KR20150004347A - 태양 원천의 열 에너지의 저장 및 사용에 대한 에너지 효율성의 수준을 높이기 위한 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

입사 태양 복사와 연관된 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1; 10; 11; 12)에 있어서, 상기 장치 (1)는 위로부터 태양 복사가 수렴되는 광 플랜트 구성에 기반하여, 에너지 생산을 위한 태양 플랜트에 사용되고, 봉쇄 케이스 (2); 및 상기 케이스 (2) 내부에 수용된 유동화가 가능하고 서로 둘러싸여 배치된 입자들의 이중 베드 (31, 32)를 포함하고, 상기 케이스 (2)는 상기 입자 베드 (3)를 통해 뻗어나가는 원통형 수용 캐비티 (20)를 하나 이상 가지고, 상기 캐비티는, 헬리오스타트 필드에 의해 집광된 태양 복사를 수용하는 상부 개방 유입구 (21) 또는 입자 베드의 베이스의 레벨에서의 폐쇄 바닥 (22)를 가지고, 상기 입자 베드 중 하나 (31)는 태양 복사로부터 수용된 열 에너지를 저장하기 위해, 원통형 캐비티 (20)의 사이드 스커트 (23)와 접촉하여 배치되고, 상기 입자 베드 중 다른 하나 (32)는 작동 유체에 의해 횡단형 파이프 번들들 (41)과 접촉하여 배치되도록 전체적으로 배치된다.

Description

태양 원천의 열 에너지의 저장 및 사용에 대한 에너지 효율성의 수준을 높이기 위한 장치, 시스템 및 방법{DEVICE, SYSTEM AND METHOD FOR HIGH LEVEL OF ENERGETIC EFFICIENCY FOR THE STORAGE AND USE OF THERMAL ENERGY OF SOLAR ORIGIN}

본 발명은 태양 에너지의 사용 및 저장에 기반하여, 에너지 생산을 위한 플랜트 (plant)에 관한 것으로, 특히 상기와 같은 플랜트의 사용에 적합한 태양 원천 (solar origin)의 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 관련 방법 및 장치에 관한 것이다.

헬리오스타트들 (heliostats)에 의해 집광된 태양 에너지의 사용은 기술 분야에서 알려져 있다. 또한, 헬리오스타트들로 집광된 태양 복사에 노출된 유동화 입자 베드들(fluidized particle beds)에 기반한 장치들에 의해 즉각적으로 사용되지 않은 열을 저장할 수 있는 가능성 역시 알려져 있다.

전형적으로, 태양 원천의 열 에너지의 저장을 위한 장치들 및/또는 해당 열 교환을 위한 장치들은 헬리오스타트 필드 (field of heliostats)의 설치 평면에 대해 상승된 장소에 위치하여, 집광된 태양 복사를 수용한다. 그러므로, 전형적인 구성은 타워 구조체 상에 위치한 저장 또는 교환 장치를 제공하고, 이때 상기 타워 구조체에서 이른바 "서비스 (service)" 라는 구성요소들은 수용 기능을 할 수 있는 반면, 미러들에 기반한 헬리오스타트들은 지면 상에 설치된다.

얻어질 수 있는 열 파워에 의존하여 하나 또는 그 이상의 저장 및/또는 교환 유닛들은 상기와 같은 장치에 기반한 태양 원천의 열/전기 에너지의 생산을 위한 플랜트들로부터 생각해 볼 수 있다. 플랜트 파워가 증가하면, 저장 수단을 포함한 장치의 중량이 증가하게 되고, 각 장치에 대해 전용화된 미러들의 수도 증가하게 됨으로써, 이에 따라 장치 그 자체가 미러들 필드의 크기에 합당하도록 위치되어야 하는 높이는 증가되며, 부수적으로, 태양 복사가 적합하게 집광되는 것을 확보한다. 전형적인 산업 플랜트들로부터 저장 및/또는 교환 장치의 높이가 매우 큰 값이라는 것을 생각해볼 수 있는데, 그 높이는 심지어 100 m를 초과해 이른다.

알려진 플랜트 구성에 존재하는 추가 임계성 (criticality)은 고온에서 동작하는 장치 존재에 연관되고, 상기 장치는 가치가 있고 비싼 물질로 구성되고, 부가적으로 연관된 큰 열 분산으로 인해 전반적인 플랜트 효율성을 감소시킨다.

방금 기술된 알려진 플랜트 구성들은 다른 것들 중에서, 고도가 높은 곳에서 주요 승강장치 수단 (hoisting means)을 필요로 하는 유지 동작의 어려움 및 비용에 관련된 상당한 결점을 수반한다.

게다가, 유동화가 가능한 입자 베드를 가진 장치의 경우에, 장치 그 자체의 돌발적인 파손은 중력에 의하여 고온 물질이 새어나가고 떨어지게 되어 사람 및 다른 것들이 위험에 파질 수 있다.

방금 기술된 것에 따른 결론으로서, 태양 원천의 열 에너지의 저장 및 이동을 위해 알려진 장치들은 전기 에너지 생산 비용이 여전히 높다는 점, 및 소위 "그리드 패리티 (parity grid)"로부터 거리가 멀다는 점을 가질 수 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 공지된 기술분야에 대해 상술된 결점의 근본적인 문제를 극복하는 것에 있다.

상술된 문제점은 청구항 1에 따른 장치 및 청구항 32에 따른 방법에 의해 해결된다.

본 발명의 바람직한 특징은 종속 청구항의 목적이다.

본 발명은 유동화가 가능한 입자 베드 (bed of fluidizable particles)로 구성되는 고체 저장 수단에 기반하여, 태양 원천의 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치를 제공한다.

상기 장치는 높은 생산 효율성, 낮은 투자 비용 및 유지, 및 높은 동작의 안전성을 가능케 한다. 이는 장치 그 자체가 구조적으로 간단하다는 점, 상기 장치를 지면 상에 위치시켜 위에서부터 태양 방사가 제공된다는 점으로 달성된다.

본 발명의 장치는 지면 상에 위치되도록 구성되고, 위로부터의 방사는 예를 들면, 이하에서 설명되는 소위 "빔 다운 (beam down)" 구성에 따른 반사 광학 시스템들에 의해, 또는 고도가 높은 곳에서, 예를 들면, 자연 슬로프 (natural slopes) 상에서, 또는 상승된 전용 구조체에서 미러 또는 이와 동등한 수단을 단지 위치시킴으로써, 수행될 수 있다.

바람직한 플랜트 구성에 따르면, 상술된 높은 생산 효율성 및 낮은 비용은 또한, 저장 및 이동을 위한 장치의 구성을, 특정 온도 및 운행 조건과 각각 연관된 2 개 또는 그 이상의 소위 "열적 카테고리들 (thermal categories)"로 특수화시킴으로써 얻어지게 된다.

이때, 서로 다른 열적 카테고리를 가진 장치들은 동일 플랜트에서 이들 중에서 연속적으로 연결되되, 효과적으로 연결될 수 있다. 이러한 정황에서, 본 발명의 장치는 전기 및/또는 열 에너지 생산을 위한 플랜트들에서의 기본 모듈, 바람직하게 예를 들면, 이점을 가진 염 제거 시스템들 등의 정비가능한 (servicing) 열 소모부들로서 삽입되기에 적합하다.

장치 구성을 열적 카테고리들로 특수화시키는 것은 이러한 장치들이 높은 파워 전기 에너지 생산 플랜트들에 삽입될 시에 무엇보다도 효율성 증가 및 비용 감소에 있어 상당한 이점을 가능케 한다.

장치들 및 이들 중 연결 모드들이 높은 출력의 플랜트들에 삽입될 시에 본 발명의 특수화에 관련된 이점은 이하에서 기술된다.

본 발명의 장치는 케이스 내에 국한된, 상술된 유동화가 가능한 입자 베드를 포함하고, 상기 케이스는 상기 베드를 외부 환경으로부터 격리시킨다. 상기 케이스는 바람직하게 금속이며, 그리고 그 자체의 외부 표면에서 열적으로 단열된다. 상기 케이스는 하나 또는 그 이상의 캐비티를 정의하고, 상기 캐비티는 입자 베드를 통해 뻗어나가고 위로부터 들어오는 집광된 태양 복사를 수용한다. 캐비티(들)의 벽들은 바람직하게 금속 및/또는 세라믹 물질로 구성되고, 그리고/또는 상기 금속 및/또는 세라믹 물질로 코팅되고, 열적으로 단열되지 않는다. 바람직하게, 캐비티(들)는 원통형 또는 실질적인 원통형의 기하학적인 형상을 가진다.

각각의 수용 캐비티 (receiving cavity)의 상술된 배치 및 구성은 태양 복사의 흡수 및 이에 따라서 본 발명의 장치를 사용하는 플랜트의 전반적인 효율성을 최대화시키는 것을 가능케 한다.

상술된 유동화가 가능한 입자 베드는 수용 캐비티의 벽들로부터 전달되는 열을 저장하고 상기와 같은 열을 추가적인 열 교환 소자들로 이동시키는 2 중 기능을 실행할 수 있고, 이때 상기 열 교환 소자들, 특히 입자 베드에 잠기거나 상기 베드에 접촉한 파이프 번들들이다.

