JP2020514658A - 太陽起源の熱エネルギーを使用するための高エネルギー効率装置、システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (51)
- 太陽起源の熱エネルギーの蓄積及び交換のための装置(1)であって、
光学システムによって集光された太陽放射を受け取るように構成され、
内部区画(20)を規定し、前記集光された太陽放射の入射を許容するように構成された照射開口部(10;10’)を有するケーシング(2)であって、前記開口部(10;10’)は、使用時、閉鎖及び遮蔽手段のない状態で、前記内部区画(20)を外部環境と直接連通した状態に置く、ケーシング(2)と、
前記ケーシング(2)の前記内部区画(20)内に受け入れられた流動化可能な固体粒子の床(3)であって、使用時、前記開口部(10;10’)を介して入射する前記集光された太陽放射に直接さらされる動作領域(30)を有し、前記動作領域(30)の粒子は太陽放射からの熱エネルギーを吸収する、流動化可能な固体粒子の床(3)と、
少なくとも前記動作領域(30)において流動化ガスを前記区画(20)に付加するように構成された前記粒子床(3)の流動化手段(4)と、を備える装置(1)。 - 前記開口部(10’)が、前記ケーシング(2)の横方向又は非中心位置に、特に前記動作領域(30)に対して横方向に、好ましくは前記ケーシング(2)の上壁(210)及び/又は横方向スカート(230)に配置される、請求項1に記載の装置(1)。
- 前記照射開口部(10’)が、前記ケーシング(2)の横方向スカート(23)の傾斜部分(230)に、特に外側に突出して規定される、請求項1又は2に記載の装置(1)。
- 前記照射開口部(10’)が、前記ケーシング(2)の上部のスロープのついた傾斜部分(210)に規定され、好ましくは、前記上部の部分(210)が、前記粒子床(3)の自由表面(35)に対して、実質的に吸引−覆い構成を規定する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記構成は、前記動作領域(30)の前記自由表面(35)に対する前記照射開口部(10’)の形態係数が1未満であるようなものである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記流動化手段(4)が、前記粒子床(3)に対して縦の広がり方向(L)、特に実質的に垂直な方向に従って前記流動化ガスを付加するように構成される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記流動化手段(4)が、好ましくは前記粒子床(3)の又は前記ケーシング(2)の下部基部(24)に配置された流動化ガスの1つ又は複数の供給要素(40;401〜403)を備える、請求項1〜6のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記流動化手段(4)が、前記装置(1)の外側から、すなわち粒子床(3)を取り除く必要なくアクセス可能又は検査可能な流動化ガスの1つ又は複数の供給要素(40;401〜403)を備える、請求項1〜7のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記流動化手段(4)が、使用時、前記粒子床(3)内の、特に前記動作領域(30)内の少なくとも2つの異なる流動化速度を決定するように構成される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記流動化手段(4)が、使用時、前記粒子床(3)内の、特に前記動作領域(30)内の粒子の循環性の対流運動を決定するように構成される、請求項1〜9のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記流動化手段(4)が、使用時、前記動作領域(30)の噴出型の流動化レジームを決定するように構成される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記動作領域(30)が実質的に前記粒子床(3)全体を占める、請求項1〜11のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記床(3)が前記動作領域(30)に隣接する、好ましくはそれに外接される熱貯蔵領域(31)を有する、請求項1〜11のいずれか1項に記載の装置(1)。
- その全体構成は、使用時、前記動作領域(30)の粒子が太陽放射からの熱エネルギーを吸収し、それを前記貯蔵領域(31)の粒子に移すようなものである、請求項13に記載の装置(1)。
