使用太阳源热能的高能量效率的装置、设备和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于储存和交换太阳源热能的装置(1)，该装置(1)构造成使用“向下聚束”类型的光学系统来接收集中的太阳辐射，该装置(1)包括：‑密闭壳体(2)，其限定内部隔室(20)且具有上部开口(10)，该上部开口(10)构造成允许集中的太阳辐射进入，该开口(10)不具有关闭或遮蔽手段使内部隔室(20)与外部环境直接连通；‑可流体化固体粒子床(3)，该床(3)接收在内部隔室(20)内，该床(3)具有辐照操作区域(30)和邻近于操作区域(30)的热聚积区域(31)，操作区域(30)在使用中直接曝露于穿进开口(20)的集中的太阳辐射；‑粒子床(3)的流体化元件(4)，该流体化元件(4)构造成在隔室(20)内馈送流体化空气，该流体化手段(4)构造成基于不同流体化速度而确定在操作区域和聚积区域中的不同流体动力方案，其中在使用中，操作区域(30)的粒子从太阳辐射吸收热能，且其将热能给至聚积区域(31)的粒子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用太阳源热能的高能量效率的装置、设备和方法
本专利技术涉及一种用于基于可流体化粒子床而储存和交换太阳源热能的装置。本专利技术进一步提供一种包括这种装置的能量生产设备和一种相关方法。
技术介绍
借助于定日镜进行的太阳能的收集为已知技术，定日镜将辐射集中于反射器镜面上。反射器镜面又基于流体化粒子床而将辐射输送至热储存和交换装置上。举例而言，在WO2013/150347A1中以相同拥有者的名义描述了这种类型的系统。用于生产热能/电能的设备可以基于用于储存和交换太阳源热能的这种装置，这些设备将根据希望获得的热功率而包括用于储存和/或交换的一个或多个单元。已知技术的流体化床装置是根据两个主要结构而实施的。基于在WO2013/150347A1中描述的第一种结构，在装置的金属空腔的壁上接收太阳辐射。这种空腔限定粒子床的壳体的一部分，且其在粒子床的壳体内部延伸。流体化粒子床从空腔壁减去从集中的太阳辐射得到的热能。在高入射辐射流存在的情况下，刚描述的结构具有将空腔表面曝露于高热温度和梯度的缺点，高热温度和梯度可以危害热机械抗性和耐久性。为了降低和控制空腔壁所曝露于的热流，可以在围绕装置布置的若干子区段中组织定日镜场，且定日镜场可以构造成使空腔表面上的热流均匀。然而，定日镜场的这种构造要求用于各太阳能产生单元的相当大的占地面积。此外，描述的结构对储存和交换装置的最大操作温度作出限制，这是因为该最大操作温度取决于构成空腔壁的材料的耐热性。还通过将热能从空腔转移至粒子床的模式和通过构成空腔自身的材料的传导性来调节这种操作温度。在第二种已知结构中，并不提供上述空腔，且储存和交换装置的粒子床接收经过在装置的壳体上所获得的透明材料(典型地为石英)的窗所集中的太阳辐射。然而，此第二结构的临界条件在于必须避免透明窗与流体化固体的直接接触，且这适时限制透明材料的褪光现象的出现，这降低其接收有效性。与使用具有透明窗的类型的接收手段相关的额外缺点涉及以石英生产具有大小大于用于实验室或原型种类的设备的窗的难度。此外，与上述两个结构(特别是与具有空腔或窗的相关接收手段)相关联的额外缺点在于归因于入射太阳能的一部分朝向外部环境的重新释放的热损耗。这部分取决于构成接收手段的材料的特征。由于刚所提及的内容，用于储存和转移太阳源热能的上述装置对于生产电能可以具有高成本，无论如何远离所谓“平价电网(paritygrid)”。
技术实现思路
由本专利技术提出且解决的技术问题接着将提供一种用于储存和转移太阳源热能的装置，该装置允许预防上文参考已知技术所提及的缺点。通过如权利要求1所述的装置解决此问题。本专利技术进一步提供如权利要求17所述的设备和如权利要求18所述的方法。本专利技术的较佳特征为从属权利要求的主题。本专利技术提供一种用于基于流体化粒子床而接收、储存和转移太阳源热能的装置。该流体化粒子床在无诸如(例如)空腔或透明窗的接收手段介入的情况下由集中的太阳辐射以直接方式辐照，即撞击。换言之，该流体化床借助于在装置的壳体中所获得的辐照开口直接与外部环境连通，该辐照开口较佳地在壳体自身的上部壁处。因此，本专利技术的装置并不提供介入于外部环境/入射太阳辐射与粒子床之间的透明窗或其他结构。有利地，该装置与光学系统相关联，该光学系统由初级定日镜与次级反射手段(例如，平面镜)构成。此光学系统将太阳辐射集中于装置上，特别集中于床的布置在上述辐照开口处的操作区域上。