KR102466367B1

KR102466367B1 - 태양 기원의 열 에너지의 사용을 위한 에너지 효율 고 레벨 장치, 설비 및 방법(energy-efficient high level device, plant and method for the use of thermal energy of solar origin)

Info

Publication number: KR102466367B1
Application number: KR1020187004783A
Authority: KR
Inventors: 마리오 마갈디; 알베르토 까레라; 제나로 솜마
Original assignee: 마갈디 파워 에스.피.에이.
Priority date: 2015-08-05
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2022-11-10
Also published as: AU2016303450A1; KR20180058704A; CL2018000195A1; AR105597A1; BR112018002383A8; TW201710601A; BR112018002383A2; IL257352A; US10634124B2; CN108139113A; US20180230973A1; IL257352B; PT3332177T; MX2018001509A; JP2018523807A; CN113028654B; AU2016303450B2; WO2017021832A1; CY1122249T1; EP3332177B1

Abstract

태양 기원의 열 에너지의 저장 및 교환을 위한 장치(1)가 개시된다. 상기 장치(1)는 "빔 다운(beam down)" 형태의 광학 시스템을 사용하여 집중화된 태양 복사를 수신하도록 구성된다. 상기 장치(1)는: 격납 케이싱(containment casing)(2), 유동화 고체 입자들의 층(3), 및 입자들의 층(3)의 유동화 엘리먼트들(4)를 포함하며, 상기 격납 케이싱(2)은 내부 구획부(internal compartment)(20)를 정의하고, 그리고 집중화된 태양 복사의 진입을 허용하도록 구성되는 상부 개구부(upper opening)(10)를 가지며, 상기 상부 개구부(10)는 폐쇄(closure) 또는 스크린 수단이 없이 외부 환경과 상기 내부 구획부(20) 간의 직접적인 연통을 제공한다. 또한, 상기 유동화 고체 입자들의 층(3)은 내부 구획부(20)에 수용되며, 상기 층(3)은 사용시 개구부(20)를 통해 진입하는 집중화된 태양 복사로 직접적으로 노출되는 조사 작동 영역(30) 및 상기 작동 영역(30)에 인접한 열 축적 영역(31)을 가진다. 또한, 상기 입자들의 층(3)의 유동화 엘리먼트들(4)은 구획부(20) 내에 유동화 공기를 공급하도록 구성되며, 유동화 수단(4)은 상이한 유동화 속도에 기초하여, 작동 영역에서 그리고 축적 영역에서 상이한 유체 역학적 기법들을 결정하도록 구성된다. 또한, 사용시, 작동 영역(30)의 입자들은 태양 복사로부터 열 에너지를 흡수하고 그리고 이들은 축적 영역(31)의 입자들로 열 에너지를 전달한다.

Description

태양 기원의 열 에너지의 사용을 위한 에너지 효율 고 레벨 장치, 설비 및 방법(ENERGY-EFFICIENT HIGH LEVEL DEVICE, PLANT AND METHOD FOR THE USE OF THERMAL ENERGY OF SOLAR ORIGIN)

본 발명은 유동화 가능한 입자들의 층(bed)을 기초로 한 태양 기원의 열 에너지의 저장 및 교환 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 장치 및 관련 방법을 포함하는 에너지 생산 설비(energy production plant)를 제공한다.

반사경 거울에 방사선을 집중시키는 헬리오스탯(heliostats)에 의한 태양 에너지를 수집하는 것은 공지된 기술이다. 이는 유동화된 입자 층에 기초하여 차례로 열 저장 장치 및 교환 장치에 복사 에너지(radiation)를 전달한다. 이러한 유형의 시스템은 예를 들어, 동일한 소유자의 이름으로 WO2013/150347A1에 기재되어있다.

열/전기 에너지 생산을 위한 설비는 태양 기원의 열에너지의 저장 및 교환을 위해 이러한 장치들에 기반할 수 있으며, 이러한 설비들은 획득하고자 하는 화력(thermal power)에 따라 저장 및/또는 교환을 위한 하나 이상의 유닛(unit)들을 포함할 것이다.

공지된 기술의 유동층(fluidzed-bed) 장치들은 두 가지 주요 구조들에 따라 구현된다.

WO2013/150347A1에 개시된 제 1 구조에 기초한 태양 복사는 장치의 금속 캐비티의 벽에 수용된다. 이러한 캐비티는 입자들의 층의 케이싱(casing)의 일부분을 정의하고, 그리고 이는 층의 케이싱 내부에서 연장된다. 입자들의 유동층은 집속된 태양 복사로부터 파생된 열 에너지를 캐비티 벽으로부터 빼낸다.

높은 입사 복사 흐름이 존재하는 경우, 앞서 기술된 구조는 캐비티 표면을 높은 열적 온도 및 열 경사도(gradients)에 노출시켜 열 기계적 저항 및 내구성을 손상시킬 수 있다는 결점이 있다. 이에 대한 열 흐름을 낮추고 제어하기 위해, 캐비티 벽이 노출되며, 헬리오스탯 필드(heliostat field)는 캐비티 표면 상에서의 열 흐름을 균일하게 하도록 구성되고 그리고 장치 주위에 배열되는 몇 개의 서브 섹션들로 조직화될 수 있다. 그러나 헬리오스탯 필드의 이러한 구성은 각 태양광 발전 유닛이 상당량의 지면(ground)을 점유하는 것을 요구한다.

또한, 전술한 구조는 저장 및 교환 장치의 최대 작동 온도에 제한을 가하는데, 이는 캐비티 벽을 구성하는 재료의 열 저항에 의존하기 때문이다. 이러한 작동 온도는 또한 캐비티로부터 입자들의 층(bed)으로 열 에너지를 전달하기 위한 모드에 의해 그리고 캐비티 자체를 구성하는 물질의 전도도에 의해 조절된다.

공지된 제 2 구조에서는 상술된 캐비티가 구비되지 않으며, 그리고 장치의 케이싱 상에서 획득되는, 일반적으로 석영(quartz)인 투명한 물질의 윈도우를 통해 집중화되는 태양 복사를 저장 및 교환 장치의 입자들의 층이 수용한다.

그러나, 이러한 제 2 구조의 위험도(criticality)는 투명 윈도우와 유동성 고체와의 직접적인 접촉을 피하여야 하고, 그리고 이의 수용 효율성을 저하시키는 투명 물질의 파손 현상의 출현을 적시에 제한하여야 한다는 점에 있다.

투명한 윈도우를 갖는 형태의 수용 수단의 사용과 관련된 추가적인 단점은 프로토타입(prototype) 또는 실험실의 설비들에 사용되는 것보다 큰 크기의 석영으로 윈도우들을 생성하는 것이 어렵다는 점이다.

