, ad esempio connesse ad una base o a pareti laterali di un involucro del dispositivo, e preferibilmente protette da opportuni strati, o schermi, di materiale resistente alle alte temperature, ad esempio mezzi ceramici o refrattari. Advantageously, the electrical resistances are immersed in the bed of particles, for example connected to a base or to the side walls of an enclosure of the device, and preferably protected by suitable layers, or screens, of material resistant to high temperatures, for example ceramic or refractory media. .
In configurazioni preferite, le particelle del letto raggiungono temperature di accumulo ≥ 600 °C circa e più preferibilmente comprese in un intervallo di 700-1000 °C circa. In preferred configurations, the bed particles reach storage temperatures ≥ 600 ° C and more preferably in a range of about 700-1000 ° C.
L’energia accumulata nel dispositivo può poi essere trasformata, in modo simultaneo o differito, in energia elettrica, impiegata come energia termica od anche permettere un impiego combinato, e flessibile, di tali due forme. L’energia finale così ottenuta può poi essere utilizzata per la produzione programmabile di energia elettrica, ad esempio per la regolazione delle reti elettriche, e/o come energia termica, ad esempio in dissalatori o in altre utenze. The energy accumulated in the device can then be transformed, simultaneously or deferred, into electrical energy, used as thermal energy or even allow a combined and flexible use of these two forms. The final energy thus obtained can then be used for the programmable production of electricity, for example for the regulation of electrical networks, and / or as thermal energy, for example in desalinators or other users.
Il dispositivo di accumulo è quindi configurato per trasferire, come detto in modo contemporaneo o differito, l’energia termica ad un altro componente e/o impianto per la produzione ed erogazione di energia elettrica e/o di energia termica. A tal fine, il dispositivo di accumulo può includere, od essere associato a, uno o più fra i seguenti componenti di scambio termico: The storage device is therefore configured to transfer, as mentioned in a simultaneous or deferred way, the thermal energy to another component and / or plant for the production and supply of electricity and / or thermal energy. For this purpose, the storage device can include, or be associated with, one or more of the following heat exchange components:
- elementi di tipo termoelettrico e/o termoionico e/o termo-fotovoltaico, o ancora di diversa tipologia, in grado di effettuare la conversione dell’energia termica accumulata in energia elettrica; - elements of the thermoelectric and / or thermoionic and / or thermo-photovoltaic type, or even of a different type, capable of converting the accumulated thermal energy into electrical energy;
- scambiatori di calore - alloggiati entro il dispositivo di accumulo e immersi o lambiti dal letto di particelle - in cui fluisce un fluido operatore per la alimentazione di un ciclo termodinamico per la produzione di energia elettrica; - scambiatori di calore che operano, in generale, per riscaldare un fluido, tipicamente vapore, per l’utilizzo diretto ed efficiente dell’energia termica per usi civili, agricoli o industriali. - heat exchangers - housed within the storage device and immersed or lapped by the bed of particles - in which an operating fluid flows to feed a thermodynamic cycle for the production of electricity; - heat exchangers that operate, in general, to heat a fluid, typically steam, for the direct and efficient use of thermal energy for civil, agricultural or industrial uses.
Preferibilmente, tali componenti di scambio termico – ove immersi nel letto di particelle o lambiti da esso - sono protetti da opportuni strati, o schermi, di materiale resistente alle alte temperature, ad esempio mezzi ceramici o refrattari. Preferably, these heat exchange components - when immersed in the bed of particles or lapped by it - are protected by suitable layers, or screens, of material resistant to high temperatures, for example ceramic or refractory media.
Preferibilmente, detti componenti di scambio termico sono selettivamente attivabili, ad esempio mediante interruttori elettrici e/o valvole, in maniera indipendente l’uno dall’altro, così da intervenire o essere disattivati a seconda della effettiva domanda di energia elettrica e/o termica dell’utenza. Preferably, said heat exchange components can be selectively activated, for example by means of electrical switches and / or valves, independently of each other, so as to intervene or be deactivated according to the actual demand for electrical and / or thermal energy of the 'user.
In base a forme di realizzazione preferite, sono previste due configurazioni del dispositivo di accumulo, come illustrato a seguire. According to preferred embodiments, two configurations of the accumulation device are provided, as illustrated below.