상기 저장 및 이동 단계는 또한 선택적으로, 그리고 서로 독립적으로 활성화될 수 있다. 이는 입자 베드의 선택 부분들의 제어된 유동화에 의해 얻어지는 이점을 가진다.

특히, 바람직한 실시예에서, 장치는 2 개의 독립적으로 유동화가 가능한 베드의 존 또는 부분들을 제공하고, 특히, 베드의 제 1 부분은 수용 캐비티와 접촉하여 열 에너지의 저장에 할당되며, 그리고 제 1 부분과 인접한 제 2 베드의 부분은 작동 유체, 바람직하게 물에 의해 열 교환 파이프 번들 (또는 이와 동등한 수단)이 잠겨져 있다.

수용 캐비티와 저장 베드 간의 열 교환은 베드의 제 1 부분을 유동화시킴으로써 일어나는 반면, 열 이동에 할당된 베드의 제 2 부분은, 장치가 삽입된 플랜트 또는 장비의 에너지 생산의 동작 조건에서 단지 유동화될 수 있다. 바람직하게, 캐비티의 벽에 근접한 제 1 부분 섹션은 이하에서 보다 상세하게 기술된 바와 같이, 남아 있는 제 1 부분에 대해 큰 유동화 속도로 유동화된다.

바람직한 구성에 있어서, 캐비티에 태양 복사를 지향시킬 수 있는 광 시스템은 2 차 반사 장치 상에 복사를 집광시키는 헬리오스타트 필드로 구성되고, 이때 상기 2 차 반사 장치는 유동화 베드 장치의 수용 캐비티들에 상기와 같은 복사를 집광시킨다. 바람직하게, 2 차 반사 장치는 타워 상에 또는 상승된 구조체 상에 배치되는 반면, 저장 및 이동을 위한 장치는 지면 상에, 바람직하게 2 차 반사 장치에 대해 중앙에 있는 장소에 (언급된 바와 같이) 배치된다.

또 다른 동등한 바람직한 구성에 있어서, 헬리오스타트들은 자연 또는 인공 슬로프 상에 배치될 수 있고, 입자 베드에 적합하게 배치된 하나 또는 그 이상의 캐비티에서 태양 복사를 집광시킬 수 있다.

그러므로, 집광된 태양 복사는 위로부터 유동화 베드 내부의 캐비티 상에 또는 캐비티 각각 상에 입사되고, 바람직하게 상기 캐비티의 중앙 영역에 집광된다.

상술된 바와 같이, 수용 캐비티 또는 각각의 수용 캐비티는 유동화가 가능한 베드를 횡단한다. 캐비티의 바닥 말단은 상기 베드의 베이스와 일치할 수 있는 반면, 상부 말단은 입자 베드를 수용하는 케이스의 상부 부분을 정의할 수 있다. 그러므로, 캐비티의 벽들은 외부 환경에 대해 베드를 국한하고, 베드와 환경 간의 직접적인 접촉을 방지한다.

상술된 바와 같이, 바람직하게, 캐비티는 원통형의 기하학적인 형상을 가진다. 보다 바람직하게, 이는 0.2-0.5의 범위에 포함된 직경/높이 비율을 가진다. 상기와 같은 비율은 이하에서 보다 상세하게 제시되는 바와 같이, 태양 복사의 높은 흡수 및 반사에 의한 낮은 손실을 확보한다. 특히, 제안된 비율 범위는 캐비티의 측 벽 상의 복사 입사가 입자 베드를 통하여 캐비티 그 자체의 뻗어나간 길이 방향을 따라 복수의 부분적인 반사가 이루어진 후에 흡수되도록 하여, 외부에 대해 손실이 최소화로 줄어들도록 한다.

추가적인 바람직한 구성에 있어, 높은 열적 파워의 생산 플랜트들에 대응하여, 본 발명의 유동화 베드 장치는 입사 복사에 직접 노출되는 파이프 번들들 또는 이와 동등한 열 교환 수단을 추가로 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 추가적인 열 교환 수단은 입자 베드를 수용하는 케이스의 상부 상에 배치된다. 특히, 태양 복사에 노출된 상기 추가 열 교환 수단은 (또한) 캐비티의 유입구를 둘러싸서 위치될 수 있다.

상술된 2 차 반사 장치를 제공하는 바람직한 구성에 있어서, 열 교환 수단 상에는, 파이프 번들들의 열 저항 특징과 호환이 가능한, 전형적으로 감소된 열 유동과 연관된 유동화 베드 장치로부터 멀리 위치한 헬리오스타트들로부터 나온 태양 복사가 입사한다. 대신에 장치의 수용 캐비티에서는 2 차 반사 장치 근방의 헬리오스타트들로부터 나온 높은 열 유동의 태양 복사가 운반된다. 헬리오스타트들의 공간적인 위치와 연관된 열 유동의 서로 다른 그러한 크기는 태양 복사의 가우시안 분배 (Gaussian distribution)로 인한 것이며, 캐비티의 중앙이 매우 큰 열 유동을 수용하도록 하고, 모든 헬리오스타트들의 소위 "풋프린트들"의 오버 랩핑 (overlapping)으로부터 얻어진다.

이하에서 보다 제안되는 바와 같이, 태양 복사에 노출된, 상술된 파이프 번들들 또는 다른 열 교환 수단은 입자 베드와 접촉하는 다른 열 교환 소자들을 가진 단일 동작 순환로를 형성하거나, 독립적인 순환로를 정의하거나, 또는 선택적으로 상기 베드와 무관하게 구성되는데 적절할 수 있다.

태양 복사에 직접 노출된 열 교환 소자들에 기반하여, 그리고 입자 베드와 접촉한 열 교환 소자들에 기반하여 단지 간주된 구성은 플랜트 효율성의 면에서 최적화되는데, 이는 모든 이용 가능한 열 유동을 사용하도록 하고, 부가적으로 원통형 캐비티의 직경이 감소되도록 하여, 외부 환경에 대한 재-방사에 의해 열 손실이 최소화되게 하기 때문이다. 복사에 직접 노출된 열 교환 소자들의 작동 온도는 사실 방사로 인해 무시할 정도의 손실을 일으킬 수 있다.

열 교환 소자들을 횡단하는 작동 유체가 물인 경우, 바람직한 추가 구성이 고려될 수 있는 바와 같이, 낮 동안 노출된 교환 소자들은 태양 복사를 수용하고, 이를 작동 유체로 직접 전달하여, 터빈을 통해 전기 에너지를 생산하고, 그리고/또는 염분이 제거된 물을 생산하기 위해 즉각적으로 이용 가능한, 관련된 열 에너지를 만들 수 있다. 부수적으로, 캐비티(들)는 집중된 복사를 수용하고, 관련된 열 에너지가 입자 베드에 저장된다. 야간 또는 태양이 장기간 없을 시에, 입자 베드에 저장된 열 에너지는 케이스 내부의 열 교환 소자들을 횡단하는 작동 유체로 이동될 수 있고, 상기 열 에너지는 전기 에너지의 생산 및/또는 염분이 제거된 물의 생산을 연속적으로 이루어 나가는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 태양이 내리쬐는 시간 동안, 입자 베드에 저장된 에너지의 부분은 케이스 내부의 열 교환 소자들의 작동 유체로 이동될 수 있고, 전기 에너지 및/또는 염이 제거된 물의 생산과 연동될 수 있다.

본원에 기술된 복합 발생 유형 구성은, 즉, (장치를 터빈에 결합시킴으로써) 전기 에너지의 가능한 생산, 예를 들면, (장치를 염이 제거된 시스템에 결합시킴으로써) 신선한 물의 생산을 제공하는 구성은, 이용 가능한 태양 복사의 이용을 의미하는 효율성을 최대화하는 것을 가능케 한다.

상기 복합 발생 구성은 태양 복사에 직접 노출된 열 교환 소자들이 없는 경우에도 실현될 수 있다.

복합 발생 구성과 단일 발생 (monogenerative) 구성 사이의 최적의 동작 구성의 선택은 본 발명의 장치에 기반한, 그리고 설치 존의 필요성에 기반한 플랜트의 크기에 의존한다. 플랜트 효율성 이유로 인해, 소형 크기의 플랜트들에 대해서는 염이 제거된 물의 유일한 생산이 상기와 같이 노출된 교환 소자들의 없을 시에도 바람직한 반면, 복합 발생은 중간- 및 높은-파워 플랜트들에 대해 이점을 가진다.

다시, 작동 유체의 낮은 온도에서 동작하는 본 발명 장치에 기반한 발생 플랜트들 또는 소형 크기의 플랜트들의 경우는 ORC (Organic Rankine Cycle) 사이클, 즉, 유기 유체 (본 발명 장치의 작동 유체를 구성함)를 가진 Rankine 사이클에 대한 이점이 있는 연관성을 가진다. 유기 사이클과의 연관성은 특히 작은 파워의 플랜트들에 대해 이점을 가지고, 전형적인 스팀 사이클 (steam cycles)이 보다 비용이 많이 든다.

그러므로, 본 발명의 장치는 임의의 크기를 가진 플랜트의 모듈과, 상술된 염을 제거하는 동작에 대하거나 높은 효율성을 제공할 수 있는 소형 열 소모부들의 서비스에 대한 소위 "독립형 (stand-alone)" 적용 둘 다에 사용될 수 있다.