더불어, 상술한 구조들 그리고 특히 캐비티들 또는 윈도우들을 구비한 수용 수단과 관련된 추가의 단점은, 입사 태양 에너지의 일부의 외부 환경으로의 재방 출(re-release)로 인한 열 손실에 있다. 이러한 부분은 수용 수단을 구성하는 물질의 특징들에 의존한다.

위에서 언급한 결과로, 태양 기원의 열 에너지를 저장하고 전달하기 위한 상술된 장치들은 소위 "패리티 그리드(parity grid)"와는 거리가 멀지만, 전기 에너지를 생산하는 데 높은 비용을 가질 수 있다.

따라서, 본 발명에 의해 고려되고 해결되는 기술적 문제점은, 공지된 기술과 관련하여 상기 언급된 단점을 제거할 수 있도록 태양 기원의 열 에너지를 저장 및 전달하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

이러한 문제점은 청구항 제 1 항에 따른 장치에 의해 해결된다.

본 발명은 추가로 청구항 제 18 항에 따른 설비 및 청구항 제 19 항에 따른 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 특징은 종속항의 대상이 된다.

본 발명은 입자의 유동층에 기초하여 태양 기원의 열 에너지를 수용, 저장 및 전달하기 위한 장치를 제공한다. 이는 예를 들어 캐비티 또는 투명한 윈도우와 같은 수용 수단의 삽입(interposition) 없이, 집속된 태양 복사에 의해 직접적으로조사(즉, 타격)된다. 환언하면, 유동층은 장치의 케이싱에서, 바람직하게는 케이싱 자체의 상부 벽에서 존재하는 조사 개구부(irradiation opening)에 의해 외부 환경과 직접적으로 연통된다.

따라서, 본 발명의 장치는 외부 환경/입사 태양 복사와 입자들의 층 사이에 삽입된 투명 윈도우 또는 다른 구조들을 제공하지 않는다.

바람직하게는, 상기 장치는 광학 시스템과 연관되고, 상기 광학 시스템은 1차 헬리오스탯 및 2차 반사 수단(예를 들어 평면 거울)에 의해 구성된다. 이러한 광학 시스템은 장치 상에, 특히 상기 언급된 조사 개구부에 배치된 층의 작동 영역 상에, 태양 복사를 집중화시킨다.

유리한 구성에서, 조사(irradiation)는 상부로부터 이루어지며, 소위 "빔 다운(beam down)" 타입의 광학 시스템에 의해 획득된다. 이는 특히 장치 상부인, 높은 곳에 배치된 하나 이상의 2차 반사기와 연관된 지면에 배치된 헬리오스탯 필드를 포함한다.

입사 태양 복사에 의해 직접 조사되는 입자들의 층의 전술한 작동 영역은 특정한 유체 역학, 즉 수력학 기법(regimen)에 따라 유동화된다. 따라서, 상기 장치는 유동화 가스를, 바람직하게는 공기를, 분배 및 공급하기 위한 시스템을 포함하거나 이와 관련된다. 이러한 분배 시스템은 입자들의 층을 기초로 하여 배치될 수 있고 그리고 조사된 층 영역에서 유체 역학적 기법을 확립하는 것이 적절하다.

유동화 공기를 분배 또는 공급하기 위한 상술된 수단은 차별화된 유동화를 형성하도록 구성되고, 그리고나서 층의 나머지 부분에 대하여 작동 영역에서 상이한 유체역학적 기법을 형성하도록 구성되며, 여기서 상기 나머지 부분은 축적 영역(accumulation region)으로 지정될 수 있다. 이러한 상이한 유체 역학적 기법은 층의 두 개의 영역들의 상이한 유동화 속도와 관련된다.

실시예의 제 1 변형예에 기초하여, 이러한 상이한 유동화 속도는, 작동 영역 내에서, 특히 원뿔형 또는 실질적으로 원뿔형상인 중공 체적부(hollow volume)를 생성하도록 제어된다.

제 2 변형예에서, 작동 영역 내에서도 차별화된 유동화 속도가 제공되어, 입자들의 순환 대류 운동(circulatory convective motion)을 생성한다. 이는 작동 영역의 인접한 서브영역(sub-region)들 사이에서 연속성을 가지고, 즉 재순환되면서 이동한다.

실시예의 제 3 변형예에 기초하여, 전술한 유체 역학적 기법은 조사 영역(irradiated region)과 축적 영역(accumulation region) 사이에 개재된 물리적 격벽(partition)을 통해 획득된다. 두 개의 영역들 사이의 격벽 위에 그리고 아래에서 입자들의 변경/재순환 및 대류 운동이 생성된다.

실시예의 변형예들은 동일한 장치에서 상술된 두 개의 영역들에서 설정되는 유체 역학적 기법의 종류에서의 선택을 제공하고, 이는 특정 동작 요구사항에 따라 유동화 속도의 차별화된 제어에 의해 수행될 수 있다.

집중화된 태양 복사에 의해 타격되는 층의 작동 영역에서 유도된 유동화 조건들은 영역 자체의 전체 부피에 있어서 태양 기원의 열 에너지의 높은 분포를 보장할 수 있다. 이러한 층 영역은 전용 광학 시스템에 의해 집중된 태양 복사로부터 유래하는 열 에너지를 흡수한다.

축적 영역에 대한, 동작 영역의 유체 역학적 기법의 차별화(differentiation) 덕분에, 축적 영역으로의 열 에너지의 전달 및 분배 그리고 태양 복사로 직접 노출되는 입자들의 교환이 허용된다.

바람직한 구성에서, 상기 장치는 입자들의 층의 상부로부터, 특히 조사 층 영역에서 나오는 유동화 공기를 추출하기 위한 수단을 포함하거나 또는 이에 관련된다. 이러한 추출 수단은 전형적으로 흡입 수단으로서 구성된다.

공기를 추출하는 수단은, 외부 환경과의 압력 평형 상태에서, 또는 바람직하게는 외부 환경에 비해 약간 저기압 상태에서, 입자들의 층의 프리보드(소위 "프리보드" 공간으로 지칭됨) 위 그리고 상기 장치 내에서의 환경을 유지하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 수단은 입자 층의 가능한 분말 및 공기의 외부 환경을 향한 방출을 방지한다.

유익하게는, 이러한 압력 평형은 상기 층로부터 추출된 공기 유동이 입자들의 층에서의 유동화 공기 유입구에 비해 약간(예를 들어 10%) 높아지도록 유동화 공기 라인(line) 및 공기 추출 라인 모두에 전용된, 유량 센서와 같은 제어 수단에 의해 보조될 수 있다.

집중화된 태양 복사의 입구 개구부(entry opening)를 통하여 상기 환경으로부터 상기 장치로 되돌아가는 공기는, 상기 장치로부터 추출되는 공기에 열 함량을 도입시키는 상기 개구부를 통하는 경로에서 가열된다.