Una prima forma di realizzazione si basa su di una configurazione, che diremo “chiusa”, nella quale il letto di particelle è alloggiato entro un involucro che non presenta aperture verso l’ambiente esterno. Pertanto, in questa configurazione l’energia termica accumulata dal letto di particelle è prodotta esclusivamente dalle resistenze elettriche in esso posizionate. A first embodiment is based on a configuration, which we will call "closed", in which the bed of particles is housed within a casing that has no openings to the external environment. Therefore, in this configuration the thermal energy accumulated by the bed of particles is produced exclusively by the electrical resistances positioned in it.
In una seconda forma di realizzazione è prevista una configurazione, che diremo “aperta”, nella quale il dispositivo presenta un involucro dotato di un’apertura verso l’ambiente esterno. Attraverso tale apertura, la radiazione solare concentrata da un apposito sistema ottico è trasferita al letto di particelle. In a second embodiment there is a configuration, which we will call "open", in which the device has a casing with an opening towards the external environment. Through this opening, the solar radiation concentrated by a special optical system is transferred to the bed of particles.
Tale uso del potenziale termico dell'energia solare, possibilmente concentrato da eliostati, per la produzione di energia elettrica è noto nell'arte. In particolare, dispositivi per l’accumulo ed il trasferimento di detta energia termica basati su un letto di particelle solide fluidizzabili esposte, direttamente o indirettamente, alla radiazione solare sono resi noti, ad esempio in WO2013/150347A1 e WO2017/021832A1 dello stesso Richiedente. Such use of the thermal potential of solar energy, possibly concentrated by heliostats, for the production of electrical energy is known in the art. In particular, devices for the accumulation and transfer of said thermal energy based on a bed of fluidizable solid particles exposed, directly or indirectly, to solar radiation are disclosed, for example in WO2013 / 150347A1 and WO2017 / 021832A1 of the same Applicant.
In questa seconda forma di realizzazione, quindi, l’energia termica accumulata nel letto fluido può provenire da due contributi: un contributo di energia primaria quale la radiazione solare concentrata dal sistema ottico e assorbita dal letto fluido e un contributo di energia secondaria, quale l’energia elettrica convertita in termica grazie alle resistenze elettriche posizionate nello stesso letto fluidizzabile. In this second embodiment, therefore, the thermal energy accumulated in the fluid bed can come from two contributions: a primary energy contribution such as solar radiation concentrated by the optical system and absorbed by the fluid bed and a secondary energy contribution, such as '' electrical energy converted into thermal thanks to the electrical resistances positioned in the same fluidizable bed.
Il dispositivo di accumulo proposto, come detto, accumula energia termica, preferibilmente da fonti rinnovabili, per produrre flessibilmente energia elettrica e/o termica. Esso può costituire un modulo moltiplicabile come si vuole per produrre 24/365 energia elettrica e termica al servizio di comunità e impianti industriali e rappresenta un’alternativa “green”, oltre che durevole ed economica, agli attuali sistemi di accumulo elettrochimici, così come ai sistemi di produzione di energia a combustibile fossile. The proposed storage device, as mentioned, stores thermal energy, preferably from renewable sources, to flexibly produce electrical and / or thermal energy. It can constitute a module that can be multiplied as desired to produce 24/365 electrical and thermal energy for the service of communities and industrial plants and represents a "green" alternative, as well as durable and economical, to the current electrochemical storage systems, as well as to fossil fuel power generation systems.
Ulteriori vantaggi, caratteristiche e le modalità d'impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune sue forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Further advantages, characteristics and methods of use of the present invention will become evident from the following detailed description of some of its embodiments, presented by way of non-limiting example.