높은 파워가 생산되는 경우, 본 발명의 장치는 특히나, 전기 에너지 발생이 예를 들면, 염이 제거된 시스템, 공기 조정 시스템 등의 열 소모부들에 대한 스팀 생산과 함께 있는 하이브리드 플랜트들에 삽입되기에 적합하다.

바람직한 구성에 있어서, 이 역시 제공되는 바와 같이, 유동화 베드 내부에서의 연료 사용은 장기간 일사량이 없는 것을 보상하고, 그리고/또는 결정된 열적 레벨의 도달을 확보한다. 이는 철저하게 시스템의 유연성 및 전반적인 효율성을 개선시킬 수 있다.

동일하게, 또 다른 바람직한 구성에서, 캐비티 폐쇄 구성요소는 기상 악화의 경우에, 그리고/또는 일시적이거나 장기적으로 일사량이 없는 경우에 장치로부터 외부 환경으로 열 분산을 피하기 위해 제공되어 동작 가능하다.

상술된 바와 같이, 전기 에너지 생산 플랜트의 바람직한 구성에서, 저장 및 이동을 위한 장치는 2 개의 유형 분류 체계 (typologies)로 특수화될 수 있다. 특히 저온 태양 발생 유닛 (UGS-L)으로 지칭되는 제 1 유형 분류 체계가 작동 유체로서 공급 물로부터 건조 포화 스팀을 생산하기 위해 제공된다. 게다가, 고온 태양 발생 유닛 (UGS-H)으로 지칭되는 제 2 유형 분류 체계가 과열, 및 UGS-L에 의해 생산된 스팀의 재-과열을 위해 고려된다.

일반적으로, 실행되는 기능과 관련하여, UGS-L 장치는 UGS-H보다 현저히 작은 온도에서 동작하다.

게다가, 상술된 바와 같이, 서로 다른 특수화를 가진 유닛들은 연속하여 연결된다.

상기에서 도입된 UGS들은 본 발명 장치의 본원에서 언급된 특징을 보유하고, UGS-L의 수용 캐비티(들)를 통하여 외부 환경에 대한 대류 및 방사에 의한 열 손실의 현저한 감소에 관련된 이점을 수반하며, 이때 장치 및 플랜트의 전반적인 효율성은 증가한다.

게다가, UGS-L 구성 물질 및 이에 연관된 제조 장치에 대한 비용의 절감은 이들을 포함하는 플랜트의 전체 이점을 추가적으로 나타낸다. 사실, 열 역학 사이클에서, 포화 스팀 생산에 관련된 에너지 공유, 및 이에 따른 UGS-L들을 구성하는 모듈 공유 부분은 약 60%이다; 그러므로, 언급된 이점은 발생 플랜트의 60%에 적용되고, 이때 플랜트 그 자체의 수반된 비용은 감소되고, 효율성은 증가된다.

본 발명의 다른 이점, 특징 및 동작 단계는 목적이 제한되지 않은 예시로 주어진 다음의 일부 실시예의 상세한 설명에서 명백하게 나타날 수 것이다.

첨부된 도면을 참조하면, 도면에서:
- 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양 원천의 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치를 포함한 "빔 다운" 구성에서, 플랜트의 제 1 실시예의 개략적인 예시를 도시하고;
- 도 1a는 도 1의 플랜트의 부분을 확대해서 도시하고;
- 도 1b는 도 1의 플랜트와 유사한 플랜트를 도시한 것으로, 이때의 플랜트는 위로부터 장치를 방사시키는 헬리오스타트들의 서로 다른 배치를 가지는 것을 도시하고;
- 도 2a 및 2b는 도 1 및 1b의 장치의 원통형 캐비티의 유입구에서 평면 상에 발생된 태양 풋프린트, 및 상기 캐비티의 중앙으로부터의 거리에 의존하는 태양 유동의 분배를 각각 도시한 수치 시뮬레이션의 결과를 의미하고;
- 도 3은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 태양 원천의 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치를 포함하는 플랜트의 제 2 실시예를 개략적으로 도시하고;
- 도 3a는 도 3의 플랜트 부분의 확대도를 도시하고;
- 도 4는 도 3의 플랜트의 변형 실시예를 개략적으로 도시하고;
- 도 5는 도 3의 플랜트의 또 다른 변형 실시예를 개략적으로 도시하고;
- 도 5a는 도 5의 플랜트의 부분의 확대도를 도시하고;
- 도 6은 본 발명에 따른 태양 원천의 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치의 변형 실시예를 개략적으로 도시하고;
- 도 7은 상술된 도면의 플랜트들 중 하나에 적용 가능한, 특수화된 UGS 장치들 간의 일반적인 연결 다이어그램을 도시하며; 그리고
- 도 8은 도 6의 특수화된 UGS 장치들에 기반한 전기 에너지 생산 플랜트의 다이어그램을 도시한다.

도 1 및 1a를 우선 참조하면, "빔 다운" 구성에 기반하여, 에너지의 생산을 위한 태양 플랜트는 일반적으로 100으로 지칭된다. 본 실시예의 플랜트 (100)는 스팀, 산업용 용도의 스팀을 생산하기에 적합하다.

플랜트 (100)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 입사 태양 복사와 관련된 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치를 포함하고, 장치는 일반적으로 1로 지칭된다. 플랜트 (100)는 상술된 유형의 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다.

플랜트 (100)는 또한, 상기 장치와 함께, 상술된 "빔 다운" 방사 (irradiation) 구성을 정의하는 태양 복사 포착 수단을 포함한다. 특히, 플랜트 (100)는 태양 복사에 영향을 직접 받고 상기 태양 복사를 2차 포착 수단 (300), 바람직하게 반사 장치 또는 미러로 전달하기 적절한 1차 포착 수단 (captation means), 본 예시에서 헬리오스타트 필드 (200)를 포함하고, 이때 상기 2차 포착 수단은 1차 수단 (200)으로부터 태양 복사를 수용하고, 그 다음에 장치 (1)의 수용 캐비티 (20)에 상기 태양 복사를 전달하기에 적절하다.

본 배치에 있어서, 2 차 반사 장치 (300)는 타워 또는 다른 고가 구조물 상에 위치하는 반면, 헬리오스타트 필드 (200) 및 장치 (1)는 지면 상에 배치된다. 바람직하게, 장치 (1)는 2 차 반사 장치 (300)에 대해 중앙에 위치한다.

장치 (1)는 봉쇄 케이스 (containment casing) (2)를 포함하고, 상기 봉쇄 케이스는, 포착 수단에 의해 집광된 태양 복사를 수용하는 수용 캐비티 (20)를 가지고, 유동화가 가능한 입자 베드 (3)를 그 측면에서 수용한다.

다른 실시예들은 케이스 (2)에 구비된 하나 이상의 수용 캐비티를 제공할 수 있다.

봉쇄 케이스 (2)는, 외부 환경으로의 열의 확산의 최소화를 줄이기 위해서 단열되고, 바람직하게는 금속으로 구성된다.

본 발명에 따라서, 수용 캐비티 (20)는 입자 베드 (3)를 통해, 바람직하게는 봉쇄 케이스 (2)의 전체 높이에 대해 뻗어나간다.

본 발명의 예시에 있어서, 수용 캐비티 (20)는 실질적으로 길게 형성되고, 특히 사용에 있어 바람직하게 수직으로 배치된 길이 방향 축 (l)을 따라 뻗어나간, 실질적인 원통형의 기하학적인 형상을 가진다.

캐비티 (20)는, 제 1 개방형의 길이 방향의 말단부, 또는 유입구 (21)에 의해, 바람직하게 바닥에 근접한 제 2 길이 방향의 말단부 (22)에 의해, 그리고 유입구 (21)와 바닥 (22) 사이에 개재된 사이드 스커트 (side skirt) (23)에 의해, 정의되며, 그리고 집광된 태양 복사를 수용하고, 입자 베드 (3)에 관련된 열 에너지를 이동시키기에 적절하다.

본 발명의 예시에 있어서, 캐비티 (20)의 유입구 (21)는 실질적인 평면과 실질적인 수직 표면에 의해 정의된다.

바람직하게, 캐비티 (20)는 약 0.2-0.5의 범위에 포함된 비율로 직경 (d) 및 높이 (h)를 가진다. 상기 비율은 집광된 태양 복사의 흡수를 최대화시키기에 적합하다. 특히, 상기 비율의 값이 작을수록, 스커트 (23)의 상부 부분의 벽들에 입사하는 태양 복사의 흡수 효율성이 양호해진다. 상기 입사 복사는 캐비티 (20)의 바닥 (22)을 향한 다수의 부분적인 반사 이후에 상기 스커트 (23)를 통하여 흡수된다.

바람직하게, 캐비티 (20)의 사이드 스커트 (23)는 태양 복사를 흡수하는 물질로 구성되는 반면, 바닥 (22)은 태양 복사를 반사하는 물질이고, 그 결과 바닥 (22)은 그 위에 충돌하는 임의의 복사를, 사이드 스커트 (23)를 향하여 다시 정확하게 반사함으로써, 입사 복사의 높은 흡수가 이루어진다.