더욱 유익하게, 장치로부터 방출되는 유동화 공기의 열 함량에 기초하여, 유입되는 유동화 공기를 분배하기 위한 수단 및 유출되는 유동화 공기를 추출하기 위한 수단은, 열을 교환하는 시너지 시스템들로서 구현될 수 있으며, 이에 따라서 재생 단계(regenerative phase)를 구현할 수 있다. 특히, 층의 입자들을 통한 이전 통로에 의해 가열되는, 상기 추출되는 유동화 공기는 재생 교환기(regenerative exchanger)로 보내질 수 있으며, 상기 재생 교환기는, 입자들의 층 내에서 공기를 분배/공급하기 위하여 상기 유동화 공기를 예열하여 시스템으로 보낼 수 있다. 환언하면, 입자들의 층 내로 진입하는 공기는, 이로부터 방출되는 공기의 열 함량을 희생시키면서 예열된다.

바람직한 실시예의 변형예에 기초하여, 입상 층(granular bed)의 프리보드를 넘어서 상승하는 상기 케이싱 내부의 상술된 공간은 유동화에 의해 유도된 층의 입자들의 운동에 대해 플리넘 챔버(plenum chamber)의 기능을 수행하도록 구성된다.

공기 추출 수단에 기초한, 외부 환경에 대한 장치 내부의 환경의 상술된 격납 시스템에 부가하여 또는 이의 대안으로서, 공기 유입 시스템이 케이싱의 개구부에 구비될 수 있다. 유입된 공기 흐름은 공기 나이프(air knife)와 같이 상기 층에서 나오는 유동화 공기의 바깥쪽으로 나가는 것과 대비되도록 구성된다.

일 실시예의 변형예에서, 외부 환경을 향한 입상 물질의 손실을 제어하기 위한 추가적인 또는 대안적인 트릭(tricking) 장치로서, 바람직하게는 조사 개구부에 배치된 격납 구조체가 제공된다. 이러한 격납 구조체는 발산식(diverging) 원뿔(cone)로서 구성될 수 있으며, 그리고 케이싱에 통합되거나 또는 이와 일체로 형성될 수 있다.

격납 구조체도 플리넘 챔버, 플리넘 챔버의 일부 또는 추가적인 플리넘 챔버의 기능을 수행하여, 층의 프리보드 위에서 방출되는 고체 입자들 및 유동화 공기의 표면 속도를 대폭 감소시킨다.

바람직하게는, 원뿔형 격납 구조의 경우에, 상술된 추출 수단은 원뿔 축(conus axis)에 직각으로 전개하는 복수의 흡입배출구(suction outlet)들을 포함한다. 상기 배출구들은 공기 및 미세 분말 서스펜션(suspension)을 빨아 들여, 전용 흡입 시스템을 통해 관련 처리 시스템으로 이들을 전달할 수 있다. 이러한 배출구는 프리보드 환경과도 연통될 수 있으며, 이 경우 이들은 프리보드 내로, 바람직하게는 상기 원뿔에 의해 정의되는 내부 부분(inner department) 외부에 있는, 프리보드의 일부분으로, 서스펜션(suspension)을 전달할 수 있다. 어떠한 경우든, 배출구들의 동작은 고체 서스펜션의 상승하는 흐름에 반대되는 흡입된 공기의 움직임 필드(motion field)를 생성한다.

본 발명의 장치는 전형적으로 상기 입자층에 침지된 열교환 엘리먼트들을, 특히 상기 축적 영역에 배열된 열교환 엘리먼트들을 포함하거나 또는 이와 관련된다. 이러한 엘리먼트들은 바람직하게는 장치 작동의 적어도 선택된 단계들에서 작동 유체에 의해 교차되는 튜브 다발들을 포함할 수 있다.

공지 기술의 간접 조사 장치와 관련하여, 본 발명의 장치는 벽 또는 다른 장벽을 개재시키지 않고 입사 복사 전력을 유동화 고체에 직접 전달할 수 있게 한다. 얻을 수 있는 최대 온도는 유동화 고체의 특성에 의해서만 제한되므로 간접적인 조사를 사용하는 공지된 시스템에서 허용되는 온도보다 본질적으로 높다는 결과가 얻어질 수 있다.

더욱이, 유동화 고체에 입사 복사 전력을 직접 전달하는 것은 투명한 윈도우들을 개재시키지 않고 일어나며, 상기 투명한 윈도우는, 파우더를 더럽히거나 퇴적시키는 잠재적 원인이 되어, 결과적으로 광택제거(delustring), 온도의 증가, 및 온도 경사의 확립이 된다. 윈도우의 부재는, 본 발명의 장치에 보다 높은 강도 및 내구성을 부여하는데 기여한다.

또한, 예를 들어, 전기 에너지를 생산하기 위한 산업 설비의 적용에 있어서 본 발명의 장치의 장점들 또한 다수 존재한다.

우선, 집중화된 태양 복사를 수용하는 수단이 없으면 유동층의 작동 온도를 증가시킬 수 있다. 이러한 이벤트의 가장 직접적인 결과는 장치의 열 성능이 상당히 증가한다는 것이다.

일단 축적하고자 하는 열량을 고정 시키면, 즉, 태양 배수(solar multiple)(전달된 전력과 축적된 전력 간의 비율)를 고정시키는 경우, 입자들의 층의 작동 온도를 증가시킬 가능성은 입자 부하의 감소를 수반한다. 보다 상세하게는, 일단 축적하고자 하는 열 에너지 "Q"의 양을 고정시키면, 이는 고체 "m"의 질량 및 그 온도 변화 "△T"에 비례한다 (

). 공지된 설비의 경우, 입자들의 층이 더 높은 온도에 도달할 수 있기 때문에, 온도 델타 (△T)가 증가할 수 있고 고체 질량이 감소할 수 있다.

또한, 수용 수단과 관련하여 물리적인 저항이 없기 때문에, 집중된 방사 빔의 구성이 반드시 원형 링(circular ring) 상에 균일하게 분포될 필요가 없다는 점이 가능해진다.

도시된 도면들에 따라 "빔 다운"유형의 광학 시스템의 경우에도 1차 헬리오스탯 필드와 2차 반사기(들)가 재배치되어, 지면을 차지하는데 있어서 보다 높은 효율성을 얻을 수 있다.

본 발명의 추가적인 장점, 특징 및 사용 모드는 제한적인 목적이 아닌 예로서 도시된 일부 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

첨부되는 도면들은 이하와 같다:
도 1a는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 태양 기원의 열 에너지를 저장 및 교환하기 위한 장치의 종단면에서의 개략도를 도시한다.
도 1b는 광학 시스템이 완비된 에너지 생산 설비에 삽입된 도 1a의 장치를 개략적으로 도시한다.
도 1c는 특히 도 1a의 장치 및 일부 설비 구성 요소들을 참조하여 도 1b의 일부 구성 요소들에 대한 확대도를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 기초한 태양 기원의 열 에너지를 저장 및 교환하기 위한 장치의 종단면에서의 개략도를 도시한다
도 2b는 도 2a의 장치의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 기초한 태양 기원의 열 에너지를 저장 및 교환하기 위한 장치의 종단면에서의 개략도를 도시한다
도 4는 도 1a의 구성의 변형을 기반으로 태양 기원의 열에너지를 저장하고 교환하기 위한 장치의 종단면에서의 개략도를 도시한다.

