特表 2023-522531 多重反射に基づく太陽起源の熱エネルギーの貯蔵のための装置

(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】2023-05-31

(54)【発明の名称】多重反射に基づく太陽起源の熱エネルギーの貯蔵のための装置

(51)【国際特許分類】

   F24S 90/00 20180101AFI20230524BHJP

   F24S 10/00 20180101ALI20230524BHJP

   F24S 23/70 20180101ALI20230524BHJP

【ＦＩ】

F24S90/00 200

F24S10/00

F24S23/70

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022545779

(86)(22)【出願日】2020-02-03

(85)【翻訳文提出日】2022-09-27

(86)【国際出願番号】 IB2020050828

(87)【国際公開番号】W WO2021156649

(87)【国際公開日】2021-08-12

(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

(57)【要約】

太陽起源の熱エネルギーの貯蔵および伝達のための装置（１）であって、－格納ケーシング（２）であって、当該ケーシング（２）内に画定された照射領域（３５０）への入射太陽放射の侵入を可能にするように構成された照射開口部（１０）を有する、格納ケーシング（２）と、－当該ケーシング（２）内に受容された流動性粒子の層（３）と、－少なくとも１つの反射面および／または再放射表面（７０１、７０２、７０３）であって、当該照射領域（３５０）内に配置され、かつ当該照射開口部（１０）を通って侵入する太陽放射を、当該粒子の層（３）の乾舷（３５）上に直接、または当該照射領域（３５０）の別の反射面および／または再放射表面上に反射するように構成された、少なくとも１つの反射面および／または再放射表面（７０１、７０２、７０３）と、を備える、装置（１）。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

－格納ケーシング（２）であって、前記格納ケーシング（２）内に画定された照射領域（３５０）への入射太陽放射の侵入が可能になるように構成された照射開口部（１０）を有する、格納ケーシング（２）と、
－前記格納ケーシング（２）内に受容された流動性粒子の層（３）と、
－少なくとも１つの反射面および／または再放射表面（７０１、７０２、７０３）であって、前記照射領域（３５０）内に配置され、かつ前記照射開口部（１０）を通って侵入する前記太陽放射を、前記粒子の層（３）の乾舷（３５）上に直接、または前記照射領域（３５０）の別の反射面および／または再放射表面上に反射するように構成された、少なくとも１つの反射面および／または再放射表面（７０１、７０２、７０３）と、を備える、
太陽起源の熱エネルギーの貯蔵および伝達のための装置（１）。

【請求項2】

前記粒子の層（３）に熱的に接続され、かつそこから熱エネルギーを受け取るように作動することができ、全体の構成が、前記熱エネルギーが、流入太陽放射から前記粒子の層（３）の粒子に、かつ同時に、または後で、前記粒子から熱交換手段（５）に伝達されるようになっている、熱交換手段（５）をさらに備える、
請求項１に記載の装置（１）。

【請求項3】

前記粒子の層（３）から流出する加熱流動化ガスをユーザに供給するための手段を含む、
請求項１または２に記載の装置（１）。

【請求項4】

前記照射開口部（１０）は、前記格納ケーシング（２）の前記照射領域（３５０）を、外部環境と直接連通させ、使用中、閉鎖手段またはシールド手段が除かれる、
請求項１から３のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項5】

前記照射開口部（１０）は、前記格納ケーシング（２）の壁またはサイドスカート（２２）に、好ましくは前記格納ケーシングの上壁（２１）の近くに配置されている、
請求項１から４のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項6】

前記粒子の層（３）の前記乾舷（３５）は、流動化条件下においても、前記照射開口部（１０）の下縁（２３０）の下に配置されている、
請求項１から５のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項7】

照射領域（３５０）内に配置された複数の反射面（７０１、７０２、７０３）を備え、各々が、前記照射開口部（１０）を通って侵入する前記太陽放射を反射するように構成されており、全体の構成が、流入する前記太陽放射が、前記反射面（７０１、７０２、７０３）上の多重反射の下方に、前記粒子の層（３）の前記乾舷（３５）に当たるようになっている、
請求項１から６のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項8】

前記反射面および／または再放射表面（７０１、７０２、７０３）は、有利には、放射空洞構成に従って、前記太陽放射によって吸収される熱エネルギーを、前記照射領域（３５０）内で再放射するように構成されている、
請求項１から７のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項9】

前記反射面および／もしくは再放射表面（７０１、７０２、７０３）または各反射面および／もしくは再放射表面（７０１、７０２、７０３）は、前記照射領域（３５０）内に収容された傾斜壁上に実装されるか、またはそれは、前記格納ケーシング（２）を画定する壁（２１、２２）と関連付けられており、有利には、相互の形態係数が、前記開口部（１０）から流出する放射エネルギーを低減する傾向がある、
請求項１から８のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項10】