사이드 스커트 (23)는 금속 및/또는 세라믹 물질로 구성되거나 코팅된 외부 표면을 제공할 수 있다. 입자 베드 (3)와 접촉하는 스커트 (23)의 내부 표면은 마모 방지 코팅 (antiwear coating)을 제공할 수 있다.

상술된 바와 같이, 수용 캐비티 (20)는 입자 베드 (3)를 통해 뻗어나가며, 그 자신의 사이드 스커트 (23)에 의해 상기 베드로부터 분리된다. 그러므로, 입자 베드 (3)는 상기 사이드 스커트 (23)에 대해 둘러싸이고, 그리고 상기 사이드 스커트 (23)의 내부 표면과 접촉하여 배치된다.

바람직하게, 캐비티 (20)의 바닥 (22)은 입자 베드 (3)의 베이스를 정의하는 케이스 (2)의 바닥에 근접하거나, 상기 바닥에 실질적으로 배치된다.

바람직하게, 전반적인 구성은 태양 복사가 캐비티 (20) 내에서 이동되되, 캐비티 그 자체의 중앙 부분에서, 그리고 입자 베드 (3)의 노출된 표면의 높이에서, 이동되도록 이루어진다. 다시 말하면, 광 시스템의 목적에 대한 바람직한 구성은 캐비티 (20)의 상부 유입구 (21)의 중앙에서, 입자 베드 높이와 동일한 높이에서, 2 차 초점 (f), 즉 2 차 반사 장치 (300)에 의해 반사된 광선의 수렴점을 위치시키는 것이다.

입자 베드 (3)는 캐비티 (20)의 사이드 스커트 (23)를 통하여 태양 복사로부터 수용된 열 에너지를 저장하기 위해, 유동화 가스, 바람직하게 공기에 의해 선택적으로 이동되기에 적절하다. 입자 베드 (3)의 유동화는 캐비티 (20)의 사이드 스커트 (23)와 함께 효과적이고 균일한 열 교환을 정확하게 확보한다.

입자 베드 (3)에 대한 입자 물질의 선택은, 유동화 공기의 미립물 (fines)의 생산 및 이송을 제한하기 위해서, 베드 입자들 세척 (elutration) 현상을 최소화시키기 위한 필요성을 응답하여, 마모 및 분열에 형편없는 속성에 특히나 기반한다. 이러한 고려 사항에 기반하여, 바람직한 구성은 베드 입자들에 대하여, 산화에 둔한 과립 물질, 예를 들면, 직사각형 형상, 바람직하게, 구형 및/또는 바람직하게 대략 50 내지 500 마이크론의 크기를 가진 구형의 탄화 규소 또는 석영의 이용을 선호하고, 이때 상기 크기는 작은 입자들의 집합으로 얻어진 것이 아닌, 천연 그대로인 것이 바람직하다.

본 실시예에 기반하여, 입자 베드 (3)는 제 1 저장부 (31) 및 제 2 이송부 (32)에 의해 효과적으로 형성되고, 상기 제 2 이송부는 바람직하게 저장부 (31)에 대해 둘러싸이고, 상기 저장부 (31)와 접촉한다.

특히, 저장부 (31)는 캐비티 (20)의 사이드 스커트 (23)를 통하여 태양 복사로부터 수용된 열 에너지를 저장하기 적절하고, 그러므로, 상기 저장부는 상기 사이드 스커트에 배치된다. 이송부 (32)는 캐비티 (20)에 관련된 주변에 저장부 (31)에 인접하게 배치되고, 베드부 (31)에 저장된 열 에너지를, 케이스 (2) 내에 수용된 열 교환 소자들 (41) (이하에서 하술됨)에게 전달하기에 적절하다.

바람직하게, 사용시, 저장부 (31) 및 이송부 (32)는, 열 에너지를 저장하는 단계, 및 상기 저장된 에너지를 이송시키는 단계 각각을 실현시키기 위해, 선택적으로 그리고 독립적으로 유동화가 가능하다. 특히, 열 교환 소자들 (41)로의 열 전달은 교환부 (32)의 유동화를 중단시킴으로써, 정지될 수 있다.

플랜트 (100)의 통상적인 동작 모드에 따라서, 베드부 (31)에 의해 저장되는 단계는 낮에 그리고 태양 방사의 존재시에 활성화되고, 베드부 (32)의 추가적인 활성에 의해 이송되는 단계는 낮에, 그리고 야간 둘 다에서 활성화된다.

유동화 가스는, 도면에서 그 자체로 공지되고 개략적으로 도시된 공기 박스 유형 각각의 공급 유입구들 (51 및 52)에 의해 케이스 (2) 내의 베드부들 (31 및 32)로 공급된다.

상기와 같은 유입구들 (51 및 52)에는 바람직하게, 유동화 가스의 균일한 진입을 가능케 하는데 적절하고, 입자 베드 (3)를 위한 공급을 부수적으로 확보하여, 케이스 (2)의 바닥을 실현시키는데 기여하는 유동화 가스의 분배 격벽 (distribution septum) 또는 다른 분배기가 구비된다.

저장부 (31) 및 교환부 (32)는 연속될 수 있거나, 또는 도면에서 도시되지 않은 격벽들에 의해 분리될 수 있다. 바람직한 변형 실시예에서, 2 개의 베드부들 (31 및 32)은 공기 박스의 분리에 의해 선택적으로 유동화가 가능한 동일 베드의 근접 부분들을 구성할 수 있다.

바람직하게, 열 교환 및 이송 정도를 조정하는 유동화 가스 속도 및/또는 유동 속도를 선택적으로 변화시키기에 적절한 수단이 제공된다. 특히, 유동화 가스의 횡당 속도를 변화시킴으로써, 유동화 베드와 교환 표면 간의 전반적인 열 교환 계수를 제어 및 수정하는 것이 이송된 열 파워의 양의 조정의 결과적인 유연성과 함께, 가능하다.

본 실시예에서, 유동화 가스 순환로와 연통되는, 가스/가스 특히 공기/공기의 열 교환기 (71) 또한 구비된다. 특히, 사용시, 상기 교환기 (71)에는 입자 베드 (3)의 유동화를 위해 사용되는 유동화 가스인 제 1 저온 가스 (cold gas), 및 입자 베드 (3)로부터 배출되는 유동화 가스인 제 2 고온 가스가 공급된다. 그러므로, 교환기 (71)는 유동화 공기의 예열을 가능케 하고, 배출되는 유동화 공기의 열의 부분을 회복시킨다.

유동화 가스 순환로는 전형적으로 팬 또는 컴프레서 (72), 또는 환경 공기를 수집하는 이와 동등한 수단을 더 포함한다.

상기 순환로의 균형은 전형적으로, 도시되지는 않았지만, 장치 (1)로부터 나온 고온 유동화 공기의 라인 상에서 교환기 (71)의 하류에 위치된 흡인기 (aspirator)에 의해 맞춰진다.

상술된 바와 같이, 케이스 (2) 내에 열 교환 소자들 (41)이 구비되고, 특히 작동 유체 (본 예시의 물/스팀)가 사용되는 횡단형 파이프 번들들이 구비된다.

파이프 번들들 (pipe bundles) (41)은 베드의 제 2 부분 (32)에 잠겨 있거나, 또는 유동화될 시에, 즉, 열 에너지의 이송 단계 동안에 접촉되도록 배치된다.

파이프 번들들 (41)은 플랜트 (100)의 터빈 (81)에서 팽창되는 스팀을 생산하기에 적합한 열 교환 순환로의 부분이다. 특히, 상기와 같이, 작동 유체는 과열 스팀이 되는 파이프 번들들 (41) 열 에너지의 횡단하는 동안에 수용되는 액체 상태에서의 물인 것이 바람직하다. 그 후, 온도 및 압력의 사전에 결정된 조건에서, 상기 과열 스팀은 전기 에너지 발생기 (82)에 연관된 스팀 터빈 (81)에서 팽창함으로써, 전기 에너지를 생산하기 위해 사용된다.

작동 유체 순환로는 공지된 그 자체의 구성에 따르면, 추가로, 콘덴서 (84)와, 터빈 (81) 및 공급 펌프 (86)와 함께 연결된 (with a bleed in) 게터 (getter) (85), 또는 방금 언급했던 것들과 동등한 수단을 포함한다.

본 예시에서, 제공되는 바와 같이, 교환 소자들 (41)에서 빠져나가는 과열 스팀 일부 또는 모두는 플랜트 (100), 예를 들면, 염 제거 시스템, 산업 시스템, 조절 시스템 등에 연결된 하나 또는 그 이상의 열 소모부들 (90)로 보내질 수 있다. 상기와 같은 복합 발생 (polygeneration)이 일어나는 경우, 스팀 공급은 터빈 (81)의 상류에 배치된 유동 조정 수단 (83)에 의해 획득될 수 있다.

작동 유체 순환로는 또한 베이스 순환로, 바람직하게 콘덴서 (84)의 하류에 대한 연결부 (900)에 의해, 열 기여를 정확하게 소모하는 열 소모부들 (90)로 보내진 유체의 회복을 제공한다.

서로 다른 구성에서, 열 소모부들 (90)과 장치 (1)의 연관성은 전기 에너지 생산에 대한 대안으로서, 즉, 플랜트에서 전력 생산 없이 제공될 수 있다.