본 발명의 다양한 실시예들 및 변형예들이 이하에서 설명될 것이며, 이는 위에서 언급된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.

유사한 구성 요소들은 상이한 도면들에서 동일한 도면 부호로 지정된다.

이하의 상세한 설명에서, 동일한 설명에서 이미 다루어진 실시예들 및 변형 예들에 대한 추가적인 실시예들 및 변형예들은, 이미 예시된 것들에 대한 차이점들에 한정하여 예시될 것이다.

또한, 후술되는 상이한 실시예들 및 변형예들이 호환 가능한 경우에는 조합하여 사용될 수 있다.

도 1a을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 태양 기원의 열 에너지를 저장 및 교환하는 장치는 전체적으로 1로 표시된다.

도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 장치(1)는 여기에서 고려되는 장치로서 복수의 장치를 포함하는 경우에 에너지 생산 설비(500)에 삽입되도록 의도된다.

설비(500)는 입사 태양 복사를 장치(들)(1) 상에 집중시키도록 구성된 광학 시스템을 포함한다. 각각의 장치는 그 자신의 광학 시스템과 결합될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 광학 시스템은 "빔 다운 (beam down)" 구성을 갖는다. 특히, 광학 시스템은, 지면 상에 배치되고 그리고 2차 반사 거울(502) 또는 등가의 2차 광학 엘리먼트 상에 편향/집중시키기 위해 태양 복사를 수집하기에 적합한, 복수의 1차 헬리오스탯(501) 또는 등가의 1차 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 이는 지면에 배치된 장치들(1) 또는 장치 위의 높은 곳에 배치되며, 실제로 장치(들) 자체에 태양 복사를 전달한다.

이어서, 설비(500)는 도 1c에 개략적으로 도시된 바와 같이, 예를 들어, 하나 이상의 펌프들, 터빈들, 캐패시터들 등과 같이, 회로 소자들, 및 열 교환 또는 에너지 변환을 위한 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

도 1a를 다시 참조하면, 장치(1)는 내부 구획부(internal compartment)(20)를 정의하는 격납 케이싱(containment casing)(2)을 포함하며, 상기 내부 구획부(20)는 그 주위의 유동 입자들의 층(3)을 수납하는데 적합하며 이에 대해서는 간단히 기술될 것이다. 케이싱(2)은 다각형 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어 입방 또는 평행 육면체 또는 원통형 구조를 가질 수 있다.

장치(1)의 기하학적 형상과 관련하여, 본 예시에서는 수직인 종 방향(L)을 정의할 수 있고, 그리고 이러한 예시에서는 그리고 수평인 종 방향 (L)에 직각인 횡 방향 (T)을 정의할 수 있다.

케이싱(2)은 바람직하게는 그 자체의 상부 벽(21)에 배치된 조사 개구부(irradiation opening)(10)를 갖는다. 상술 된 2차 반사기들(502)은 실제로 이러한 개구부(10)로 진입하는 입사 태양 복사를 구획부(20) 내에 집중시킨다.

개구부(10)는 내부 구획부(20) 및 그 내부에 수납된 입자들의 층(3)을 외부 환경과 직접 연통시킨다. 특히, 사용중인 개구부(10)는 예를 들어 투명한 윈도우 또는 다른 것과 같은 폐쇄 또는 스크린 수단이 없다. 즉, 장치(1)는 폐쇄 수단 또는 스크린 수단 없이 작동하도록 구성된다. 작동 기간이 아닌 동안, 시스템과 외부 환경을 보호하기 위해 개구부는 차폐될 수 있다.

유동 입자들의 층(3)은 과립결정형(granular type)이며, 이는 고체 입자들에 의해 형성된다.

장치(1)의 입자들의 층에 대한 입상 물질(granular material)의 바람직한 형태는, 고 전도성 및 열확산성의 열 특징을 가진 형태이며, 특히 미세한 재료의 생성을 최소화하기 위해 열악한 마모성(abrasiveness)을 갖는 형태이다. 바람직한 입상 물질의 예는 적당한 열 특징을 갖는 것과는 별개로, 입자 사이의 상호 마모의 현상을 최소화하는 자연적인 둥근 형태의 입자들을 갖는 강 모래(river sand)이다.

층(3)은 내부 구획부(20)를 점유하며, 사용시에도, 이의 프리보드(freeboard)(35) 위에 자유 공간(22) 또는 프리보드를 남긴다. 특히, 상기 공간(22)은 프리보드(35)에 의해 하부 측으로 그리고 케이싱(2)의 벽(21)에 의해 상부 측으로 그 범위가 정해진다.

층(3)은 조사 개구부(10)를 통해 들어온 태양 복사에 의해 직접 조사되기 쉬운 즉, 직접 타격되기 쉬운, 제 1 영역(30)의 층을 정의한다. 이러한 제 1 영역 (30)은 작동 영역 또는 조사 영역이라 칭해질 것이다. 작동 영역(30)을 둘러싸며 그리고 그 주변에 있는 층의 나머지 부분은, 열 축적(heat accumulation region) 영역(31)을 정의한다.

일반적으로, 작동 영역(30)은 층(3)의 중앙에 배치되고 그리고 상기 축적 영역(31)은 작동 영역(30)을 둘러싸고 작동 영역(30)과 길이 방향으로 인접해 있다.

입자들의 층(3)은 구획부(20) 내에 유동화 가스(특히, 공기)를 공급하도록 구성되는 유동화 수단(fluidization means)(4)에 의해 유동화된다. 본 실시 예에서, 상기 수단(4)은 유동화 공기를 공급 또는 유입시키기 위한 복수의 엘리먼트들을 포함하며, 상기 수단(4)은 입자들의 층(3)의 케이싱(2)의 하부 기저부(lower base)(24)에 배열된다. 입자들의 층(3) 내의 유동화 공기의 경로는 바닥에서 상부로, 특히 수직 또는 실질적으로 수직이다.

이 예에서, 이러한 공급 엘리먼트들은 상기 축적 영역(31)의 기저부에 그리고 작동 영역(30)의 기저부에 배치되고 그 다음에는 공기를 공급한다. 도 1a에서, 작동 영역(30)에 배치되는 제 1 유형의 공급 엘리먼트는 40으로 지정되고, 축적 영역(31)과 관련된 제 2 유형의 공급 엘리먼트는 41로 지정된다.