前記反射面および／もしくは再放射表面（７０１、７０２、７０３）または各反射面および／もしくは再放射表面（７０１、７０２、７０３）は、図式的配置：放射反射角が入射角に等しい鏡面反射率、すべての方向の反射が放射入射面とは無関係である拡散反射率、鏡面反射率と拡散反射率とのハイブリッド挙動を伴う光沢反射率のうちの１つに属する反射率を有する、
請求項１から９のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項11】

前記格納ケーシング（２）は、前記照射開口部（１０）を除いて、断熱材料で作られている、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項12】

前記格納ケーシング（２）は、高温に耐性のある材料で、かつ熱回収および／または熱損失のためのシステムによって作られている、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項13】

前記粒子の層（３）の前記粒子は、前記反射面（７０１、７０２、７０３）よりも高い吸光度を有する、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項14】

前記熱交換手段は、構成要素：熱電素子、熱電子素子、熱光発電素子、使用中、作動流体と交差するように構成されたチューブバンドル（５）のうちの１つ以上を備える、
請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項15】

流動性固体粒子の前記粒子の層（３）内に、流動化ガス、好ましくは空気を流入するように構成された流動化手段（４）を備える、
請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項16】

前記流動化ガスの流速および／または流量を選択的に変化させるための手段を備える、
請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項17】

特に実質的にフードのような構成（６１）を有し、前記粒子の層（３）の前記乾舷（３５）よりも上に流動化ガスを吸引するように構成された、吸引手段（６）を備える、
請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項18】

前記粒子の層（３）から流出する流動化ガスと、前記粒子の層（３）に流入する流動化ガスとの間の熱交換手段（５１２）を備える、
請求項１５または１７に記載の装置（１）。

【請求項19】

前記粒子の層（３）に熱的に接続された加熱手段を備え、加熱手段は、前記粒子に熱エネルギーを伝送するように構成されている、
請求項１から１８のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項20】

前記格納ケーシング（２）を地上よりも上の高度で維持するように構成された支持構造（８００）を備える、
請求項１から１９のいずれか一項に記載の装置（１）。

【請求項21】

電気エネルギーおよび／または熱エネルギーの生産のためのプラントであって、
－高高度に配置された、請求項１から２０のいずれか一項に記載の１つ以上の装置（１）と、
－地上に配置され、好ましくは複数のヘリオスタット（５０１）を含む、太陽放射を収集するための手段（５００）であって、
構成が、前記太陽放射が、前記収集手段（５００）によって収集され、１つ以上の装置（１）の照射開口部（１０）に集中するようになっている、手段（５００）と、を備え、好ましくは、前記収集手段（５００）またはそのサブグループは、装置（１）の前記照射開口部（１０）またはその近くに配置された共通焦点（Ｆ）に前記太陽放射を集中させる、
プラント。

【請求項22】

前記収集手段（５００）は、前記太陽放射を、前記１つ以上の装置（１）に下から収束させる放射構成を画定する、
請求項２１に記載のプラント。

【請求項23】

太陽放射の熱エネルギーから開始して、電気エネルギーおよび／または熱エネルギーを生成するための方法であって、
－流動性粒子を有するタイプの、熱エネルギーの貯蔵のための粒子の層（３）を備える受信機装置（１）の照射開口部（１０）での前記太陽放射の集中、および
－前記流入開口部（１０）の下方に配置された、１つ以上の反射面および／または再放射表面（７０１～７０３）による前記粒子の層上での前記太陽放射の単一反射または多重反射を提供する、
方法。

【請求項24】

前記粒子の層（３）の前記粒子によって熱エネルギーを伝達する段階を含み、熱エネルギーの貯蔵のための段階に関して同時に、または後に、選択的に活性化可能である、
請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

前記粒子の層（３）から流出する加熱流動化ガスを使用する段階を含む、
請求項２１または２２に記載の方法。

【請求項26】

選択された動作条件下で活性化される、前記粒子の層（３）の前記粒子の流動化の段階を含む、
請求項２１から２３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項27】

流動化ガスの流速および／または流量の選択的調整を提供する、
請求項２３から２６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項28】

請求項１から２０のいずれか一項に記載の装置またはプラントを使用する、請求項２１から２５のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