이해할 수 있는 바와 같이, 유동화 가스 순환로 및 작동 유체 순환로 둘 다는 특정 동작 필요성을 충족시키기 위해 그 자체로 공지된 유형의 유동 조정 및/또는 차단 수단을 제공할 수 있다.

플랜트 (100) 및 장치 (1)는 또한, 입자 베드 (3) 내에서, 또는 그의 부분 내에서 연소되는 연료를 공급하고, 일사량이 장기간 없을 때를 위해, 그리고/또는 생산 플랜트의 하류에서 필요성에 의존하는 결정된 파워 레벨의 도달을 확보케 하기 위해, 이를 보상하는 수단을 제공할 수 있다.

이와 같은 경우, 장치 (1)는 입자 베드로의 독립적인 연료 (바람직하게 가스) 유입구들, 연소의 트리거를 위해 그리고 장치 내에 연료의 위험한 축적으로부터 시스템을 확보하기 위해, 장치 (1)의 환경으로 삽입된 하나 또는 그 이상의 토치들 (torches), 및 케이스 (2) 상의 하나 또는 그 이상의 파열판들 (rupture discs)을 제공한다. 이러한 방편 - 적용 가능할 수 있는 기타 다른 것들 - 은 폭발 위험을 방지하는 목적을 가진다. 연료 그 자체 연소에 대해, 이는 공지된 기술이고, 다음에서 추가 기술되지 않을 것이다. 중요한 이점은 유동화가 가능한 베드 내에 상기 연료를 직접 연소시킬 가능성으로부터 도출된다. 일반적으로, 사실, 종래 기술의 장치에 대해 이러한 동작은 주요 제조 플랜트로부터 분리된 생산 유닛들에서 실행된다.

도 2a 및 2b는 예를 들면, 상기로부터 집광된 태양 복사의 전형적인 분배에 대한 수치 시뮬레이션의 결과를 도시한다.

특히, 도 2a는 데카르트 축들 (Cartesian axes)의 시스템에서 열 유동을 강조한 것으로, 이때 상기 데카르트 축들의 중앙은 원통형 캐비티 (20)의 상부 단면의 중앙과 일치하는 것을 도시한다. 태양 복사로부터 발생된 풋프린트 (foot print)는 상기 섹션의 중앙에서 최대 유동이 발견되었다는 것을 강조하는데, 이는 헬리오스타트들로부터 도출된 모든 풋프린트들의 결과물이기 때문이다. 중앙으로부터 멀리 이동하면, 유동 값은 급격하게 감소되는데, 이는 도 2b로부터도 알 수 있다.

이러한 수치 시뮬레이션의 결과는 헬리오스타트의 결정된 참조 필드를 위한 원통형 캐비티의 직경 크기에 대해, 그리고 캐비티 그 자체에 의해 흡수될 수 있는 에너지 양의 예측에 대해 이용될 수 있다.

도 1b 및 3 내지 5a는 본 발명의 장치 및 플랜트의 추가 실시예들 및 변형물을 의미한다. 이러한 추가 실시예들 및 변형물은 도 1 및 1a에 관련하여 이미 개시된 것과의 차이에 대해서만 이하에서 기술될 것이다.

도 1b의 변형물에서, 도 1의 플랜트와 동일한 유형의 플랜트가 제공되고, 여기에서 상기 플랜트는 전반적으로 110으로 지칭되고, 상기의 대안물로부터 소위 "빔 다운" 구성까지 방사 구성을 실현시킨다. 플랜트 (110)는 상승된 1차 포착 수단 (210)에 기반하여 광 시스템을 제공하며, 상기 1차 포착 수단은 태양 복사에 의해 직접 영향을 받고 장치 (1)에 대해 상승된 위치에서 정확하게 배치된다. 특히, 상승된 1차 포착 수단 (210)은 자연 슬로프 상에 배치되고, 그리고/또는 적합한 지지 구조체 상에 배치된다.

도 3 내지 5a의 실시예들 및 변형물들은 필요한 높은 열적 파워 (high thermal powers)의 경우에 특히나 적합하고, 도 1 및 1b의 양쪽 방사 구성과 호환 가능하다.

특히, 도 3 내지 5a의 실시예들 및 변형물들은 제 1 실시예에 대해 추가적인 열 교환 소자들의 제공을 공유하고, 추가적인 소자들은 입사 태양 복사에 직접 노출된다. 이로써, 수용 캐비티 외부의 태양 열 유동은 회복되고, 모든 복사를 포획함하여 높은 파워를 달성하기 위해, 단지 수용 캐비티의 횡 방향 치수의 증가를 제공하는 해결책에서 일어날 수 있는 효율성 손실을 방지한다.

도 3 및 3a는 플랜트의 제 2 실시예를 도시하고, 이때 상기 플랜트는 101로 지칭되며, 제 1 실시예의 플랜트와 유사하다.

그와 같은 경우에, 플랜트 (101)는 일반적으로 10으로 지칭된 태양 원천의 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치를 포함한다.

장치 (10)는 추가적으로 열 교환 소자들, 특히 이와 같은 경우에는 작동 유체로 사용되는 횡단형 파이프 번들들 (42)을 제공하고, 상기 횡단형 파이프 번들들은 입사 태양 복사에 의해 직접 영향을 받기 위해서, 케이스 (2) 외부에 배치된다. 특히, 상기와 같은 추가 파이프 번들들 (42)은 케이스 (2)의 상부 (25) 상에 위치하되, 캐비티 (20)의 유입구 (21)에, 그리고/또는 상기 유입구를 부분적으로 덮는 곳에 위치한다.

파이프 번들들 (42)은 케이스 (2) 외부에 완전하게 배치된 추가 열 교환 순환로의 일부이고, 제 1 실시예에서의 파이프 번들들 (41)에 관한 순환로에 추가될 수 있다.

노출된 파이프 번들들 (42) 상에는, 감소된 열 유동과 연관된 2 차 반사 장치 (300)로부터 멀리 위치한 헬리오스타트 필드 (200)의 미러들 (201)로부터 나오는 태양 복사가 입사한다. 원통형 캐비티 (20)는 대신에 2 차 반사 장치 (300) 근처의 헬리오스타트 필드 (200)의 미러들 (202)의 높은 열 유동의 태양 복사를 수용한다.

본 발명의 예시에 있어서, 상기 2 개의 순환로는 연통되어 있다. 특히, 제공되는 바와 같이, 작동 유체는 노출된 파이프 번들들 (42)을 횡단하고, 그 후에, 입자 베드의 제 2 부분 (32)에 잠겨진 것들을, 차례대로 횡단한다. 특히, 작동 유체, 본 예에서 액체 물은 상 전이 (phase transit) 없이 온도가 증가하는, 노출된 파이프 번들들 (42)을 걸쳐 진행하고, 그 후에, 유체 베드 (3) 내부의 파이프 번들들 (41)에서의 유입구로 진행하고, 여기에서 포화 스팀 그 후의 과열에서 상 전이가 되기 위해 연속적으로 가열된다. 그 후, 후자는 제 1 실시예를 참조하여 이미 기술된 것에 따라서 터빈 (81)의 유입구이다.

작동 유체의 전반적인 순환로는 또한, 입자 베드에 잠겨 있는 열 교환 소자들 (41)로 보내짐 없이, 노출된 파이프 번들들 (42)로부터 나오는, 온도를 가진 물을 저장하도록 하는 크기의 저장 탱크 (86)를 제공할 수 있다. 이는 에너지 생산, 즉, 베드부 (32)와 함께 한 열 교환의 에너지 생산의 차단의 특정 동작 필요성을 충족을 가능케 한다. 보다 상세하게, 플랜트 필요성에 있어, 스팀 생산을 정지하는 것이 필요할 수 있다; 햇살을 받는 시간 동안, 이러한 필요성이 나타나는 경우에, 저장 탱크 (86)의 존재는 노출된 파이프 번들들 (42) 상에 입사하는 태양 복사를 회복시킬 수 있고, 상기 복사에 의해 가열된 물을 저장할 수 있으며, 그리고 원통형 캐비티 (20)를 통하여 저장 베드 (31)의 열 에너지를 연속적으로 저장할 수 있다. 이러한 조건에서, 교환을 담당하는 베드부 (32)는 유동화 상태가 아니다. "생산 정지" 이벤트가 종료될 시에, 장치 (10) 내부의 파이프 번들들 (41)과 연결되는 연결 순환로를 개방하여 연속적으로 생산을 하는 것이 가능하다.

대안적으로, 또는 탱크 (86)의 고온 물 저장과 함께, 또는 일반적인 동작 모드에서, 노출된 번들들 (42)에 의해 흡수된 에너지는, 우회 순환로 (bypass circuit) (861)를 통하여, 선택적으로 이용 가능한 열 소모부(들)(heat consumption(s)) (90)로 직접 보내짐으로써 사용될 수 있다.

추가 처리 구성은, 노출된 파이프 번들들 (42)에 의해 흡수된 열 에너지가 우회 순환로 (861)에 의해 열 소모부들 (90)을 공급하는데 배타적으로 사용될 수 있는 반면, 남아 있는 태양 복사는 원통형 캐비티 (20)에 의해 연속적으로 흡수되어 저장 베드부 (31)에 의해 저장되고, 터빈 (81)에 보내지는데 적절한 스팀 생산을 위한 파이프 번들들 (41)로 부수적으로 또는 태양이 없을 시에 이송되는 것을 제공한다.

