太陽能起源的熱能儲用高級能量效率之裝置、系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種用于儲存和轉(zhuǎn)移關(guān)聯(lián)于入射太陽能輻射之熱能的裝置(1；10；11；12)，其系用于產(chǎn)生能量的太陽能工廠，而基于使太陽能輻射從上面會聚的光學(xué)工廠組態(tài)，并且該裝置包括：容納箱罩(2)；以及雙重的可流體化顆粒床(31；32)，其接收在箱罩(2)里并且設(shè)置成一個接著一個，其中箱罩(2)具有至少一接收圓柱形腔穴(20)，其延伸經(jīng)過顆粒床(3)并且具有用于接收定日鏡場域所集中之太陽能輻射的開放頂部入口(21)以及在顆粒床之基底高度的開放或封閉底部(22)，整體設(shè)置系致使其中一顆粒床(31)乃設(shè)置成接觸圓柱形腔穴(20)的側(cè)裙(23)以用于儲存從太陽能輻射所接收的熱能，并且另一顆粒床(32)乃設(shè)置成接觸由工作流體所貫穿的管束(41)。
【專利說明】太陽能起源的熱能儲用高級能量效率之裝置、系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明乃關(guān)于基于使用和儲存太陽能而產(chǎn)生能量的工廠，以及關(guān)于適合用于此種工廠而儲存和轉(zhuǎn)移太陽能起源之熱能的相關(guān)方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]使用定日鏡所集中的太陽能是此技藝所已知的。也已知有可能藉由基于暴露于定日鏡所集中的太陽能輻射之流體化顆粒床的裝置而儲存不立即使用的熱。
[0003]典型而言，用于儲存太陽能起源之熱能的裝置和/或用于對應(yīng)熱交換的裝置乃位在相對于定日鏡場域之安裝平面而為升高的位置，如此以從下面接收集中的太陽能輻射。因此，典型的組態(tài)提供置于塔結(jié)構(gòu)上的儲存或交換裝置，而所謂的“服務(wù)”(service)構(gòu)件可以在該結(jié)構(gòu)中找到容身之處，基于鏡子之定日鏡的場域則安裝在地面上。
[0004]基于此種裝置而用于產(chǎn)生太陽能起源之熱能/電能的工廠可以設(shè)想到一或更多個儲存和/或交換單元，此取決于要獲得的熱功率。隨著工廠功率增加，包含儲存機構(gòu)的裝置重量便增加，而專用于每個裝置的鏡子數(shù)目也增加，據(jù)此則裝置本身必須定位成保持鏡子場域合理延伸的所在高度亦增加，以伴隨著確保太陽能輻射系適當?shù)募衅渖稀５湫偷墓I(yè)工廠設(shè)想到儲存和/或交換裝置有極高數(shù)值的高度，該高度甚至超過100公尺。
[0005]已知工廠組態(tài)所出現(xiàn)的進一步關(guān)鍵點則連結(jié)到存在著高溫操作的設(shè)備，其系由貴重而花費多的材料所做成，并且由于關(guān)聯(lián)之更大熱逸散的緣故而伴隨著導(dǎo)致整體工廠效率減低。
[0006]剛才所述的已知工廠組態(tài)帶來了顯著的缺失，而這也連結(jié)到在高處維護操作的困難和成本，尤其需要較大的吊升機構(gòu)。
[0007]再者，于裝置具有可流體化顆粒床的情況，該裝置本身的意外破裂則可以導(dǎo)致高溫材料泄漏和因重力而掉落，并且危害人員和物品。
[0008]由于剛才所注意到的結(jié)果，用于儲存和轉(zhuǎn)移太陽能起源之熱能的已知裝置可以讓發(fā)電成本仍然很高，并且無論如何離所謂的“同等電網(wǎng)”(parity grid)還很遠。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明背后的技術(shù)問題因此是要克服上面參考已知技藝所提到的缺失。
[0010]上面提到的問題是由根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置和根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法所解決。
[0011]本發(fā)明的較佳特色是附屬權(quán)利要求的目標。
[0012]本發(fā)明提供用于儲存和轉(zhuǎn)移太陽能起源之熱能的裝置，其系基于由可流體化顆粒床所構(gòu)成的固體儲存機構(gòu)。
[0013]該裝置允許有高生產(chǎn)效率、低投資和維護成本、高操作安全性。這多虧了裝置本身的建造簡便性而有可能將它定位在地面上以提供從上面的太陽能照射而達成。
[0014]本發(fā)明的裝置乃設(shè)計成定位在地面上，并且可以由反射光學(xué)系統(tǒng)來進行從上面的照射；舉例來說，此系根據(jù)下文解釋之所謂的“下束”(beam down)組態(tài)，或者僅將鏡子或相等的機構(gòu)定位在高處，譬如是在自然的斜率或是在專用的升高結(jié)構(gòu)上。
[0015]根據(jù)較佳的工廠組態(tài)，也藉由將用于儲存和轉(zhuǎn)移之裝置的專業(yè)建造成二或更多個所謂的“熱類別”(thermal category)而獲得上面提及的高生產(chǎn)效率和低成本，而每個類別關(guān)聯(lián)于特定的溫度和運行條件。
[0016]具有不同熱類別的裝置然后可以彼此在同一工廠中做有效的串聯(lián)連接。于該背景下，本發(fā)明的裝置適合插入做為用于產(chǎn)生電能和/或熱能之工廠的基底模塊，較佳而言用于服務(wù)熱消耗，舉例來說例如有利的是除鹽系統(tǒng)。
[0017]就效率增加和成本減少而言，將裝置的專業(yè)建造成熱類別則允許有顯著的優(yōu)點，尤其當這些裝置插入高功率發(fā)電廠時。
[0018]當插入高功率工廠時，關(guān)于本發(fā)明裝置之專業(yè)的優(yōu)點和連接模式乃于下文描述。
[0019]本發(fā)明的裝置包括上面提及的可流體化顆粒床，其局限在箱罩里而與外部環(huán)境隔絕。箱罩較佳而言在其自己的外部表面是金屬性和絕熱的。該箱罩界定出一或更多個腔穴，其等延伸經(jīng)過顆粒床并且接收來自上面之集中的太陽能輻射。腔穴的壁較佳而言是由金屬和/或陶瓷材料所做的和/或所披覆的，并且不是絕熱的。較佳而言，腔穴具有圓柱形或?qū)嵸|(zhì)圓柱形的幾何造型。
[0020]上面提及之每個接收腔穴的設(shè)置和組態(tài)乃允許使太陽能輻射的吸收達到最大，因此使用本發(fā)明裝置之工廠的整體效率達到最大。
[0021]上面提及的可流體化顆粒床可以執(zhí)行雙重功能:儲存轉(zhuǎn)移自接收腔穴之壁的熱，以及將此種熱轉(zhuǎn)移到進一步的熱交換組件，該組件尤其是浸沒于顆粒床中的管束或是無論如何由該床所觸碰。
[0022]該等儲存和轉(zhuǎn)移步驟也可以選擇性的和彼此獨立的啟動。這是藉由控制顆粒床之所選部分的流體化而有利的獲得。