説明
本発明の技術分野
本発明は、太陽起源の熱エネルギーの貯蔵および伝達のための装置、プラント、および方法に関する。

【0002】

特に、本発明は、流動性粒子の層を使用した、熱エネルギーの貯蔵のための装置の分野に関する。

【0003】

技術水準
集中された太陽放射に関連する熱エネルギーから始まる電気エネルギーの生産のためのプラントが知られている。これらのプラントのうちのいくつかは、太陽放射を受け取るいわゆる流動層装置に基づいている。流動層装置は一般に、熱エネルギーの貯蔵として機能する流動性固体粒子の層に、上から太陽放射を集中させるように構成された「ビームダウン」タイプの光学システムを含む。次いで、そのようなエネルギーは、直接的な形態で、または電気エネルギーに変換された形態で、延期された方法でも、産業用途に使用することができる。

【0004】

このタイプのプラントに関連する上記の光学システムは、地上に配置されたヘリオスタットのうちの１つ以上のフィールドに構成され、流動層受信機に対して高高度に配置された副鏡上に太陽放射を伝達し、集中された放射を受信機自体の内部に反射する。

【0005】

上記のプラント構成の最大の問題のうちのいくつかは、実際に、それに関連する光学システムに関連している。

【0006】

特に、既知の技術の上記の副鏡は、限られた最高温度（通常、最大約２００℃）で動作することができ、これは、それに集中することができる太陽流に制限的な制約を課し、流れが等しい場合、拡張された反射面を要求する。このような反射面、および高高度での持ち上げおよび支持のための相対的な構造は、強風の押し込みに耐えるように考案する必要があり、この理由でも、プラントコストにかなりの影響を及ぼす。さらに、風が特に強いいくつかの場所では、「ビームダウン」光学システムの使用が妨げられる結果となる。

【0007】

既知のプラントの別の臨界は、太陽放射を収集するための上記のシステムのエネルギー効率に関係している。特に、副鏡は、使用される材料および採用される反射面の特性に応じて、８０％～９５％の評価可能な反射効果を有する。

【0008】

さらに、既知の技術の「ビームダウン」光学システムの副反射器は、実用的な性質の追加の問題を含み、受信機の内部に太陽エネルギーを集中させる能力に悪影響を与える。特に、副反射器は、潜在的な組立の不正確さ、熱歪みのために局所的に変形する可能性がある、反射面の完全ではない平面性、複雑なメンテナンス手順を必要とする、高高度で実行されるファウリング現象、風の押し込みおよび／または気候変動による変形の影響を受ける。

【発明の概要】

【0009】

次いで、本発明によって掲載および解決される技術的課題は、既知の技術を参照して上記の欠点を克服することを可能にする太陽起源の熱エネルギーの貯蔵および伝達のための装置、プラント、および方法を提供することである。

【0010】

上記の技術的問題は、請求項１に記載の装置および請求項２１に記載の方法によって解決される。

【0011】

本発明の好ましい特徴は、従属請求項に記載されている。

【0012】

本発明は、層自体を含むケーシングに属するか、またはそれに収容される、１つ以上の内壁または表面での太陽放射の反射後の太陽放射にさらされる、流動性粒子の層に基づく装置、プラント、および方法を提供する。

【0013】

特に、太陽放射は、地上に配置されたヘリオスタットのフィールドによって集中され、開口部を通って受信機装置に侵入し、開口部は、好ましくは、上記のケーシングの側壁に作られている。開口部から侵入する太陽放射は、粒子の流動層、つまりその乾舷よりも上に配置された空き領域に配置された１つ以上の内壁に当たる。このような内壁は、入射する集中された太陽放射を受け取り、かつ直接的に、および他の内面上の多重反射後、間接的に、の両方で、粒子層に向かって太陽放射を反射するように構成された反射面および／または再放射表面を有する。

【0014】

内壁に反射されないエネルギー部分は、内壁によって吸収される。好ましい実施形態では、そのような吸収されたエネルギーの外部環境への伝送は、壁自体に関連する、場合によってはその部分を統合する、材料または断熱手段の使用のために防止される。このようにして、反射面は、それ自体の温度を上昇させ、直接的に、および他の内面間の再放射を通じて間接的に、の両方で、粒子の層に向かって熱エネルギーを再放射する。

【0015】

言い換えれば、粒子の層の上面または乾舷によって、および当該層の表面よりも上に配置された装置の内壁によって区切られた空き領域または照射領域は、放射空洞として機能し、表面は、粒子の層に向かって直接的に、または間接的に、その特定の特性に従って、侵入する太陽放射を反射し、再放射する。

【0016】

流動層の高い熱拡散率のため、壁によって反射された、場合によっては再放射されたエネルギーは、流動層を構成する全体の塊に伝送され、次いで、その後の使用までそれを収容して貯蔵することができる。

