ITLE20090011A1 - ACCUMULATION SYSTEM OF THERMAL ENERGY FROM SOLAR RADIATION. - Google Patents

ACCUMULATION SYSTEM OF THERMAL ENERGY FROM SOLAR RADIATION. Download PDF

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ITLE20090011A1
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Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

a corredo di una domanda di Brevetto d' Invenzione avente per titolo ; accompanying an application for an Invention Patent entitled;

"Sistema di accumulo dell'energia termica da radiazione solare", "System for the accumulation of thermal energy from solar radiation",

Forma oggetto del presente trovato un sistema di accumulo dell'energia termica da radiazione solare, idoneo a trasferire in maniera semplice ed efficace, anche in tempi differiti, calore ad un fluido che opera un ciclo termodinamico per la generazione di energia elettrica, The present invention relates to a system for the accumulation of thermal energy from solar radiation, suitable for transferring heat in a simple and effective manner, even in delayed times, to a fluid which operates a thermodynamic cycle for the generation of electrical energy,

Negli ultimi anni, a causa del progressivo aumento del costo dei combustibili fossili, dei loro inevitabile esaurimento e del danno ambientale legato al loro consumo, molta attenzione è stata posta alla ricerca finalizzata allo sfruttamento dell'energia solare, nelle diverse e varie forme di utilizzo, quale valida fonte energetica alternativa. L'energia solare, infatti, rappresenta la forma di energia più pulita e disponibile oltre ad essere potenzialmente illimitata. In recent years, due to the progressive increase in the cost of fossil fuels, their inevitable depletion and the environmental damage linked to their consumption, much attention has been paid to research aimed at exploiting solar energy, in the various and various forms of use. , as a valid alternative energy source. Solar energy, in fact, represents the cleanest and most available form of energy as well as being potentially unlimited.

Lo sfruttamento della sola componente diretta della radiazione solare per la produzione di energia elettrica viene oggi preferibilmente effettuata nei cosiddetti impianti "a concentrazione ad alta temperatura" o "solari termodinamici", con applicazioni che li vedono spesso integrativi di quelli convenzionali a combustibili fossili. Con tale soluzione tecnologica, in cui si fornisce, attraverso il fluido termo vettore utilizzato, solo parte del calore necessario all'intero ciclo di potenza, è possibile ridurre i costi dell'energia elettrica prodotta ed eliminare le inevitabili discontinuità di produzione delia stessa legate alla variabilità delia fonte solare. Affidando la continuità del servizio al solo impianto solare, è assolutamente necessario adottare un sistema di accumulo dell'energia termica per limitare al massimo i transitori di breve durata legati ad irregolarità dell'irraggiamento solare e, più in generale, separare il momento della raccosta da quello deil'utilizzo effettuati, rispettivamente, dal sistema di concentrazione per il tramite del fluido termovettore e da uno scambiatore con il fluido di processo. The exploitation of only the direct component of solar radiation for the production of electricity is now preferably carried out in the so-called "high temperature concentration" or "solar thermodynamic" plants, with applications that often see them as integrative of conventional fossil fuel ones. With this technological solution, in which only part of the heat necessary for the entire power cycle is supplied through the thermo-vector fluid used, it is possible to reduce the costs of the electricity produced and eliminate the inevitable production discontinuities related to the variability of the solar source. By entrusting the continuity of the service only to the solar system, it is absolutely necessary to adopt a thermal energy storage system to limit as much as possible the short-term transients linked to irregularities in solar radiation and, more generally, to separate the moment of harvesting from that of the use carried out, respectively, by the concentration system through the heat carrier fluid and by an exchanger with the process fluid.

Se nessun altro sistema Interviene, la temperatura massima raggiungìbile dal fluido di processo è molto prossima a quella del sistema di accumulo (differendo da quest'ultima solo per le inevitabili perdite) e condiziona, Il rendimento raggiungibile dall'intero ciclo di potenza secondo quanto stabilito nella macchina termica ideale di Carnet. If no other system intervenes, the maximum temperature that can be reached by the process fluid is very close to that of the storage system (differing from the latter only for the inevitable losses) and conditions, the efficiency that can be reached from the entire power cycle as established in Carnet's ideal heating machine.