[0023]尤其，于較佳實施例，裝置提供床有二個可獨立流體化的區(qū)或部分；特定而言，床的第一部分接觸接收腔穴并且指定成儲存熱能，而床的第二部分相鄰于第一部分并且當中浸沒著熱交換管束(或相等的機構(gòu))，該管束則由工作流體，較佳而言為水所貫穿。
[0024]將該床的第一部分流體化而在接收腔穴和儲存床之間發(fā)生熱交換，而指定成熱轉(zhuǎn)移之床的第二部分可以僅于插入裝置的工廠或設(shè)備是在產(chǎn)生能量的操作條件下才流體化。較佳而言，較靠近腔穴壁的第一部分區(qū)段是以相對于剩余的第一部分而有較大流體化速率來流體化，如下文更佳的描述。
[0025]于較佳組態(tài)，能夠?qū)⑻柲茌椛鋵?dǎo)入腔穴的光學(xué)系統(tǒng)乃包括了定日鏡的場域，其將輻射集中在次要反射器上，它轉(zhuǎn)而將此種輻射集中于流體化床裝置的接收腔穴。較佳而言，次要反射器乃設(shè)置在塔上，或者無論如何是在升高的結(jié)構(gòu)上，而用于儲存和轉(zhuǎn)移的裝置乃設(shè)置(如所提及)在地面上，較佳而言其位置相對于次要反射器而言是在中央。
[0026]于另一相等較佳的組態(tài)，定日鏡可以設(shè)置在自然的或人工的斜率，并且把太陽能輻射集中于適當設(shè)置在顆粒床中的一或更多個腔穴。
[0027]因此，集中的太陽能輻射從上面入射在流體化床內(nèi)部的該腔穴或每個腔穴，并且較佳而言集中于該腔穴的中央?yún)^(qū)域。
[0028]如上所言，該接收腔穴或每個接收腔穴貫穿著可流體化床。腔穴的底部末端可以重合于該床的基底，而頂部末端可以界定出接收顆粒床之箱罩的頂部部分。腔穴的壁因此相對于外部環(huán)境來局限著床，而避免床和環(huán)境之間的直接接觸。
[0029]如上所言，較佳而言腔穴具有圓柱形的幾何造型。更佳而言，它的直徑/高度比例所包括的范圍在0.2?0.5。如下文將更詳細示范，此種比例確保了高度吸收太陽能輻射，因此反射的損失較低。尤其，所提的比例范圍導(dǎo)致入射在腔穴側(cè)壁的輻射在沿著腔穴本身的縱向延伸來經(jīng)過顆粒床做多次部分反射之后而被吸收，使得損失到外面減少最小。
[0030]于進一步較佳的組態(tài)，對應(yīng)于高熱功率的生產(chǎn)工廠來說，本發(fā)明裝置的流體化床可以具有進一步的管束或相等的熱交換機構(gòu)而直接暴露于入射的輻射。較佳而言，該進一步的熱交換機構(gòu)乃設(shè)置在接收顆粒床之箱罩的頂部。尤其，暴露于太陽能輻射的該進一步熱交換機構(gòu)(也)可以定位成圍繞著腔穴的入口。
[0031]于提供上面提及之次要反射器的較佳組態(tài)，熱交換機構(gòu)上所入射的是太陽能輻射，其來自遠離流體化床裝置的定日鏡，典型而言關(guān)聯(lián)于減少了熱流而兼容于管束的熱阻特色。于裝置的接收腔穴中反而傳送著來自較靠近次要反射器之定日鏡的高熱流太陽能輻射。此種關(guān)聯(lián)于定日鏡之空間位置的不同程度熱流是由于太陽能輻射之高斯分布的緣故，導(dǎo)致腔穴的中央接收高很多的熱流，其源自于所有定日鏡之所謂的“足跡”(footprint)重迭。
[0032]如下文所更佳示范，上面提及之暴露于太陽能輻射的管束或其他熱交換機構(gòu)可以形成單一操作回路而具有接觸顆粒床的其他熱交換組件，或者可以界定出獨立于或易于選擇性的獨立于該床的回路。
[0033]基于直接暴露于太陽能輻射的熱交換組件以及基于接觸顆粒床的熱交換組件，剛才考慮的組態(tài)乃就工廠效率而言加以優(yōu)化，如此以允許開發(fā)所有可用的熱流，伴隨著保持圓柱形腔穴的直徑有所減少，如此以使再度輻射至外部環(huán)境的熱損失達到最小。暴露于直接輻射之熱交換組件的工作溫度事實上可以例如致使由于輻射的損失可忽略。
[0034]于貫穿熱交換組件的工作流體是水的情況，較佳的過程組態(tài)則設(shè)想到暴露的交換組件于白天接收太陽能輻射，并且將它直接轉(zhuǎn)移到工作流體，而使相關(guān)的熱能立即可用于渦輪發(fā)電和/或用于產(chǎn)生去鹽水。伴隨而言，腔穴接收集中的輻射，并且相關(guān)的熱能儲存于顆粒床。一整夜或者由于持續(xù)沒有太陽的緣故，儲存于顆粒床的熱能可以轉(zhuǎn)移到貫穿箱罩內(nèi)部之熱交換組件的工作流體，并且該熱能可以用于持續(xù)發(fā)電和/或產(chǎn)生去鹽水?？蛇x擇而言，于日照期間，儲存于顆粒床的部分能量可以轉(zhuǎn)移到箱罩內(nèi)部之熱交換組件的工作流體而合作發(fā)電和/或產(chǎn)生去鹽水。
[0035]在此所述的多產(chǎn)型組態(tài)，亦即提供可能的發(fā)電(藉由將裝置關(guān)聯(lián)于渦輪)以及舉例來說產(chǎn)生淡水(藉由將裝置關(guān)聯(lián)于除鹽系統(tǒng))的組態(tài)，乃允許使效率達到最大，其意謂開發(fā)了可用的太陽能輻射。
[0036]即使沒有直接暴露于太陽能輻射的熱交換組件仍可以實現(xiàn)該多產(chǎn)的組態(tài)。
[0037]在多產(chǎn)組態(tài)和單產(chǎn)組態(tài)之間的優(yōu)化操作組態(tài)的選擇乃取決于基于本發(fā)明裝置之工廠的尺寸以及取決于安裝區(qū)的需求。由于工廠效率的緣故，對于小尺寸工廠來說，最好單純生產(chǎn)去鹽水，這么說也是在沒有暴露的交換組件時；而多產(chǎn)對于中和高功率工廠而言是有利的。
[0038]再次而言，對于基于本發(fā)明裝置而在工作流體之低溫下操作的生產(chǎn)工廠而言，或者無論如何于小尺寸工廠的情況，有利的是將其關(guān)聯(lián)于有機蘭肯循環(huán)(organic Rankinecycle)，亦即具有有機流體的蘭肯循環(huán)，該有機流體于該等情況構(gòu)成了本發(fā)明裝置的工作流體。關(guān)聯(lián)于有機循環(huán)對于小功率工廠而言尤其有利的，因為傳統(tǒng)的蒸汽循環(huán)所費會更不貝ο
[0039]本發(fā)明的裝置因此可以同時使用做為任何尺寸之工廠的模塊以及用于上面提及的除鹽操作之所謂的“獨立”(stand-alone)應(yīng)用，或者用于服務(wù)小的熱消耗而可以對它賦予高效率。
[0040]于產(chǎn)生高功率的情況，本發(fā)明的裝置尤其適合插入混合工廠，其中發(fā)電是與蒸汽產(chǎn)生放在一起而用于熱消耗，例如除鹽系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。
[0041]于較佳的組態(tài)，也在流體化床里提供使用燃料以補償持續(xù)沒有日照和/或確保達到?jīng)Q定的熱程度。這能夠大幅改善系統(tǒng)的彈性和整體效率。
[0042]于另一相等較佳的組態(tài)，提供了腔穴封閉構(gòu)件，其可在壞天氣和/或暫時或持續(xù)沒有日照下啟動，如此以避免熱從裝置逸散到外部環(huán)境。
