特表 2023-521571 強く集光されたソーラーパワーによるバルク材料の熱処理のためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-25

(54)【発明の名称】強く集光されたソーラーパワーによるバルク材料の熱処理のためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   F24S 20/30 20180101AFI20230518BHJP

   F24S 23/70 20180101ALI20230518BHJP

【ＦＩ】

F24S20/30

F24S23/70

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022558226

(86)(22)【出願日】2021-03-31

(85)【翻訳文提出日】2022-11-15

(86)【国際出願番号】 IB2021052680

(87)【国際公開番号】W WO2021198942

(87)【国際公開日】2021-10-07

(31)【優先権主張番号】102020000007063

(32)【優先日】2020-04-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518019673

【氏名又は名称】マガルディ パワー ソシエタ ペル アチオニ

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】マガルディ，マリオ

(72)【発明者】

【氏名】バセッティ，フルヴィオ

(72)【発明者】

【氏名】ネイサン，グラハム‘ガス’

(72)【発明者】

【氏名】キンニーチ，アルフォンソ

(72)【発明者】

【氏名】ビー．ダリー，バッサム

(57)【要約】

固体バルク材料、例えば石灰石又は鉱石のための処理システム（１００；２００；３００）であって、上記処理システム（１００；２００；３００）が、－輸送面（１５８）に固体バルク材料を受け取り、上記材料を、直線経路に従って投入領域（１５５）から放出領域（１５６）に移動させるように構成された機械式コンベヤ（１５０）と、－外部ヘリオスタットフィールド（１１０）によって搬送される太陽放射を受け取るように構成された加熱チャンバ（１３０）とを備え、上記太陽放射に関連する熱エネルギーが直接衝突によって、又は上記加熱チャンバ（１３０）の内面若しくは内壁（１３６）による反射若しくは再照射によってバルク材料に伝達されるように、上記輸送面（１５８）の長さ部分（１５１）が上記加熱チャンバ（１３０）の内部又は下を通る。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体バルク材料のための処理システム（１００；２００；３００）であって、処理システム（１００；２００；３００）が、
輸送面（１５８）に前記固体バルク材料を受け取り、前記材料を投入領域（１５５）から放出領域（１５６）に移動させるように構成された機械式コンベヤ（１５０）と、
外部光学装置（１１０）によって搬送される太陽放射を受け取るように構成された加熱チャンバ（１３０）とを備え、
前記太陽放射に関連する熱エネルギーが直接衝突によって、又は前記加熱チャンバ（１３０）の内面若しくは内壁（１３６）による反射若しくは再照射によって前記バルク材料に伝達されるように、前記輸送面（１５８）の長さ部分（１５１）が前記加熱チャンバ（１３０）の内部又は下を通る
処理システム（１００；２００；３００）。

【請求項2】

前記機械式コンベヤがベルトコンベヤ（１５０）であり、好ましくは前記輸送面（１５８）が少なくとも部分的に実質的に平坦面である、請求項１に記載の処理システム（１００；２００；３００）。

【請求項3】

前記加熱チャンバ（１３０）の前記内面又は内壁（１３６）が、少なくとも１つの反射及び／又は再放射面を備え、前記反射及び／又は再放射面が、前記加熱チャンバ（１３０）に入った前記太陽放射を、前記機械式コンベヤ（１５０）の前記長さ部分（１５１）に直接、又は前記加熱チャンバ（１３０）の別の反射及び／又は再放射面に反射するように構成される、請求項１又は２に記載の処理システム（１００；２００；３００）。

【請求項4】

前記加熱チャンバ（１３０）が、好ましくは側壁（１３１）又は屋根壁（１３２）に配置された、前記太陽放射のための入射開口部（１３５；２３５）を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の処理システム（１００；２００；３００）。

【請求項5】

前記入射開口部（１３５；２３５）が、前記加熱チャンバ（１３０）の内部を外部環境と直接連通し、使用時に閉止手段又は遮蔽手段が取り除かれる、請求項１～４のいずれか一項に記載の処理システム（１００；２００；３００）。

【請求項6】

前記加熱チャンバ（１３０）が、加熱チャンバ（１３０）からのガス、特に空気又はＣＯ_２の流出のための流出デバイス（１３８）、特にフード及び／又は煙突を備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の処理システム（１００；２００；３００）。