【0017】

好ましい実施形態では、流動層は、流動層自体に向かって、壁によって反射された、場合によっては再放射されたエネルギーの迅速な伝達を促進するために、好ましくは上記の反射壁よりも高い吸光度値を有する固体粒子によって構成されている。

【0018】

実施形態の変形例では、流動層は、砂または他の粒状材料で作られた粒子からなることができる。

【0019】

好ましい構成では、層粒子は、好ましくは≧６２０℃の最高温度に達する。

【0020】

好ましい実施形態では、反射面は、好ましくは１０００℃を超える高温に対して高い耐性、および／または粒子層よりも高い反射率、好ましくは標準規格ＡＳＴＭ Ｇ１７３およびＩＳＯ７６６８を参照して計算した場合に６０％より高い反射率を有する。

【0021】

粒子の層は、流動化ガス、通常は空気を供給および分配するためのシステムによって流動化される。

【0022】

流動化は、層の特定の動作領域または粒子の層全体を含むことができる。有利なことに、流動化システムは、互いに独立して作動可能ないくつかの流動化ユニットを提供することができる。

【0023】

実施形態の変形例では、装置は、特に層自体に浸漬された、加熱構成要素、例えば電気抵抗器、ヒートポンプ、または専用熱交換器などを備えた粒子の層の追加の熱供給を提供することができる。このような専用熱交換器は、チューブバンドルまたは同等の要素の空気または別の作動流体の循環を提供することができる。

【0024】

実施形態の変形例では、追加の加熱構成要素、例えば電気抵抗器を提供して、層自体に流入する流動化空気を加熱することによって粒子の層に熱エネルギーを供給することができる。

【0025】

有利には、当該加熱構成要素および／または追加の加熱構成要素は、ユーザの必要性に関して、好ましくは、過剰に利用可能である、すなわち残留する電気エネルギー源によって、直接的に、または間接的に供給することができる。

【0026】

加熱構成要素を備えるこれらの実施形態では、粒子の層に蓄積される熱エネルギーは、２つの寄与：一次エネルギー、すなわち、光学システムによって集中され、層自体によって吸収される太陽放射の寄与、および二次エネルギー、すなわち上記の加熱構成要素によって熱エネルギーに変換される電気エネルギーの寄与から生じることができる。

【0027】

このような実施形態は、連続性を必要とする工業プロセスに供給するために、任意の気象条件下で熱エネルギーのより大きな利用可能性を保証する必要がある場合に特に有利である。

【0028】

次いで、本発明は、既知の技術を参照して説明されるように、「ビームダウン」タイプの光学システムを使用する必要性を、それに関連する臨界を克服することによって、取り除くことを可能にすることが理解されよう。特に、本発明の装置、プラント、および方法は、より大きな収集効率、プラント簡素化、およびコスト削減を保証するために特に効果的である。

【0029】

同時または延期された方法で、粒子の層に蓄積された熱エネルギーは、電気エネルギーに変換され、熱エネルギーとして使用され、またはそのような２つの形態で、組み合わされた柔軟な方法でも使用され得る。

【0030】

次いで、本発明の装置、プラント、および方法は、電気エネルギーのプログラム可能な生成、電気ネットワークの調整、および／または他のユーザの熱エネルギーとして使用することができる。

【0031】

本発明の装置は、コミュニティおよび産業プラントのサービスにおいて、連続性（２４時間／３６５日）して電気エネルギーおよび／または熱エネルギーを生成するための特定の必要性に応じて、増倍可能なモジュールユニットを構成することができる。

【0032】

粒子の層に蓄積された熱エネルギーは、層自体から流出する加熱流動化ガスを介して直接使用することもできる。

【0033】

熱交換手段は、それによって到達した温度が、状態を変化させるか、またはその機能を損なうようなものである場合、上記の反射面および／または再放射表面から熱エネルギーを回収および／または分散するように構成されて提供され得る。

【0034】

本発明は、太陽起源の熱エネルギーまたは電気エネルギーの生産のための現在のシステムに代わる、環境適合可能な、耐久性のある、効果的、かつ安価な代替案を表す。

【0035】

本発明の追加の利点、特徴、および使用モードは、限定的な目的ではなく例として示される、それらの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るであろう。

【図面の簡単な説明】

【0036】

添付の図面の図を参照する。

【図1】本発明の第１の好ましい実施形態による熱エネルギーの貯蔵および伝達のための装置の側面および部分縦断面図での概略アセンブリ表現を示し、装置自体と、それに関連する太陽放射を収集するためのシステムとの間の相互作用を強調している。

【図2】上面図での図１と同じアセンブリ表現に関する。

【図3】本発明の第２の好ましい実施形態の熱エネルギーの貯蔵および伝達のための装置の側面および部分縦断面図での拡大図を、その「光沢」タイプの反射モードを強調することによって示す。

【図4】本発明の第３の好ましい実施形態の熱エネルギーの貯蔵および伝達のための装置の側面および部分縦断面図での拡大図を示し、「拡散」タイプの反射モードを提供する。

【0037】

上記の図の表現は、単なる例として意味するものであり、構成要素および距離は、必ずしも比例して示されているわけではない。

【0038】

発明を実施するための形態
本発明の実施形態および変形例を以下に説明し、これは上記の図を参照して説明される。

【0039】

類似の構成要素は、同じ参照番号でいくつかの図に示されている。

【0040】

以下の詳細な説明では、明細書自体ですでに扱われている実施形態および変形例に関する追加の実施形態および変形例は、すでに例解されているものとの違いに限定して例解される。

【0041】

さらに、以下に説明するいくつかの実施形態および変形例は、互換性がある場合、組み合わせて使用される可能性が高い。

【0042】

図１を参照して、本発明の第１の好ましい実施形態による、太陽起源の熱エネルギーの貯蔵および交換のための装置、または受信機は、全体として１で示されている。

【0043】

本実施形態の装置１は、エネルギー生産のためにプラントに挿入されることを意図しており、場合によっては、本明細書で検討する装置などの複数の装置を含む。

【0044】

図２にも示されるように、装置１は、全体として５００で示され、かつ入射太陽放射を装置１（または本明細書で検討する装置などの複数の装置）に集中させるように構成された、太陽放射を収集するための光学システムに有利に関連付けられる。特に、光学システム５００は、地上に配置され、かつ入射太陽放射を収集して、装置１に、特に、本例では、共通の焦点Ｆに、それを偏向させる／集中させるのに適した、複数のヘリオスタット５０１または同等の反射光学手段を含むことができる。

【0045】

ヘリオスタット５０１は、例えば、基本方位に従って配置されたサブフィールドで編成することができる。

【0046】

示されている構成では、装置１は、「ビームアップ」構成に従ってそれによって集中された太陽放射を受け取るように、ヘリオスタット５０１の静止面よりも上に配置されている。したがって、装置１は、概略的に示され、かつ８００で示される構造、例えば、金属構造によって高高度で支持されている。

【0047】

ここで、図３の拡大図を参照して、本明細書に例解されるいくつかの実施形態に共通する装置のいくつかの構成要素を例解する。さらに１で示される本明細書に示される装置は、第一に、内部区画２０を有するか、またはそれを画定する格納ケーシング２を含み、内部区画は、まもなく述べるが、その周りに流動性粒子の層３を収容するのに適している。ケーシング２は、多角形、例えば、立方体もしくは平行六面体、または円筒形の形状を有することができる。本例では、ケーシング２は、上壁、すなわち上部２１、側壁、すなわちスカート２２、および下壁、すなわち底部２３を有する。

【0048】

ケーシング２は、区画２０を外側に対して熱的に絶縁するように実装されている。

【0049】

ケーシング２は、多層構造を有することができる。

【0050】

装置１、特にそのケーシング２の形状に関して、本例では垂直方向である長手方向Ｌ、および長手方向Ｌに直交する平面上の交差方向Ｔ、本例では、水平方向を画定することが可能である。

【0051】

ケーシング２は、照射開口部１０を有する。本実施形態では、上記の反射器５０１は、入射太陽放射を実際にそのような開口部１０またはその近くに流入するように集中させる。有利なことに、前述のように、放射は、単一の焦点Ｆに集中する。焦点Ｆを開口部１０に対応させる、受信機装置１とフィールドヘリオスタットとの相互位置により、開口部自体のサイズを最小に減らすことを可能にし、その結果として放射損失およびそれを介した自然対流による損失を低減することを可能にする。

【0052】

一般的に言えば、構成は、放射が区画２０内で伝達されるようになっている。

【0053】

本実施形態では、開口部１０は、内部区画２０、およびしたがって、その中に収容された粒子の層３を外部環境と直接連通させる。特に、使用中、開口部１０は、例えば、透明な窓などのような閉鎖手段またはシールド手段を有さない。換言すれば、装置１は、閉鎖手段またはシールド手段なしで動作するように構成されている。動作していない期間中は、システムを保護し、かつ外部環境への熱エネルギーの分散を排除または低減するための、取り外し可能で適切に断熱された手段によって、開口部を再び閉鎖することができる。