Breve descrizione delle figure Brief description of the figures
Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: Reference will be made to the figures of the attached drawings, in which:
- la Figura 1 si riferisce ad una prima forma di realizzazione preferita di un dispositivo di accumulo e cessione di energia termica secondo dell'invenzione, in configurazione chiusa e dotato di componenti termoionici, termoelettrici e/o termo-fotovoltaici per la trasformazione diretta della energia termica in energia elettrica, mostrandone una schematica rappresentazione in sezione longitudinale; - Figure 1 refers to a first preferred embodiment of a thermal energy storage and transfer device according to the invention, in a closed configuration and equipped with thermionic, thermoelectric and / or thermo-photovoltaic components for direct energy transformation thermal in electrical energy, showing a schematic representation in longitudinal section;
- la Figura 2 si riferisce ad una variante di realizzazione preferita del dispositivo di accumulo e cessione di energia termica secondo dell'invenzione, nella quale alla configurazione di Figura 1 sono stati aggiunti scambiatori di calore immersi nel letto di particelle, mostrandone una schematica rappresentazione in sezione longitudinale; - Figure 2 refers to a preferred embodiment variant of the thermal energy storage and transfer device according to the invention, in which heat exchangers immersed in the bed of particles have been added to the configuration of Figure 1, showing a schematic representation in longitudinal section;
- la Figura 3 si riferisce ad una seconda forma di realizzazione preferita del dispositivo di accumulo e cessione di energia termica secondo dell'invenzione, in configurazione aperta e dotato di componenti termoionici, termoelettrici e/o termo-fotovoltaici per la trasformazione diretta della energia termica in energia elettrica, mostrandone una schematica rappresentazione in sezione longitudinale; e - Figure 3 refers to a second preferred embodiment of the thermal energy storage and transfer device according to the invention, in an open configuration and equipped with thermionic, thermoelectric and / or thermo-photovoltaic components for the direct transformation of the thermal energy in electrical energy, showing a schematic representation in longitudinal section; And
- la Figura 4 si riferisce ad una ulteriore variante di realizzazione preferita del dispositivo di accumulo e cessione di energia termica secondo dell'invenzione, nella quale nella configurazione di Figura 3 sono stati aggiunti scambiatori di calore immersi nel letto di particelle, mostrandone una schematica rappresentazione in sezione longitudinale. - Figure 4 refers to a further preferred embodiment variant of the thermal energy storage and transfer device according to the invention, in which heat exchangers immersed in the bed of particles have been added in the configuration of Figure 3, showing a schematic representation in longitudinal section.
Le dimensioni mostrate nelle figure sopra introdotte vanno intese come puramente esemplificative e non sono necessariamente rappresentate in proporzione. The dimensions shown in the figures introduced above are intended as purely illustrative and are not necessarily represented in proportion.
Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite dell’invenzione A seguire verranno descritte forme di realizzazione e varianti dell’invenzione, e ciò con riferimento alle figure sopra introdotte. Detailed description of preferred embodiments of the invention Following will be described embodiments and variants of the invention, and this with reference to the figures introduced above.
Componenti analoghi sono denotati nelle diverse figure con il medesimo riferimento numerico. Similar components are denoted in the various figures with the same numerical reference.
Nella descrizione dettagliata che segue, forme di realizzazione e varianti ulteriori rispetto a forme di realizzazione e varianti già trattate nella descrizione medesima verranno illustrate limitatamente alle differenze con quanto già esposto. In the following detailed description, further embodiments and variants with respect to embodiments and variants already dealt with in the same description will be illustrated limitedly to the differences with what has already been disclosed.
Inoltre, le diverse forme di realizzazione e varianti descritte a seguire sono suscettibili di essere impiegate in combinazione, ove compatibili. Furthermore, the different embodiments and variants described below are capable of being used in combination, where compatible.
Con riferimento alla Figura 1, un dispositivo di accumulo e cessione di energia termica secondo una prima forma di realizzazione preferita dell’invenzione è complessivamente denotato con 1. With reference to Figure 1, a thermal energy storage and transfer device according to a first preferred embodiment of the invention is generally denoted with 1.
Il dispositivo 1 comprende innanzitutto un involucro di contenimento 2, che definisce un vano interno 20, quest’ultimo configurato ad ospitare un letto 3 di particelle fluidizzabili. The device 1 first of all comprises a containment casing 2, which defines an internal compartment 20, the latter configured to host a bed 3 of fluidizable particles.