【請求項7】

前記機械式コンベヤ（１５０）の輸送方向に対して前記加熱チャンバ（１３０）の上流に位置決めされたリフトデバイス（１６０）、特にリフトコンベヤをさらに備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の処理システム（１００；２００；３００）。

【請求項8】

前記機械式コンベヤ（１５０）の輸送方向に関して前記加熱チャンバ（１３０）の上流に位置決めされた材料破砕装置（１７０）をさらに備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の処理システム（１００；２００；３００）。

【請求項9】

前記機械式コンベヤ（３５０）の輸送方向に関して前記加熱チャンバ（３３０）の下流に位置決めされた熱回収装置（３９０）、特に熱交換器を備える、請求項１～８のいずれか一項に記載の処理システム（３００）。

【請求項10】

前記熱回収装置が、熱光起電力パネルを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の処理システム（３００）。

【請求項11】

前記加熱チャンバ（１３０）と、前記機械式コンベヤ（１５０）の前記長さ部分（１５１）とが、地面に対して特定の高さに配置される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の処理システム（１００；２００；３００）。

【請求項12】

前記光学装置（１１０）を備える、請求項１～１１のいずれか一項に記載の治療システム（１００；２００；３００）。

【請求項13】

前記光学装置（１１０）が、地表面に位置決めされた複数の反射要素（１１１）、好ましくはヘリオスタットフィールドを備える、請求項１～１２のいずれか一項に記載の処理システム（１００；２００；３００）。

【請求項14】

前記光学装置（１１０）が、地表面に配置された１つ又は複数の一次反射器（２１１）と、特定の高さに配置された１つ又は複数の二次反射器（２１２）とを備えるビームダウン構成を有して、前記太陽放射を上から前記加熱チャンバ（２３０）に搬送する、請求項１２又は１３に記載の処理システム（２００）。

【請求項15】

前記加熱チャンバ（３３０）の下流に配置された、前記加熱された材料を貯蔵するための高温タンクを備える、請求項１～１４のいずれか一項に記載の処理システム（１００；２００；３００）。

【請求項16】

固体バルク材料のための熱処理方法であって、
輸送経路に従って輸送面（１５８）で固体バルク材料を輸送するステップと、
前記輸送経路の長さが、外部光学装置（１１０）によって搬送される太陽放射を受け取るように構成された加熱装置（１３０）を通過し、又は前記加熱装置（１３０）の下を通り、前記太陽放射に関連する熱エネルギーが直接衝突によって、又は前記加熱装置（１３０）の内面若しくは内壁（１３６）による反射若しくは再照射によって前記バルク材料に伝達されるステップと
を含む方法。

【請求項17】

バルク材料焼成システム、特に石灰石焼成システムである、請求項１６に記載の処理方法。

【請求項18】

バルク材料脆化システムである、請求項１６に記載の処理方法。

【請求項19】

熱又は電気エネルギー発生システムである、請求項１６～１８のいずれかに記載の処理方法。

【請求項20】

請求項１～１５のいずれか一項に記載の処理システム（１００；２００；３００）を使用する、請求項１６～１９のいずれか一項に記載の処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

発明の分野
本発明は、集光された太陽放射によって固体バルク材料、例えば砂、石灰石、鉱石、又は金属を熱処理又は加工するためのシステム、プラント、及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

発明の背景
バルク形態での多くの固体材料は、例えば脆化／脆弱化の目的で特定の特性を得るために、例えば焼成の目的で化学反応を開始するために、又はさらなる使用の目的で材料を単に加熱するために大規模な熱処理を必要とする。そのような固体バルク材料への熱エネルギーの供給は通常、燃料燃焼を必要とし、一酸化炭素及び二酸化炭素、二酸化窒素、オゾン、粒子状物質（ＰＭ）、鉛、及び二酸化硫黄を含む、人及び環境に有害な汚染ガス及び温室効果ガスの排出をもたらす。

【0003】

同様の問題は、太陽による熱エネルギーの有用な活用において、産業利用を含めたエンドユーザが容易に利用できる電気エネルギー又は他の形態のエネルギーへの変換を効果的に実現しようとするときにも生じる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発明の概要
したがって、本発明によって提起されて解決される技術的課題は、先行技術を参照して上述した欠点を克服し、特に固体バルク材料の効果的な熱処理を達成することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記の問題は、請求項１に記載のシステム及び請求項１４に記載の方法によって解決される。

【0006】

本発明の好ましい特徴は、従属請求項の主題である。

【0007】

本発明は、集光されたソーラーパワーを使用して、高温に耐性がある機械式コンベヤで受け取られて輸送される固体バルク材料に熱エネルギーを提供することによって、上記の技術的問題を解決する。機械式コンベヤは、太陽放射が集光される加熱又は高温チャンバを通過する又はその下を通る経路を辿る。

【0008】

機械式コンベヤは、好ましい構成では、幅全体にわたる上部アイドラでボルト固定されて支持された、部分的に重ねられたスチールパンを搬送するスチールダブルワイヤメッシュに基づくＭａｇａｄｉ Ｓｕｐｅｒｂｅｌｔ技術（登録商標）によって実現される。従来のチェーンコンベヤに比べて、このメッシュ設計は、最も過酷な条件下（非常に高い温度及び摩耗性の高い材料など）で最大の信頼性を保証する。

【0009】

機械式コンベヤは、国際公開第８７０４２３１Ａ１号、国際公開第２００４１１０６７４Ａ１号、国際公開第２００７０３４２８９Ａ１号、又は国際公開第０３０７１１８９Ａ１号のいずれかの開示に従って作製することができる。

【0010】

加熱チャンバは、好ましくはその側壁又は上壁に設けられる、集光された太陽放射を取り込むためのアパーチャを含む。加熱チャンバは、複数の内面を含むことができ、これらは、チャンバの側壁及び／又は屋根壁若しくは上壁によっても画定される。好ましい構成では、チャンバの内部とコンベヤに受け取られたバルク材料との間の熱的連通を伴って機械式コンベヤの走行長さ部分が通過することを可能にするために、チャンバの底部を開放し、機械式コンベヤに接続する又は関連付けることができる。

【0011】

チャンバは、煙突やガス処理デバイスへの高温空気又は他のガスの収集及び送達のためのフードを備えることができる。

【0012】

したがって、機械式コンベヤの走行長さは、搬送されるバルク材料が集光されたソーラーパワーから熱エネルギーを受け取るように、チャンバの下又は内部に位置される。太陽放射は、チャンバ壁での反射及び／又は上記壁からの再照射によって、バルク材料に直接衝突することができる。

【0013】

上述した構成では、チャンバは、好ましくは高温耐性タイル又は耐火性材料を内部に裏当てされ、これらのタイル又は材料は、アパーチャを通って直接入射する、並びにチャンバ壁及び屋根壁によって反射及び／又は再照射されて間接的に入射するソーラーパワーに露出される。

【0014】

チャンバ内、タイル又は耐火性材料の裏に断熱層を設置して、環境への熱分散を制限することができる。

【0015】

ソーラーパワーにさらされる高温タイル又は耐火性表面は、好ましい構成では、チャンバの下又は内部に延びる材料へのソーラーパワー放出を最大にするために高い反射率及び放射率を有することがある。

【0016】

太陽放射を加熱チャンバに集光させるために、光学システムを提供することができる。そのようなシステムは、ヘリオスタットフィールドを含むことができ、太陽放射を収集して、最終的には１つ又は複数の二次反射器の介在によって加熱チャンバに集光させる。

【0017】

上記の構成において、熱的若しくは熱化学的プロセスを生じさせる又は所望の熱処理を行うのに適した所望の値まで、所望の時間にわたってバルク材料の温度を上昇させることができる。特に、加熱チャンバ内での強い太陽放射パワーの影響下で、機械式コンベヤで輸送される材料は、高温値まで、例えば最大で約６００～１０００℃の範囲まで加熱される。

【0018】

本発明は、石灰石焼成、鉱石の粉砕又は脆弱化、及び脱炭素化など多くの産業プロセスに適用される。

【0019】

例えば、石灰石焼成の場合、コンベヤに石灰石を供給し、光学システムによってソーラーパワーをチャンバ及び／又はコンベヤに集光させ、最終的に、チャンバの壁が、熱放射又はパワーをベルトコンベヤに反射及び／又は再照射する。強いソーラーパワー集光の影響下で、石灰石の温度は焼成温度まで上昇し、ベルトに留まる石灰と、チャンバから引き出され、最終的にさらに処理されるＣＯ_２とに変換される。