Megli impianti solari termodinamici con accumulo termico è quindi possibile generalmente distinguere due fluidi che operano; il fluido Lermovettore che raccoglie il calore dal sistema di concentrazione e definisce, con le sue caratteristiche chimico fisiche, le peculiarità dell'accumulo; il fluido di processo che riceve il calore dal fluido termovettore in uno scambiatore ed opera il ciclo termodinamico o di potenza. Tralasciando le applicazioni a carattere prettamente sperimentale o dimostrativo, due sono i fluidi termovettori utilizzati in impianti che hanno superato un considerevole numero dì ore di funzionamento: gli oli sintetici/minerali e le miscele di sali fusi dì sodio e potassio - impianti di Kramer Junction, Harper Lake, e di Barstow denominato Solar Two in California - . Entrambi i fluidi, che operano alla temperatura di esercizio allo stato liquido, hanno evidenziato una serie dì problematiche e limiti di utilizzo: gli oli, ad esempio, possono adoperarsi sino alla temperatura di circa 400 T; hanno un costo elevato ed, in caso di perdite, sono facilmente infiammabili e pericolosi per l'ambiente; i sali fusi di sodio e potassio, rispetto agli oìi, consentono di operare a temperature superiori (550“C ma non oltre pena dissociazione) ma le miscele non possono essere raffreddate prudentemente sotto i 29D“C poiché cristallizzano a 238T e solidificano a 221“C. In quest'ultimo caso inoltre, al di là delle problematiche relative alle temperature, si impongono anche soluzioni tecnologiche e modalità di funzionamento alquanto particolari per la gestione di tali miscele: è necessario infatti predisporre una circolazione continua delie stesse (anche di notte) per prevenire eventuali solidificazioni; le tubazioni devono essere riscaldate nella fasi di avvio o fermo impianto per evitare il raffreddamento del fluido; esiste sempre il pericolo di blocco della circolazione nelle zone fredde del circuito; pompe, valvole e guarnizioni devono essere studiate ad hoc come pure i materiati, con cui \ sali vengono in contatto, per limitare i fenomeni di corrosione. Better thermodynamic solar systems with thermal storage it is therefore generally possible to distinguish two operating fluids; the Lermovector fluid which collects the heat from the concentration system and defines, with its chemical-physical characteristics, the peculiarities of the storage; the process fluid which receives the heat from the heat transfer fluid in an exchanger and operates the thermodynamic or power cycle. Leaving aside the purely experimental or demonstrative applications, there are two heat transfer fluids used in plants that have exceeded a considerable number of operating hours: synthetic / mineral oils and mixtures of molten sodium and potassium salts - Kramer Junction plants, Harper Lake, and of Barstow named Solar Two in California -. Both fluids, which operate at the operating temperature in the liquid state, have highlighted a series of problems and limits of use: oils, for example, can be used up to a temperature of about 400 T; they have a high cost and, in case of leaks, they are easily flammable and dangerous for the environment; the molten salts of sodium and potassium, compared to oìi, allow to operate at higher temperatures (550 "C but not beyond dissociation) but the mixtures cannot be carefully cooled below 29D" C since they crystallize at 238T and solidify at 221 " C. Furthermore, in the latter case, beyond the problems relating to temperatures, rather particular technological solutions and operating methods are also required for the management of these mixtures: it is in fact necessary to arrange a continuous circulation of the same (even at night) to prevent any solidifications; the pipes must be heated during the start-up or shutdown phases to prevent the fluid from cooling; there is always the danger of blocking the circulation in the cold areas of the circuit; pumps, valves and gaskets must be studied ad hoc as well as the materials, with which the salts come into contact, to limit corrosion phenomena.

Scopo principale della seguente invenzione è quello di superare i problemi e gli svantaggi dei sistemi sopra indicati e fornire un nuovo sistema per l'accumulo dell'energia termicr a da radiazione solare, semplice, efficiente e che utilizzi solo materiali e fluidi totalmente compatibili con l'ambiente, The main purpose of the following invention is to overcome the problems and disadvantages of the systems indicated above and to provide a new system for the accumulation of thermal energy from solar radiation, simple, efficient and which uses only materials and fluids that are totally compatible with the 'environment,

Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un diverso sistema d'accumulo dell'energia termica da radiazione solare, comprendente The specific object of the present invention therefore forms a different storage system for the thermal energy from solar radiation, comprising

a) un letto· di particelle solide perfettamente miscelate, a) a bed of perfectly mixed solid particles,

b) un dispositivo per lo scambio dì calore tra dette particelle solide ed un fluido che opera un ciclo termodinamico, b) a device for the exchange of heat between said solid particles and a fluid which operates a thermodynamic cycle,

c) un concentratore dei raggi solari, c) a concentrator of solar rays,

caratterizzato dal fatto che, in presidia della radiazione solare direna, detto concentratore dei raggi solari c) innalza la temperatura delle singole particelle solide perfettamente miscelate costituenti detto letto 3) e consente al sistema, anche in tempi differiti, per il tramite di detto dispositivo di scambio di calore b}, il trasferimento dell'energìa termica, accumulata nelle particelle solide perfettamente miscelate, ai fluido che opera il ciclo termodinamico-Preferibil mente secondo l'invenzione Sa perfetta miscelazione delle particelle solide è ottenuta tramite la fluidizzazione delle stesse con un gas 0 un vapore. characterized by the fact that, in defense of direct solar radiation, said concentrator of solar rays c) raises the temperature of the single perfectly mixed solid particles constituting said bed 3) and allows the system, even in deferred times, through said device to heat exchange b}, the transfer of the thermal energy, accumulated in the perfectly mixed solid particles, to the fluid that operates the thermodynamic cycle - Preferably according to the invention Sa perfect mixing of the solid particles is obtained by fluidizing them with a gas 0 a steam.

Preferibilmente secondo l'invenzione il fluido che opera 8 ciclo termodinamico coincide con quello che fluidlzza le particelle solide costituenti il (etto, Preferably, according to the invention, the fluid which operates the thermodynamic cycle coincides with the fluid which fluidizes the solid particles constituting the (hecto,

Preferibilmente secondo l'invenzione il concentratore dei raggi solari c) è costituito da una lente dì FresneJ. Preferably according to the invention, the solar radiation concentrator c) consists of a FresneJ lens.

Preferibilmente secondò FinvenzJone il riscaldamento delle partitelle solide perfettamente miscelate può avvenire per Fazione diretta dei concentratore di raggi solari c) sulle stesse e/o per l'azione indiretta di un materiale 0 dispositivo, interposto tra il letto di particelle solide a) ed il concentratore dei raggi solari cj a contatto con le particelle solide perfettamente miscelate e su cui agisce il concentratore dei raggi solari cj, Preferably, according to Finvenzone, the heating of the perfectly mixed solid particles can take place by the direct action of the solar radiation concentrator c) on the same and / or by the indirect action of a material or device, interposed between the bed of solid particles a) and the concentrator of the solar rays cj in contact with the solid particles perfectly mixed and on which the concentrator of the solar rays cj acts,

La presente invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue preferite forme di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cuii The present invention will now be described by way of illustration, but not of limitation, according to its preferred embodiments, with particular reference to the figures of the attached drawings, in which the

la Figura 1 della Tavola 1 mostra una schematizzazione generale comprendente gli elementi del sistema di accumulo secondo l'invenzione; Figure 1 of Table 1 shows a general schematic comprising the elements of the storage system according to the invention;

la Figura 2 della Tavola 1 mostra una schematizzazione del sistema di accumulo in cui il concentratore agisce indirettamente sulle particelle solide del letto fluidizzate; Figure 2 of Table 1 shows a schematic of the accumulation system in which the concentrator acts indirectly on the solid particles of the fluidized bed;

la Figura 3 della Tavola 1 mostra una schematizzazione del sistema di accumulo in cui una lente di Fresnel agisce direttamente sulle particelle solide dei letto fluidizzate; la Figura 4 della Tavola 2 mostra una schematizzazione del sistema di accumulo utilizzabile per la produzione di energia elettrica; Figure 3 of Table 1 shows a schematic of the storage system in which a Fresnel lens acts directly on the solid particles of the fluidized bed; Figure 4 of Table 2 shows a schematic diagram of the storage system that can be used for the production of electricity;

la Figura 5 della Tavola 3 mostra una schematizzazione dell’impianto solare costituito da una serie di sistemi di accumulo secondo l'invenzione, integrati con altri dispositivi che utilizzano forme diverse di energia integrative o sostitutive di quella solare. Figure 5 of Table 3 shows a schematic of the solar system consisting of a series of storage systems according to the invention, integrated with other devices that use different forms of energy that supplement or replace the solar one.

Con riferimento alla Figura 1 della Tavola 1, si può osservare una schematica forma di realizzazione del sistema di accumulo secondo l'invenzione, comprendente il letto di particelle perfettamente miscelato 3 all'interno di una struttura di contenimento generica 6; il sistema di concentrazione 2 dei raggi solari 1; un dispositivo generico di scambio termico 4, all'interno del quale scorre il fluido 5 che opera il ciclo termodinamico, L'energia termica proveniente da radiazione solare viene accumulata nella particelle che costituiscono il letto 3 e non in una sostanza allo stato liquido come un sale fuso o olio. La natura delle particelle determina la massima temperatura operativa del sistemar appaiono evidenti i vantaggi di tale sistema di accumulo dato che, utilizzando un materiale molto comune come il quarzo, possono raggiungersi temperature anche superiori ai 1000· °C senza pregiudicarne lo stato e le caratteristiche nel tempo. With reference to Figure 1 of Table 1, a schematic embodiment of the storage system according to the invention can be observed, comprising the perfectly mixed bed of particles 3 inside a generic containment structure 6; the system of concentration 2 of the solar rays 1; a generic heat exchange device 4, inside which the fluid 5 which operates the thermodynamic cycle flows, The thermal energy coming from solar radiation is accumulated in the particles that make up the bed 3 and not in a liquid substance such as a melted salt or oil. The nature of the particles determines the maximum operating temperature of the system.The advantages of this storage system appear evident since, using a very common material such as quartz, temperatures even higher than 1000 ° C can be reached without compromising its state and characteristics in the time.