- 前記ケーシング(2)が、前記粒子床(3)の前記自由表面(35)の上に配置され、前記照射開口部(10’)に又はその近くに底縁部(211)を有する傾斜面、又はスロープ状(210)を有し、その構成は、好ましくは、前記傾斜面(210)が例えば前記粒子床(3)から現れる前記流動化ガスの吸引効果を促進するようなものである、請求項1〜14のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記粒子床(3)の前記自由表面(35)の上で前記ケーシング(2)内に配置された、流動化ガスの吸引手段(6)を備える、請求項1〜15のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記吸引手段(6)が前記傾斜面(210)の上部縁部(212)に又はその近くに配置された吸引入口(600)を備える、請求項15又は16に記載の装置(1)。
- 前記吸引手段(6)によって吸引された前記流動化ガスを前記流動化手段(4)への入力として移送するための移送手段を備える、請求項16又は17に記載の装置(1)。
- 前記流動化手段(4)による前記ケーシング(2)への入力としての前記流動化ガスと、前記吸引手段(6)を介して前記ケーシング(2)から出る前記流動化ガスとの間の熱交換手段を備える、請求項16又は17に記載の装置(1)。
- 前記吸引手段(6)が、前記流動化手段(4)によって前記粒子床(3)に供給される流動化ガスの流量以上の流動化ガスの流れを前記装置(1)から抽出するように構成される、請求項16〜19のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記吸引手段(6)が、前記粒子床(3)の前記自由表面(35)と前記ケーシング(2)の上部(21;210)との間に置かれた空きスペース(22)に減圧を生じさせるように構成される、請求項16〜20のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記ケーシング(2)内の前記床(3)の粒子を含有するように構成された成形制限構造(8)を備え、前記制限構造(8)は前記照射開口部(10’)に、好ましくは少なくとも部分的に前記開口部に対して外側に向かって突出して配置される、請求項1〜21のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記制限構造(8)が、前記ケーシング(2)の内側に向かって減少する断面を有するテーパ形状、好ましくは円錐形を有する、請求項22に記載の装置(1)。
- 使用時、太陽放射によって直接照射されるように配置され、好ましくは前記照射開口部(10)に又はその近くに配置された補助熱交換手段(9)を備える、請求項1〜23のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記補助熱交換手段(9)が前記エンクロージャ(8)の内壁又は外壁に配置される、請求項24及び請求項22又は23に記載の装置(1)。
- 前記粒子床(3)内に配置され、使用時、作動流体が通り抜ける熱交換要素(5)を備える、請求項1〜25のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 前記補助熱交換手段(9)が前記熱交換要素(5)に接続される、請求項24又は25及び請求項26に記載の装置(1)。
- 前記床(10)が、前記動作領域(30)に隣接し、前記動作領域(30)と粒子が動的に連通する熱貯蔵領域(131)を有する、請求項1〜27のいずれか1項に記載の装置(101)であって、
前記動作領域(130)の流動化手段(104)であって、前記粒子床(103)内で縦方向に配置されかつ少なくとも前記床の自由表面(135)まで延びる上昇導管(140)を含み、前記上昇導管(140)が前記動作領域(130)の粒子を前記自由表面(135)の上及び前記照射開口部(200)での泡立ち又は噴出まで案内するように構成される、流動化手段(104)と、
前記ケーシング(2)と固定され、前記照射開口部(200)に配置された制限構造(105)であって、前記制限構造(105)は、前記上昇導管(140)に外接されて配置され、前記熱貯蔵領域(131)への再流入の動きにおいて、前記泡立ち又は噴出の下流で、前記動作領域(130)の粒子を案内するために前記粒子床(103)内を延びる下降導管(150)を有する、制限構造(105)と、を備える装置(101)。 - 前記上昇導管(140)が前記粒子床(103)の前記自由表面(135)より上に延びる部分(143)を有する、請求項28に記載の装置(101)。
- 前記制限構造(105)がテーパ形状を有する部分を有し、その断面は前記ケーシング(102)の内側に向かって減少し、特に逆円錐台状を有する、請求項28又は29に記載の装置(101)。
- 前記制限構造(105)が、前記粒子床(103)の前記自由表面(135)より上で、前記熱貯蔵領域(130)の粒子の流動化運動のプレナムチャンバ(124)を規定する、請求項28〜30のいずれか1項に記載の装置(101)。
- 前記制限構造(105)が前記照射開口部(200)に対して少なくとも部分的に外側に突出して配置される、請求項28〜31のいずれか1項に記載の装置(101)。