【0020】

上記プロセスでの太陽エネルギーの使用は、燃料及び／又は電気消費、及びＣＯ_２排出量を削減する。

【0021】

バルク材料によって捕捉された熱は、加熱チャンバの下流の他のプロセス、例えば電気エネルギー生成に使用することもできる。

【0022】

コンベヤ速度、コンベヤの輸送面上の材料厚さ、チャンバ内での熱エネルギー露出下のコンベヤの長さ及び幅などのプロセスパラメータは、所要の熱処理の特定の条件を満たすように選択及び調整することができる。

【0023】

特定の実施形態によれば、機械式コンベヤの下流に熱回収システムを設置して、高温材料に含まれる熱エネルギー（の一部）を、さらなる使用のために引き出すことができる。例えば、固体粒子から蒸気への熱交換器を、機械式コンベヤの下流に又はその経路に沿って配置することができ、過熱蒸気を生成し、過熱蒸気は、産業目的に使用することができ、又はさらに発電用の蒸気タービンを駆動することができる。

【0024】

太陽放射がない場合又は太陽放射と併用する場合（夜間又は曇天）にプロセス継続性を実現するために、コンベヤケーシング又はカバーは、バルク材料の加熱を助ける機能を有する補助加熱要素、例えば放射バーナ又はＩＲ放射パネルを装備することができる。

【0025】

本発明の他の利点、特徴、及び使用モードは、限定目的ではなく例として提供されているいくつかの実施形態の以下の詳細な説明から明らかになろう。

【0026】

図面の簡単な説明
添付図面の各図を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】例えば石灰石焼成において適用するための、本発明の好ましい実施形態によるプラントレイアウト又はシステムを示す図である。

【図2】例えば材料の脆化、粉砕、又は脆弱化において適用するための、本発明の別の好ましい実施形態によるプラントレイアウト又はシステムを示す図である。

【図3】例えば発電において適用するための、本発明のさらなる好ましい実施形態によるプラントレイアウト又はシステムを示す図である。

【図4】前の各図のプラントレイアウト又はシステムのいずれかの加熱チャンバ及び機械式コンベヤの一実施形態の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

発明の好ましい実施形態の詳細な説明
本発明のいくつかの実施形態及び変形形態を、既に挙げた図を参照して以下に述べる。

【0029】

全般的には、様々な図において、同様の構成要素は、対応する参照番号を使用して示されている。

【0030】

既に述べたもの以外のさらなる実施形態及び変形形態は、先行する実施形態及び変形形態に対する関連の相違点についてのみ説明する。

【0031】

さらに、以下で述べる様々な実施形態及び変形形態の特徴は、適合性がある場合には組合せ可能であると理解すべきである。

【0032】

最初に図１を参照すると、固体バルク材料、特に石灰石を焼成するためのプラント又はシステムが、全体を参照番号１００で示されている。バルク材料は、例示的に表され、参照符号Ｂで示されている。

【0033】

図１の焼成システム、及びそれによって実施されるプロセスにより、ＣＯ_２回収も可能な石灰生産を可能にする。

【0034】

石灰石の焼成は、以下の化学反応による分解プロセスである：ＣａＣＯ_３＝ＣａＯ＋ＣＯ_２。

【0035】

純粋なＣａＣＯ_３に関する空気中での化学分解反応は、約８５０℃で始まる。炭酸カルシウムの焼成は強い吸熱反応であり、温度が石灰石中の炭酸塩の解離温度を超えるときに始まり、解離温度は、典型的には約８５０～１３４０℃の範囲内である。反応が始まると、温度を解離温度よりも高く保ち、反応で発生するＣＯ_２を除去しなければならない。

【0036】

本実施形態によれば、システム１００は、加熱又は高温チャンバ１３０に太陽放射を集光させるための光学装置１１０を備える。高温に耐性のある機械式コンベヤ１５０、特にベルトコンベヤも提供され、固体バルク材料を輸送するように構成される。参照番号１５１で示されるベルトコンベヤ１５０の長さ部分は、加熱チャンバ１３０を通過する又はその下を通る。機械式コンベヤ１５０の輸送方向は、図１に矢印で示されている。

【0037】

光学システム１１０は、ヘリオスタットフィールド、特に複数のヘリオスタットを備え、そのうちの１つが参照番号１１１で示されている。ヘリオスタット１１１は地面に位置され、太陽放射はヘリオスタット１１１に直接衝突する。