L’involucro 2 può presentare geometria poligonale, ad esempio cubica o parallelepipeda, o cilindrica. Nel presente esempio, l’involucro 2 presenta una parete superiore 21, un mantello laterale 23 ed una parete inferiore o base 24. The envelope 2 can have polygonal geometry, for example cubic or parallelepiped, or cylindrical. In the present example, the casing 2 has an upper wall 21, a side skirt 23 and a lower wall or base 24.
Rispetto alla geometria del dispositivo 1, possiamo definire una direzione longitudinale L, nel presente esempio verticale, ed una direzione trasversale T, ortogonale alla direzione longitudinale L e in questo esempio, quindi, orizzontale. Il dispositivo 1 è qui configurato in forma chiusa, ossia non presenta aperture verso l’ambiente esterno ed è, preferibilmente, termicamente isolato rispetto ad esso. Il letto di particelle fluidizzabili 3 è di tipo granulare, ossia formato da particelle solide. With respect to the geometry of the device 1, we can define a longitudinal direction L, in the present example vertical, and a transversal direction T, orthogonal to the longitudinal direction L and in this example, therefore, horizontal. The device 1 is here configured in closed form, ie it has no openings towards the external environment and is preferably thermally insulated with respect to it. The fluidizable particle bed 3 is of the granular type, ie formed by solid particles.
La tipologia di materiale granulare preferita per il letto di particelle del dispositivo 1 è con caratteristiche di elevata capacità, conducibilità e diffusività termica. The type of granular material preferred for the bed of particles of the device 1 has characteristics of high capacity, conductivity and thermal diffusivity.
Il letto 3 occupa il vano interno 20 in modo da lasciare, anche in uso, uno spazio vacante 22, o freeboard, al di sopra di un proprio pelo libero 35. In particolare, lo spazio 22 è delimitato inferiormente dal pelo libero 35, superiormente dalla parete 21 dell’involucro 2 e lateralmente dal mantello 23 dell’involucro medesimo. The bed 3 occupies the internal compartment 20 so as to leave, even in use, a vacant space 22, or freeboard, above its own free surface 35. In particular, the space 22 is delimited below by the free surface 35, above from the wall 21 of the casing 2 and laterally from the casing 23 of the casing itself.
Il letto di particelle 3 è posto in moto mediante mezzi di fluidizzazione, complessivamente denotati con 4 e configurati per addurre e distribuire un gas di fluidizzazione, in particolare aria, attraverso lo stesso letto di particelle 3. Nella presente forma di realizzazione, i mezzi 4 comprendono una pluralità di elementi di adduzione o ingresso di aria di fluidizzazione, disposti in corrispondenza della base inferiore 24 dell’involucro 2 ovvero del letto di particelle 3. The bed of particles 3 is set in motion by means of fluidization means, generally denoted by 4 and configured to supply and distribute a fluidization gas, in particular air, through the same bed of particles 3. In the present embodiment, the means 4 they comprise a plurality of elements for the supply or inlet of fluidization air, arranged at the lower base 24 of the envelope 2 or of the bed of particles 3.
Il percorso dell’aria di fluidizzazione entro il letto di particelle 3 è quindi dal basso verso l’alto, in particolare verticale o sostanzialmente verticale. In termini più generali, l’immissione del gas di fluidizzazione avviene secondo la direzione longitudinale L. Il gas di fluidizzazione proveniente dal letto di particelle 3 si raccoglie entro la zona libera, o freeboard 22, ed è captato mediante apposite cappe di aspirazione (non illustrate), poste sulla parete superiore 21. The path of the fluidization air within the bed of particles 3 is therefore from bottom to top, in particular vertical or substantially vertical. In more general terms, the introduction of the fluidization gas takes place in the longitudinal direction L. The fluidization gas coming from the bed of particles 3 collects within the free zone, or freeboard 22, and is captured by means of suitable suction hoods (not illustrated), placed on the upper wall 21.
Vantaggiosamente, possono essere previsti mezzi per variare selettivamente la velocità e/o la portata di flusso del gas fluidizzante. Advantageously, means can be provided for selectively varying the speed and / or flow rate of the fluidizing gas.