이제, 도 4의 실시예를 참조하여, 이러한 경우에, 태양 원천의 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치가 제공되고, 상기 장치는 전반적으로 11로 지칭되고, 102로 지칭된 플랜트에 삽입된다.

장치 (11)는 원추사면에 의해 정의된 원통형 캐비티 (20)의 유입구 (210)를 제공한다. 상기 유입구 (210)에서, 그의 프로파일을 따르기 위해, 추가 열 교환 소자들은 태양 복사에 노출되어 배치되고, 여기에서 420으로 지칭된다.

그 외에, 플랜트 (102) 및 장치 (11)는 도 3 및 3a를 참조하여 이미 기술된 것들과 유사하다.

이미 상술한 바와 같이, 도 3 및 4 각각의 플랜트 (101 및 102)의 경우 역시, 도시되지 않은 바람직한 추가 구성은 전기 에너지의 생산 없이, 열 소모부, 예를 들면 염 제거 시스템과의 연관성을 오직 제공할 뿐이다.

도 5 및 5a의 실시예를 참조하면, 이러한 경우에, 태양 원천의 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치가 제공되고, 상기 장치는 전반적으로 12로 지칭되고, 103으로 지칭된 플랜트에 삽입된다.

장치 (12)에는 노출된 열 교환 소자들이 제공되고, 상기 열 교환 소자들은 전반적으로 421로 지칭되고, 상기 열 교환 소자의 표면은 전체적으로 도 3 및 4의 예보다 크다. 상기와 같은 열 교환 소자들 (421)은, 태양 열 유동을 흡수하기 위해, 예를 들면, 작동 유체의 과열의 열, 증발, 및 과열 상태를 초래하되, 대안적으로 또는 터빈 (81)에서의 스팀의 직접적인 유입 및/또는 하나 또는 그 이상의 열 소모부들 (90)의 사용과 함께, 초래하기 위해 정확한 크기를 가진다.

노출된 파이프 교환기 (421)의 큰 크기를 가진 이러한 구성은, 헬리오스타트 필드 (200)의 큰 크기 및 장치 (12)로부터 떨어진 거리로 인해, 이와 같은 경우에 높은 파워의 플랜트들에 대해 특히나 편리하고, 태양 복사의 풋프린트는 증가하게 된다. 그러므로, 노출된 파이프 교환기의 큰 크기는 이용 가능한 입사 복사 모두를 가로채는 것을 가능케 하여, 환경으로 재-방사에 의해 수반되는 손실을 가진 캐비티 (20)의 직경이 증가되는 것을 방지한다.

본 발명의 예시에 있어서, 열 교환 소자들 (421)은 케이스 (2)의 상부 (25) 및 유입구 (210), 예를 들면, 캐비티 (20)의 원추사면 (frustoconical) 둘 다에서 뻗어나간다.

그 후, 액체 상태의 물은 이미 인용된 펌프 (86)에 의해 공급되고, 2 개의 순환로 (외부 교환 소자들 (421)에 관련된 제 1 순환로 및 입자 베드에 잠기는 내부 교환 소자들 (41)에 관련된 제 2 순환로)를 따를 수 있다.

본원에서 간주된 구성에서, 노출된 열 교환 소자들 (421)에 대해 이는 연결되는 서로 다른 섹터들로 분할된 순환로에 연관되고, 상술된 작동 유체의 예열, 증발 및 과열을 가능케 한다. 특히, 노출된 열 교환 소자들 (422)이 캐비티 (20) 주변에 배치되어 구비되며, 그리고 작동 유체의 예열을 생산하고, 나아가 노출된 열 교환 소자들 (423)은 소자들 (422)에 대해 일렬로 캐비티 (20)의 유입구 (210) 근방 또는 상기 유입구 (210)에서 배치되고, 작동 유체의 증발 및 과열을 생산하기에 적합하다.

원통형 몸체 (87)가 구비되는 것이 바람직하고, 이때 상기 원통형 몸체는 열 교환 소자들 (422 및 423)에 연결되고, 기상 (liquid phase)으로부터 액상 (liquid phase)을 분리하며, 그리고 순간적인 일사량의 없는 경우에, 스팀 저장 수단으로 저장하는 것이 가능하다.

바람직한 처리 구성은 낮 방사 시간 동안, 저장 베드부 (31)의 열 에너지의 저장을 수반하여, 유일하게 노출된 튜브 교환기들 (421)에 의해, 과열 스팀의 생산을 제공한다. 야간 동안 그리고/또는 태양이 장기간 없는 동안, 베드 (31)에 저장된 에너지는 교환 베드부 (32) 및 교환 수단 (41)의 유동화에 의한 과열 스팀을 생산하기 위해 사용된다.

변형 실시예는 도 6에서 개략적으로 도시된다. 상술된 다른 실시예들 각각에 연관될 수 있는 상기 변형 실시예에서, 공기 공급 유입구들 또는 공기 박스들은 510, 511 및 520으로 각각 지칭된 3 개의 섹션들로 추가로 세분화된다. 특히, 입자 베드의 저장부 (31)로의 공기 공급은 2 개의 유입구들 (510 및 511)을 통하여 정확하게 세분화되고, 그 결과 캐비티 (20) 근방의 베드부 (31)는 동일 캐비티로부터 멀리 위치한, 즉, 이송부 (32) 근방에 위치한 저장 베드부 (31)보다 빠른 속도로 유동화될 수 있다. 그러므로, 저장부 (31)가 수용 캐비티의 벽 근방의 존에서, 그리고 그로부터 가장 멀리 떨어진 존에서, 차례대로 세분화되고, 즉 선택적으로 유동화가 가능하다.

이러한 추가 세분화의 이점은 캐비티 근방의 존을 위해 유동화 공기의 속도를 증가시키고, 이에 따라 벽과 인접 베드부 사이의 교환 계수를 증가시킬 가능성이 있다는 점이다. 이로써, 모든 저장부의 높은 속도가 동일해지는 경우에 유동화로 인해 일어날 수 있는 에너지 소비는 최소화가 된다. 게다가, 저장 베드의 제 1 부분의 공기 유동 속도의 유동화의 감소로 인해 수행된 합리적인 열의 손실도 감소된다.

이해할 수 있는 바와 같이, 상술된 실시예 및 변형 실시예 모두에서, 작동 유체 순환로의 서로 다른 부분들은 선택적으로 연통되어 설정되고, 그리고/또는 서로 독립적으로 활성화되기에 적절하다.

게다가, 이해할 수 있는 바와 같이, 상기 실시예들 및 변형 실시예들 각각에서, 수용 캐비티 및 그의 다양한 부분들, 특히 유입구는 상기에서 고려된 것과는 서로 다른 형상 및 구성을 가질 수 있다; 추가로, 입자 베드 (3)에 잠긴 복수의 수용 캐비티들이 구비되는 것이 가능하다.

기술된 구성 각각에 대해서, 원통형 캐비티 (20)를 위한, 도시되지 않은 폐쇄 장치는, 기상 악화의 경우에, 그리고/또는 일시적이거나 장기적으로 일사량이 없는 경우에 장치로부터 외부 환경으로 열 분산을 피하기 위해 제공될 수 있다. 상기와 같은 폐쇄 장치는, 저장 베드와 케이스 내부의 열 교환 소자들에 대해 우호적인 교환 소자 간의 열 교환이 일어날 시에, 야간 시간 동안에 이점이 있을 수 있다.

도입부에서 언급한 바와 같이, 바람직한 변형 실시예에 기반하여, 플랜트 구성은 장치의 그룹 특수화를 서로 다른 열 카테고리 또는 유형 분류 체계로 제공하고, 이들 각각은 작동 유체를 위한 결정된 열역학의 단계를 실행하기에 적합하다.

작동 유체로서 물을 사용하는 경우에는 장치를 2 개의 열 카테고리들로 특수화시키는 것이 특히나 바람직하다. 특히, 제 1 유형 분류 체계는 물을 포화 스팀으로 변형시키는 저온 태양 발생 유닛 (UGS-L)을 제공하는 반면, 제 2 유형 분류 체계는 고온 태양 발생 유닛 (UGS-H)을 제공한다. 고온 태양 발생 유닛은 사용시에, UGS-L으로부터 포화 스팀을 수용하여 과열 스팀으로 되돌아 가고 - 또는 열역학 사이클 요구에 따라 선택적으로 재-과열되어 - 터빈으로 보내지게 된다. 각각의 유닛은 상술된 바와 같이, 저장 및 이동을 위한 하나 또는 그 이상의 장치에 의해 형성될 수 있고, 이들 장치는 선택적으로 연속적으로 연결되거나 유닛 그 자체를 형성하기 위해 연결되고, 결과적으로 다른 유닛의 장치(들)과 연속적으로 연결된다.

상기와 같은 특수화는 발생 플랜트를 구성하는 장치의 50%를 초과한 열적 상태 (thermal regimes)를 낮출 가능성을 제공하고, 이때 상기와 같은 장치로부터의 방사 및 대류에 의한 손실의 현저한 감소 및 구성 물질의 비용 절감은 발생 플랜트의 전반적인 효율성을 증가시킨다.