Non esistono, naturalmente, problemi di agglomerazione delle particelle con le alte e basse temperature di esercizio: le particelle non sono infiammabili e pericolose per l'ambiente come accade per I sali fusi e gli olf There are, of course, no problems of agglomeration of particles with high and low operating temperatures: the particles are not flammable and dangerous for the environment as happens for molten salts and olfs.

Per assicurare condizioni di temperatura uniformi a tutta la massa interessata all'accumulo termico, è necessario che il letto di particelle sia In continuo rimescolamento specie nella zona di concentrazione, dove vengono raggiunte temperature elevatissime e dipendenti dai Sistema di concentrazione utilizzato, *ì termine utilizzato per assicurare tale condizione è quello di letto perfettamente miscelato. To ensure uniform temperature conditions for the entire mass involved in thermal accumulation, the bed of particles must be continuously mixed, especially in the concentration zone, where very high temperatures are reached and dependent on the concentration system used, * the term used to ensure this condition is that of a perfectly mixed bed.

Nella Figura 2 della Tavola 1, SI può osservare una forma di realizzazione del sistema di accumulo secondo l'invenzione In cui le condizioni dì perfetta miscelazione possono considerarsi raggiunte quando le particelle solide 3 vengono fluidizzate con un gas o vapore come per 1 sistemi a letto fluido di cut, nelle diverse forme di realizzazione industriale, sono ben note le caratteristiche e prestazioni. Un letto fluido di particelle solide è caratterizzato da una elevatissima inerzia termica, da una temperatura costante in tutta la massa e da coefficienti di scambio molto elevati con le superficì immerse nella fase densa, Nella schematizzazione della Figura 2, la fluidizzazione delle particelle è attuata introducendo il fluido 9 attraverso il condotto 12 nella zona di distribuzione 10. delimitata dal fondo del contenitore 6 e da una piastra forata 11: fi fluido 9, dopo a vere attraversato con adeguata velocità il letto di particelle, raggiunto il freeboard 13, abbandona 11 sistema, isolato dall'esterno tramite fa copertura 8, attraverso 3⁄4 condotto 14. L'energia termica accumulata dalle particelle fluidi zzate 3, viene trasferita al fluido 5 attraverso lo scambiatore 4. Lo schema adottato per rappresentare la fluidizzazione del sistema di partitelle solide deve intendersi esemplificativo ma non limitativo deirapplicazione: cosi anche se la distribuzione del fluido viene raffigurata adottando un distributore forato 11, molti altri tipi di distributori possono essere utilizzati per questa funzione quali, ad esempio, piastre sinterizzate o ceramiche e/o ugelli distributori nelle più diverse configurazioni. Tutti i tipi hanno comunque l'unico scopo di distribuire il flusso dei fluido utilizzato nella migliore e piu semplice forma possibile. Le stesse considerazioni possono adottarsi per il contenitore 6, realizzato preferibilmente in acciaio resìstente alle alte temperature coibentato per limitarne le dispersioni e di forma cilindrica ma diversi materiali e sezioni possono essere utilizzati senza peraltro allontanarsi dallo scopo della seguente invenzione. In Figure 2 of Table 1, it is possible to observe an embodiment of the accumulation system according to the invention in which the conditions of perfect mixing can be considered reached when the solid particles 3 are fluidized with a gas or steam as for bed systems. cut fluid, in the various industrial embodiments, the characteristics and performances are well known. A fluid bed of solid particles is characterized by a very high thermal inertia, by a constant temperature throughout the mass and by very high exchange coefficients with the surfaces immersed in the dense phase. the fluid 9 passes through the duct 12 in the distribution area 10. bounded by the bottom of the container 6 and by a perforated plate 11: the fluid 9, after having passed through the bed of particles with adequate speed, having reached the freeboard 13, leaves the system , isolated from the outside by means of cover 8, through 3⁄4 duct 14. The thermal energy accumulated by the fluidized particles 3, is transferred to the fluid 5 through the exchanger 4. The scheme adopted to represent the fluidization of the system of solid particles must be understood as an example but not limiting of the application: so even if the distribution of the fluid is depicted a By providing a perforated distributor 11, many other types of distributors can be used for this function, such as, for example, sintered or ceramic plates and / or distributor nozzles in the most diverse configurations. However, all types have the sole purpose of distributing the flow of the fluid used in the best and simplest possible form. The same considerations can be adopted for the container 6, preferably made of steel resistant to high temperatures insulated to limit its dispersions and cylindrical in shape but different materials and sections can be used without however departing from the scope of the following invention.