【0038】

好ましくは、光学システム１１０は、空を横切る太陽の見かけの動きをヘリオスタット又は他の光学要素が追うことができるようにする追跡システムを備える。

【0039】

加熱チャンバ１３０は、本実施形態では、地表面よりも高い位置にあり、ヘリオスタットによって反射された集光されたソーラーパワーを受け取るように構成される。この狙いで、高さ支持構造を、加熱チャンバ１３０及び／又は機械式コンベヤ１５０に関連付けることができる。

【0040】

本実施形態では、加熱チャンバ１３０は、いくつかの側壁又は側部スカート１３１、及び屋根壁又は上壁１３２を備える。

【0041】

加熱チャンバ１３０の１つ又は複数の側壁には、集光された太陽放射を加熱チャンバ１３０内に取り込むためのアパーチャ又は開口部が設けられている。図１の表現では、ただ１つの開口部が見えており、参照番号１３５で示されている。好ましい実施形態では、入射開口部１３５は、加熱チャンバ１３０の内部を外部環境と直接連通し、使用時に閉止手段又は遮蔽手段が取り除かれる。

【0042】

加熱チャンバ１３０は、図１に例として参照番号１３６で示される壁の内面を有し、内面は、少なくとも１つの反射及び／又は再放射面を備え、この反射及び／又は再放射面は、加熱チャンバ１３０に入る太陽放射を、機械式コンベヤ１５０の長さ部分１５１に直接反射する、又は上記加熱チャンバ１３０の別の反射及び／又は再放射面に反射するように構成される。

【0043】

特定の実施形態によれば、加熱チャンバ１３０の内面又は内壁は複数の反射面を備え、各反射面が、入射開口部１３５を通って入る太陽放射を反射するように構成され、全体的な構成は、上記反射面での複数回の反射の下流で入射放射がバルク材料に当たるようなものである。

【0044】

一実施形態によれば、加熱チャンバ１３０の内面又は内壁は、有利には放射キャビティ構成に従って、太陽放射から吸収された熱エネルギーをチャンバ内部で再放射するように構成された複数の反射及び／又は再放射面を備える。

【0045】

有利には、反射及び／又は再放射面は、開口部１３５から出射する放射エネルギーを低減する傾向がある相互形態係数を有する。

【0046】

前述した反射及び／又は再放射面、又はそれらの少なくとも１つは、以下の概要の１つに属する反射を有する。放射反射角が入射角と等しい鏡面反射；放射入射面に関係なく全方向への反射を有する拡散反射；鏡面反射と拡散反射とのハイブリッド挙動を伴う光沢反射（glossy reflectivity）。

【0047】

好ましい実施形態では、加熱チャンバ１３０は、例えば（少なくとも部分的に）断熱材から作られる壁１３１及び１３２によって画定されるケーシングを有する。

【0048】

好ましくは、本例のように、加熱チャンバ１３０の底部は開いており、ベルトコンベヤ１５０に接続される又は関連付けられる。

【0049】

加熱チャンバ１３０は、ＣＯ_２及び高温空気を除去するためのフード及び／又は煙突１３８を備えることができ、これは焼成プロセスの進行を助ける。

【0050】

ＣＯ_２を含有するガス流は、好ましくはＣＯ_２捕捉装置及び／又は廃熱回収装置を含む１つ又は複数のガス処理デバイスに送達することができる。

【0051】

上述したように、コンベヤ１５０は、好ましくは実質的に平坦な構成を有するその輸送面１５８に固体バルク材料を受け取り、上記材料を投入領域１５５から放出領域１５６に移動させるように構成される。本実施形態では、コンベヤ１５０は、例えば当技術分野で知られている機械的構成要素によって駆動されるエンドレスベルトに基づく。本例では、コンベヤベルトは、その前進走行時に、又は少なくとも加熱チャンバ１３０内部又は下で、実質的に直線経路を取る。

【0052】

上述したように、ベルトコンベヤ１５０の走行長さ部分１５１は、加熱チャンバ１３０の下又は内部に位置され、集光されたソーラーパワーからバルク材料が熱エネルギーを受け取ることを可能にする。太陽放射は、直接、チャンバ壁での反射によって、及び／又は上記壁からの再照射によって、バルク材料に衝突することができる。言い換えると、ベルトコンベヤ１５０は、その長さ部分１５１で加熱チャンバ１３０に熱的に接続され、アパーチャ１３５を通ってチャンバ１３０に入る太陽放射が、ベルトコンベヤ１５０で輸送されるバルク材料に熱エネルギーを伝達する。