상술된 열적 카테고리에 따른 장치의 사용을 제공하는 상기와 같은 구성은 높은 파워 발생에 특히나 적합하다.

도 7을 참조하여, 특수화된 UGS 중에서 연결 다이어그램이 도시되고, 여기에서 간단하게 하기 위해, 전기 에너지의 생산을 위한 플랜트에 삽입된 단일 UGS 유닛만 도시된다. 상기 도면에서, "파워 블럭 (Power-Block)"은 바람직하게, 도 2를 참조하여 앞서 이미 설명한 플랜트 구성요소의 일부, 바람직하게 스팀 터빈 (81), 발생기 (82), 공급 펌프 (86), 예열기 (미도시), 게터 (85) 및 콘덴서 (84)의 세트를 의미한다.

UGS-L은 바람직하고 이미 기술된 방식 및 방법으로, 태양 복사를 수용하고, 열 에너지를 작동 유체에 전달한다. UGS-L ("스팀")의 포화 스팀 출력은 UGS-H (SH)의 입력을 나타내고, 그 다음 상기 UGS-H (SH)의 입력은 태양 복사를 수용하고, 상기 태양 복사를 이미 기술된 방식 및 방법으로 작동 유체 (포화 스팀)로 이동시킨다.

UGS-H의 출력은 파워-블록으로 보내진 과열 스팀 (SH)이다.

열 사이클의 요구에 관련되어 상술된 바와 같이, 재-과열 스팀의 생산 역시 가능하다; 이러한 경우는 UGS-H (SH)의 동일한 열적 특성을 가진 제 2 유닛의 UGS-H (RH)에 의해 도 7에 도시되고, 이때 상기 UGS-H (RH)는 태양 방사를 수용하고, 파워 블럭으로부터의 입력으로서 저온 재-과열 스팀을 수용하고, 이를 고온 재-과열 스팀의 형태로 파워 블럭으로 되돌아 가게 한다. 예를 들면, 저온 재-과열 스팀의 온도는 300 ℃인 반면, UGS-H (RH)로부터 나온 고온 재-과열 스팀의 온도는 500 ℃이다.

저온 RH 및 고온 RH로 지칭된 도 7의 연결 각각은 중간-온도 터빈에 의해 수집된 스팀, 및 열적 사이클에 적합한 온도, 바람직하게 스팀 터빈의 최대 온도에서 UGS-H (RH)에 의해 생산된 스팀이다.

열적 사이클 다이어그램은 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있고, 그러므로, 본원에서 더 이상 기술하지 않는다.

도 7에 도시된, 상기 간단하게 도시된 다이어그램으로부터, 도 8은 특수화된 다수의 고온 및 저온 UGS 유닛들을 가진 파워 발생 플랜트의 다이어그램을 도시한다.

도 8에서, 저온 태양 발생 유닛과 고온 태양 발생 유닛 간의 열적 연속 연결의, 도 7에 의해 이미 제안된 기본 개념이 도식화된다.

특히, 도 8은 UGS-L (500) 그룹들 및 UGS-H (600) 그룹들을 강조하고, 이들 그룹들 각각은 병렬적으로 동일한 열적 카테고리 세트의 유닛들에 의해 형성된다. UGS-L (500) 및 UGS-H (600) 그룹들은 일반적으로 열적으로 연속되게 배치된다.

보다 상세하게, UGS-H 그룹들은 과열 스팀 생산에 대해 전용적인 UGS-H (SH), 및 재-과열 스팀 생산에 대해 전용적인 UGS-H (RH)으로 세분화된다. 저온 그룹의 UGS-L (500)은 "파워 블럭"으로 도면에서 나타난 열적 사이클로부터 나오는 예열된 물을 수용하되, 수집 순환로 (501)에 의해, 수용된다. 각각의 UGS-L의 출력은 고온 유닛들의 그룹의 UGS-H (SH) (600)으로 운반 및 분배되되, 분배 순환로 (502)에 의해 운반 및 분배된다.

도면에서, UGS-H (SH)의 출력은 파워 블럭으로 보내지는 과열 스팀의 순환로 (601)로서 도식화된다. 상기 도식화는 또한 UGS-H (RH)의 출력으로서 재-과열 스팀의 생산의 경우를 나타낸다. 이와 같은 경우에, 터빈으로부터 나와 각각의 UGS-H (RH)로 보내진 저온 재-과열 스팀의 순환로 (602), 및 최대 압력 및 온도에서 터빈 스테이지로 보내진 고온 재-과열 스팀의 순환로 (603)가 도시된다.

도 8의 다이어그램은 또한, 단열이 되었다 하더라도, 표면 및 이에 따른 작동 유체 분배 관들의 열 분산을 최소로 줄이기 위해, 예를 들면, 고온 열적 상태를 가진 유닛들, 파워 블럭 근방의 UGS-H를 설치하기 위해, 파워 블럭에 대해 UGS들의 바람직한 배치를 도시한다.

마지막으로, 또 다른 바람직한 변형 실시예에서, 내부 및/또는 노출된 열 교환 소자들에서 작동 유체 순환은 물/스팀 대신에 공기일 수 있다. 이러한 경우에, 작동 유체 순환로의 구성요소들은 예를 들면, 브레이턴-줄 (Brayton-Joule) 사이클의 운행에 대해 적합하다. 상기 사이클에서, 공기는 압축되고, 추후에 가스 터빈에서 팽창되기 전에 본 발명의 저장 및 이동을 위한 장치에 의해 예열된다. 터빈 내의 팽창 전에 시스템 효율성을 증가시키기 위해, 가스 터빈의 동일 연소실에서 가스 연료의 연소에 의해 공기의 열 함량을 추가로 상승시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 본원에서 기술된다. 이해하여야 하는 바와 같이, 다른 실시예들은 이하의 청구항의 보호 권리 범위에 의해 정의된 바와 같이, 동일 발명의 개념 내에 모두 속하여 존재할 수 있다.

Claims (41)