Secondo quanto riportato nello schema di Figura 2, i raggi solari 1, concentrati attraverso il dispositivo 2 , non colpiscono direttamente le particelle provocando il progressivo riscaldamento di tutta la massa, ma un dispositivo 7 che, riscaldandosi, a sua volta trasmette il calore alla massa del letto perfettamente miscelato 3 attraverso il contatto diretto con le particelle che lo costituiscono. Tale riscaldamento è del tipo indiretto ed il dispositivo 7 adottabile può essere, a titolo meramente esemplificativo ma non limitativo, un semplice materiale con buone caratteristiche di conducibilità termica o un sistema più complesso quale, ad esempio, un heat pipe. According to what is reported in the diagram of Figure 2, the solar rays 1, concentrated through the device 2, do not directly strike the particles causing the progressive heating of the whole mass, but a device 7 which, by heating up, in turn transmits the heat to the mass of the perfectly mixed bed 3 through direct contact with its constituent particles. This heating is of the indirect type and the device 7 that can be adopted can be, by way of example but not limiting, a simple material with good thermal conductivity characteristics or a more complex system such as, for example, a heat pipe.

Nella Figura 2 il fluido 5 che opera il ciclo termodinamico ed il fluido 9, che opera la fluidizzazione, sono di natura diversa e naturalmente separati, È noto che nei sistemi a letto fluido la temperatura del fluido che abbandona Ea fase densa è praticamente identica a quella del letto e quindi, il fluido 9 in uscita dal condotto 14 è alla stessa temperatura del letto 3: poiché, almeno in linea teorica, si tratta di un'energia che andrebbe persa, ne é auspicabile il recupero con dispositivi di scambio, non rappresentati in Figura 2, inseriti tra il fluido 9 In uscita dal condotto 14 e lo stesso fluido in ingresso attraverso il condotto 12. In Figure 2 the fluid 5 that operates the thermodynamic cycle and the fluid 9, which operates the fluidization, are of a different nature and naturally separate. It is known that in fluid bed systems the temperature of the fluid leaving E in the dense phase is practically identical to that of the bed and therefore, the fluid 9 leaving the duct 14 is at the same temperature as the bed 3: since, at least in theory, it is an energy that would be lost, it is desirable to recover it with exchange devices, not shown in Figure 2, inserted between the fluid 9 exiting the duct 14 and the same fluid entering the duct 12.

In generale, e solo a titolo di esempio, il livello di temperatura raggiungibile con un sistema così rappresentato nella Figura 2 potrebbe consentire lo svolgimento di un ciclo Stiri i ng dove i gas del ciclo termodinamico 5, solitamente idrogeno o elio ad alta pressione, vengono riscaldati attraverso le superaci di scambio 4 immerse nella fase densa dei letto perfettamente miscelato 3, In general, and only by way of example, the temperature level that can be reached with a system thus represented in Figure 2 could allow the carrying out of an Stretching cycle where the gases of the thermodynamic cycle 5, usually hydrogen or helium at high pressure, are heated through the exchange surfaces 4 immersed in the dense phase of the perfectly mixed bed 3,

Nella Figura 3 della Tavola 1, il sistema di accumulo oggetto del'invenzione è caratterizzato dall'adozione di una lente di Fresnel 19, che agisce direttamente sulle particelle del letto fluidizzato attraverso una finestra di materiale trasparente alla radiazione solare 18, in sostituzione del sistema generico di concentrazione; la perfetta miscelazione delle particelle solide 3, secondo quanto riportato nello schema riportato, viene affidata a! fluido 9 introdotto attraverso il condotto 12, o al fluido 5 attraverso il condotto 15: in quest'ultimo caso una parte del fluido 5, normalmente utilizzato per lo svolgimento del ciclo termodinamico, viene spillato in uscita dallo scambiatore 4 ed utilizzato per la fluidizzazione. A seconda delle condizioni operative utilizzate, in uscita dal condotto 14, potrà trovarsi o il fluido 9 o il fluido 5: sebbene l'apertura della valvola 17, di norma, preveda la chiusura della valvola 16, non vengono escluse a priori le possibilità di miscelazione dei due fluidi. Appare oltremodo evidente che, adottando un regime di fluidizzazione con un fluida che coincide con quello che opera il ciclo termodinamico, siano possibili recuperi energetici significativi. In Figure 3 of Table 1, the storage system object of the invention is characterized by the adoption of a Fresnel lens 19, which acts directly on the particles of the fluidized bed through a window of material transparent to solar radiation 18, replacing the system generic of concentration; the perfect mixing of the solid particles 3, as shown in the diagram shown, is entrusted to! fluid 9 introduced through the duct 12, or to the fluid 5 through the duct 15: in the latter case a part of the fluid 5, normally used for carrying out the thermodynamic cycle, is tapped out of the exchanger 4 and used for fluidization. Depending on the operating conditions used, either the fluid 9 or the fluid 5 may be at the outlet from the duct 14: although the opening of the valve 17 usually provides for the closure of the valve 16, the possibilities of mixing of the two fluids. It appears extremely evident that, by adopting a fluidization regime with a fluid that coincides with the one that operates the thermodynamic cycle, significant energy recoveries are possible.