[0043]如上所言，于發(fā)電廠的較佳組態(tài)，用于儲存和轉(zhuǎn)移的裝置可以專業(yè)化于二種類型。尤其，提供第一類型，其將稱為低溫太陽能生產(chǎn)單元，UGS-L，而打算用于從進給水產(chǎn)生干燥的飽和蒸汽做為工作流體。再者，設(shè)想到第二類型，其將稱為高溫太陽能生產(chǎn)單元(UGS-H)而打算用于過度加熱，可選擇的是再度過度加熱UGS-L所產(chǎn)生的蒸汽。
[0044]一般而言，關(guān)于所進行的功能，UGS-L裝置的操作溫度是明顯低于UGS-H。
[0045]再者，如上面所提及，具有不同專業(yè)的單元乃串聯(lián)連接。
[0046]上面介紹的UGS維持著本發(fā)明裝置在此提及的特色，并且?guī)砹岁P(guān)于明顯減少經(jīng)由UGS-L之接收腔穴而對流和輻射至外部環(huán)境之熱損失的優(yōu)點，以及增加了裝置和工廠的整體效率。
[0047]再者，削減UGS-L建造材料的成本和制造所關(guān)聯(lián)之設(shè)計器械的成本代表了包括它們之工廠的再一整體優(yōu)點。事實上，于熱力學(xué)循環(huán)，關(guān)于產(chǎn)生飽和蒸汽的能量持份，因此是由UGS-L所構(gòu)成的模塊持份是大約占60%;因此，所述的優(yōu)點適用于60%的生產(chǎn)工廠，還帶來了工廠本身的成本減少與效率增加。
[0048]本發(fā)明的其他優(yōu)點、特色和操作步驟將于底下一些實施例的詳細敘述而變得明顯，其系舉例所言而無限制之目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]將參考所附圖式，其中:
[0050]圖1顯示于“下束”組態(tài)的工廠之第一實施例的示意代表圖，其包括根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例而用于儲存和轉(zhuǎn)移太陽能起源之熱能的裝置；
[0051]圖1A顯示圖1之工廠的部分放大圖；
[0052]圖1B顯示類似于圖1的工廠，但將定日鏡不同的設(shè)置成從上面來照射裝置；
[0053]圖2A和2B指出數(shù)值模擬結(jié)果，其分別示范在圖1和IB裝置之圓柱形腔穴的入口平面上所產(chǎn)生的太陽能足跡以及取決于與該腔穴中央之距離的太陽能流動分布；
[0054]圖3顯示工廠之第二實施例的示意代表圖，其包括根據(jù)本發(fā)明的另一較佳實施例而用于儲存和轉(zhuǎn)移太陽能起源之熱能的裝置；
[0055]圖3A顯示圖3之工廠的部分放大圖；
[0056]圖4顯不圖3的工廠之變化實施例的不意代表圖；
[0057]圖5顯不圖3的工廠之另一變化實施例的不意代表圖；
[0058]圖5A顯示圖5之工廠的部分放大圖；
[0059]圖6顯示根據(jù)本發(fā)明而用于儲存和轉(zhuǎn)移太陽能起源之熱能的裝置之變化實施例的不意代表圖；
[0060]圖7顯示專業(yè)化UGS裝置之間的一般連接圖，其可以應(yīng)用于前面圖式中的某一工廠；以及
[0061]圖8顯示基于圖6的專業(yè)化UGS裝置之發(fā)電廠的圖形。

【具體實施方式】
[0062]一開始參見圖1和1A，基于“下束”組態(tài)而用于產(chǎn)生能量的太陽能工廠通用地標示為100。本實施例的工廠100適合產(chǎn)生蒸汽和工業(yè)用蒸汽。
[0063]工廠100包括根據(jù)本發(fā)明之較佳實施例而用于儲存和轉(zhuǎn)移關(guān)聯(lián)于入射太陽能輻射之熱能的裝置，該裝置通用地標示為I。工廠100可以包括多于一個之上面提及類型的裝置。
[0064]工廠100也包括太陽能輻射捕獲機構(gòu)，其聯(lián)合裝置I而界定出上面提及的“下束”照射組態(tài)。尤其，工廠100包括主要捕獲機構(gòu)，于本范例是定日鏡場域200，其直接涉及太陽能輻射而易于將太陽能輻射傳送于次要捕獲機構(gòu)300上，該次要捕獲機構(gòu)較佳而言是反射器或鏡子，其易于從主要機構(gòu)200接收太陽能輻射并且轉(zhuǎn)而將它傳送到裝置I的接收腔穴20。
[0065]在本設(shè)置中，次要反射器300乃位在塔或其他升高的結(jié)構(gòu)上，而定日鏡場域200和裝置I乃設(shè)置在地面上。較佳而言，裝置I的位置相對于次要反射器300而言是在中央。
[0066]裝置I包括容納箱罩2，其具有接收腔穴20以用于接收捕獲機構(gòu)所集中的太陽能輻射，以及于當中容納可流體化顆粒床3。
[0067]變化的實施例可以提供在箱罩2中得到的多于一個的接收腔穴。
[0068]容納箱罩2是絕熱的，如此以將熱逸散到外部環(huán)境減到最小，并且較佳而言是由金屬做的。
[0069]根據(jù)本發(fā)明，接收腔穴20延伸經(jīng)過顆粒床3并且較佳而言經(jīng)過容納箱罩2的整個高度。
[0070]于本范例，接收腔穴20具有實質(zhì)伸長的，尤其是實質(zhì)圓柱形的幾何造型，其沿著使用上乃較佳設(shè)置成垂直的縱軸I而延伸。
[0071]腔穴20是由第一開放縱向末端或入口 21、第二縱向末端22(其較佳而言是由底部所封閉)、插在入口 21和底部22之間的側(cè)裙23所界定，并且易于接收集中的太陽能輻射以及易于將所關(guān)聯(lián)的熱能轉(zhuǎn)移到顆粒床3。
[0072]于本范例，腔穴20的入口 21是由實質(zhì)平坦的和實質(zhì)直角的表面所界定。
[0073]較佳而言，腔穴20所具有之直徑d和高度h的比例是在包括約0.2?0.5的范圍。該比例適合使集中之太陽能輻射的吸收達到最大。尤其，該比例數(shù)值愈低，則入射在側(cè)裙23之頂部部分的壁上之太陽能輻射的吸收效率愈好。該入射的輻射系經(jīng)過該側(cè)裙23而在多次部分反射朝向腔穴20的底部22之后被吸收。
[0074]較佳而言，腔穴20的側(cè)裙23乃包括了吸收太陽能輻射的材料，而底部22則有反射太陽能輻射的材料，如此則底部22把撞擊上的任何輻射精確反射而再次朝向側(cè)裙23，并且這是為了高度吸收入射的輻射。
[0075]側(cè)裙23可以提供了由金屬性和/或陶瓷材料所做的或所披覆的外部表面。側(cè)裙23接觸顆粒床3的內(nèi)部表面則可以提供抗磨耗披覆。
[0076]如上所言，接收腔穴20延伸經(jīng)過顆粒床3并且藉由其自己的側(cè)裙23而與顆粒床分離。顆粒床3因此乃設(shè)置成接著該側(cè)裙23并且接觸其內(nèi)部表面。
[0077]較佳而言，腔穴20的底部22乃實質(zhì)設(shè)置在界定出顆粒床3之基底的箱罩2的底部或接近之。