두 가지 유형의 공급 엘리먼트들은 입자들의 층(3)으로 진입하는 유동화 공기의 유동 속도(rate) 및 유량(flow) 면에서 상이할 수 있다. 이러한 엘리먼트들(40, 41)은 구조적으로 유사하고 결과적으로 속도 및/또는 유량 면에서 상이하게 제어될 수 있다.

상기 수단(4)은 축적 영역(31)의 제 2 유동화 기법(fluidization regimen)과 상이한 작동 영역(30)의 제 1 유체 역학 유동화 기법을 결정하도록 구성된다. 특히, 이러한 제 1 및 제 2 유체 역학 기법들은 상이한 유동화 속도에 기초한다.

본 실시예에서, 사용시 제 1 및 제 2 유체 역학 기법 모두는 입자들의 운동을 제공한 다음, 이들의 유동화를 제공한다. 특히, 본 실시 예에서, 유동화 기법은도 1a의 기포(bubbles)(A)에 의해 개략적으로 표현된 바와 같이, 작동 영역(30)에 대해서는 예를 들어, 분사(jet), 분수(fountain) 또는 펄스(pulse)와 같은 분출형(spouted type)이며 그리고 상기 영역(31)에 대해서는 보일링 형(boiling type)이다.

분출형의 유동층은 일반적으로 유동화된 층이고, 여기서 유체 역학적 기법은 동일한 층의 기저부에 유동화 가스의 중앙 분사(central jet)를 특징으로 하며, 상기 층은, 최소 유동화와 작동 유동화 간의 표면 속도에서의 강한 차이로 인하여, 층의 기둥(column)에 의해 끌려지는 움직임을 마련하며, 이는 상기 분사의 측면 부분에서 끌려진(dragged) 고체에 의해 제공되는 중앙 부분에서의 실제 분수형 효과를 생성함으로써 분사 자체 및 바라보는(overlooking)(원통형) 영역에 영향을 가한다.

실시예의 변형예는 축적 영역(31)의 입자들이 적어도 부분적으로 정지 상태로 유지되도록 제공할 수 있다.

상이한 유체 역학적 기법은 작동 영역(30)의 입자와 축적 영역(31)의 입자의 효과적인 열교환을 가능하게 한다. 더욱이, 두 영역에 속하는 입자들은 연속적인 교환 및 재순환을 받는다. 특히, 사용시에, 작동 영역(30)의 입자들은 태양 복사로부터 열 에너지를 흡수하고, 그리고 그것을 축적 영역(31)의 입자들로 제공한다.

본 명세서에서 고려되는 특정 실시예에서, 유동화 수단(4)은 사용시의 작동 영역(30)의 유체 역학적 기법을 결정하도록 구성되어, 중공 체적부(hollow volume)(36)를 상기 영역에서 획득할 수 있다. 상기 중공 체적부(36)는 전형적으로 실질적으로 원뿔형이며, 길이 방향(L)에 따라 축선 및 프리보드(35)에서 보다 큰 단면을 가진다.

본 실시 예에서, 작동 영역(30)의 중앙에 배치된 공급 엘리먼트(40)는 태양광 흐름(solar flow)을 수용하는 상기 중공 체적부(36)를 생성하도록 특정 속도로 유동화 공기를 도입한다. 작동 영역(30)으로부터 축적 영역(31)으로의 입자들의 교환(이는 집중화된 태양 복사로 노출되는 입자들의 표면을 최대화함)이 낮은 속도의 유동화 공기에 의해 결정되며, 이는 중공 체적부(36)에 인접한 축적 영역(31)이 밀도와 상이하다.

열교환 엘리먼트들(5)은 축적 영역(31), 특히 튜브 다발(tube bundle) 내에 수용된다. 이러한 튜브 다발을 통해, 선택된 작동 조건하에서, 즉 몇몇의 사용 조건하에서, 예를 들어, 액체 상태 및/또는 증기 상태의 물과 같이 작동 유체가 동작할 수 있다.

특히, 유지되는 열에너지를 사용하는 단계인 열교환 단계에서, 작동 유체는 튜브 다발(5) 내에서 유동하고 축적 영역(31)의 입자들로부터 열을 받을 수 있다. 반대로, 축적 단계 동안에서만, 튜브 다발(5)은 작동 유체가 없는 건조형 작업을 할 수 있다.

축적 단계는 태양의 존재하에서 활성화될 수 있다. 열교환의 단계, 즉 열에너지를 작동 유체로 전달하는 단계는 태양이 없어도 활성화될 수 있다.

입자들의 층(3) 또는 그 영역들(30 또는 31)의 유동화는 축적 단계 동안에 만 발생할 수 있다.

설계 온도 및 압력 조건하에서 장치(1)로부터 방출되는 작동 유체는 전기 에너지를 생산하기 위해 발전기에 결합된 터빈에서 팽창될 수 있거나 또는 다른 산업적 목적들로 사용될 수 있다. 환언하면, 그리고 상기에서 강조된 바와 같이, 튜브 다발(5)은 설비(500)의 추가 구성 요소들, 예를 들어 하나 이상의 터빈, 커패시터, 열교환기 등과 연결되며, 이들 각각은 그 자체로 알려져 있다.

장치(1)는 입자들의 층(3) 내에서 자체 경로 이동을 끝낸 유동화 공기의 흡입을 위한 흡입 수단(6)을 더 포함한다. 이러한 흡입 수단(6)은 입자들의 층(3)의 프리보드(35) 위의 케이싱(2) 내에 배치된다. 상기 흡입 수단(6)은 개구부(10)를 통해 외부 환경에서 유동화 공기의 그리고/또는 이에 의해 끌려진 입자들의 유입구, 또는 거대한(massive) 입구를 회피하도록 구성된다.

본 예시에서, 흡입 수단(6)은 케이싱(2)의 측면 스커트 또는 측벽(23)의 상부에서 공기를 자유 공간(22)으로부터 빼도록 구성된다.

바람직하게는, 흡입 수단(6)은 제어 수단(미도시), 바람직하게는 유량 센서(flow sensor)를 제공하는데, 이는 유동화 수단(4)과 관련된 추가적인 (도시되지 않은) 제어 수단과 시너지 작용을 하여 입자들의 층으로 인입되는 유동화 공기의 유량 이상의, 상기 장치(1)에 의해 추출된 기류(air flow)를 결정한다.

제2의 경우에서, 흡입 수단은 집중된 태양 복사의 유입 개구부(10)를 통해 환경으로부터 장치로의 공기 복귀를 야기한다. 이러한 공기는 장치(1)에 의해 추출된 공기로 전해지는 열 함량을 풍부하게 함으로써, 유입 개구부(10)를 통과하는 통로에서 가열된다.