Solo ed esclusivamente a titolo d'esempio, l'adozione di una lente di FresneJ, realizzata ir» un materiale plastico quale il polimetilmetacrlato (PMMA), presenta notevolissimi vantaggi: tra questi !e ottime proprietà ottiche, il basso costo e le notevoli dimensioni di produzione oggi raggiu ngibl li-Nelle Figure 2 e 3 deila Tavola 1 appare evidente anche un ulteriore vantaggio dell'invenzione: dato che il sistema di accumulo innalza la temperatura delle particelle solo durante le ore di insolazione,, è possibile, in mancanza di quest' ultima, bloccare completamente la fluidizzazione ed evitare le perdite ad essa connesse. Tale vantaggio è sfruttabile solo durante la fase di raggiungimento della temperatura fissata per lo stoccaggio e lo svolgimento dal ciclo termodinamico, fase in cut non è operativo lo scambiatore di calore 4; il sistema accumula energia durante l'insolazione fluidizzando ie particelle e conserva il livello di temperatura raggiunto, senza fluidizzazione, durante t periodi in oli manca il carico termico. Naturalmente il blocco della fluidizzazione, o comunque delta miscelazione, può essere attuato non solo dì notte ma anche durante le interruzioni dell'insolazione per il momentaneo passaggio di nuvole ed tempo variabile* sono, di conseguenza, scongiurati tutti f possibili casi di shock termici preienti negli altri sistemi dì accumulo, Only and exclusively by way of example, the adoption of a FresneJ lens, made of a plastic material such as polymethylmethacrylate (PMMA), has considerable advantages: among these, excellent optical properties, low cost and considerable dimensions. In Figures 2 and 3 of Table 1, a further advantage of the invention is also evident: since the storage system raises the temperature of the particles only during the hours of insolation, it is possible, in the absence of the latter, completely block the fluidization and avoid the losses connected to it. This advantage can be exploited only during the phase of reaching the temperature set for storage and unwinding from the thermodynamic cycle, in the cut phase the heat exchanger 4 is not operational; the system accumulates energy during insolation by fluidizing the particles and maintains the temperature level reached, without fluidization, during t periods in oils there is no thermal load. Obviously, the blocking of the fluidization, or in any case delta mixing, can be implemented not only at night but also during the interruptions of the insolation due to the momentary passage of clouds and variable weather *, consequently, all possible cases of thermal shocks are avoided. in other storage systems,

Nella Figura 4 delia Tavola 2, soia a titolo esemplificativo ma non limitativo* é rappresentata una diversa forma di realizzazione secondo l'Invenzione: il fluido che esegue il cido di lavoro è acqua, sotto forma di vapore surriscaldato, che si espande nella turbina 21 per la generazione di potenza, Il vapore surriscaldato è state generato all'Interno della superficie di scambia 4, immersa nella fase densa del letto di particelle solide perfettamente miscelate, contenute all'interno di una colonna di fluidizzazione 24. Un condensatore 22 una pompa per l'acqua 23 completano lo schema classico di un odo Rankine, Nello schema, parte del vapore surriscaldato S In uscita dallo scambiatore 4, viene prelevato ed utilizzato tramite l'apertura della valvola 26, per la fluidizzazione della colonna: il vapore in uscita dal freeboard, rientra nel circuito tra il condensatore 22 e la turbina 21. In Figure 4 of Table 2, by way of example but not of limitation *, a different embodiment according to the invention is represented: the fluid which carries out the working acid is water, in the form of superheated steam, which expands in the turbine 21 for power generation, the superheated steam was generated inside the exchange surface 4, immersed in the dense phase of the bed of perfectly mixed solid particles, contained inside a fluidization column 24. A condenser 22 a pump for the water 23 completes the classic scheme of a Rankine odo.In the scheme, part of the superheated steam S Leaving the exchanger 4, is taken and used through the opening of the valve 26, for the fluidization of the column: the steam leaving the freeboard, it re-enters the circuit between the condenser 22 and the turbine 21.