在有利构造中，辐照来自顶部，且借助于所谓“向下聚束(beamdown)”类型的光学系统而获得该辐照。该光学系统包括置放于地面上的定日镜场，该定日镜场与布置于一定高度处(特别在装置上方)的一个或多个次级反射器相关联。根据特定流体动力(即水动力)方案而流体化直接由入射太阳辐射辐照的粒子床的上述操作区域。因此，该装置包括用于分布和馈送流体化气体(较佳地为空气)的系统，或与该系统相关联。这种分布系统可以基于粒子床而布置，且其适合于在经辐照床区域处建立所述流体动力方案。用于分布或馈送流体化空气的上述手段构造成以便产生分化的流体化，且接着在操作区域中相对于床的剩余部分而产生不同流体动力方案，床的剩余部分可以指定为聚积区域。这种不同流体动力方案与床的两个区域的不同流体化速度相关联。基于第一实施例变体，控制这种不同流体化速度以便在操作区域内产生中空容积，该中空容积特别呈圆锥形或基本上圆锥形形状。在第二变体中，甚至在操作区域内也提供分化的流体化速度，以便产生粒子的循环对流运动。粒子在操作区域的邻近子区域之间连续地迁移，即粒子再循环。基于第三实施例变体，(还)通过介于经辐照区域与聚积区域之间的实体隔板而获得上述流体动力方案。即使在此情况下，也产生在两个区域之间的隔板上方和下方的粒子的对流运动和改变/再循环。实施例变体可以在相同装置中提供对在上述两个区域中待建立的流体动力方案类型的选择，且该选择借助于取决于特定操作需要的对流体化速度的分化控制来进行。在由集中的太阳辐射撞击的床的操作区域处所诱发的流体化条件是便于保证太阳源热能在区域自身的完整容积中的高分布。此床区域吸收从由专用光学系统集中的太阳辐射得到的热能。归功于操作区域相对于聚积区域的流体动力方案的分化，允许直接曝露于太阳辐射的粒子的交换以及热能至聚积区域的转移和分布。在较佳构造中，装置包括用于抽取从粒子床的顶部(特别从经辐照床区域处)流出的流体化空气的手段，或与该手段相关联。此抽取手段典型地构造为抽吸手段。用于抽取空气的手段可以构造成将装置内部和粒子床的自由空域(即所谓“自由空域(freeboard)”空间)上方的环境保持为与外部环境压力平衡，或较佳地，相对于外部环境而略低压。以此方式，此手段避免空气和粒子床的可能粉末朝向外部环境流出。有利地，可以通过例如流量传感器的控制手段辅助这种压力平衡，这些控制手段专用于流体化空气线和空气抽取线两者，使得从床抽取的气流略微地高于引入粒子床中的流体化空气(例如，高了10％)。从环境经由集中的太阳辐射的进入开口返回至装置的空气在传递通过所述开口时(其将热含量引进至从装置抽取的空气)变热。仍有利地，基于从装置流出的流体化空气的热含量，用于分布进入的流体化空气的手段和用于抽取流出的流体化空气的手段可以因此通过实施再生阶段而实施为交换热的协同系统。具体地，可以将通过先前传递通过床的粒子而加热的抽取的流体化空气发送至预先加热流体化空气的再生交换器，接着发送至用于在粒子床内分布/馈送空气的系统。换言之，进入粒子床中的空气以从粒子床流出的空气的热含量为代价而预先变热。基于较佳实施例变体，上升超出颗粒床的自由空域的壳体内部的上述空间构造成执行相对于通过流体化诱发的床的粒子的运动的充气室功能。除了装置内部的环境相对于外部环境的基于空气抽取手段的上述密闭系统以外或在对装置内部的环境相对于外部环境的基于空气抽取手段的上述密闭系统的替代例中，还可以在壳体的开口处提供进气系统。进入的空气流构造成，类似于气刀，对比从床流出的流体化空气朝向外部的流出。在实施例变体中，作为用于控制颗粒材料朝向外部环境的损耗的额外或替代性滴滤装置，较佳地提供布置于辐照开口处的密闭结构。此密闭结构可以构造为发散圆锥且与壳体一体成型或集成。甚至密闭结构满足充气室、充气室的部分或额外充气室的功能，以大幅度减小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于储存和交换太阳源热能的装置(1)，所述装置(1)构造成使用光学系统来接收集中的太阳辐射，所述装置(1)包括：‑壳体(2)，所述壳体(2)限定内部隔室(20)且具有辐照开口(10)，所述开口(10)构造成允许所述集中的太阳辐射进入，所述开口(10)在使用中不具有关闭或遮蔽手段使所述内部隔室(20)与外部环境直接连通，所述开口(10)较佳地布置于所述壳体(2)的上部壁(21)处；‑可流体化固体粒子床(3)，所述床(3)接收在所述壳体(2)的所述内部隔室(20)内，所述床(3)具有操作区域(30)和邻近于所述操作区域(30)的热聚积区域(31)，所述操作区域(30)在使用中直接曝露于穿进所述开口(10)的所述集中的太阳辐射；以及‑所述粒子床(3)的流体化手段(4)，所述流体化手段(4)构造成将流体化气体馈送进所述隔室(20)内，所述流体化手段(4)构造成确定在所述操作区域(30)中的第一流体动力方案不同于在所述聚积区域(31)中的第二流体动力方案，其中特别地所述第一流体动力方案与所述第二流体动力方案基于不同流体化速度，并且其中总体构造在使用中使得所述操作区域(30)的粒子从所述太阳辐射吸收热能，且所述操作区域(30)的粒子将热能给至所述聚积区域(31)的粒子。