바람직하게는, 장치(1)는, 상기 수단(6)에 의해 흡입되고 그리고 입자들의 층(3)의 프리보드(35)에서 입자들의 층(3)으로부터 방출되는 (가열되는) 유동화 공기와 유동화 수단(4)에 의해 입자들의 층(3)으로 진입하는 유동화 공기 간의 열 교환을 제공한다.

본 실시예에서, 장치(1)는 입자들의 층(3)의 프리보드(35)에 플리넘 챔버(plenum chamber)를 갖는다. 이러한 플리넘 챔버는 층의 입자에 대해 낮은 또는 널(null) 속도의 영역으로서 의미되며, 그리고 본 예시에서 자유 공간(22)에 의해 정의된다.

플리넘 챔버(22) 또한 개구부(10)를 통한 공기 및/또는 입자의 방출 또는 대량 방출을 방지하는데 기여한다.

본 실시예에서, 장치(1)는 층류(laminar flow)의 형태로 수용 가스(containment gas)(특히, 공기)를 유입시키기 위한 유입 수단(7)을 더 포함한다. 이는 외부로 향하는 입자들의 방출에 대한 (추가적인) 장벽을 생성하는데 적합하다.

상기 수단(7)은 입자들의 층(3)의 프리보드(35) 위에, 특히 조사 개구부(10)에 배치된다. 바람직하게는, 상기 배치는, 층류의 폐쇄 가스형 윈도우 형태를 형성하기 위하여, 층류의 전개 가로 방향(development cross direction)(T)에 평행하게, 정확히 개구부(10)에서 층류가 방출될 수 있게 이루어진다.

실시예의 변형예들은 복수의 조사 개구부들을 제공할 수 있다. 여러개의 개구부들이 있는 경우, 각각의 개구부는 여기에 설명된 바와 같은 단일 개구부가 있는 경우의 유효한 방식(valid attitude)을 따를 것이다. 상이한 개구부들은 공통 작동 영역 또는 상이한 작동 영역과 연관될 수 있다.

도 2a 및 2b를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 기초한 장치가 전체로서 100으로 지정된다. 상기 장치(100)는 2개의 주요 양상들에 있어서 사전 설명된 장치(10)와 상이하다.

첫 번째 차이점은 여기서 130으로 표시된 작동 또는 조사 영역의 유체 역학적 기법에 있다. 이 경우, 104로 표시된 유동화 수단은 사용시에 작동 영역(130) 내에서 두 가지 상이한 유동화 속도를 결정하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 작동 영역(130)에서, 고체 입자들의 순환 대류 운동(motion)이 결정된다. 특히, 작동 영역 (130)의 중심부 종방향 서브영역(subregion)에서 입자들의 속도는 측부 종방향 서브영역에서의 속도보다 높다. 그리고나서, 내부 순환을 갖는 동축 층들을 갖는, 바람직하게는 층의 순환 동축 서브영역들을 갖는(여기서, 상기 서브영역들은 종방향(L)에 따라 인접함) 유체 역학적 기법이 설정된다. 상기 언급된 대류 운동은 상기 층의 인접한 서브영역들의 상부에서, 낮은 유동화 속도를 가진 인접한 서브영역에 빠른 유동화 속도를 가진 서브영역의 입자들을 붓고(pour) 그리고 인접한 서브영역의 하부에서는 높은 속도를 가진 서브영역 내에서 상기 입자들을 끌어당긴다.

이러한 서브영역들의 입자들의 재혼합(remixing)은, 태양광점(solar spot)에 의해 수반되는 층의 작동 영역의 전체 부피에서 질량 및 열 에너지 전달을 허용하고 그리고 집중된 태양 복사에 노출되는 입자들의 표면을 최대화한다.

이 경우에도, 작동 영역(130) 및 축적 영역(131)에 배치된 공급 엘리먼트들(각각 140, 141)이 제공된다. 이 경우에도, 공급 엘리먼트들(140, 141)은 개수 및/또는 구조가 상이할 수 있거나, 유사 구조를 가질 수 있지만 속도 및/또는 유량 면에서 상이한 유동화 파라미터들인 상이한 제어를 가질 수 있다.

제 1 실시예의 장치(1)와 관련하여 장치(100)의 제 2 차이점은, 조사 개구부(10)의 입구에 배열되는, 특히 부분적으로 구획부(20)의 자유 공간(22) 내에 배열되고 그리고 외부를 향해 부분적으로 돌출하는, 일 형상의 격납 구조체(shaped containment structure)(8)의 존재를 포함한다. 격납 구조체(8)는 관통 개구부, 즉 관형 구조를 가지므로 조사 개구부(10)에 의해 케이싱의 내부와 외부 사이를 직접 연통시킬 수 있다.

격납 구조체(8)는 플리넘 챔버를 정의하고, 공기 및/또는 입자들이 외부를 향하여 유출되는 것을 방지 또는 감소시키는데 기여한다.

본 실시예에서, 격납 구조체(8)는 케이싱(2)의 내부 쪽으로 감소하는 단면을 갖는 테이퍼링 형상, 특히 원뿔형 형상을 가진다. 격납 구조체의 이러한 섹션은 전용 광학 시스템에 의해 집속되는 태양 복사의 방향을 간섭하지 않도록 허용하며, 본 실시예에서 상기 전용 광학 시스템은, 지면에서 헬리오스탯 필드(heliostat field)의 배열을 가진 빔-다운 광학 시스템이며, 바람직하게는 카디날 방향(cardinal directions)에 따라 서브-필드들로 조직화되는 빔-다운 광학 시스템이다.

또한, 구조체(8)의 벽에서는 공기 흡입배출구(air suction outlets)(60) 또는 동등한 흡입 엘리먼트들이 존재하며, 이는 프리보드의 환경과 연통할 수 있으며, 이들은 전용 흡입 시스템과 연관될 수 있다. 프리보드와 연통할 때, 이러한 배출구(60)는 흡입된 공기를 케이싱(2)의 상부 벽(21) 및 프리보드(35) 내에 포함된 공간으로 주입한다. 해당 지점으로부터, 이러한 공기 흐름은 사전 도시된 흡입 수단(6)에 의해 흡입된다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 기초한 장치는 전체적으로 200으로 표시된다. 장치(200)는 축적 영역(여기서는 231로 표시됨)으로부터 작동 영역(여기서는 230으로 표시됨)을 분리시키도록 배열되는 하나 이상의 격벽(9)의 존재로 인해 이전에 기술된 장치(1)와는 상이하다.

원통형 기하 구조의 구획부(20)의 경우, 원통형 기하 구조를 갖는 하나의 단일 격벽(partition)(9)이 제공될 수 있다. 다면체 형상의 구획부(20)의 경우, 평면 기하 구조를 갖는 여러 개의 격벽들이 제공될 수 있다.