1. 입사 태양 복사와 연관된 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1; 10; 11; 12)에 있어서,
   상기 장치 (1)는 태양 복사에 의해 위로부터 방사되는 "빔 다운" 구성에 기반하여, 에너지 생산을 위한 태양 플랜트에 사용되는데 적절하고,
   - 봉쇄 케이스 (2); 및
   - 상기 케이스 (2) 내부에 수용된 유동화가 가능한 입자 베드 (3)를 하나 이상 포함하고,
   상기 케이스 (2)는 상기 입자 베드 (3)를 통해 뻗어나가는 수용 캐비티 (20)를 하나 이상 가지고, 이때 상기 적어도 하나의 수용 캐비티는, 입사 태양 복사를 위한 유입구를 정의하는, 길이 방향의 제 1 개방형 말단부 (21)와, 상기 제 1 개방형 말단부 (21)와 마주하고 상기 캐비티의 바닥을 정의하는, 길이 방향의 제 2 폐쇄형 말단부 (22)와, 그리고 상기 말단부들 사이에서 정의된 캐비티의 사이드 스커트 (23)를 가지고,
   상기 입자 베드 (3)가 상기 캐비티 (20)의 사이드 스커트 (23)에 대해 둘러싸이고, 바람직하게는 상기 사이드 스커트 (23)를 접촉하여 배치되고, 상기 사이드 스커트 (23)를 통하여 태양 복사로부터 수용된 열 에너지를 저장하기 위해, 유동화 가스가 이동하기에 적절하도록 전체적으로 배치된, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 캐비티 (20)는 실질적으로 길게 형성된, 바람직하게 실질적으로 원통형의 기하학적인 형상을 가진, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 캐비티 (20)는 길이 방향 축 (l)을 가지고, 상기 길이 방향 축 (l)이 사용 시에 실질적인 수직 방향으로 배치되도록 전체적으로 구성된, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 캐비티 (20)의 사이드 스커트 (23)는 금속 물질 및/또는 세라믹 물질의 외부 표면을 가진, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 캐비티 (20)의 길이 방향의 제 2 말단부 (22)는 상기 케이스 (2)의 바닥, 및/또는 상기 입자 베드 (3)의 베이스에서 또는 그 근방에서 실질적으로 배치되는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 사이드 스커트 (23)는 상기 태양 복사를 흡수하는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 캐비티 (20)의 바닥 (22)은 상기 태양 복사를 반사하는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 캐비티 (20)는, 약 0.2-0.5의 범위에 포함된 비율로, 횡단 치수, 바람직하게 직경 (d), 및 상기 횡단 치수에 대해 수직인 높이 (h)를 가지는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 입자 베드 (3)는 차례대로 제 1 저장부 (31) 및 제 2 이송부 (32)에 의해 형성되고,
   - 상기 제 1 저장부 (31)는 상기 태양 복사로부터 수용된 열 에너지를 저장하고, 상기 캐비티 (20)의 사이드 스커트 (23)에 배치되기에 적절하고; 그리고
   - 상기 제 2 이송부 (32)는 상기 제 1 저장부 (31)에 인접하게 배치되고, 상기 제 1 저장부에 의해 저장된 열 에너지를, 상기 케이스 (2) 내에 배치된 열 교환 수단 (41)으로 이동시키기에 적절하고,
   상기 제 1 저장부 (31) 및 상기 제 2 이송부 (32)는 열 에너지를 저장하는 단계 및 상기 저장된 열 에너지를 이동시키는 단계를 각각 실행시키기 위해 선택적으로, 그리고 독립적으로 유동화가 가능한, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 저장부 (31)는 적어도 2 개의 추가 부분들로 세분화되고, 상기 2 개의 추가 부분들 중 하나는 상기 캐비티의 사이드 스커트에 근접하게 위치하고, 다른 하나는 상기 캐비티의 사이드 스커트로부터 이격되어 위치하고, 상기 2 개의 추가 부분들은 상기 캐비티와의 열 교환을 증가시키기 위해 선택적으로 그리고 독립적으로 유동화가 가능한, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치는, 유동화 가스 속도 및/또는 유동 속도를 선택적으로 변화시키는데 적절한 수단을 포함하는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치는, 가스/가스, 바람직하게 공기/공기 열 교환기 (71)를 포함하고, 사용 시에, 상기 교환기 (71)에는 상기 입자 베드 (3)의 유동화를 위해 사용되는 유동화 가스인 제 1 저온 가스, 및 상기 입자 베드 (3)로부터 배출되는 유동화 가스인 제 2 고온 가스가 공급되도록 전체적으로 배치된, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치는, 작동 유체가 사용되는 열 교환 수단 (41, 42), 바람직하게 하나 또는 그 이상의 횡단형 파이프 번들들을 포함하는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치는 횡단형 제 1 열 교환 수단 (41)을 포함하고, 상기 제 1 열 교환 수단은 작동 유체가 사용되고, 상기 케이스 (2) 내에 배치되어, 유동화가 가능한 입자 베드 (3), 바람직하게는 상기 베드의 제 2 이송부 (32)에 잠기거나 접촉하는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치는 횡단형 제 2 열 교환 수단 (42)을 포함하고, 상기 제 2 열 교환 수단은 작동 유체가 사용되고, 상기 케이스 (2) 외부에 배치되어, 입사 태양 복사에 의해 방사되는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 2 열 교환 수단 (42)이 사용 시에 상기 케이스 (2)의 상부 (25)에, 바람직하게는 상기 유입구 (21)에 배치되도록 전체적으로 구성되는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 캐비티 (20)의 유입구 (21)는 수직 표면들 (right-angle surfaces)에 의해 정의되는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
18. 청구항 16에 있어서,
    상기 캐비티의 유입구 (210)는 원추사면 (frustoconical surface)에 의해 정의되는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치는, 상기 입자 베드 (3), 바람직하게, 상기 베드의 제 2 이송부 (32)와의 열 교환을 가능케 하도록, 상기 케이스 (2) 내에 부분적으로 배치된 제 1 열 교환 순환로를 포함하는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
20. 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치는, 입사 태양 복사와의 직접적인 열 교환을 가능케 하도록, 상기 케이스 (2) 외부에 배치된 제 2 열 교환 순환로를 포함하는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
21. 청구항 20에 있어서,
    상기 제 2 열 교환 순환로는 작동 유체의 예열 및 증발을 허용하도록, 서로 다른 섹터들로 분할되는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
22. 청구항 19 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 열 교환 순환로는 서로 연통되고 상기 연통될 시에 선택적으로 설정되기에 적절하거나, 또는 서로 완전하게 독립하고 그리고/또는 서로 독립적으로 활성화되기에 적절한, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
23. 청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치는, 연료, 바람직하게는 가스를 공급하는 수단을, 상기 입자 베드 (3) 내에, 또는 상기 베드의 일부 내에 포함하는, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
24. 청구항 1 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치는, 서로 다른 온도 상태 (thermal regime)에서 장치들과 열적으로 연속하여 연결되고 상기 장치들 간에 배치되어, 작동 유체가 횡단하는 점과 관련하여 온도의 증가를 추정하기에 적합한, 열 에너지의 저장 및 이동을 위한 장치 (1).
25. 청구항 1 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 따른 하나 또는 그 이상의 장치 (1), 및 위로부터 태양 복사를 수렴하는 방사 구성을, 상기 장치(들) (1)과 함께 정의하는 태양 복사 포착 수단 (200, 300; 210)을 포함하는 에너지 생산 플랜트 (100).
26. 청구항 25에 있어서,
    상기 태양 복사 포착 수단은 태양 복사에 의해 직접 영향을 받는 1차 포착 수단 (200), 바람직하게 헬리오스타트 필드, 및 상기 1차 포착 수단으로부터 태양 복사를 수용하고 상기 태양 복사를 상기 장치(들) (1)의 캐비티 (20)에 운반하기에 적절한 2 차 포착 수단 (300), 바람직하게 반사 장치를 포함하는 에너지 생산 플랜트 (100).
27. 청구항 25 또는 청구항 26에 있어서,
    상기 태양 복사가 입자 베드 (3)의 노출된 표면에서, 상기 캐비티 (20) 내에 운반되도록 전체적으로 구성되는 에너지 생산 플랜트 (100).
28. 청구항 18 및 19를 인용하는 청구항 25 내지 청구항 27 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 열 교환 순환로에서 그리고 선택적으로 제 2 열 교환 순환로에서 스팀 또는 열 에너지의 생산을 허용하도록 전체적으로 구성되고, 바람직하게 상기 제 1 및 제 2 열 교환 순환로는 서로 독립적으로 활성화가 가능한 에너지 생산 플랜트 (100).
29. 청구항 18 및 19를 인용하는 청구항 25 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 열 교환 순환로에서는 전기 에너지 생산을 위한 스팀 또는 열의 발생을 허용하도록, 그리고 상기 제 2 열 교환 순환로에서는 하나 또는 그 이상의 열 소모부들 (90)을 위한 열 에너지의 발생을 허용하도록 전체적으로 구성되는 에너지 생산 플랜트 (100).
30. 청구항 25 내지 청구항 29 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 생산 플랜트 (100)는, 연결된 열 소모부들을 위한, 바람직하게 염 제거 시스템을 위한 스팀의 생산 및/또는 열의 생산을 제공하는 에너지 생산 플랜트 (100).
31. 청구항 25 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 생산 플랜트 (100)는, 스팀의 생산 및/또는 전기 에너지의 생산을 제공하고, 열적으로 연속하여 연결된 2 개 또는 그 이상의 장치들 (1)을 포함하는 에너지 생산 플랜트 (100).
32. 청구항 31에 있어서,
    상기 에너지 생산 플랜트 (100)는, 작동 물을 포화 스팀으로 변형시키도록 구성된 장치들 (UGS-L) 중 하나 또는 제 1 그룹, 및 상기 포화 스팀을 과열 스팀 또는 심지어 재-과열 스팀으로 변형시키도록 구성된 장치들 (UGS-H) 중 하나 또는 제 2 그룹을 포함하는 에너지 생산 플랜트 (100).
33. 청구항 25 내지 청구항 32 중 어느 한 항에 따른 플랜트 (100)의 사용을 제공하는, 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법.
34. 청구항 33에 있어서,
    상기 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법은, 1 차 포착 수단 (210)을 자연 또는 인공 슬로프 사에 위치시킴으로써, 위로부터 내리쬐는 태양 방사를 제공하는, 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법.
35. 청구항 33 또는 청구항 34에 있어서,
    상기 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법은, 전기 에너지 및 열 에너지의 부수적인 생산을 제공하고, 상기 열 에너지의 생산은 바람직하게 염분이 제거된 물의 생산을 위한, 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법.
36. 청구항 33 내지 청구항 35 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법은, 청구항 9에 따른 장치 (1)를 포함하고,
    - 입자 베드 (3)의 제 1 부분 (31)에 의해 집광된 태양 복사로부터 수용된 열 에너지를 저장하는 단계; 및
    - 상기 저장 단계에서 저장된 열 에너지를, 상기 베드의 제 2 부분 (32)의 유동화에 의해 실행되는 작동 유체를 이용하여, 횡단형 열 교환 수단 (41)으로 이동시키는 단계;를 포함하며,
    상기 열 저장 단계 및 이동 단계는 서로 독립적으로 활성화되고, 바람직하게는 하나는 낮에, 다른 하나는 낮 및 야간에 활성화되는, 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법.
37. 청구항 33 내지 청구항 36 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동화 가스는 공기인, 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법.
38. 청구항 33 내지 청구항 37 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동화 가스 속도 및/또는 유동 속도의 선택적인 변화가 제공되는, 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법.
39. 청구항 33 내지 청구항 38 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법은, 청구항 18 및 청구항 19에 따른 장치를 포함하고,
    제 2 열 교환 순환로는 낮에 활성화되고, 제 1 열 교환 순환로는 야간에 활성화되는, 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법.
40. 청구항 33 내지 청구항 39 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법은, 작동 유체로서 물 또는 공기를 사용하는, 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법.
41. 청구항 33 내지 청구항 40 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법은, 작동 물을 포화 스팀으로 변형시키도록 구성된 장치들 (UGS-L) 중 하나 또는 제 1 그룹, 및 상기 포화 스팀을 과열 스팀 또는 심지어 재-과열 스팀으로 변형시키도록 구성된 장치들 (UGS-H) 중 하나 또는 제 2 그룹의 사용을 제공하는, 태양 복사로부터의 에너지 생산 방법.

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