【0054】

上記の開口部１０の近くに、構成要素、例えばシールドまたはバリアを配置することができ、装置自体に侵入する集中された放射を妨げることなく、外部環境から来る空気の流れまたは風の装置内の侵入を制限しやすい。さらに、開口部１０の周りに、例えば、最新技術にそれ自体で知られているＣＰＣ（複合放物面集光器）の形態で、集中された太陽放射の全体または一部を回収することを可能にする追加の光学装置を提供することができ、それがないと、太陽放射は、開口部１０自体の外側に漏れる可能性がある。

【0055】

開口部１０が、動作中であっても、透明な窓または他の同等の手段によってシールドされる実施形態も提供され得る。

【0056】

本例では、開口部１０は、上壁２１の近くで、ケーシング２のサイドスカート２２に配置されているように示されている。ただし、そのような表現は例示を意味するものである。開口部は、下縁２３０によって制限される。

【0057】

好ましくは、粒子の層３の乾舷３５は、静的条件および作動流動化条件の両方で、下縁２３０より低い。

【0058】

好ましくは、開口部１０は、粒子の層の乾舷３５によって下側が、スカート２２の上部によって横方向が、壁２１によって上部が制限された、区画２０の自由領域または空きスペース３５０に配置されている。このような領域３５０は、照射領域として画定することができる。

【0059】

流動性粒子の層３は、固体粒子によって形成される粒状タイプである。

【0060】

装置１の粒子の層に好ましい粒状材料のタイプは、高い熱能力および拡散性を有する熱特性を備えたタイプのものである。好ましい粒状材料の例は、川砂であり、これは、当該熱特性を有することは別として、粒子の相互摩耗の現象を最小限に抑える、粒子の自然な丸みを帯びた形状を有する。

【0061】

粒子の層３よりも上に立設しているケーシング２の内壁は、流動化されたときでさえも、ヘリオスタット５０１によって集中された太陽放射が直接的に、または間接的に関与している。照射領域３５０のそのような壁は、以下に記載されるように、異なるタイプの反射特性を有することができる材料および／または処理で作られた区画２０内に露出された反射面を有する。
■鏡面－表面は、単一の方向に光を反射する。出射する放射方向は、入射面にあり、反射角は、入射角に等しい。
■拡散－表面は、すべての方向に均等に光を反射し、光の反射は、方向とは無関係であり、光の反射は、方向および侵入／入射面とは無関係である。
■光沢－表面は、鏡面反射から拡散反射までの混合挙動を有する。

【0062】

図１の第１の実施形態では、傾斜した内壁７０１が提供され、これは、集中された太陽放射を直接受け取り、反射面および／または再放射表面を有し、鏡面モードで動作し、また７０１で識別される。配置は、ケーシング２の断面に対応する反射領域に応じて、入射太陽放射が層３の乾舷３５でほぼ完全に反射されるようになっている。

【0063】

図３の第２の実施形態では、傾斜したシールド７０２によって図式化された壁は、「光沢」光学的挙動を有する。

【0064】

図４の第３の実施形態では、「拡散」挙動は、ケーシング２のサイドスカート２２と上壁２１との間を結合する湾曲壁２４に属する反射面および／または再放射表面７０３によって提供される。さらに、図４の構成では、追加の傾斜壁またはシールド２５も提供され、表面２４に対向する補助反射面および／または再放射表面を有する。

【0065】

さらに図４を参照して、照射開口部１０を閉鎖するためのシステム１０１の概略図が、ヒンジ付きシールドの形態で、集中放射を取得するための段階に関連する開放位置で示されている。装置１０１は、エネルギーを獲得する必要がなく、むしろそれを維持する必要があるときに閉鎖することができる。

【0066】

他の好ましい構成は、ケーシング２の内壁、特に、照射領域３５０を画定するサイドスカート２２の部分および／または上壁２１および／またはさらに後者の間の接合部分（がまた、またはのみが）、１つ以上の反射面を直接有することを提供することができる。

【0067】

ケーシング２の内壁の表面は、相互の形態係数のためもあり、開口部１０から出射する総放射量の最小化、および流動層に侵入する総量の最大化を可能にするように、平坦であるか、または選択されたプロファイルを有するようになり得る。

【0068】

当該反射面および／または再放射表面は、好ましくはセラミックタイル、耐火セメント、および／または類似の材料など、それらが受ける高い熱流によって誘発される、高温に耐性のある材料によって構成される。

【0069】

上記の構成では、内面２によって全体として放出された電磁エネルギー、すなわち、相互の形態係数による、表面７０１～７０３によって放出された放射と反射された放射との合計が、粒子の層３によって吸収され、集中された太陽放射にさらされるすべての表面よりも高い吸収係数で有利に選択される。

【0070】

特に、領域３５０の内面によって反射された太陽放射は、相互の形態係数に従って、直接、または多重反射の下方に、粒子の層３に当たる。さらに、当該内面は、それら自身の吸収係数および反射係数に従って、反射されないエネルギー部分を吸収し、それは、そのような表面の温度上昇を引き起こし、次いで、太陽エネルギーを、粒子の層に向けて、相互の形態係数に従って、直接的に、および内面間の再放射を介して間接的に、の両方で再放射する。

【0071】

そのような構成は、当該空洞が、空洞自体の平均サイズに対して縮小されたサイズで外側に向かって開口部を備えている場合、放射空洞または黒体と同様の装置挙動を決定する。このような条件下では、開口部に入射する集中された太陽放射のほぼ全体が、空洞内で繰り返し反射、吸収、および再放射されるため、そのごく最小限の一部のみが出射に成功し、そのように捕捉された太陽エネルギーは、粒子の流動層に蓄積されたままになる。

【0072】

上記の図の構成では、粒子の層３は、区画２０内に流動化ガス、特に空気を供給および分配するように構成された流動化手段４によって動かされる。本実施形態では、手段４は、粒子の層３の基部であるケーシング２の下部基部２３に配置された、流動化空気を供給または流入させる複数の要素４１を含む。その場合、粒子の層３内の流動化空気の経路は、下から上に向かって、特に垂直または実質的に垂直である。より一般的に言えば、流動化ガス流入は、長手方向Ｌに従って行われる。

【0073】

本例では、粒子の層３の均一または実質的に均一な流動化が提供される。

【0074】

層３の流体力学的レジームは、その様々な部分の粒子間の効果的な熱交換を可能にする。これは、層粒子が連続的な交換および再循環にさらされるという事実によって促進される。使用中、乾舷３５上、またはその近くに配置された粒子は、反射または再放射された太陽放射によって熱エネルギーを吸収し、それを他の層粒子に移す。

【0075】

粒子間の熱交換は、流動化レジームによって決定される対流運動によって促進される。

【0076】

実施形態の変形例は、層３の異なる領域または部分において差別化された流動化を提供することができる。いくつかの層領域もしくは部分の流動化、またはそのために選択可能な流動化レジームは、粒子の層３に流入する流動化空気の流れの速度、および場合によっては流量を区別することができる。

【0077】

流動化要素は、本例のように、粒子の層３の基部に均一に配置されるように、または差別化された方法で配置されるようになり得る。

【0078】

それらの間で構造的に類似しており、例えば速度および／または流量に関して、場合によっては異なるように制御される流動化要素をさらに提供することができる。

【0079】

流動化レジームは、沸騰型、および／または一般に、層３またはその領域または部分における粒子の対流運動を促進するレジームであり得る。

【0080】

いくつかの実施形態の変形例では、層全体またはその領域または部分に対して選択される流動化レジームは、例えばジェット、噴水、またはインパルスのようないわゆる「噴流」型でさえあり得る。噴流型の流動層は、一般に、同じ層の基部にある中央流動化ガスのジェットによって特徴付けられる流体力学的レジームを有し、それは、ジェットに直接さらされる粒子と周囲の粒子との間の強い速度差のために、実際、ジェットの側面部分に引きずり込まれた固体によって供給される中央部分の噴水のような効果を生み出すことによって、ジェット自体および見下ろす（円筒形の）領域を要求する層コラムによって引きずり込まれた動きを生み出す。

【0081】

層３内に、熱交換要素５、特にチューブバンドルが収容されている。このような交換器は、連続して、または選択された動作条件下で、作動流体、例えば、蒸気またはＣＯ２と交差する可能性がある。

【0082】

特に、粒子の層３に蓄積された熱エネルギーを使用する段階である熱交換の段階では、作動流体をチューブバンドル５内に流し、かつ層粒子から熱を受け取るようにすることができる。反対に、単なる貯蔵の段階の間、チューブバンドル５は、静止している、すなわち、作動流体の循環がない状態であり得る。

【0083】

貯蔵段階は、太陽の存在下で活性化される。熱交換の段階、すなわち熱エネルギーの作動流体への伝達の段階は、好ましくは太陽がなくても活性化することができる。

【0084】

設計温度および圧力の条件下で装置１から流出する作動流体は、電気エネルギーの生成のために発電機に結合されたタービン内で膨張させることができ、または他の産業目的、例えば、工業プロセスで、特に、非常に高温でも連続して熱エネルギーが必要な場合に使用される流体担体の生成に使用することができる。換言すれば、本例では、チューブバンドル５は、プラントの追加の構成要素、例えば、１つ以上のタービン、凝縮器、熱交換器、ポンプなどに接続されており、各々がそれ自体で知られている。

【0085】

装置１は、粒子の層３内でそれ自体の経路を終了した流動化空気を吸引するための手段６をさらに備え、照射領域３５０でそこから出てくる。次いで、そのような吸引手段６は、粒子の層３の乾舷３５よりも上のケーシング２内の空気を吸引するように構成されている。本例では、吸引手段６は、ケーシング２の上壁２１に配置された、例えばフードの形態の、空きスペース３５０から空気を収集するための要素６１を備える。

【0086】

好ましくは、吸引手段６は、流動化空気および／またはそれによって開口部１０を通って外部環境に引きずられる粒子の放出または大量放出を回避するようにさえ構成されている。

【0087】

有利には、吸引手段６は、（図示せず）制御手段、好ましくは、流動化手段４に関連する追加の（図示されていない）制御手段と相乗的に、粒子の層３に侵入した流動化空気流と等しい、またはそれより高い、装置１から抽出される空気流を判定する流量センサを提供する。

【0088】

有利には、装置１は、粒子の層３から粒子の層の乾舷３５において流出し、手段６によって吸引される（加熱された）流動化空気と、流動化手段４によって粒子の層３に流入する流動化空気との間の熱交換を提供する。換言すれば、熱交換手段によって得られる熱再生が提供される。これは、熱交換構成要素５１２、流動化空気を除塵するための構成要素５１３、外部環境から流動化空気を吸引するための構成要素５１４、および流動化手段４に属する流動化システムに空気５１５を流入するための構成要素によって、図に概略的に表されている。

【0089】

一実施形態の変形例では、装置１は、粒子の層３の乾舷３５よりも上に穏やかなチャンバーを有する。そのような穏やかなチャンバーは、層粒子の低速またはゼロ速度の領域として意味され、本例では、空きスペース３５０によって画定される。

【0090】

穏やかなチャンバーでさえも、開口部１０を通る空気および／または粒子の漏れまたは大量の漏れを回避するのに寄与する。

【0091】

３５０トンの粒子の層を含む、上記で検討したようなもののようなプラントの例示的な構成は、以下の寸法パラメータのうちの１つ以上を使用して実装することができる。
－約１０，０００ｍ^２の反射面のフィールドヘリオスタット。
－最小焦点距離６０ｍ、および最大焦点距離２００ｍであって、焦点距離は、ヘリオスタットの中心とそれに当たる平行太陽光線の焦点との間の距離として画定される。
－地上にあるヘリオスタットのフィールドに対して、装置の流入開口部を高度約４０ｍに配置する。
－約１５～２０に等しい、装置の内部反射面の合計延長と流入開口部の表面の合計延長との間の寸法比。

【0092】

本発明の装置は、モジュール性を有し、すなわち、熱交換に関して直列または並列に１つ以上のアナログ装置に接続するのによく適合する。

【0093】

さらに、記載された異なる形態および実施形態の変形例による装置のタイプは、産業プラントのより大きな生産および／または操作柔軟性のために、有利に関連付けることができる。

【0094】

さらに好ましい構成では、本発明の装置のうちの１つ以上に基づくプラントは、電気エネルギーの毎日の生成を提供する太陽光発電システムに有利に関連付けることができる。このような構成では、貯蔵および伝達装置は、晴れた時間帯に太陽起源の熱エネルギーを貯蔵するレジームで、および夕暮れから熱エネルギーを伝達するレジームで管理することができる。

【0095】

さらに、同じ構成で、プラントを、脱塩のためのプラント、または太陽起源の熱エネルギーを利用するための他のシステムと関連付けることができる。この場合、装置は、混合レジーム、例えば、関連する熱エネルギーの伝達を、プラントの連続動作、例えば脱塩動作に割り当てることにより、電気エネルギーの貯蔵、夜間生産、および現代の毎日の伝達の両方で管理することができる。

【0096】

本発明の装置は、他の再生可能エネルギー源（例えば、太陽光発電、風力、地熱）または再生可能ではないエネルギー源によって供給されるプラントと統合して、再生可能ではないエネルギー源によって生成されるエネルギーの生産を削減または排除する目的で、エネルギー生産の連続性を保証することができる。

【0097】

本発明はさらに、本発明の装置およびプラントに関して既に上ですでに説明した機能に基づく、太陽起源の熱エネルギーの貯蔵および交換のための方法を提供する。

【0098】

本発明の目的は、これまで、その好ましい実施形態を参照して説明されてきた。同じ発明のコアに属する他の実施形態が存在する可能性があり、すべて、下に報告される特許請求の範囲の保護範囲内にあることを意味するものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】