Nelle fasi iniziali quando 8 sistema non ha raggiunto una temperatura sufficiente e gli scambi di calore sono ridotti, l'apertura della valvola 27 consente l'immissione del fluido 5 da altro impianto o applicazione, In the initial phases when the system 8 has not reached a sufficient temperature and the heat exchanges are reduced, the opening of the valve 27 allows the introduction of the fluid 5 from another system or application,

Appare evidente dalla Figura 4 della Tavola 2 un ulteriore vantaggio Secóndo l'Invenzione derivante dal l'utilizza dei vapore come fluido di processo e fluidizzazione: t'accumulo termico, effettuato attraverso fuso delle particelle solide fiuid zate, fisicamente risiede nella stessa zona di concentrazione ed è il vapore che, anche a distanza notevole, raggiunge il luogo di utilizzo. Evidente è anche il ridotto impatto ambientale di un sistema di accumulo così realizzato, dove la colonna di fluidizzazione 24 e tutte le linee di vapore ed acqua che giungono alta stessa possono esser poste sotto il terrena, quindi essere non visibili. It appears evident from Figure 4 of Table 2 a further advantage according to the invention deriving from the use of steam as a process fluid and fluidization: the thermal accumulation, carried out through the melt of the solid particles fiuidized, physically resides in the same concentration zone. and it is the steam that, even at a considerable distance, reaches the place of use. The reduced environmental impact of an accumulation system created in this way is also evident, where the fluidization column 24 and all the steam and water lines that reach high can be placed under the ground, therefore not visible.

Nella Figura S delia Tavola 3 è rappresentato, solo a tìtolo dimostrativo e non limitativo, uno schema in cui tanti sistemi di accumulo così come da Figura 4, numerati dal 28 ai 37, fanno parte di un unico impianto di produzione di energia insieme ai generatori di vapore 38 e 39 collegati a processi che utilizzano forma di energia sostitutive di quella solare come, ad esempio, quella contenuta nelle biomasse o nei combustibili fossili. Il fluido 5 messo in circolo dalla pompa 23 percorre tutti i sistemi di accumulo, taluni collocati in serie altri In parallelo ih maniera assolutamente generica,. Figure S of Table 3 shows, for demonstration and non-limiting purposes only, a diagram in which many storage systems as in Figure 4, numbered from 28 to 37, are part of a single energy production plant together with the generators of steam 38 and 39 connected to processes that use a form of energy that replaces solar energy such as, for example, that contained in biomass or fossil fuels. The fluid 5 circulated by the pump 23 runs through all the accumulation systems, some placed in series, others in parallel in an absolutely generic manner.

generando vapore utilizzabile nella turbina 21. Nello schema, gli impianti hanno potenze e dimensioni generalmente differenti e possono lavorare con il proprio scambiatore interno con acqua o vapore a seconda della loro disposizione. generating steam that can be used in the turbine 21. In the diagram, the plants have generally different powers and dimensions and can work with their own internal exchanger with water or steam depending on their arrangement.

Quello rappresentato è naturalmente un cosiddetto sistema ibrido in cui, in esercizio, parte della potenza complessiva è generata da sistemi tradizionali, parte dai sistemi di accumulo della radiazione solare: nei casi lìmite funzionerebbero in maniera esclusiva o gli impianti 38 e 39 per totale mancanza dì radiazione solare o i sistemi di accumulo dai 28 al 37 in particolari situazione di insolazione. Inoltre, anche se non riportati negli schemi, molti sistemi di accumulo potrebbero essere esclusi con opportuni by-pass della linea vapore 5, realizzando flessibilità di esercìzio e manutenzione. The one shown is of course a so-called hybrid system in which, in operation, part of the overall power is generated by traditional systems, part of the solar radiation storage systems: in limited cases they would work exclusively or systems 38 and 39 for total lack of solar radiation or storage systems from 28 to 37 in particular situations of insolation. Furthermore, even if not shown in the diagrams, many accumulation systems could be excluded with suitable by-passes of the steam line 5, creating flexibility in operation and maintenance.

Vantaggio evidente nell'applicazione della Figura 5 è che il rendimento dell' intero impianto deve essere valutato tra la temperatura di condensazione e quella di accumulo: entrambe le temperature non risentono dei limiti superiori (550°C) ed inferiori (290°C), come ad esempio per I sali fusi: ne consegue un aumento significativo del rendimento complessivo a parità di altre condizioni e rispetto allo stato della tecnica. An obvious advantage in the application of Figure 5 is that the efficiency of the entire system must be evaluated between the condensation temperature and the storage temperature: both temperatures are not affected by the upper (550 ° C) and lower (290 ° C) limits, such as for example for molten salts: the result is a significant increase in the overall performance under the same conditions and with respect to the state of the art.

Secondo uno degli scopi dell'invenzione, un impianto di accumulo così composto, lavora con materiali totalmente compatibili (particelle solide ed acqua) ed utilizza tecnologie ampiamente note e collaudate. According to one of the purposes of the invention, an accumulation plant composed in this way works with totally compatible materials (solid particles and water) and uses widely known and tested technologies.