All’interno del letto di particelle 3 sono posizionati, e preferibilmente completamente immersi in esso, uno o più resistori, o resistenze, elettrici 7. Nella presente forma di realizzazione, essi sono introdotti, a titolo di esempio, dalla base del letto di particelle in direzione longitudinale L. Inside the bed of particles 3 are positioned, and preferably completely immersed in it, one or more electrical resistors 7. In the present embodiment, they are introduced, by way of example, from the base of the particle bed. in the longitudinal direction L.
Dette resistenze elettriche 7 sono alimentate da mezzi di produzione di energia elettrica, ad esempio di tipo fotovoltaico e/o eolico, e sono preferibilmente protette da schermi resistenti alle alte temperature (non illustrati), come ad esempio strati di materiale ceramico. Said electric resistances 7 are powered by means of production of electric energy, for example of the photovoltaic and / or wind power type, and are preferably protected by high temperature resistant screens (not shown), such as for example layers of ceramic material.
Nella zona libera, o freeboard 22, e connessi alla parete 21 dell’involucro 2, trovano alloggiamento uno o più componenti di scambio termico 8, connessi termicamente al letto di particelle 3 ed attivabili mediante sistemi quali interruttori elettrici (non illustrati). Nel presente esempio, vantaggiosamente i componenti 8 sono di tipo termoelettrico, termoionico, termo-fotovoltaico o una combinazione di questi. I componenti 8 sono configurati per una trasformazione diretta di energia termica in energia elettrica. In the free area, or freeboard 22, and connected to the wall 21 of the envelope 2, one or more heat exchange components 8 are housed, thermally connected to the bed of particles 3 and activated by systems such as electrical switches (not shown). In the present example, the components 8 are advantageously of the thermoelectric, thermionic, thermo-photovoltaic type or a combination of these. Components 8 are configured for a direct transformation of thermal energy into electrical energy.
I componenti 8 possono essere alloggiati anche all’interno del letto di particelle fluidizzate 3, venendo quindi ad essere immersi nel o lambiti dalle particelle fluidizzate. The components 8 can also be housed inside the bed of fluidized particles 3, thus being immersed in or lapped by the fluidized particles.
Anche i componenti 8 sono preferibilmente protetti da schermi resistenti alle alte temperature e o alla abrasione (non illustrati), come ad esempio strati di materiale ceramico. The components 8 are also preferably protected by shields resistant to high temperatures and abrasion (not shown), such as layers of ceramic material.
La Figura 2 si riferisce ad una variante di realizzazione del dispositivo secondo l’invenzione, qui denotato con 1’. Il dispositivo 1’ differisce da quello della prima forma di realizzazione sopra descritta per il fatto di presentare ulteriori elementi di scambio termico alloggiati entro il letto 3, in particolare fasci tubieri 5. Tali fasci tubieri 5 possono essere attraversati da un fluido di esercizio, ad esempio acqua allo stato liquido e/o di vapore, e ricevere calore dalle particelle del letto 3. Figure 2 refers to a variant of the device according to the invention, denoted here with 1 '. The device 1 'differs from that of the first embodiment described above in that it has further heat exchange elements housed within the bed 3, in particular tube bundles 5. These tube bundles 5 can be traversed by an operating fluid, for example for example water in the liquid and / or vapor state, and receiving heat from the particles of the bed 3.
In particolare, nella configurazione di Figura 2 il fluido di esercizio in uscita dal dispositivo 1’ attraverso i fasci tubieri 5, nelle condizioni di temperatura e pressione di progetto, può essere fatto espandere in una turbina 510 accoppiata ad un generatore per la produzione di energia elettrica o può essere utilizzato per altri scopi industriali, ad esempio per la produzione di acqua calda, in sistemi di condizionamento o in impianti di dissalazione. In altre parole, i fasci tubieri 5 sono connessi ad ulteriori componenti dell’impianto in cui è inserito il dispositivo 1’, ad esempio una o più turbine 510, condensatori 521, attemperatori 530, scambiatori di calore intermedi 511 , pompe 520 e così via, ciascuno di per sé noto. In particular, in the configuration of Figure 2, the operating fluid leaving the device 1 'through the tube bundles 5, under the design temperature and pressure conditions, can be made to expand in a turbine 510 coupled to a generator for the production of energy. electric or it can be used for other industrial purposes, for example for the production of hot water, in air conditioning systems or in desalination plants. In other words, the tube bundles 5 are connected to further components of the system in which the device 1 'is inserted, for example one or more turbines 510, condensers 521, refrigerators 530, intermediate heat exchangers 511, pumps 520 and so on. , each known in itself.