【0053】

上述したように、好ましくは、加熱チャンバ１３０は、アパーチャ１３５を通って入るソーラーパワーを直接受け取る、及び／又は他のチャンバ壁１３１、１３２による反射及び／又は再照射によってソーラーパワーを間接的に受け取る、高温耐性タイル及び／又は耐火性材料を内部に裏当てされる。

【0054】

加熱チャンバ１３０は、その壁１３１、１３２の内面が、機械式コンベヤ１５０によって石灰石が輸送されているチャンバ底部に向かうパワーの放出を最大化するのに適した適切な形態係数を備えることができるように構成される。

【0055】

好ましい実施形態では、バルク材料は、壁によって反射及び／又は再放射されたエネルギーを材料自体に向けて迅速に伝達するのに有利であるように、上述した反射壁よりも高い吸光度値を有する。

【0056】

好ましい実施形態では、チャンバ表面は、好ましくは１０００℃を超える高温に対する高い耐性、及び／又はバルク材料よりも高い反射率、好ましくは標準規格ＡＳＴＭ Ｇ１７３及びＩＳＯ７６６８を参照して計算された場合に７０％を超える反射率を有する。

【0057】

焼成プロセスの特定の要件及び条件を満たすために、コンベヤ速度、コンベヤ上の材料の厚さ、太陽露出下での部分１５１のベルト長さ、及び太陽放射下での滞留時間などのプロセスパラメータを選択及び調整することができる。

【0058】

チャンバ内での強い太陽放射の影響下で、材料の温度は、石灰石分解を行うのに適した所望の焼成値まで、所望の時間にわたって上昇される。

【0059】

光学システムのサイズ及び幾何形状に応じて、機械式コンベヤ１５０を地表面から特定の高さに位置させることもでき、この場合、材料を持ち上げて投入領域１５５でベルトコンベヤ１５０に供給するために、加熱チャンバ１３０の上流で補助搬送システム１６０が使用される。この目的で、ベルトコンベヤ、バケットエレベータ、又は同様のデバイス及びシステムなど従来のリフトコンベヤを使用することができる。

【0060】

放出領域１５６で、補助コンベヤ１６１を使用することができる。

【0061】

図１の例示的な表現には、メインベルトコンベヤ１５０並びにサイド補助搬送又はリフトシステム１６０及び１６１の上のバルク材料用の連節経路が示されている。

【0062】

図１のプラント構成では、加熱チャンバ１３０の上流及び下流にそれぞれ位置された、破砕された材料の送給デバイス１７０及び加熱された材料の収集デバイス１８０も示されている。

【0063】

単純化された実施形態では、機械式コンベヤは、受動輸送面、例えばシュートでもよい。

【0064】

図２は、本発明によるプラント又はシステムの第２の実施形態に関し、この実施形態は、粉砕を改良するために鉱石を脆化又は脆弱化するように特に構成されている。図２のプラントは、全体を参照番号２００で表されている。

【0065】

鉱石の脆化により、その後の摩砕に必要な電力を削減し、したがって鉱石粉砕のための全体的なプロセスを改良することが可能になる。

【0066】

粉砕とは、鉱石の化学的及び物理的特性を変えることなく、鉱石が所望のサイズに縮小され、鉱物の最大限の遊離が可能になるプロセスである。

【0067】

粉砕にはいくつかの方法があり、通常は破砕及び粉末化／摩砕の２段階で行われる。しかし、鉱石の粉砕は、採掘作業で消費されるエネルギーの最大部分（３０～７０％）を必要とし、これは、地球規模では、世界中の採掘部門における膨大な量のパワー要件となる。

【0068】

このため、多くの持続可能性構想は、鉱業におけるエネルギー消費と、エネルギー生成のための化石燃料の使用に関わる関連のＣＯ_２排出量とを削減し、全般的には、粉砕でのエネルギー消費の効率を改良するための解決策を提供するために設計されている。