[0078]較佳而言，整體組態(tài)致使太陽能輻射系傳送在腔穴20里，而在腔穴本身的中央部分以及在顆粒床3之暴露表面的高度。換言之，致力于光學(xué)系統(tǒng)的較佳組態(tài)乃致使將次要焦點f，亦即次要反射器300所反射之光線的會聚點，定位在腔穴20之頂部入口 21的中央，其聞度等于顆粒床的聞度。
[0079]顆粒床3乃易于藉由流體化氣體，較佳而言是空氣，而選擇性的移動，以用于儲存經(jīng)由腔穴20的側(cè)裙23從太陽能輻射所接收的熱能。顆粒床3的流體化則精確確保了與腔穴20的側(cè)裙23之有效且均勻的熱交換。
[0080]用于顆粒床3之顆粒材料的選擇尤其基于不易傾向于磨損和粉碎，以回應(yīng)于使床顆粒之淘析現(xiàn)象達到最小的需求，如此以限制在流體化空氣中產(chǎn)生和傳輸細粒?；谶@些考慮，較佳組態(tài)所偏好使用的床顆粒是鈍于氧化的顆粒狀材料，譬如像是碳化硅或石英，其具有規(guī)則的形狀，較佳而言是球形和/或較佳的尺寸在50到500微米的等級，以及致使該尺寸較佳而言是天生的，而非由于較小顆粒聚集所造成。
[0081]基于本實施例，顆粒床3是由第一儲存部分31和第二轉(zhuǎn)移部分32所有效形成，后者較佳而言接著并且接觸著儲存部分31。
[0082]尤其，儲存部分31乃易于儲存經(jīng)由腔穴20的側(cè)裙23從太陽能輻射所接收的熱能，因此設(shè)置在側(cè)裙。轉(zhuǎn)移部分32乃設(shè)置成相鄰于儲存部分31，周邊地相對于腔穴20，并且易于將儲存于床部分31的熱能轉(zhuǎn)移到熱交換組件41，其接收在箱罩2里并且將于下文描述。
[0083]較佳而言，在使用上，儲存部分31和轉(zhuǎn)移部分32乃可選擇性和獨立的流體化以分別實現(xiàn)儲存熱能的步驟和轉(zhuǎn)移該儲存能量的步驟。尤其，對熱交換組件41的熱轉(zhuǎn)移可以藉由停止交換部分32的流體化而停止。
[0084]根據(jù)工廠100的典型操作模式，藉由床部分31的儲存步驟是于白天和有太陽能照射時啟動，并且轉(zhuǎn)移的步驟，也啟動了床部分32，是于白天和夜間二者啟動。
[0085]流體化氣體乃藉由空氣箱型的個別進給入口 51和52，其本身系已知的而示意呈現(xiàn)于圖中，以進給于箱罩2里而到床部分31和32。
[0086]在此種入口 51和52，較佳而言系提供流體化氣體的分布隔板或其他分布器，其易于能夠使流體化氣體均勻的進入，并且伴隨著確保支持著顆粒床3，而有助于實現(xiàn)箱罩2的底部。
[0087]儲存部分31和交換部分32可以是連續(xù)的或者由未示于圖的隔板所分開。于較佳的變化實施例，兩個床部分31和32可以構(gòu)成同一床的相鄰部分，其由空氣箱的分離而選擇性的可流體化。
[0088]較佳而言，提供易于選擇性的變化流體化氣體速率和/或流率的機構(gòu)以調(diào)整熱交換和轉(zhuǎn)移的程度。尤其，藉由改變流體化氣體的貫穿速率，則可能控制和修改流體化床和交換表面之間的整體熱交換系數(shù)，因而彈性調(diào)整熱功率的轉(zhuǎn)移量。
[0089]于本實施例，也提供了氣體/氣體型熱交換器71，尤其是空氣/空氣型，其連通于流體化氣體回路。尤其在使用上，該交換器71被進給了第一冷氣體，其系流體化氣體而要用于顆粒床3的流體化，以及第二熱氣體，其系從顆粒床3出來的流體化氣體，。因此，交換器71允許預(yù)熱流體化空氣，而回收了出來之流體化空氣的部分的熱。
[0090]流體化氣體回路典型而言也包括用于收集環(huán)境空氣的風(fēng)扇或壓縮機72或相等的機構(gòu)。
[0091]該回路典型而言是由抽吸器所平衡，其未繪圖示范而置于交換器71的下游，在來自裝置I之熱的流體化空氣的線路上。
[0092]如上所言，在箱罩2里提供了熱交換組件41，尤其是管束，其在使用上被工作流體，于本范例是水/蒸汽，所貫穿。
[0093]管束41乃浸沒于床的第二部分32，或者無論如何設(shè)置成使得當流體化時，亦即于該熱能轉(zhuǎn)移的步驟期間，被第二部分所觸碰。
[0094]管束41乃熱交換回路的一部分，其適合產(chǎn)生要在工廠100之渦輪81中膨脹的蒸汽。尤其如所言，工作流體較佳而言是液態(tài)的水，其于管束41貫穿期間接收熱能而變成過熱蒸汽。然后利用在預(yù)定溫度和壓力之條件下的該過熱蒸汽，藉由在關(guān)聯(lián)于發(fā)電機82的蒸汽渦輪81中膨脹來發(fā)電。
[0095]根據(jù)本身已知的組態(tài)，工作流體回路也包括凝結(jié)器84、于渦輪81中抽取的獲取器85、供應(yīng)泵86或相等于所提到的機構(gòu)。
[0096]于本范例，提供的是存在于交換組件41中之部分的或所有的過熱蒸汽可以送到連接至工廠100的一或更多個熱消耗90，舉例來說為除鹽系統(tǒng)、工業(yè)系統(tǒng)、調(diào)制系統(tǒng)等。于此種多重生產(chǎn)的情況，可以藉由設(shè)置在渦輪81上游的流動調(diào)整機構(gòu)83而獲得蒸汽進給。
[0097]藉由對基底回路的連接900，其較佳而言是在凝結(jié)器84的下游，工作流體回路也提供回收送到熱消耗90的流體，其精確耗盡了其熱貢獻。
[0098]于不同的組態(tài)，可以提供裝置I與熱消耗90的關(guān)聯(lián)來做為發(fā)電的替代方案，亦即工廠中不發(fā)電。
[0099]將會了解流體化氣體回路和工作流體回路都可以提供本身類型是已知的流動調(diào)整和/或阻斷機構(gòu)以符合特定的操作需要。
[0100]工廠100和裝置I也可以提供進給燃料以在顆粒床3里或在其部分里來燃燒的機構(gòu)，并且取決于生產(chǎn)工廠下游的需求，這是要補償持續(xù)沒有日照和/或確保達到?jīng)Q定的功率程度。
[0101]于此情況，裝置I例如在箱罩2上提供燃料，較佳而言是氣態(tài)燃料，對顆粒床的獨立入口、插入裝置I的環(huán)境以觸發(fā)燃燒并且確保系統(tǒng)沒有任何危險的燃料累積在裝置里的一或更多根火炬、一或更多個備裂盤(rupture disc)。這些權(quán)宜之計就像其他可以應(yīng)用者，目的在于避免爆炸的風(fēng)險。關(guān)于燃料本身的燃燒，這是已知的技術(shù)而將不于以下做進一步描述。重要的優(yōu)點乃衍生自有可能直接在可流體化床里燃燒該燃料。經(jīng)常而言，事實上對于先前技藝的裝置來說，這操作是進行于與主要制造工廠分開的生產(chǎn)單元中。
[0102]圖2A和2B舉例來說顯示了從上面集中太陽能輻射之典型分布的數(shù)值模擬結(jié)果。
[0103]尤其，圖2A強調(diào)在笛卡兒坐標系統(tǒng)的熱流，其中央乃重合于圓柱形腔穴20之頂部截面的中央。產(chǎn)生自太陽能輻射的足跡則強調(diào)出發(fā)現(xiàn)最大流動是在該截面的中央，因為它是衍生自定日鏡之所有足跡的合成結(jié)果。離開中央則流動數(shù)值快速減少，這也可以從圖2B推論出來。
[0104]這些數(shù)值模擬的結(jié)果可以用來設(shè)定用于決定的定日鏡參考場域之圓柱形腔穴的直徑尺寸，以及用來預(yù)測可以由腔穴本身所吸收的能量。
[0105]圖1B和3到5A則是本發(fā)明之裝置和工廠的進一步實施例和變化例。這些進一步實施例和變化例將于下文僅參考相對于圖1和IA所已經(jīng)揭示的差異來描述。
[0106]于圖1B的變化例，提供的是與圖1相同類型的工廠，在此整個標示為110，其實現(xiàn)了從上面的照射組態(tài)而是所謂的“下束”組態(tài)之替代方案。工廠110提供基于升高之主要捕獲機構(gòu)210的光學(xué)系統(tǒng)，其直接涉及太陽能輻射并且精確設(shè)置成相對于裝置I是在升高的位置。尤其，升高的主要捕獲機構(gòu)210乃設(shè)置在自然的斜率和/或在合適的支持結(jié)構(gòu)上。
[0107]圖3到5A的實施例和變化例尤其適合需要高熱功率的情況，并且兼容于圖1和IB的二種照射組態(tài)。
[0108]尤其，圖3到5A的實施例和變化例相對于第一實施例而言還分享了提供附加的熱交換組件，該等附加的組件乃直接暴露于入射的太陽能輻射。因此，回收了在接收腔穴外部的太陽能熱流，這避免在提供增加接收腔穴的橫向維度之解決方案所可能發(fā)生的效率損失，而就是要藉由獲取所有輻射來達成高功率。
[0109]圖3和3A顯示工廠的第二實施例，其在此標示為101而類似于第一實施例。
[0110]于該情況，工廠101包括用于儲存和轉(zhuǎn)移太陽能起源之熱能的裝置，其通用地標示為10。
[0111]裝置10提供進一步的熱交換組件，尤其于此情況也就是管束42，其在使用上被工作流體所貫穿并且設(shè)置在箱罩2的外部，如此以直接涉及入射的太陽能輻射。尤其，此種進一步的管束42乃位在箱罩2的頂部25上而在腔穴20的入口 21和/或部分覆蓋著該入口。
[0112]管束42是完全設(shè)置在箱罩2之外的進一步熱交換回路的一部分，而可以附加于在第一實施例之關(guān)于管束41的回路。
[0113]暴露的管束42上面則是入射的太陽能輻射，其來自遠離次要反射器300之定日鏡場域200的鏡子201，而關(guān)聯(lián)于減少的熱流。圓柱形腔穴20反而是接收較靠近次要反射器300之定日鏡場域200的鏡子202之高熱流的太陽能輻射。
[0114]于本范例，該二個回路是連通的。尤其，提供的是工作流體依序貫穿暴露的管束42然后貫穿浸沒于顆粒床的第二部分32之管束。尤其，運行跨越暴露管束42的工作流體，于本范例為液態(tài)水，之溫度增加而無相轉(zhuǎn)變，然后進入流體床3之內(nèi)部的管束41，在此持續(xù)加熱而相轉(zhuǎn)變成飽和蒸汽并且后續(xù)成為過熱。過熱蒸汽然后根據(jù)已經(jīng)參考第一實施例所描述的進入渦輪81。
[0115]工作流體的整個回路也可以提供儲存槽86，其尺寸致使允許儲存來自暴露之管束42的熱水，而不送到浸沒于顆粒床的熱交換組件41。這允許符合暫停產(chǎn)生能量的特定操作需求，亦即暫停與床部分32的熱交換。更詳言之，對于工廠需求來說，可能須要停止產(chǎn)生蒸汽；假使于日照期間突顯了這種需求，則存在了儲存槽86能夠回收入射在暴露管束42上的太陽能輻射、在當中儲存由該輻射加熱的所水、并且經(jīng)由圓柱形腔穴20而繼續(xù)將熱能儲存于儲存床31。于這些條件，負責交換的床部分32并未流體化。當“停止產(chǎn)生”事件結(jié)束時，可能打開連接回路以連接裝置10之內(nèi)部的管束41而繼續(xù)生產(chǎn)。
[0116]替代而言或配合儲存于槽86的熱水來說，或者無論如何于普通的操作模式，可以經(jīng)由旁通回路861來將暴露之管束42所吸收的能量直接送到可選用的熱消耗90，而利用了該能量。
[0117]進一步過程組態(tài)提供的是暴露管束42所吸收的熱能可以藉由旁通回路861而專門用于供應(yīng)熱消耗90，而剩余的太陽能輻射繼續(xù)由圓柱形腔穴20吸收、由儲存床部分31儲存和伴隨著或沒有太陽時轉(zhuǎn)移到管束41以產(chǎn)生易于送入渦輪81的蒸汽。
[0118]現(xiàn)在參見圖4的實施例，于此情況，提供的是用于儲存和轉(zhuǎn)移太陽能起源之熱能的裝置，在此整個標示為11，其插入標示為102的工廠中。
[0119]裝置11提供了圓柱形腔穴20的入口 210，其由截頭圓錐形表面所界定。在該入口210，為了依循其輪廓，設(shè)置了進一步的熱交換組件以暴露于太陽能輻射，在此標示為420。
[0120]于其他方面，工廠102和裝置11系類似于已經(jīng)參考圖3和3A所描述的。
[0121]如已所言，也分別于圖3和4之工廠101和102的情況，進一步較佳的組態(tài)，未示范，可以專門提供與熱消耗，譬如除鹽系統(tǒng)，的關(guān)聯(lián)而不發(fā)電。
[0122]參見圖5和5A的實施例，于此情況，提供的是用于儲存和轉(zhuǎn)移太陽能起源之熱能的裝置，其整個標示為12而插入標示為103的工廠中。
[0123]于裝置12，提供了暴露的熱交換組件，其整個標示為421而整個表面大于圖3和4的例子。此種熱交換組件421乃精確做出尺寸，如此以吸收較大的太陽能熱流，例如引起過度加熱之工作流體的加熱、蒸發(fā)、過度加熱，因此替代或配合而言，將蒸汽導(dǎo)入渦輪81和/或使之用于一或更多個熱消耗90。
[0124]這具有較大延伸之暴露管交換器421的組態(tài)對于較高功率的工廠而言尤其方便，這是因為于該情況，由于較大尺寸之定日鏡場域200和遠離裝置12的緣故，其上的太陽能輻射足跡有所增加。較大延伸的暴露管交換器因此允許攔下所有可用的入射輻射，而避免增加腔穴20的直徑和再次輻射到環(huán)境所帶來的損失。
[0125]于本范例，熱交換組件421延伸在箱罩2的頂部25上和在腔穴20的入口 210，譬如截頭圓錐形入口上。
[0126]液態(tài)水然后由已經(jīng)提到的泵86所供應(yīng)，并且可以遵循二個回路:第一回路系關(guān)于外部交換組件421，而第二回路系關(guān)于浸沒在顆粒床中的內(nèi)部交換組件41。
[0127]于在此考慮的組態(tài)，關(guān)聯(lián)于暴露熱交換組件421的是將回路劃分成不同的區(qū)段，彼此之間可以連接，以允許上面提及之工作流體的預(yù)熱、蒸發(fā)、過度加熱。尤其，提供了暴露的熱交換組件422，其設(shè)置于腔穴20的周邊并且適合產(chǎn)生工作流體的預(yù)熱；以及進一步提供了暴露的熱交換組件423，其設(shè)置成接近或在腔穴20的入口 210而與組件422串聯(lián)，并且適合產(chǎn)生工作流體的蒸發(fā)和過度加熱。
[0128]較佳而言提供了缸體87，其連接熱交換組件422和423，并且能夠分離液相和氣相，以及萬一短暫沒有日照時能夠操作成為蒸汽儲存機構(gòu)。