- 前記粒子床(103)の前記熱貯蔵領域(131)において前記区画(120)に流動化ガスを付加するように構成された流動化手段(400)をさらに備え、前記流動化手段(104)及びさらなる流動化手段(400)は、前記熱貯蔵領域(131)の第2の流体力学レジメンと異なる前記動作領域(130)の第1の流体力学レジメンを決定するように構成され、前記第1及び第2の流体力学レジメンは特に異なる流動化速度に基づく、請求項28〜32のいずれか1項に記載の装置(101)。
- 前記さらなる流動化手段(400)が前記ケーシング(102)の下部基部(121)に又はその近くに配置される、請求項33に記載の装置(101)。
- 前記さらなる流動化手段(400)がウインドボックス(402)又は流動化ガスの複数の分配要素(403)を備える、請求項33又は34に記載の装置(101)。
- 前記流動化手段(4、400)が、使用時、前記粒子床(103)又はその領域(130、131)の沸騰床のレジームを決定するように構成される、請求項28〜35のいずれか1項に記載の装置(101)。
- 前記粒子床(103)の前記自由表面(135)より上で、好ましくは前記制限構造(105)において、前記ケーシング(102)内に配置された流動化ガスの吸引手段(106)を備える、請求項28〜36のいずれか1項に記載の装置(101)。
- 前記粒子床(103)の前記自由表面(135)より上で、好ましくは前記制限構造(105)において、前記ケーシング(102)内に配置された閉じ込めガスの入口手段(107)を備え、前記入口手段(107)は外側への粒子の逃げに対する障壁を生成するのに適した層化ガス流を供給するように構成される、請求項28〜37のいずれか1項に記載の装置(101)。
- 使用時、作動流体が通り抜け、好ましくは流動可能な粒子の前記床(103)の前記熱貯蔵領域(131)に配置された熱交換要素(110)を備える、請求項28〜38のいずれか1項に記載の装置(101)。
- 請求項1〜39のいずれか1項に記載の少なくとも1つの装置(1)と、
入射太陽放射の焦点を前記少なくとも1つの装置(1)の前記照射開口部(200)に合わせるように構成された光学システムであって、地面に配置された1つ又は複数の一次光学要素と、高所に配置された1つ又は複数の二次反射光学要素とを備える「ビームダウン」構造を好ましくは有する光学システムと、を備える熱出力生成システム。 - 請求項1〜39のいずれか1項に記載の太陽起源の熱エネルギーの貯蔵及び交換のための少なくとも1つの装置(1)と、
入射太陽放射の焦点を前記少なくとも1つの装置(1)の前記照射開口部(10;10’)に合わせるように構成された光学システムであって、地面に配置された1つ又は複数の一次光学要素(501)と、高所に配置された二次反射の1つ又は複数の光学要素(502)とを備える「ビームダウン」構造を好ましくは有する光学システムと、を備える熱出力生成システム(500)。 - 太陽光発電システムをさらに備える、請求項41に記載のプラント(500)。
- 脱塩システムを備える、請求項41又は42に記載のプラント(500)。
- 太陽起源の熱エネルギーの貯蔵及び交換の方法であって、前記粒子の流動床(3)を光学システムによって集光された太陽放射で照射することを含み、
前記粒子床(3)は、前記集光された太陽放射の入射を可能にするように構成された照射開口部(10;10’)を備えたケーシング(2)に収容され、前記開口部(10;10’)は閉鎖及び遮蔽手段のない状態で前記粒子床(3)を外部環境と直接連通した状態に置き、
前記粒子床(3)は、前記開口部(10;10’)を介して入射する集光された太陽放射に直接さらされる動作領域(30)を有し、前記動作領域(30)の粒子は前記太陽放射からの熱エネルギーを吸収する、方法。 - 前記粒子床内で、流動化ガスが、前記粒子床(3)に対して縦の広がり方向(L)に、特に実質的に垂直な方向に従って供給される、請求項44に記載の方法。
- 前記流動化ガスが前記粒子床(3)の又は前記ケーシング(2)の下部基部(24)で供給される、請求項44又は45に記載の方法。
- 前記粒子床(3)内の、特に前記動作領域(30)内の少なくとも2つの異なる流動化速度を提供する、請求項44〜46のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子床(3)内の、特に前記動作領域(30)内の粒子の循環性の対流運動を提供する、請求項44〜47のいずれか1項に記載の方法。
- 前記動作領域(30)内の粒子が前記太陽放射からの熱エネルギーを吸収し、それを隣接する蓄積領域(31)の粒子に移す、請求項44〜48のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子床(3)の自由表面(35)の上で、好ましくは横方向吸引入口(600)で流動化ガスの吸引を提供する、請求項44〜49のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子床(3)への入力としての流動化ガスと、前記粒子床(3)の前記自由表面(35)の上で引かれた流動化ガスとの間で熱交換を提供する、請求項50に記載の方法。
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