Varianti di realizzazione possono prevedere, quali unici componenti od elementi di scambio termico, i fasci tubieri 5. Variants of construction can provide, as the only components or heat exchange elements, the tube bundles 5.
La Figura 3 si riferisce ad una seconda forma di realizzazione preferita del dispositivo dell’invenzione, qui denotato con 100. Rispetto al dispositivo descritto con riferimento alla Figura 1, il dispositivo 100 presenta una apertura di irraggiamento 10 in corrispondenza della parete superiore 21 dell’involucro 2. Un sistema ottico (non illustrato), associato al dispositivo 100, concentra la radiazione solare incidente proprio in ingresso a tale apertura 10 ed entro il vano 20. In tal modo, le particelle del letto 3 assorbono energia termica primaria, di origine solare. Nel presente esempio, l’apertura 10 è mostrata come disposta in corrispondenza della parete superiore 21 dell’involucro 2 e preferibilmente centrata longitudinalmente rispetto ad essa. Varianti di realizzazione possono prevederne una diversa collocazione. Ugualmente, l’apertura 10 può essere, in condizioni di esercizio, completamente aperta verso l’esterno, senza mezzi di schermo o copertura, o presentare una finestra di protezione trasparente alla radiazione solare incidente. Figure 3 refers to a second preferred embodiment of the device of the invention, denoted here by 100. With respect to the device described with reference to Figure 1, the device 100 has an irradiation opening 10 in correspondence with the upper wall 21 of the casing 2. An optical system (not shown), associated with the device 100, concentrates the incident solar radiation right at the entrance to this opening 10 and within the compartment 20. In this way, the particles of the bed 3 absorb primary thermal energy, of origin solar. In the present example, the opening 10 is shown as arranged in correspondence with the upper wall 21 of the envelope 2 and preferably centered longitudinally with respect to it. Variants of construction may provide for a different location. Likewise, the opening 10 can be, in operating conditions, completely open to the outside, without means of screen or cover, or have a protective window transparent to incident solar radiation.
La configurazione qui considerata consente di accumulare energia termica dall’alimentazione delle resistenze elettriche 7 già menzionate e dalla radiazione solare concentrata attraverso l’apertura di irraggiamento 10. The configuration considered here allows to accumulate thermal energy from the power supply of the electric resistances 7 already mentioned and from solar radiation concentrated through the irradiation aperture 10.
La Figura 3 mostra altresì una struttura di confinamento sagomata 80, o invito, del dispositivo 100, disposta in corrispondenza dell’imboccatura dell’apertura di irraggiamento 10. La struttura di confinamento 80 può svilupparsi completamente o principalmente all’esterno del dispositivo 100, ossia sporgere o meno parzialmente entro lo spazio vacante 22. Figure 3 also shows a shaped confinement structure 80, or invitation, of the device 100, arranged at the mouth of the irradiation opening 10. The confinement structure 80 can develop completely or mainly outside the device 100, i.e. or not partially protrude into the vacant space 22.
La struttura di confinamento 80 presenta una apertura passante, ossia presenta costruzione tubolare, in modo tale da mantenere la comunicazione diretta fra interno ed esterno dell’involucro 2 a mezzo dell’apertura di irraggiamento 10. The confinement structure 80 has a through opening, that is, it has a tubular construction, in such a way as to maintain direct communication between the interior and exterior of the envelope 2 by means of the irradiation opening 10.
In una variante di realizzazione, la struttura di confinamento 80 definisce una camera di calma che coadiuva il freeboard 22 nell’evitare o ridurre fuoriuscite di aria e/o particelle verso l’esterno. In a variant embodiment, the confinement structure 80 defines a calm chamber which assists the freeboard 22 in avoiding or reducing air and / or particle leaks towards the outside.