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.05 IT 1020150000423941.一种用于储存和交换太阳源热能的装置(1)，所述装置(1)构造成使用光学系统来接收集中的太阳辐射，所述装置(1)包括：-壳体(2)，所述壳体(2)限定内部隔室(20)且具有辐照开口(10)，所述开口(10)构造成允许所述集中的太阳辐射进入，所述开口(10)在使用中不具有关闭或遮蔽手段使所述内部隔室(20)与外部环境直接连通，所述开口(10)较佳地布置于所述壳体(2)的上部壁(21)处；-可流体化固体粒子床(3)，所述床(3)接收在所述壳体(2)的所述内部隔室(20)内，所述床(3)具有操作区域(30)和邻近于所述操作区域(30)的热聚积区域(31)，所述操作区域(30)在使用中直接曝露于穿进所述开口(10)的所述集中的太阳辐射；以及-所述粒子床(3)的流体化手段(4)，所述流体化手段(4)构造成将流体化气体馈送进所述隔室(20)内，所述流体化手段(4)构造成确定在所述操作区域(30)中的第一流体动力方案不同于在所述聚积区域(31)中的第二流体动力方案，其中特别地所述第一流体动力方案与所述第二流体动力方案基于不同流体化速度，并且其中总体构造在使用中使得所述操作区域(30)的粒子从所述太阳辐射吸收热能，且所述操作区域(30)的粒子将热能给至所述聚积区域(31)的粒子。2.如权利要求1所述的装置(1)，其中所述流体化手段(4)构造成在使用中确定在所述操作区域(30)中的中空容积(36)的形成。3.如权利要求1或2所述的装置(100)，其中所述流体化手段(104)构造成在使用中确定所述操作区域(130)内的至少两种不同流体化速度。4.如前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中所述流体化手段(104)构造成在使用中确定所述操作区域(130)内的粒子的循环对流运动。5.如前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中所述流体化手段(4)构造成在使用中确定所述操作区域(30)中的喷流类型的流体动力方案。6.如前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中所述流体化手段(4)构造成在使用中确定所述聚积区域(31)中的沸腾床方案。7.如前述权利要求中任一项所述的装置(200)，包括布置于所述操作区域(230)与所述聚积区域(231)之间的一个或多个分离隔板(9)。8.如前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中所述流体化手段(4)包括流体化气体馈送元件(40、41)，所述流体化气体馈送元件(40、41)布置于所述粒子床(3)或所述壳体(2)的下部基座(24)处。9.如前述权利要求中任一项所述的装置(1)，包括用于抽吸所述流体化气体的抽吸手段(6)，所述抽吸手段(6)在所述壳体(2)内布置于所述粒子床(3)的自由空域(35)上方。10.如前述权利要求中所述的装置(1)，包括在通过所述流体化手段(4)而进入所述壳体(2)的所述流体化气体与借助于所述抽吸手段(6)而从所述壳体(2)流出的所述流体化气体之间的再生热交换手段。11.如权利要求9或10所述的装置(1)，其中所述抽吸手段(6)构造成从所述装置(1)抽取流体化气体流，所述流体化气体流等于或高于被馈送至所述粒子床(3)中的流体化空气的流动速率。12.如前述权利要求中任一项所述的装置(1)，包括在所述粒子床(3)的自由空域(35)上方的、所述床(3)的粒子的流体化运动的充气室(22)。13.如前述权利要求所述的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：马里奥·马伽蒂，艾伯特·卡雷亚，真纳罗·索玛，
申请(专利权)人：马迦迪动力股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT