專利名稱：高效的存儲(chǔ)和輸送裝置與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存儲(chǔ)和輸送熱能、尤其是源自太陽(yáng)的熱能的裝置，較佳地用于后繼或同時(shí)使用該熱能來(lái)生產(chǎn)電能的裝置。
背景技術(shù)：
已知在由具有高導(dǎo)熱性的材料(通常為石墨)塊組成的接收器中存儲(chǔ)通過(guò)日光反射裝置會(huì)聚、固定或跟蹤的太陽(yáng)能，用于后續(xù)使用。該材料塊一般承載有適當(dāng)定向的腔體，日光反射裝置指向該腔體。此外，接收器材料塊通常關(guān)聯(lián)于熱交換器，該熱交換器具有沒于在同一材料塊中、并且被工作流體或載體流體所穿過(guò)的管束，該載體流體通常為水，在高溫下為液態(tài)或氣態(tài)。為了生產(chǎn)用于工業(yè)設(shè)施的蒸汽或熱，將存儲(chǔ)在接收器材料塊中的熱傳遞給該工作流體。
在用于將太陽(yáng)能存儲(chǔ)于上述類型的石墨塊中的系統(tǒng)中，所涉及的溫度范圍可能從400° C至2000° C。溫度上限由熱交換器的熱阻限定，并且尤其是其金屬管束的熱阻所限定。具體地，與入流流體和交換器管之間的溫度差異相關(guān)聯(lián)地，流體的熱動(dòng)力學(xué)條件可能變化地如此快，以致產(chǎn)生強(qiáng)大的管道金屬應(yīng)力(熱和機(jī)械沖擊)，以致使熱交換器經(jīng)受極端物理?xiàng)l件，產(chǎn)生過(guò)大內(nèi)部張力并繼而破損的風(fēng)險(xiǎn)。此外，所述系統(tǒng)的難點(diǎn)在于確保通過(guò)蓄能器所移除的熱量的連續(xù)性，這是因?yàn)榇鎯?chǔ)步驟關(guān)聯(lián)于大氣條件和日/夜循環(huán)。因此，已知系統(tǒng)在適應(yīng)下游能量需求的容量方面基本無(wú)通用性。此外，總的來(lái)說(shuō)，已知系統(tǒng)在使用效率和入流電能的轉(zhuǎn)化方面不是最優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，基于本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題是克服涉及現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。上述問(wèn)題通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置、通過(guò)一種設(shè)施、以及通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法解決，該設(shè)施較佳地是用于能量生產(chǎn)的設(shè)施，并包括所述裝置。本發(fā)明的較佳特征包含在附加權(quán)利要求中。本發(fā)明的重要優(yōu)點(diǎn)在于，其允許以有效和可靠方式獲得對(duì)源自太陽(yáng)的熱能的存儲(chǔ)，使交換器的熱應(yīng)力最小化，并且提高了載體流體的熱交換效率，這都是由于使用了可流化顆粒床，該可流化顆粒床執(zhí)行熱存儲(chǔ)和熱載體的雙重功能?；谠撚猛?，存在可流化床的熱交換的有利特征，以及顆粒相靈活性后的有效熱對(duì)流輸送。這些特征都與給予可與流體相比的顆粒固體流變性能的可能性相關(guān)，這實(shí)際上都是由于其可流化。此外，由于顆粒存儲(chǔ)設(shè)備的受控和選擇性流化的可能性，確保了更好的熱提取連續(xù)性和適合下游能量需求的優(yōu)化容量。此外，如下文對(duì)較佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明所述，通過(guò)在流化床內(nèi)部燃燒氣體燃料，可能有更大的能量生產(chǎn)靈活性。通過(guò)下文作為非限制性例子例證的本發(fā)明的一些實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，將清晰明白本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)、特征和使用方法。


應(yīng)參考附圖，其中圖I示出包含有根據(jù)本發(fā)明的一種用于存儲(chǔ)和輸送熱能的裝置的較佳實(shí)施例的系統(tǒng)的示圖；該系統(tǒng)具有單個(gè)接收腔體；圖Ia示出圖I的裝置的平面圖，其示出該裝置的可流化顆粒床的模塊；
圖2示出與圖I的裝置的第一實(shí)施例樣式相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)的示圖，其具有多個(gè)接收腔體；圖3示出與圖I的裝置的第二實(shí)施例樣式相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)的示圖，其中可流化顆粒床直接暴露于接收腔體，并且提供布置在所述可流化床的外圍的附加的塊狀存儲(chǔ)設(shè)備；圖4示出與圖I的裝置的第三實(shí)施例樣式相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)的示圖，其中可流化顆粒床直接暴露于多個(gè)接收腔體，并且提供附加的流化床，用于將熱傳遞至熱交換器的管子；圖5示出與圖I的裝置的第四實(shí)施例樣式相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)的示圖，其具有如圖4所示的雙可流化床，但是僅具有單個(gè)中心接收腔體；以及圖6示出上述附圖中所示類型的裝置，其插入不設(shè)有燃料氣體燃燒以及具有可流化氣體閉合回路的系統(tǒng)中。
具體實(shí)施例方式首先參考圖I和la，作為示例，示出根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的一種用于存儲(chǔ)和傳遞熱能的裝置，其被插入總的用附圖標(biāo)記100來(lái)表示的用于生產(chǎn)電能的設(shè)施中。系統(tǒng)100包括一個(gè)或多個(gè)用于存儲(chǔ)和傳遞熱能的裝置，其中之一總的用附圖標(biāo)記I來(lái)表示(為了簡(jiǎn)明，圖I僅示出一個(gè)裝置)。裝置I適合存儲(chǔ)熱能，該熱能來(lái)源于例如通過(guò)固定或跟蹤日光反射裝置而輸送/會(huì)聚到其上的太陽(yáng)輻射。裝置I包括較佳地為金屬并且其中為熱絕緣的容納外殼2，以便使向外部環(huán)境的散熱最小化。外殼2承載腔體20，太陽(yáng)能會(huì)聚于該承載腔體內(nèi)。在外殼2上獲得用于流化氣體的進(jìn)料口 21，下文將闡明其功能。在外殼2的頂部，裝置I設(shè)有用于流化設(shè)備的流出管5，下文將闡明其在該情況下的功能。在當(dāng)前例子中，并且如圖Ia中更好地示出的，裝置I具有整體圓柱形的幾何形狀，腔體20布置在中心并且具有垂直走向的展開形式。存儲(chǔ)設(shè)備30布置在外殼2中，較佳地形狀為單一的石墨塊或者包括有石墨，并且例如通過(guò)壓緊顆粒材料獲得。在本實(shí)施例中，存儲(chǔ)設(shè)備30正好布置在腔體20中，以便限定其外圍壁體，并且因此受在該腔體20中會(huì)聚的太陽(yáng)輻射的直接照射。在腔體20的進(jìn)口，可布置有板件13,該板件為基本上透明的材料,較佳地為石英。較佳地，適當(dāng)處理板件13，以便能使進(jìn)入腔體的太陽(yáng)輻射透過(guò)，并且使從腔體離開的紅外輻射不能透過(guò)。因此，板件13具有這樣的功能，其使接收腔體20與外部環(huán)境絕緣，使得來(lái)自裝置I內(nèi)的輻射損失最小化。腔體20的壁體還可具有在圖I中以純示意性方式示出的金屬涂層31或等效涂層，該涂層保持存儲(chǔ)設(shè)備30不受氧化，并且可選地?fù)踝?lái)自該存儲(chǔ)設(shè)備的可能的精細(xì)顆粒散布，例如如果使用經(jīng)過(guò)粉化的石墨的話。變體實(shí)施例可為上述存儲(chǔ)塊30提供不同材料，只要其具有高導(dǎo)熱性和如下的能力，即允許在該存儲(chǔ)塊中快速傳熱并且使存儲(chǔ)的熱量最大化。在外殼2中且限于該單一存儲(chǔ)塊30，根據(jù)本發(fā)明，提供有一種總體以附圖標(biāo)記3表示的可流化顆粒床。顆粒床3也適合存儲(chǔ)熱能，并且由適合存儲(chǔ)熱的材料制成，并且其根據(jù)下文所述的較佳特征。在使用中工作流體所通過(guò)的熱交換器的管束4布置在顆粒床3中，或者與其鄰近。
如上所述，裝置I的進(jìn)口 21適合允許通常是空氣的流化氣體進(jìn)入外殼2，并且尤其是通過(guò)顆粒床3進(jìn)入外殼。具體地，整體布置是這樣的，即氣體能夠移動(dòng)顆粒床3的顆粒，以便產(chǎn)生適合在顆粒和管束4之間進(jìn)行熱交換的相應(yīng)顆粒的流動(dòng)/運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)口 21，提供有流化氣體分配隔壁，其適合允許該氣體進(jìn)入，同時(shí)確保對(duì)顆粒床3的顆粒的支撐。在具有出流管5的管線中布置有除塵器6，該除塵器通常具有包括低負(fù)荷損失和旋風(fēng)操作的慣性撞擊器或等效裝置，并且對(duì)出口氣體除塵(de-pulverize)，使來(lái)自出口氣體的顆粒回到外殼2內(nèi)。管束4相對(duì)于顆粒床的位置、或者更確切地說(shuō)是相對(duì)于顆粒床的管子的暴露表面使得所交換的熱量最大化，該熱量與熱交換系數(shù)及該熱交換中所涉及的表面的乘積成比例。管束4可沒于或部分地沒于顆粒床3 (如圖I中的例子所示)中，或面對(duì)該顆粒床3。該選擇取決于對(duì)裝置使用的管理模式，并且取決于基于流化氣體速度變化的顆粒床最小和最大高度。具體地，隨著速度提高，熱交換中所涉及的管束的表面積增大。如圖Ia中所示，較佳地，可選地通過(guò)隔板330將顆粒床3分為多個(gè)部段，隔板330具有模塊結(jié)構(gòu)，其允許在其中通過(guò)以下方式選擇性流化，即劃分流化區(qū)域，并且僅在可根據(jù)特定運(yùn)行需要而選擇的流化床部分進(jìn)給氣體。將流化氣體至裝置I進(jìn)口 21的進(jìn)給是通過(guò)設(shè)施100的進(jìn)給設(shè)備發(fā)生，該進(jìn)給設(shè)備包括被連接至強(qiáng)制循環(huán)設(shè)備8的進(jìn)給管210，該強(qiáng)制循環(huán)設(shè)備8通常為一個(gè)或更多風(fēng)扇。具體地，進(jìn)給設(shè)備限定收集氣體的回路，該氣體較佳地為來(lái)自環(huán)境的空氣，其進(jìn)入裝置I的進(jìn)口 21，并且進(jìn)入其下游，經(jīng)管5至除塵設(shè)備6并且到達(dá)用于預(yù)熱工作流體的熱交換器7。為流化氣體的進(jìn)口進(jìn)一步提供歧管14或空氣罩?？蛇x擇性地控制進(jìn)給設(shè)備，用于改變流化氣體速度，并因而改變顆粒床3和管束4之間的整體熱交換系數(shù)。實(shí)際上，通過(guò)改變氣體的橫向分速度，有可能控制并修改流化床朝著存儲(chǔ)塊和工作流體的整體熱交換系數(shù)，結(jié)果是對(duì)所轉(zhuǎn)移的熱功率量的調(diào)整的靈活性。由于取決于所需負(fù)荷的太陽(yáng)輻射條件，對(duì)于調(diào)節(jié)通過(guò)顆粒床從存儲(chǔ)設(shè)備傳遞至工作流體的熱量，該效應(yīng)尤其有用。較佳地，顆粒床的流化條件為沸騰，或者是在如下的任何情況下，其使熱交換系數(shù)最大化，并且使流化氣體中的微粒輸送最小化。為了該目的，床體顆粒材料的選擇基于高導(dǎo)熱性和組成該顆粒的材料的擴(kuò)散能力的熱學(xué)特征，并且尤其是基于低磨損性，以滿足使存儲(chǔ)塊及顆粒床的顆粒侵蝕現(xiàn)象最小化的需要，以便限制微粒的產(chǎn)生以及限制將微粒輸送到流化氣體中?；谶@些論述，較佳的構(gòu)造特許將對(duì)氧化有惰性的顆粒材料用于顆粒床3，該顆粒材料呈規(guī)則形狀，較佳地為球狀體和/或較佳地尺寸在50-200微米范圍內(nèi)；并且所述尺寸較佳地為固有的，其不是由較小尺寸顆粒的聚集所產(chǎn)生。需要時(shí)，有可能提供高導(dǎo)熱材料32的表面，以保護(hù)顆粒材料床的反應(yīng)中所涉及的存儲(chǔ)塊部分。關(guān)于工作流體，在本例子以及在較佳構(gòu)造中，是水通過(guò)管束4，并且通過(guò)流化床中的熱交換效應(yīng)而蒸發(fā)。工作流體回路設(shè)有管道90，其形成裝置I內(nèi)的管束4，并且在圖I中給出的例子中，它們提供蒸汽輪機(jī)10，該蒸汽輪機(jī)連接至發(fā)電機(jī)、冷凝器11、進(jìn)給泵12和起預(yù)加熱器作用的熱交換器7。 整個(gè)裝置I熱絕緣，并且如果組成存儲(chǔ)塊30和/或顆粒床3的材料不對(duì)空氣呈惰性(也就是說(shuō)，能夠經(jīng)受氧化現(xiàn)象)，就必需將空氣從裝置I的內(nèi)部環(huán)境排出，和/或通過(guò)惰性氣體獲得略微過(guò)壓內(nèi)部環(huán)境。在該情況下，顆粒床的流化氣體必須有惰性，并且如圖6中所示，所述氣體的進(jìn)給回路閉合。裝置I設(shè)有一種用于封閉熱絕緣的接收腔體的系統(tǒng)(附圖中未示出該系統(tǒng))，其防止熱量從該腔體擴(kuò)散到外部環(huán)境?？蛇x地為自動(dòng)的該封閉系統(tǒng)通宵開動(dòng)。在變體實(shí)施例中，存儲(chǔ)裝置I與圖中未示出的次級(jí)反射體/集中器相關(guān)聯(lián)，其位于腔體20的進(jìn)口，并且因而繞允許日光反射裝置所會(huì)聚的輻射進(jìn)入的外殼2進(jìn)口。由于例如以拋物線或雙曲線外形適當(dāng)成形的內(nèi)部鏡面，所以該次級(jí)反射體允許恢復(fù)本來(lái)將不能到達(dá)腔體20的一部分反射輻射。實(shí)際上，由于表面不完美和/或表面對(duì)準(zhǔn)的原因，一部分由日光反射裝置反射的輻射不進(jìn)入腔體進(jìn)口，因此將會(huì)損失。可能的替換方式將在于獲得更寬的腔體進(jìn)口 ；然而，該解決方案將相當(dāng)大地提高該腔體向外部環(huán)境的輻射，結(jié)果是損失相當(dāng)一部分功率。使用次級(jí)集中器還允許釋放關(guān)于日光反射裝置彎曲度的設(shè)計(jì)限制，這導(dǎo)致反射在接收器上的光束尺寸的變化。此外，使用所述次級(jí)集中器允許使用扁平日光反射裝置，其面積不超過(guò)進(jìn)口表面。該方面極大地影響總技術(shù)成本扁平鏡非常廉價(jià)，而日光反射裝置的成本通常占超過(guò)一半的系統(tǒng)總成本。以上所述的局部集中器的方向按照面對(duì)日光反射裝置區(qū)域的腔體的定向和位置。對(duì)上述石英板13或其他透明材料以及布置在接收腔體進(jìn)口的次級(jí)集中器的組合使用是特別有利的，因?yàn)樗鼈兌加兄谔岣呖捎锰?yáng)能的吸收率?；趨⒄?qǐng)D2中的另一變體實(shí)施例，在此以附圖標(biāo)記102表示并且插入設(shè)施101內(nèi)的本發(fā)明的裝置可設(shè)置有多個(gè)接收腔體，在附圖中對(duì)于所述例子示出為兩個(gè)腔體201和202。存在多個(gè)接收腔體允許減輕影響單個(gè)腔體的內(nèi)部壁體的熱流并且降低工作溫度、提高用作腔體涂層的材料的競(jìng)爭(zhēng)性和性能。在該情況下，以上參考圖I和Ia的關(guān)于單腔體20的實(shí)施例所述的特征與每個(gè)腔體201和202相同。與參考圖I所述的存儲(chǔ)裝置不同，裝置102設(shè)置有中心布置的顆粒床3，并且設(shè)置有橫向于顆粒床布置的以附圖標(biāo)記301表示的單一或粒狀存儲(chǔ)塊。
沿設(shè)施101的工作流體管線布置有脫氣裝置40，其接入蒸汽輪機(jī)10，并且在其上游具有抽氣泵120或等效設(shè)備。對(duì)于其他部分，裝置102和系統(tǒng)101類似于已參考圖I所述的那些部分。參考圖3，以附圖標(biāo)記104指示并且插入系統(tǒng)103中的本發(fā)明裝置的進(jìn)一步變體實(shí)施例提供有粒狀材料組成的可流化床3，以接收直接來(lái)自接收腔體20的表面的太陽(yáng)熱能，并且因此除了起到熱載體的作用，還起到存儲(chǔ)設(shè)備的作用。可在可流化床的外圍定位以附圖標(biāo)記300表示的任何可能的附加存儲(chǔ)材料。在該構(gòu)造中，顆粒床在被流化時(shí)從接收腔體的側(cè)壁提取熱能，并且將熱能傳遞給的熱交換器的管束和存儲(chǔ)設(shè)備300的表面(如果設(shè)置)。如上所述，通過(guò)流化空氣速度調(diào)節(jié)熱傳遞速度，也就是熱交換系數(shù)。當(dāng)存在太陽(yáng)輻射時(shí)，將太陽(yáng)能會(huì)聚到腔體20，并且通過(guò)顆粒床的流化，將熱能部分傳遞至熱交換器4的管子，并且部分傳遞至存儲(chǔ)裝置300。熱交換的方向是從腔體20至顆 粒床3，并且因此至交換器4以及至存儲(chǔ)設(shè)備300，其溫度比粒狀材料3低，并且直接接觸腔體20。在缺乏太陽(yáng)能的情況下，例如夜間，通過(guò)使顆粒床3流化，熱通道這樣發(fā)生，即從存儲(chǔ)裝置300至顆粒床3并由此至熱交換器的管子4，這確保了裝置操作和蒸汽分配以及來(lái)自裝置熱功率的連續(xù)性。因而，在缺乏會(huì)聚至接收腔體20的太陽(yáng)能的情況下，熱傳遞方向反向，從存儲(chǔ)裝置朝著顆粒床的顆粒進(jìn)行，也就是朝著熱交換器管進(jìn)行，其中存儲(chǔ)裝置已在絕緣時(shí)間中存儲(chǔ)有通過(guò)顆粒床的流化而傳遞的熱能。對(duì)于其他部分，圖3的裝置104和系統(tǒng)103類似于已參考圖I和圖2所述的那些部分。參考圖4，以附圖標(biāo)記106表示并且插入設(shè)施105中的本發(fā)明裝置的進(jìn)一步變體實(shí)施例設(shè)置有分別以附圖標(biāo)記304和305表示的第一和第二可流化床,這兩個(gè)可流化床是第一個(gè)與第二個(gè)同心布置，并且分別具有存儲(chǔ)裝置和熱載體的功能。始終參考圖4，組成第一可流化床304的粒狀材料直接從接收腔體的表面接收太陽(yáng)熱能，本文中以附圖標(biāo)記203和204來(lái)表示該接收腔體，并且其起到存儲(chǔ)設(shè)備的作用。另一方面，由布置在第一可流化床304內(nèi)的第二可流化床305執(zhí)行熱傳遞，并且熱交換器的管子4位于該第二可流化床305中。由于獨(dú)立作用于反應(yīng)以及獨(dú)立作用于兩個(gè)粒狀材料床和/或該床的部段的流化氣體的速度的可能性，該構(gòu)造允許在存儲(chǔ)步驟中以及在向載體流體釋放熱中的更大系統(tǒng)靈活性。類似構(gòu)造是圖5中所示的樣式，其中，與圖4的情況相比，兩個(gè)床、即存儲(chǔ)和載體床的位置倒置，這是因?yàn)樵趫D5中，在中心位置設(shè)置有單個(gè)接收腔體205。如上所述，經(jīng)流化床也可不通過(guò)物理隔板330分開，而是由通過(guò)劃分流化氣體的單獨(dú)致動(dòng)模塊化區(qū)域分開。對(duì)于任何所述構(gòu)造，尤其是粒狀床尺寸的裝置尺寸、流化氣體速度范圍、任選地關(guān)聯(lián)經(jīng)流化床的存儲(chǔ)設(shè)備(固體或粒狀)數(shù)量以及熱交換器的表面都為確保日照期間的熱量存儲(chǔ)并在夜間將該熱量通過(guò)流化床顆粒傳輸給熱交換器。此外，如上所述，對(duì)于使用流化床的模塊化結(jié)構(gòu)以及調(diào)整每個(gè)部段的顆粒流化速度的所述任何結(jié)構(gòu)，都有可能調(diào)節(jié)傳遞至管子的熱能的量，通過(guò)其選擇性和/或差異化的流化，來(lái)選擇使用熱能存儲(chǔ)或傳遞的一個(gè)或更多部段，由此確保本發(fā)明的裝置連續(xù)運(yùn)行。
此外，對(duì)于到目前為止所說(shuō)明的本發(fā)明的具有多個(gè)裝置的設(shè)施，調(diào)整傳遞至每個(gè)裝置的熱交換器以及保持連續(xù)生產(chǎn)蒸汽的溫度和壓力所需的熱量的可能性允許保持、降低或提高能量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。在基于多個(gè)裝置的系統(tǒng)的情況下，調(diào)整多個(gè)裝置的尺寸和運(yùn)行邏輯，從而即使在缺乏太陽(yáng)輻射時(shí)也能獲得預(yù)定的能量生產(chǎn)。在上述說(shuō)明中，已以示例的方式參考將裝置在生產(chǎn)電能的單機(jī)系統(tǒng)中的引用。然而，應(yīng)理解，本裝置的可能的應(yīng)用場(chǎng)合是廣泛的，并且涉及用于工業(yè)系統(tǒng)的蒸汽或熱能的生產(chǎn)，比如用于熱電設(shè)施、除鹽系統(tǒng)、遠(yuǎn)程加熱(tele-heating)等等。調(diào)整從可再生能源生產(chǎn)來(lái)能量的法律規(guī)定允許通過(guò)燃燒化石燃料所生產(chǎn)的該能量的份額最小。通常，在現(xiàn)有技術(shù)裝置中，在獨(dú)立于主生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)單元中執(zhí)行該操作。 相反，基于本發(fā)明的裝置的能量生產(chǎn)設(shè)施的重要優(yōu)點(diǎn)在于在流化床內(nèi)部燃燒氣態(tài)化石燃料的可能性。由于該原因，對(duì)于本文中參考圖1-3各個(gè)圖所述的每一個(gè)實(shí)施例，這些圖都示出位于起到熱載體的作用的可流化床并直接處于流化氣體進(jìn)給通道的燃燒氣體401進(jìn)口。對(duì)于圖4和5的變體，如圖所述，可對(duì)可流化床中的一個(gè)或者對(duì)它們兩者都提供該燃燒氣體進(jìn)
5口 O關(guān)于說(shuō)明的所有附圖都示出構(gòu)造的示意圖，這樣，它們可能未示出諸如閥門或傳感器等的組件，而這些組件對(duì)于流體回路的常規(guī)調(diào)節(jié)來(lái)說(shuō)是必須提供的。在這點(diǎn)上，應(yīng)更好地理解的是，除了粒狀床的高熱“擴(kuò)散能力”以外，流化床系統(tǒng)還具有這樣的雙重優(yōu)點(diǎn)，即，在床-存儲(chǔ)設(shè)備或床-床界面以及在沒于粒狀床中的管表面處的高熱交換率，以及關(guān)于在短時(shí)間操作步驟中對(duì)熱蓄能器進(jìn)行快速加載/卸載的可能性的本質(zhì)特性。因此，本發(fā)明允許在顆粒床內(nèi)存儲(chǔ)熱能，以及通過(guò)調(diào)整顆粒的流化速度改變從系統(tǒng)輸出的熱功率。同樣地，使用尺寸適當(dāng)并朝向鏡區(qū)域定向的多個(gè)腔體允許降低入射熱流，并且減輕將影響單個(gè)腔體的最高溫度，使得對(duì)用于該腔體的壁的涂層技術(shù)和材料的選擇更加具有
競(jìng)爭(zhēng)性。然后，流化床的模塊化結(jié)構(gòu)允許以可觀的管理富余度來(lái)致動(dòng)一個(gè)或多個(gè)部段，并且使系統(tǒng)可用性較少地取決于大氣條件以及發(fā)電機(jī)的可用性。此外，裝置的流化床內(nèi)的燃料氣體的同時(shí)燃燒允許即使在低絕緣性期間也能保持系統(tǒng)能量生產(chǎn)恒定。最后，應(yīng)理解，本發(fā)明也提供一種存儲(chǔ)和熱交換方法，其由下文權(quán)利要求限定，并且其具有上述關(guān)于本發(fā)明的裝置和設(shè)施的各種實(shí)施例和各種樣式所述的相同較佳特征。到目前為止，已參考較佳實(shí)施例描述了本發(fā)明。應(yīng)理解，可能存在由下文權(quán)利要求的保護(hù)范圍限定的相同發(fā)明范圍的其他實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)和傳遞熱能的裝置(I)，所述裝置適合于接收太陽(yáng)輻射，所述裝置(I)包括 容納外殼(2)； 顆粒床(3)，所述顆粒床適合于存儲(chǔ)熱能，被容納在所述容納外殼(2)的內(nèi)部；以及 至少ー個(gè)進(jìn)料進(jìn)ロ，所述進(jìn)料進(jìn)ロ用于經(jīng)所述顆粒床(3)來(lái)進(jìn)給流化氣體， 整體布置是這樣的，即，在使用中，該流化氣體移動(dòng)所述顆粒床(3)的顆粒，弓I起或促進(jìn)顆粒和管束(4)之間的熱交換，工作流體在所述管束(4)中流動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置(1)，其特征在于，所述顆粒床(3)的顆粒由基本上規(guī)則形狀、較佳地為球形形狀的粒狀材料構(gòu)成。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置(1)，其特征在于，所述顆粒床(3)的顆粒具有 約50-200微米級(jí)的尺寸。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置(1)，其特征在于，包括所述流化區(qū)域的隔間，其適合于允許通過(guò)流化氣體對(duì)所述顆粒床的ー個(gè)或多個(gè)部分的選擇性和/或差異性的流化。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置(1)，其特征在于，還包括形式為單ー塊體(30)的另一存儲(chǔ)設(shè)備。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的裝置(1)，其特征在于，所述存儲(chǔ)塊(30)為石墨或者包含石墨。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的裝置(I)，其特征在于，通過(guò)壓緊粒狀形式的材料來(lái)獲得所述存儲(chǔ)塊(30)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置(106)，其特征在干，還包括容納在所述容納外殼(2)內(nèi)部的另一可流化顆粒床(304)形式的另一存儲(chǔ)設(shè)備，所述顆粒床(305、304)較佳地彼此同心布置。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置(I)，其特征在于，具有一個(gè)或多個(gè)接收腔體(20),在所述ー個(gè)接收腔體內(nèi)部或者在每個(gè)所述腔體(20)的內(nèi)部都會(huì)聚太陽(yáng)輻射。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的裝置(1)，其特征在于，包括基本為透明材料、較佳地為石英的板件(13)，該板件對(duì)應(yīng)于所述ー個(gè)腔體或每個(gè)腔體(20)的ロ部布置。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的裝置(I)，其特征在于，所述ー個(gè)板件或每個(gè)板件(13)都能使進(jìn)入各個(gè)腔體(20)的太陽(yáng)輻射透過(guò)，并且使從所述腔體(20)發(fā)出的紅外輻射不可透過(guò)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項(xiàng)所述的裝置(I)，其特征在于，包括位于所述一個(gè)接收腔體或至少ー個(gè)接收腔體(20)的進(jìn)ロ的次級(jí)太陽(yáng)輻射集中器。
13.根據(jù)引用權(quán)利要求5時(shí)的權(quán)利要求9-12中任一項(xiàng)所述的裝置(102)，其特征在干，所述另一存儲(chǔ)設(shè)備(30)直接對(duì)應(yīng)于所述ー個(gè)腔體或至少ー個(gè)所述腔體(20)布置。
14.根據(jù)引用權(quán)利要求5時(shí)的權(quán)利要求9-12中任一項(xiàng)所述的裝置(104)，其中所述顆粒床(3)直接相應(yīng)于所述ー個(gè)腔體或至少ー個(gè)所述腔體(20)布置。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1)，其特征在于，具有用于所述流化氣體的出流管(5)。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(I)，其特征在干，包括ー個(gè)或多個(gè)熱交換元件(4)，該熱交換元件(4)接收或適合接收工作流體，并且布置成與所述顆粒床(3)接觸和/或在使用中、當(dāng)所述顆粒床(3)被所述流化氣體流化時(shí)由所述顆粒床(3)接觸。
17.—種生產(chǎn)用于エ業(yè)用途的蒸汽或熱的設(shè)施(100)，包括根據(jù)上述權(quán)利要求任ー項(xiàng)所述的ー個(gè)或多個(gè)裝置(1)。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的設(shè)施(100)，其特征在于，包括用于經(jīng)由所述裝置(I)的至少ー個(gè)進(jìn)ロ(21)來(lái)進(jìn)給所述流化氣體的設(shè)備(210、8)。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的設(shè)施(100)，其特征在于，所述進(jìn)給設(shè)備包括用于所述流化氣體的強(qiáng)制循環(huán)的設(shè)備(8)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的設(shè)施(100)，其特征在于，所述進(jìn)給設(shè)備選擇性地可控，以改變所述流化氣體的速度。
21.根據(jù)權(quán)利要求17-20任一項(xiàng)所述的設(shè)施(100)，其特征在于，包括用于對(duì)所述流化氣體除塵的設(shè)備(6)。
22.根據(jù)權(quán)利要求17-21任一項(xiàng)所述的設(shè)施(100)，其特征在于，包括用于向所述顆粒床(3)被選擇的部分選擇性進(jìn)給流化氣體的設(shè)備。