【0069】

粉砕に必要な電力を削減できる可能性の１つは、適切な熱衝撃プロセス段階によって鉱石を脆化することである。従来の解決策は、燃料燃焼による鉱石の加熱段階（しかしこれはＣＯ_２排出をもたらす）と、それに続く、鉱物を脆化させる水中での鉱物の急速な急冷段階（しかしこれはまた水の利用可能性を必要とする）とを含む。

【0070】

本発明によれば、図２のプラントは、集光されたソーラーパワーを採用し、加熱チャンバ２３０の内部又は下において機械式コンベヤ２５０、特にベルトコンベヤで固体バルク材料として輸送される鉱石に熱エネルギーを提供する。

【0071】

加熱段階は、システム２００を使用して、非常に高速に、鉱石を脆化させる所要の熱衝撃を提供して実現することができる。

【0072】

この実施形態においても、光学システムが提供され、ここでは参照番号２１０で示されており、地面に配置されたヘリオスタットフィールドを含み、上述したものと同様の複数のヘリオスタット２１１又は一次反射器を備える。

【0073】

ヘリオスタット２１１は、入射太陽放射を１つ又は複数の二次光学要素、特に１つ又は複数の二次反射器に集光させ、二次反射器のうちの１つが図２に示されており、そこに参照番号２１２として示されている。したがって、１つ又は複数の二次反射器２１２は、ヘリオスタット２１１のそれぞれの一次焦点又は合焦点Ｆ１に位置決めされる。上記又は各二次反射器２１２は、地表面から適切な高さに位置され、集光されたソーラーパワーをヘリオスタット２１１から受け取り、それを、加熱チャンバ内に位置する、及び／又は加熱チャンバ２３０の下若しくは内部に配置されたベルトコンベヤ２５０の長さ部分２５１に位置する１つ又は複数の（共通の）焦点又は合焦点Ｆ２に反射するように構成される。加熱チャンバ２３０は、その屋根壁２３２に配置された上部開口部２３５を有する。

【0074】

したがって、光学システム２１０は、ビームダウン集光システムとして構成され、太陽放射は、加熱チャンバ２３０及び／又はベルトコンベヤ２５０上の材料に上から衝突するように反射される。

【0075】

この場合にも、脆化プロセスの特定の条件を満たすために、コンベヤ速度、コンベヤ上の材料の厚さ、ベルト長さ部分２５１の広がり、及び太陽放射下での滞留時間などのプロセスパラメータを選択及び調整することができる。

【0076】

以上のようにして、機械式コンベヤに対する強い太陽放射の影響下で、材料温度は、鉱石を脆くするのに適した所望の値まで、要求された温度上昇勾配で上昇される。

【0077】

図３は、本発明によるプラント又はシステムの別の実施形態に関し、この実施形態は、特にソーラーパワーからの熱エネルギーの収集のため、及びエンドユーザによる利用に適した熱エネルギー又は電気エネルギーの後続の又は付随する生成のために構成される。図３のプラントは、全体を参照番号３００で示されている。

【0078】

図１の構成と同様に、プラント又はシステム３００は、加熱又は高温チャンバ３３０に太陽放射を集光させるための光学システム３１０を備える。高温に耐性がある機械式コンベヤ３５０、特にベルトコンベヤが、固体バルク材料を輸送するように構成される。ベルトコンベヤ３５０の長さ部分３５１は、加熱チャンバ３３０を通過する又はその下を通る。

【0079】

地面に位置され、太陽放射が直接衝突するヘリオスタットフィールド、すなわち複数のヘリオスタット３１１を備える光学システム３１０が提供される。

【0080】

上記の構成要素、及び関連の部品又は要素は、図１のものと同じでよく、したがってさらには述べない。

【0081】

加熱チャンバ３３０には、高温空気除去用のフード（図３には示されていない）を設けることができ、それにより、空気を引き込み、場合によっては廃熱回収装置に送達することができる。

【0082】

加熱チャンバ３３０からのバルク材料抽出の下流に、熱回収システム、特に熱交換器３９０が提供され、例えば、加熱されたバルク材料から熱を引き出す作動流体が交差するチューブバンドル又は蛇行部を含む。

【0083】

熱交換器３９０の作動流体は、必要に応じて、例えば過熱蒸気を生成するための水、ＣＯ_２又は超臨界ＣＯ_２、及び空気又は他の流体でよい。

【0084】

本実施形態において、熱交換器３９０は、バルク材料に関する垂直落下構成に従って構成される。

【0085】

熱交換器３９０は、好ましい解決策では、エネルギー性能を高めるために向流構成に従って実現することができる。

【0086】

熱交換後の冷たいバルク材料は、例えば連続的な熱又は電力生成のための閉ループシステムの場合、加熱チャンバ３３０の上流にあるリフトコンベヤ３６０に循環させて戻すことができる。

【0087】

バルク材料から抽出された熱は、産業レベルか否かにかかわらず、様々なエネルギー又は熱的用途に採用することができる。例えば、蒸気発生に使用し、パワーブロックによって電気エネルギーに変換することができる。

【0088】

発電の場合、熱交換器３９０により過熱蒸気又は超臨界ＣＯ_２を生成して、それぞれ蒸気タービン又はＣＯ_２タービンを駆動することができる。

【0089】

例えば熱交換器３９０に基づく熱回収システムの同じ配置を、他のプラント構成、例えば図１及び２を参照して上述した構成にも提供することができる。特に、バルク材料が特定の熱処理プロセス（上述した鉱石脆化など）を受けなければならない場合、コンベヤの下流に位置された熱交換器は、さらなる使用のために安全且つ確実に輸送することができるようにバルク材料を冷却することと、通常であれば失われる熱エネルギー含量を回収することとの二重の機能を果たす。

【0090】

機械式コンベヤ３５０及び熱交換器３９０の下流に高温タンク（図示せず）を介在させ、コンベヤ３５０によって排出された高温バルク材料を高温タンク容量に応じて一定時間貯蔵することができる。高温タンクは、貯蔵期間中に環境への熱損失を最小限に抑えるために断熱されている。機械式コンベヤ３５０と熱交換器３９０との間に上記高温タンクを介在させることにより、システム３００に熱エネルギー貯蔵機能が追加される。貯蔵された高温材料は、太陽の存在及び太陽放射レベルとは無関係にいつでも、典型的には夜間に、高温タンクから熱交換器３９０に放出することができる。このようにして、太陽エネルギー捕捉段階は、高温流体（過熱蒸気、超臨界ＣＯ_２、高温空気など）の発生段階から切り離され、したがって、太陽の存在とは無関係に発生段階を行うことができる。典型的には、高温タンクの介在を備えたシステム３００は、太陽がなくても発電を可能にする。

【0091】

発電のための別の好ましい構成では、熱交換器３９０は、熱から電気への直接変換プロセスのための熱光起電力（ＴＰＶ）パネルによって実現することができる。ＴＰＶパネルは、搬送される高温バルク材料から熱を受け取って電気を発生するために、チャンバ３３０（の一部）に、及びチャンバ３３０の下流の機械式コンベヤ３５０のカバーの部分に統合することもできる。

【0092】

図４は、上述したシステムレイアウトのいずれにも使用することができる、参照番号４３０で示される加熱チャンバの実施形態を概略的に示す。

【0093】

チャンバは、内部反射面又は再照射面４３６を画定する傾斜した屋根壁又は側壁４３２を有する。太陽放射は、横方向の開口部４３５を通ってチャンバ４３０に入り、開口部４３５に対して実質的に反対側に配置された反射面又は要素４３６によってバルク材料に向けて反射される。

【0094】

チャンバ４３０の底部には、前進走行長さ４５３及び底部走行長さ４５４を有するベルトコンベヤ４５０が配置されている。

【0095】

単純化された熱収支によれば、単に例として論じた可能な実施形態では、小型プラントにおいて、以下の典型的なサイジングパラメータを得ることができる。

【0096】

ヘリオスタットフィールドからチャンバアパーチャに入るソーラーパワー８ＭＷｔ、コンベヤ幅２ｍ、コンベヤ速度５ｃｍ／ｓ、コンベヤ上の平均材料厚さ４ｃｍ、チャンバの下の材料加熱長８ｍ、材料比重１．４ｔ／ｍ３、チャンバ熱効率９０％を仮定すると、システムは、約２０ｔ／ｈの材料を１６０秒で周囲温度から１０００℃まで加熱することができる。

【0097】

以上、好ましい実施形態を参照して本発明を述べてきた。添付の特許請求の範囲の範囲によって定義されるものと同じ発明概念を表す他の実施形態もあり得ることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】