또한, 204로 표시된 유동화 수단은 사용시 축적 영역(231)에 비하여 작동 영역(230)의 상이한 유동화 속도를 결정하도록 구성된다. 특히, 중앙 영역(230)과 측부 영역(231) 간의 입자들의 순환 대류 운동이 결정되고 그리고 입자들의 교환이 결정된다.

작동 영역(230)의 유동화 공기의 속도가 인접한 축적 영역(231)의 유동화 공기의 속도보다 높을 때, 작동 영역(230)의 입자들은 격벽 아래의 바닥으로부터 입자를 끌어당김으로써 인접한 축적 영역(231)에서의 격벽(9) 위로 쏟아질 수 있다. 이것이 도 3의 구성이다.

작동 영역(230) 및 축적 영역(231)에 속하는 유동화 공기의 속도의 크기를 반대로함으로써, 격벽(9)에 관한 입자들의 재순환에 대한 반전(reverse)이 얻어진다.

도 4가 참조하는 본 발명의 실시예의 변형예에 기초하여, 집중화된 태양 복사를 수용하는 작동 영역(30)과 그것에 인접한 축적 영역(31) 이외에, 상기 입자들의 층은, 축적 영역에 인접하고 이의 외부에 있으며 그리고 열 교환 영역으로 불릴 수 있는 추가 영역(310)을 포함한다. 이러한 추가 영역(310)에, 열 에너지는 3개의 영역에 대한 또는 추가 영역 및 축적 영역 중 적어도 하나에 대한 유동화 기법으로 전달될 수 있다. 이러한 추가 영역에서, 전술한 튜브 다발(5) 또는 이와 동등한 수단이 수납될 수 있다.

상기 장치의 이러한 구성에서, 입자들의 층의 각 부분은 활성(active)이며, 즉, 유동화될 때 이는 특정 기능을 수행한다. 특히, 상술된 층의 추가 영역에 대해, 축적 단계 및 교환 단계를 개별적으로 관리할 수 있도록 독립적인 유동화가 제공된다.

추가 영역(310)은 상술한 실시예들 각각에서 축적 영역의 서브영역으로서 구현될 수 있으며, 이는 특정 동작 모드들에서 바람직하게 선택적으로 작동될 수 있다.

기술된 모든 실시예들 및 변형예들에서, 작동 영역의 치수는 이러한 영역이 흡수해야 하는 열 에너지의 양 및 입상층(granular bed)을 구성하는 입자들의 화학적-물리적 특징에 의존한다. 이러한 치수 지정의 방식은 당업자에게 공지되어 있으며, 그리고 추가로 기술되지는 않을 것이다.

본 발명의 장치는 모듈식 특성을 가지며, 즉 열교환에 대해 직렬 또는 병렬로 하나 이상의 유사한 장치에 연결되는 것이 적합하다.

더욱이, 상이하게 기재된 실시예들에 따른 상술한 유형들의 장치들은, 여러 발명 장치들에 기초한 산업 설비의 생산 및/또는 작동에 있어서, 보다 큰 융통성을 위해 유리하게 연관될 수 있다.

기술된 모든 실시예 및 변형예에서, 집중화된 방사성 빔으로부터 유동층으로의 에너지 수송은 열 에너지의 주요 운반체가 되는 입상 물질로 배정되는데, 이는 막(membrane) 또는 투명 윈도우를 갖는 종래의 수용 수단들과는 다르며, 상기 막 또는 투명 윈도우는 농축된 에너지와 상관된 열 운반체 사이에서 삽입됨에 의해 농축된 에너지와 상관된 열 운반체 사이의 물리적 분리를 결정한다.

본 발명은 바람직한 실시예들을 참조하여 기술되었다. 이는 본 발명의 핵심에 속하는 다른 실시예들이 이하에서 기재되는 청구범위의 보호 범위에 정의되는 바와 같이 존재할 수 있음을 의미한다.

Claims

태양 기원의 열 에너지의 저장 및 교환을 위한 장치(1, 100, 200)로서, 상기 장치(1, 100, 200)는 광학 시스템을 사용하여 집중화된 태양 복사(solar radiation)를 수신하도록 구성되며, 상기 장치(1, 100, 200)는:
내부 구획부(internal compartment)(20)를 정의하고, 그리고 집중화된 태양 복사의 진입을 허용하도록 구성되는 조사 개구부(irradiation opening)(10)를 가지는 케이싱(2) ― 상기 개구부(10)는 사용시 폐쇄(closure) 또는 스크린 수단 없이 외부 환경과 상기 내부 구획부(20)의 직접적인 연통을 허용함 ―;
상기 케이싱(2)의 내부 구획부(20) 내에 수용되는 유동화 고체 입자들의 층(bed)(3) ― 상기 층(3)은 사용시 상기 개구부(10)를 통하여 진입하는 집중화된 태양 복사에 직접적으로 노출되는 작동 영역(operative region)(30, 130, 230) 및 상기 작동 영역(30, 130, 230)에 인접한 열 축적 영역(heat accumulation region)(31, 131, 231)을 가짐 ―; 및
상기 구획부(20) 내에 유동화 가스를 공급하도록 구성되는, 입자들의 층(3)의 유동화 수단(4, 104, 204) ― 상기 유동화 수단(4, 104, 204)은 상기 축적 영역(31, 131, 231)에서의 제 2 유체 역학적 기법(fluid-dynamic regimen)과 상이한 상기 작동 영역(30, 130, 230)에서의 제 1 유체 역학적 기법을 결정하도록 구성되며, 그리고 상기 제 1 유체 역학적 기법 및 제 2 유체 역학적 기법은 상이한 유동 속도에 기초함 ―;
을 포함하며,
상기 작동 영역(30, 130, 230)의 입자들은 태양 복사로부터 열 에너지를 흡수하고 그리고 상기 작동 영역(30, 130, 230)의 입자들은 상기 축적 영역(31, 131, 231)에서의 입자들로 상기 열 에너지를 전하는 것을 특징으로 하는,
장치(1, 100, 200).
제 1 항에 있어서,
상기 유동화 수단(4, 104, 204)은 사용시 상기 작동 영역(30, 130, 230)에서의 중공 체적부(hollow volume)(36)의 형성(formation)을 결정하도록 구성되는,
장치(1, 100, 200).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유동화 수단(4, 104, 204)은 사용시 상기 작동 영역(30, 130, 230) 내에서 적어도 2개의 상이한 유동화 속도를 결정하도록 구성되는,
장치(1, 100, 200).
제 1 항에 있어서,
상기 유동화 수단(4, 104, 204)은 사용시 상기 작동 영역(30, 130, 230) 내에서 입자들의 순환 대류 운동(circulatory convective motion)을 결정하도록 구성되는,
장치(1, 100, 200).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유동화 수단(4, 104, 204)은 사용시 상기 작동 영역(30, 130, 230)에서 분출형(spouted type)의 유체 역학적 기법을 결정하도록 구성되는,
장치(1, 100, 200).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유동화 수단(4, 104, 204)은 사용시 상기 축적 영역(31, 131, 231)에서 보일링 층 기법(boiling bed regimen)을 결정하도록 구성되는,
장치(1, 100, 200).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 작동 영역(30, 130, 230)과 상기 축적 영역(31, 131, 231) 사이에 배치되는 하나 이상의 분리 격벽(separating partition)들(9)을 더 포함하는,
장치(1, 100, 200).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유동화 수단(4, 104, 204)은, 상기 케이싱(2)의 또는 상기 입자들의 층(3)의 하부 기저부(lower base)(24)에 배치되는 유동화 가스 공급 엘리먼트들(40, 41)을 포함하는,
장치(1, 100, 200).
제 1 항에 있어서,
상기 입자들의 층(3)의 프리보드(freeboard)(35) 상부에 상기 케이싱(2) 내에 배치되는, 유동화 가스의 흡입을 위한 흡입 수단(6)을 더 포함하는,
장치(1, 100, 200).
제 9 항에 있어서,
상기 흡입 수단(6)에 의해 상기 케이싱(2)으로부터 방출되는 유동화 가스와 상기 유동화 수단(4, 104, 204)에 의해 상기 케이싱(2)으로 인입되는 유동화 가스 사이에서의 재생성 열 교환의 수단(means of regenerative heat exchange)을 더 포함하는,
장치(1, 100, 200).
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 흡입 수단(6)은 상기 입자들의 층(3)으로 공급되는 유동화 공기의 유량(flow rate) 이상의 유량을 갖는 유동화 가스의 기류(flow)를 상기 장치(1, 100, 200)로부터 추출하도록 구성되는,
장치(1, 100, 200).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 입자들의 층(3)의 프리보드(35) 상부에, 상기 층(3)의 입자들의 유동화 동작의 플리넘 챔버(plenum chamber)(22)를 더 포함하는,
장치(1, 100, 200).
제 12 항에 있어서,
상기 플리넘 챔버(22)는 상기 케이싱(2)의 상부 벽(21)과 상기 입자들의 층(3)의 프리보드(35) 사이에 개재되는(interposed) 자유 공간(free space)에 의해 정의되는,
장치(1, 100, 200).
제 1 항에 있어서,
상기 케이싱(2) 내의 상기 층(3)의 입자들을 홀딩(hold)하도록 구성되는 일 형상의 격납 구조체(containment structure)(8)를 더 포함하며, 상기 격납 구조체(8)는, 상기 조사 개구부(10)에 배치되며 상기 조사 개구부(10)에 관하여 외부로 적어도 부분적으로 돌출되는,
장치(1, 100, 200).
제 14 항에 있어서,
상기 격납 구조체(8)는, 상기 케이싱(2)의 내부로 향하면서 감소되는 섹션(section)을 구비하며 테이퍼링되는(tapered),
장치(1, 100, 200).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 입자들의 층(3)의 프리보드(35) 상부에서의 상기 케이싱(2)에 배치되는, 격납 가스(containment gas)를 도입시키기 위한 유입 수단(7)을 더 포함하며, 상기 유입 수단(7)은 외부로 향하는 입자들의 방출에 대한 장벽(barrier)을 생성하는데 이용가능한 가스의 층류(laminar flow)를 전달하도록 구성되는,
장치(1, 100, 200).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
열 교환 엘리먼트(hear exchange element)들(5)을 더 포함하며, 상기 열 교환 엘리먼트들(5)은 사용시 작동 유체를 유동시키고 그리고 상기 입자들의 층(3)의 축적 영역(31, 131, 231)에 배치되는,
장치(1, 100, 200).
열 에너지 생산 설비(plant)(500)로서,
제 1 항에 따른 태양 기원 열 에너지의 저장 및 교환을 위한 적어도 하나의 장치(1, 100, 200); 및
상기 적어도 하나의 장치(1, 100, 200)의 조사 개구부(10)에 입사 태양 복사를 포커싱하도록(focus) 구성되는 광학 시스템;
을 포함하는,
열 에너지 생산 설비(500).
태양 기원 열 에너지의 저장 및 교환을 위한 방법으로서,
상기 방법은, 광학 시스템을 사용하여 집중화된 태양 복사를 갖는 고체 입자들의 유동화 층(3)의 복사를 수반하며,
입자들의 층(3)은 상기 집중화된 태양 복사의 진입을 허용하도록 구성되는 조사 개구부(10)가 구비되는 케이싱(2)에 수용되며, 상기 개구부(10)는 폐쇄 또는 스크린 수단이 없이 외부 환경과 상기 입자들의 층(3) 간의 직접적인 연통을 허용하며,
상기 입자들의 층(3)은 축적 영역(31, 131, 231)에서 획득되는 제 2 유체 역학적 기법과 상이한 작동 영역(30, 130, 230)에서 획득되는 제 1 유체 역학적 기법에 따라 유동화되며, 상기 제 1 유체 역학적 기법 및 제 2 유체 역학적 기법은 상이한 유동화 속도에 기초하며, 그리고
사용시 상기 작동 영역(30, 130, 230)의 입자들은 태양 복사로부터 열 에너지를 흡수하고 그리고 상기 작동 영역(30, 130, 230)의 입자들은 상기 축적 영역(31, 131, 231)의 입자들로 상기 열 에너지를 전달하는 것을 특징으로 하는,
방법.
제 19 항에 있어서,
상기 유동화는 상기 작동 영역(30, 130, 230)에서의 중공 체적부(36)의 형성을 수반하는,
방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
상기 유동화는 상기 작동 영역(30, 130, 230) 내에서 적어도 2개의 상이한 유동화 속도들을 결정하는,
방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
상기 유동화는 상기 작동 영역(30, 130, 230) 내에서 입자들의 순환 대류 운동을 결정하는,
방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
상기 유동화는 상기 작동 영역(30, 130, 230) 에서 분출형(spouted type)의 층의 기법을 결정하는,
방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
상기 유동화는 상기 축적 영역(31, 131, 231)에서 보일링 층 기법(boiling bed regimen)을 결정하는,
방법.
제 19 항에 있어서,
상기 방법은, 제 1 항에 따른 장치(1, 100, 200)를 사용하거나 또는 제 18 항에 따른 설비(500)를 사용하는,
방법.
제 1 항에 있어서,
상기 개구부(10)는 상기 케이싱(2)의 상부 벽(21)에 배치되는,
장치(1, 100, 200).
제 18 항에 있어서,
상기 광학 시스템은 상기 장치(1, 100, 200) 상부에 배치되는 하나 이상의 2차(secondary) 반사 광학 엘리먼트들(502) 및 지면에 배치되는 하나 이상의 1차(primary) 광학 엘리먼트들(501)을 포함하는 "빔 다운(beam down)" 구성을 가지는,
열 에너지 생산 설비(500).