23.根據(jù)權(quán)利要求17-22任一項(xiàng)所述的設(shè)施(100)，其特征在于，包括用于向所述裝置(1)的所述外殼(2)內(nèi)部進(jìn)給燃燒氣體的設(shè)備(401)。
24.根據(jù)權(quán)利要求17-23任一項(xiàng)所述的設(shè)施(100)，其特征在于，所述設(shè)施為發(fā)電設(shè)施。
25.一種存儲(chǔ)以及繼而交換源自太陽(yáng)的熱量的方法，該方法提供對(duì)適合于接收和存儲(chǔ)源自太陽(yáng)的熱能的顆粒床(3)的使用，以及對(duì)所述顆粒床(3)的流化，以引起或者促進(jìn)所述顆粒床(3)和熱交換器的管束(4)之間的熱交換。
26.根據(jù)上述權(quán)利要求的方法，其特征在于，通過(guò)受控地進(jìn)給流化氣體、較佳地為空氣，以執(zhí)行所述流化。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的方法，其特征在于，提供對(duì)所述顆粒床(3)的被選擇部分的差異性流化。
28.根據(jù)權(quán)利要求25-27任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，作為水和/或蒸汽的工作流體在所述管束(4)內(nèi)流動(dòng)。
29.根據(jù)權(quán)利要求25-28任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，提供下述步驟在日照期間在存儲(chǔ)設(shè)備(30、3)中存儲(chǔ)熱能的步驟，以及在缺乏太陽(yáng)輻射時(shí)通過(guò)流化所述顆粒床(3)以將來(lái)自所述設(shè)備(30)的熱傳遞給所述管束(4)的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求25-29任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，提供對(duì)根據(jù)權(quán)利要求1-24任一項(xiàng)所述的ー個(gè)或多個(gè)裝置(1)或所述的設(shè)施(100)的使用。
31.根據(jù)權(quán)利要求25-30任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，提供在所述裝置(1)的所述顆粒床(3)內(nèi)部對(duì)氣態(tài)化石燃料的燃燒。
32.根據(jù)權(quán)利要求25-31任一項(xiàng)所述的方法，其特征在干，為了獲得恒定的能量生產(chǎn)，提供存儲(chǔ)熱能以及伴隨地或延期地將所述熱傳遞至熱交換器的步驟。
全文摘要
一種存儲(chǔ)和輸送用于能量生產(chǎn)系統(tǒng)的熱能的裝置(1)，所述裝置(1)適合于接收太陽(yáng)輻射，并且基于對(duì)模塊化可流化粒狀床以及與其關(guān)聯(lián)的熱交換器的使用。模塊化流化允許選擇性地存儲(chǔ)熱或者將熱傳遞至交換器。在該使用的基礎(chǔ)上，存在經(jīng)流化床的熱交換以及隨著粒相的機(jī)動(dòng)性發(fā)生的有效熱對(duì)流輸送的有利特征。這些特征都關(guān)聯(lián)于賦予粒狀固體流變性能的可能性，由于其流化，該粒狀固體可與流體相比。該裝置主要包括容納外殼(2)，其設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)接收所述太陽(yáng)輻射(20)的腔體；可流化粒狀顆粒床(3)，其布置在所述容納外殼(2)內(nèi)部，適合用于熱能存儲(chǔ)和輸送；一個(gè)進(jìn)料口，其用于通過(guò)適當(dāng)?shù)姆峙淦?21)經(jīng)所述顆粒床(3)進(jìn)給流化氣體；熱交換器(4)，其沒于所述可流化粒狀床中，并且被工作流體穿過(guò)；以及進(jìn)給進(jìn)口，其用于燃料氣體(401)作為附加的熱輸入口，以提高系統(tǒng)的管理靈活性。
文檔編號(hào)F28D20/00GK102859292SQ201180021307
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者M·馬迦迪, G·德米歇爾 申請(qǐng)人:馬迦迪工業(yè)有限公司