La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo le sue forme preferite di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni c/o modifiche potranno esser apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione come definito dalle rivendicazioni allegate, The present invention has been described for illustrative, but not limitative purposes, according to its preferred embodiments, but it is understood that variations and / or modifications may be made by those skilled in the art without thereby departing from the relative scope of protection as defined. from the attached claims,

Claims (1)

RIVENDICAZIONI 1) Sistema di accumulo dell'energia termica da radiazione solare comprendente: a) un tetto dì particee solide perfettamente miscelate, bf un dispositivo per lo scambio di calore tra dette particelle solide ed un fiuido che Opera un ciclo termodinamico. c) un concentratore dì raggi solari, caratterizzato dal fatto che, in presenza della radiazione solare diretta, detto concentratore dei raggi solari c) innalza la temperatura delle singole particelle solide perfettamente miscelate costituenti detto letto a} e consente, anche in tempi differiti, per il tramile dì detto dispositiva di scambio dì calore b), il trasferimento dell'energia termica, accumulata nelle particelle solide perfettamente miscelate , al fluido che opera II ciclo termodinamico. 2} Sistema secondo fa rivendicazione 1) caratterizzato dal fatto che la perfetta miscelazione delle partitelle solide è ottenuta tramite fa fluidizzazione delie stesse con un gas o un vapore. 3) Sistema secondo la rivendicazione 2) caratterizzato dal fatto che II fluido che opera il termodinamico coincide con quello che fluidizza le particelle solide costituenti 0 ietto. 4) Sistema secondo la rivendicazione 3) caratterizzato dal fatto che ii fluido è vapore d'acqua. S) Sistema secondo la rivendicazione IJ caratterizzato dal fatto che la perfetta miscelazione è ottenuta tramite l'uso di dispositivi meccanici o elettromeccanici o acustici. 6) Sistema secondo ciascuna deile rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che il concentratore dei raggi solari c) è costituito da una teme di Fresnel 7) Sistema secondo ciascuna delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il riscaldamento delle particelle solide perfettamente miscelate può avvenire per l'azione diretta del concentratore di raggi solari c) sulle stesse e/α per razione indiretta di un materiale o dispositivo, interposto tra il ietto di particelle solide a) ed I concentratore dei raggi solari t), a contatto con le particelle solide perfettamente miscelate e su cui agisce il concentratore dei raggi solari c), S) Sistema secondo ciascuna delle rivendicazioni precedenti realizzato utilizzando particelle solide di qualsiasi forma, natura e dimensione e fluidi di diversa natura e caratteristiche riferibili sia al ciclo termodinamico sia ai processo di fluidizzazione. 9J Impianto solare per la produzione di energia elettrica da radiazione solare caratterizzato dal fato di prevedere l'uso di uno o più sistemi di accumulo dell'energia solare secondo te rivendicazioni precedenti, eventualmente integrati con altri sistemi generatori di energia da fonti diverse, tra loro collegati attraverso l’uso comune del fluido che opera il rido termodinamico.CLAIMS 1) System for the accumulation of thermal energy from solar radiation comprising: a) a roof of perfectly mixed solid particles, bf a device for the exchange of heat between said solid particles and a fiuid which operates a thermodynamic cycle. c) a concentrator of solar rays, characterized by the fact that, in the presence of direct solar radiation, said concentrator of solar rays c) raises the temperature of the single perfectly mixed solid particles constituting said bed a} and allows, even in deferred times, for the passage of said exchange device heat b), the transfer of the thermal energy, accumulated in the perfectly mixed solid particles, to the fluid that operates the thermodynamic cycle. 2} System according to claim 1) characterized in that the perfect mixing of the solid particles is obtained by fluidizing them with a gas or a vapor. 3) System according to claim 2, characterized by the fact that the fluid which operates the thermodynamic coincides with that which fluidizes the solid particles constituting the object. 4) System according to claim 3) characterized in that the fluid is water vapor. S) System according to claim II, characterized in that perfect mixing is obtained through the use of mechanical or electromechanical or acoustic devices. 6) System according to each of the preceding claims characterized by the fact that the solar radiation concentrator c) consists of a Fresnel temperature 7) System according to each of the preceding claims, characterized by the fact that the heating of the perfectly mixed solid particles can take place by the direct action of the solar radiation concentrator c) on the same and / α by the indirect ration of a material or device, interposed between the iect of solid particles a) and I concentrator of the solar rays t), in contact with the solid particles perfectly mixed and on which the concentrator of the solar rays acts c), S) System according to each of the preceding claims made using solid particles of any shape, nature and size and fluids of different nature and characteristics referable both to the thermodynamic cycle and to the fluidization process. 9J Solar system for the production of electricity from solar radiation characterized by the fact of providing for the use of one or more solar energy storage systems according to the preceding claims, possibly integrated with other systems generating energy from different sources, between them connected through the common use of the fluid that operates the thermodynamic reduction.
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