[0129]較佳的過程組態(tài)于白天照射期間單純以暴露的管交換器421來提供產(chǎn)生過熱蒸汽，并且伴隨著將熱能儲存于儲存床部分31。于夜間和/或持續(xù)沒有太陽的期間，利用儲存于床31的能量來產(chǎn)生過熱蒸汽，而這是藉由交換床部分32的流體化和交換機構(gòu)41來為之。
[0130]變化的實施例乃示意顯示于圖6。于該變化例，其可以關(guān)聯(lián)于每個上述的其他實施例，空氣進給入口或空氣箱乃進一步細分成三個區(qū)段，其分別標示為510、511、520。尤其，進給到顆粒床之儲存部分31的空氣乃精確細分成經(jīng)由二入口 510和511，如此則較靠近腔穴20的床部分31可以在比較遠離同一腔穴，亦即靠近轉(zhuǎn)移部分32之儲存床部分31還大的速率下而流體化。因此，儲存部分31轉(zhuǎn)而細分，亦即選擇性的可流體化，成為靠近接收腔穴之壁的區(qū)和與之最遠離的區(qū)。
[0131]這進一步細分的優(yōu)點在于有可能增加靠近腔穴之區(qū)的流體化空氣速率，據(jù)此增加壁和相鄰床部分之間的交換系數(shù)。因此，會使于所有儲存部分有相等高速率的情況下由于流體化造成的能量消耗達到最小。再者，藉由減少儲存床第一部分的流體化空氣流率而減少了明顯的熱損失。
[0132]將會了解于上述所有的實施例和變化例，工作流體回路的不同的部分乃易于選擇性的設(shè)定成連通和/或彼此獨立的啟動。
[0133]再者，將會了解于該等實施例和變化例的每一者，接收腔穴及其多樣的部分，尤其是入口，可以具有不同于上面所考慮的形狀和組態(tài)；附帶而言，可能提供浸沒于顆粒床3中的多個接收腔穴。
[0134]對于每個所述組態(tài)而言，可以提供用于圓柱形腔穴20的封閉裝置，未示范，而在壞天氣和/或暫時或持續(xù)沒有日照時避免熱從裝置逸散到外部環(huán)境。當熱交換發(fā)生在儲存床和交換床之間而偏好箱罩內(nèi)部的熱交換組件時，此種封閉裝置于夜間是有利的。
[0135]如在簡介所言，基于較佳的變化實施例，工廠組態(tài)提供劃分成不同熱類別或類型的多組專業(yè)裝置，每個類別適合執(zhí)行用于工作流體之決定的熱力學(xué)步驟。
[0136]于使用水做為工作流體的情況，尤其較佳的是裝置的專業(yè)劃分成二種熱類別。尤其，第一類型提供低溫太陽能生產(chǎn)單元(UGS-L)，其將水轉(zhuǎn)變成飽和蒸汽；而第二類型提供高溫太陽能生產(chǎn)單元(UGS-H)，其在使用上接收來自UGS-L的飽和蒸汽，并且把要送入渦輪的過熱蒸汽或根據(jù)熱力學(xué)循環(huán)需求而是可選擇的再度過熱的蒸汽加以返還。每個單元可以由上述用于儲存和轉(zhuǎn)移的一或更多個裝置所形成，而可選擇的串聯(lián)連接或形成單元本身，并且轉(zhuǎn)而串聯(lián)連接到其他單元的裝置。
[0137]此種專業(yè)便有可能降低構(gòu)成生產(chǎn)工廠的裝置之超過50%的熱體制，而顯著減少從此種裝置之輻射和對流所造成的損失以及節(jié)省建造材料的成本，這導(dǎo)致增加了生產(chǎn)工廠的整體效率。
[0138]此種提供使用根據(jù)上面提及的熱類別之裝置的組態(tài)尤其適合產(chǎn)生高功率。
[0139]參見圖7，示范的是專業(yè)化UGS之間的連接圖，其中為了簡化起見，僅示范插入工廠以用于發(fā)電的單一 UGS單元。于該圖，“發(fā)電區(qū)塊”(power block)較佳而言意謂已經(jīng)在前面參考圖2所述的一組工廠構(gòu)件，較佳而言是蒸汽渦輪81、發(fā)電機82、供應(yīng)泵86、預(yù)熱器(未示范)、獲取器85、凝結(jié)器84。
[0140]UGS-L以較佳的和已經(jīng)描述的方式和方法來接收太陽能輻射并且將熱能轉(zhuǎn)移到工作流體。UGS-L的飽和蒸汽輸出(“蒸汽”)代表了 UGS-H的輸入(SH)，UGS-H則轉(zhuǎn)而以已經(jīng)描述的方式和方法來接收太陽能輻射并且將它轉(zhuǎn)移到工作流體(飽和蒸汽)。
[0141]UGS-H的輸出是過熱蒸汽(SH)，其系送到發(fā)電區(qū)塊。
[0142]如所言，關(guān)于熱循環(huán)的要求，也可能產(chǎn)生再度過熱蒸汽；這情況乃由圖7的第二單元UGS-H(RH)所示范，其具有與UGS-H(SH)相同的熱特色而接收太陽能輻射和冷的再度過熱蒸汽做為來自發(fā)電區(qū)塊的輸入，并且將它以熱的再度過熱蒸汽之形式而返還到發(fā)電區(qū)塊。舉例來說，冷的再度過熱蒸汽的溫度是300°C，而來自UGS-H(RH)之熱的再度過熱蒸汽的溫度是500°C。
[0143]圖7中由冷的RH和熱的RH所指的連結(jié)則分別是由中溫渦輪所收集的蒸汽和由UGS-H(RH)在適合熱循環(huán)的溫度下，較佳而言在蒸汽渦輪的最大溫度，所產(chǎn)生的蒸汽。
[0144]熱循環(huán)圖是熟于此技藝者所已知的，因此這里不進一步示范說明。
[0145]從圖7所示范的該簡化圖，圖8則顯示具有許多專業(yè)化高溫和低溫UGS單元的發(fā)電廠圖。
[0146]于圖8，示意顯示的是已經(jīng)由圖7所示范的低溫和高溫太陽能生產(chǎn)單元之間熱串聯(lián)連接的基本概念。
[0147]尤其，圖8強調(diào)UGS-L500群組和UGS-H600群組，其皆由彼此設(shè)定成平行之相同熱類別的單元所形成。UGS-L500和UGS-H600群組一般而言乃設(shè)置成熱串聯(lián)。
[0148]更詳細而言，UGS-H群組乃細分成專用于產(chǎn)生過熱蒸汽的UGS-H(SH)和專用于產(chǎn)生再度過熱蒸汽的UGS-H(RH)。低溫群組500的UGS - L則藉由收集回路501而接收來自熱循環(huán)，圖中標示為“發(fā)電區(qū)塊”，之預(yù)熱的水。每個UGS-L的輸出是藉由分布回路502而傳送和分布到高溫單元群組600的每個UGS-H(SH)。
[0149]圖中UGS-H(SH)的輸出乃示意顯示成送到發(fā)電區(qū)塊的過熱蒸汽回路601。此示意圖也呈現(xiàn)出產(chǎn)生再度過熱蒸汽做為UGS-H(RH)之輸出的情況。于該情況，顯示的是來自渦輪而送到每個UGS -H(RH)之冷的再度過熱蒸汽回路602，以及顯示的是在最大壓力和溫度下送到渦輪階段之熱的再度過熱蒸汽回路603。
[0150]圖8的圖形也顯示UGS相對于發(fā)電區(qū)塊的較佳設(shè)置，例如把具有高熱體制的單元(UGS-H)安裝成靠近發(fā)電區(qū)塊，如此以使工作流體分布管線的表面和因此而來的熱逸散，雖然有絕緣，減到最小。