Nella presente variante di realizzazione, la struttura di confinamento 80 presenta una conformazione rastremata, in particolare conica, con sezione decrescente verso l’interno dell’involucro 2. Tale sezione della struttura di confinamento consente di non interferire con la direzione della radiazione solare concentrata dal sistema ottico dedicato. In the present variant embodiment, the confinement structure 80 has a tapered conformation, in particular conical, with a decreasing section towards the inside of the envelope 2. This section of the confinement structure allows not to interfere with the direction of the solar radiation concentrated by the dedicated optical system.
Inoltre, nella presente variante di realizzazione il dispositivo 100 comprende un dispositivo ausiliario 9, disposto in corrispondenza della struttura di confinamento 80 oppure, in termini generali, dell’apertura di irraggiamento 10. Il dispositivo ausiliario 9 è costituito da pannelli termoelettrici e/o termoionici e/o termofotovoltaici ed è configurato in modo da essere direttamente esposto alla radiazione solare incidente per la generazione di energia elettrica. In alternativa, il dispositivo 9 è costituito da uno scambiatore di calore atto ad assorbire direttamente il calore della radiazione solare mediante un proprio fluido vettore. Furthermore, in the present variant embodiment the device 100 comprises an auxiliary device 9, arranged in correspondence with the confinement structure 80 or, in general terms, with the irradiation opening 10. The auxiliary device 9 consists of thermoelectric and / or thermionic panels and / or photovoltaic and is configured to be directly exposed to the incident solar radiation for the generation of electrical energy. Alternatively, the device 9 consists of a heat exchanger adapted to directly absorb the heat of the solar radiation by means of its own carrier fluid.
Con riferimento alla Figura 4, essa illustra schematicamente una variante di realizzazione del dispositivo dell’invenzione, qui denotato con 100’. Similmente alla configurazione di Figura 2, il dispositivo 100’ differisce da quello descritto con riferimento alla Figura 3 per il fatto di presentare ulteriori elementi di scambio termico alloggiati entro il letto 3, in particolare fasci tubieri 5. La configurazione di detti fasci tubieri e di ulteriori componenti di impianto ad essi associati è la medesima già descritta sopra in riferimento appunto alla Figura 2. With reference to Figure 4, it schematically illustrates a variant embodiment of the device of the invention, here denoted with 100 '. Similarly to the configuration of Figure 2, the device 100 'differs from that described with reference to Figure 3 in that it has further heat exchange elements housed within the bed 3, in particular tube bundles 5. The configuration of said tube bundles and further system components associated with them is the same as already described above with reference precisely to Figure 2.
Il dispositivo ausiliario 9 può essere indipendente dagli elementi di scambio termico 5 immersi nel letto di particelle oppure essere collegato ad essi. The auxiliary device 9 can be independent of the heat exchange elements 5 immersed in the bed of particles or be connected to them.
Nelle configurazioni “aperte” come quelle appena descritte con riferimento alla Figura 3 e 4, il dispositivo di accumulo e cessione può prevedere componenti di tipo termoionici e/o termoelettrici e/o termo-fotovoltaici, disposti all'esterno dell’involucro 2, ad esempio attorno all'apertura di irraggiamento 10, del medesimo tipo dei componenti 8 citati con riferimento alle Figure 1 e 2 e configurati per alimentare le resistenze 7. In "open" configurations such as those just described with reference to Figures 3 and 4, the storage and transfer device can include thermionic and / or thermoelectric and / or thermo-photovoltaic components, arranged outside the casing 2, to example around the irradiation opening 10, of the same type as the components 8 mentioned with reference to Figures 1 and 2 and configured to supply the resistors 7.
L’invenzione fornisce altresì un metodo di accumulo e cessione di energia termica, basato sulle funzionalità già descritte sopra in relazione al dispositivo ed all’impianto dell’invenzione. The invention also provides a method of accumulation and transfer of thermal energy, based on the functions already described above in relation to the device and system of the invention.
L'oggetto della presente invenzione è stato fin qui descritto con riferimento a sue forme di realizzazione preferite. È da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell'ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito esposte. The object of the present invention has been described up to now with reference to its preferred embodiments. It is to be understood that other embodiments may exist which pertain to the same inventive core, all falling within the protection scope of the claims set out below.
Claims (17)
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