[0151]最后，于另一較佳的變化實施例，巡回于內(nèi)部和/或暴露之熱交換組件的工作流體可以是空氣而非水/蒸汽。于該情況，工作流體回路的構(gòu)件乃致使適合布雷登-焦耳循環(huán)(Brayton-Joule cycle)的運行。于該循環(huán)，空氣在于氣體渦輪中膨脹之前先由本發(fā)明之用于儲存和轉(zhuǎn)移的裝置所壓縮然后再預(yù)熱。為了在渦輪中膨脹之前增加系統(tǒng)效率，最好藉由在氣體渦輪之同一燃燒器中燃燒氣態(tài)燃料而進一步提升空氣的熱含量。
[0152]本發(fā)明已在此參考其較佳實施例而描述。要了解可能存在了其他的實施例，而都落于同一發(fā)明概念里，如下文之權(quán)利要求的保護范圍所界定的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于儲存和轉(zhuǎn)移關(guān)聯(lián)于入射太陽能輻射之熱能的裝置(I ;10 ；11 ;12)，所述裝置(I)乃易于用在基于“下束”組態(tài)而產(chǎn)生能量的太陽能工廠，其中所述裝置是由太陽能輻射從上面所照射，所述裝置(I)包括: 容納箱罩(2);以及 至少一可流體化顆粒床(3)，其接收在所述箱罩(2)里， 其中所述箱罩(2)具有至少一接收腔穴(20)，其延伸經(jīng)過所述顆粒床(3)并且具有第一開放縱向末端(21)而界定出用于入射之太陽能輻射的入口，以及具有相對于所述第一開放末端(21)的第二封閉縱向末端(22)而界定出腔穴的底部，腔穴的側(cè)裙(23)則界定在所述等末端之間， 整體設(shè)置系致使所述顆粒床(3)乃設(shè)置成接著并且較佳而言是接觸著所述腔穴(20)的所述側(cè)裙(23)，并且所述顆粒床(3)是易于被流體化氣體所移動以用于儲存經(jīng)由所述側(cè)裙(23)而從太陽能輻射所接收的熱能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(I)，其中所述腔穴(20)具有實質(zhì)伸長的并且較佳而言是實質(zhì)圓柱形的幾何造型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置(I)，其中所述腔穴(20)具有縱軸(I)，而整體組態(tài)系致使所述縱軸(I)在使用上乃設(shè)置于實質(zhì)垂直的方向上。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(I)，其中所述腔穴(20)的所述側(cè)裙(23)具有金屬性材料和/或陶瓷材料的外部表面。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(I)，其中所述腔穴(20)的所述第二縱向末端(22)乃實質(zhì)設(shè)置在或接近所述箱罩(2)的底部和/或所述顆粒床(3)的基底。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(I)，其中所述側(cè)裙(23)乃吸收太陽能輻射。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(I)，其中所述腔穴(20)的所述底部(22)乃反射太陽能輻射。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(I)，其中所述腔穴(20)具有橫向維度，較佳而言是直徑(d)和正交于所述橫向維度的高度(h)，此二者的比例所包括的范圍在約0.2?0.5。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(I)，其中所述顆粒床(3)轉(zhuǎn)而是由以下所形成: 第一儲存部分(31)，其易于儲存從太陽能輻射所接收的熱能并且設(shè)置在所述腔穴(20)的所述側(cè)裙(23);以及 第二轉(zhuǎn)移部分(32)，其設(shè)置成相鄰于所述第一部分(31)并且易于將第一部分(31)所儲存的熱能轉(zhuǎn)移到設(shè)置在所述箱罩(2)里的熱交換機構(gòu)(41)， 其中所述第一儲存部分(31)和所述第二轉(zhuǎn)移部分(32)是可選擇性和獨立的流體化以分別執(zhí)行儲存熱能的步驟和轉(zhuǎn)移所述儲存能量的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置(I)，其中所述第一儲存部分(31)乃細分成至少兩個進一步的部分，其中一者乃相鄰于所述腔穴的側(cè)裙并且另一者則遠離腔穴的側(cè)裙，所述兩個進一步的部分是可選擇性和獨立的流體化以增加與所述腔穴的熱交換。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(I)，其包括易于選擇性的變化流體化氣體速率和/或流率的機構(gòu)。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(I)，其包括氣體/氣體型(較佳而言是空氣/空氣型)熱交換器(71)，其中整體設(shè)置致使在使用上于所述交換器(71)進給第一冷氣體，所述第一冷氣體是要用于所述顆粒床(3)之流體化的流體化氣體，以及進給第二熱氣體，所述第二熱氣體是從所述顆粒床(3)出口的流體化氣體。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(I)，其包括熱交換機構(gòu)(41，42)，較佳而言是一或更多根管束，其在使用上被工作流體所貫穿。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置(I)，其包括第一熱交換機構(gòu)(41)而在使用上被工作流體所貫穿并且設(shè)置在所述箱罩(2)里，如此以浸沒于或觸碰著所述可流體化顆粒床(3)，較佳而言是浸沒于或觸碰著可流體化顆粒床(3)的所述第二轉(zhuǎn)移部分(32)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的裝置(10)，其包括第二熱交換機構(gòu)(42)而在使用上被工作流體所貫穿并且設(shè)置在所述箱罩(2)的外部，如此以被入射的太陽能輻射所照射。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置(10)，其中整體組態(tài)致使所述第二熱交換機構(gòu)(42)在使用上乃設(shè)置在所述箱罩(2)的頂部(25)，較佳而言在所述入口(21)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置(10)，其中所述腔穴(20)的所述入口(21)是由直角的表面所界定。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置(11)，其中所述腔穴入口(210)是由截頭圓錐形表面所界定。
19.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(I)，其包括設(shè)置在所述箱罩(2)里的第一熱交換回路部分，如此以能夠與所述顆粒床(3)做熱交換，較佳而言與所述顆粒床(3)的所述第二部分(32)做熱交換。
20.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(10)，其包括設(shè)置在所述箱罩(2)之外的第二熱交換回路，如此以能夠與入射的太陽能輻射做直接熱交換。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置(12)，其中所述第二回路劃分成不同的區(qū)段以允許預(yù)熱和蒸發(fā)工作流體。
22.根據(jù)權(quán)利要求19或20或21所述的裝置(10)，其中所述第一和第二回路乃彼此連通、乃易于選擇性的設(shè)定成連通、或是完全獨立的和/或可彼此獨立的啟動。
23.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(I)，其在所述顆粒床(3)里或在顆粒床(3)的部分里包括用于進給燃料的機構(gòu)，較佳而言是進給氣態(tài)燃料。
24.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置(I)，其系適合熱串聯(lián)連接于彼此設(shè)置在不同溫度體制的裝置，如此以相對于工作流體的貫穿感而呈現(xiàn)增加溫度。
25.—種產(chǎn)生能量的工廠(100)，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的一或更多個裝置(I)，以及包括太陽能輻射捕獲機構(gòu)(200 ；300 ;210)，其聯(lián)合所述裝置(I)而界定出讓太陽能輻射從上面會聚的照射組態(tài)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的工廠(100)，其中所述太陽能輻射捕獲機構(gòu)包括主要捕獲機構(gòu)(200)，其較佳而言是定日鏡場域而直接涉及太陽能輻射，以及包括次要捕獲機構(gòu)(300)，其較佳而言是反射器而易于從所述主要機構(gòu)接收太陽能輻射并且將輻射傳送到所述裝置(I)的所述腔穴(20)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的工廠(100)，其中整體組態(tài)致使太陽能輻射系傳送在所述腔穴(20)里而在所述顆粒床(3)的暴露表面。
28.根據(jù)權(quán)利要求25至27中任一權(quán)利要求所述的工廠(100)，當依附權(quán)利要求18和19時，其中整體組態(tài)乃致使允許在所述第一熱交換回路以及可選擇的也在所述第二熱交換回路來產(chǎn)生蒸汽或熱能，并且其中較佳而言所述第一和第二熱交換回路是可彼此獨立的啟動。
29.根據(jù)權(quán)利要求25至28中任一權(quán)利要求所述的工廠(100)，當依附權(quán)利要求18和19時，其中整體組態(tài)乃致使允許在所述第一熱交換回路來生產(chǎn)用于發(fā)電的蒸汽或熱，以及允許在所述第二熱交換回路來生產(chǎn)用于一或更多個熱消耗(90)的熱能。
30.根據(jù)權(quán)利要求25至2中任一權(quán)利要求所述的工廠(100)，其提供產(chǎn)生蒸汽和/或產(chǎn)生熱以用于連接的熱消耗，較佳而言系用于除鹽系統(tǒng)。
31.根據(jù)權(quán)利要求25至30中任一權(quán)利要求所述的工廠(100)，其提供產(chǎn)生蒸汽和/或發(fā)電，而包括熱串聯(lián)連接的二或更多個裝置(I)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的工廠(100)，其包括一個或第一組裝置(UGS-L)而建構(gòu)成將工作水轉(zhuǎn)變成飽和蒸汽，以及包括一個或第二組裝置(UGS-H)而建構(gòu)成將所述飽和蒸汽轉(zhuǎn)變成過熱蒸汽或者甚至轉(zhuǎn)變成再度過熱蒸汽。
33.一種從太陽能輻射產(chǎn)生能量的方法，其提供使用根據(jù)權(quán)利要求25到32中任一權(quán)利要求所述的工廠(100)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其藉由將主要捕獲機構(gòu)(210)定位在自然的或人工的斜率上而提供來自上面的太陽能輻射。
35.根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的方法，其提供伴隨產(chǎn)生電能和熱能，而電能較佳而言系用于產(chǎn)生去鹽水。
36.根據(jù)權(quán)利要求33至35中任一權(quán)利要求所述的方法，其包括根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置(I)，而所述方法包括以下步驟: 儲存來自顆粒床(3)的所述第一部分(31)所集中之太陽能輻射而接收的熱能；以及 將所述儲存步驟所儲存的熱能轉(zhuǎn)移到由工作流體所貫穿的熱交換機構(gòu)(41)，此系由床的所述第二部分(32)的流體化所進行， 其中所述等熱儲存和轉(zhuǎn)移步驟乃彼此獨立的啟動，較佳而言一者于白天啟動并且另一者于白天和夜間啟動。
37.根據(jù)權(quán)利要求33至36中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述流體化氣體是空氣。
38.根據(jù)權(quán)利要求33至37中任一權(quán)利要求所述的方法，其中提供了流體化氣體速率和/或流率的選擇性變化。
39.根據(jù)權(quán)利要求33至38中任一權(quán)利要求所述的方法，其包括根據(jù)權(quán)利要求18和19所述的裝置，其中所述第二熱交換回路是于白天啟動，并且所述第一熱交換回路是于夜間啟動。
40.根據(jù)權(quán)利要求33至39中任一權(quán)利要求所述的方法，其使用水或空氣做為工作流體。
41.根據(jù)權(quán)利要求33至40中任一權(quán)利要求所述的方法，其提供使用一個或第一組裝置(UGS-L)而建構(gòu)成將工作水轉(zhuǎn)變成飽和蒸汽，以及使用一個或第二組裝置(UGS-H)而建構(gòu)成將此種飽和蒸汽轉(zhuǎn)變成過熱蒸汽或者甚至轉(zhuǎn)變成再度過熱蒸汽。
【文檔編號】F24J2/28GK104204516SQ201280071903
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月3日
【發(fā)明者】馬里奧·馬佳蒂, 根納羅·米歇爾, 弗蘭克·多納蒂尼 申請人:馬迦迪工業(yè)有限公司