TW201839259A - 使用源自太陽之熱能之高能效率裝置、系統及方法 - Google Patents

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皮爾羅 薩拉提諾
伯拉 阿曼恩多拉
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Abstract

一種用於源自太陽之熱能的蓄積及交換之裝置(1)，該裝置(1)被配置成接收藉由一光學系統被集中的一太陽輻射，該裝置(1)包括：- 一罩殼(2)，其界定一內部隔室(20)，且具有被配置成允許該被集中的太陽輻射進入的一照射開口(10；10’)，該開口(10；10’)在使用中沒有關閉或屏蔽機構下，使該內部隔室(20)和外部環境直接連通；- 可流體化的固體顆粒之一床層(3)，其被容置在該罩殼(2)的該內部隔室(20)內，該床層(3)具有一操作區域(30)，該操作區域(30)在使用中，以該操作區域(30)的顆粒從太陽輻射中吸收熱能的方式，被直接地暴露於通過該開口(10；10’)進入之該被集中的太陽輻射；及- 該顆粒床層(3)的流化機構(4)，其被配置成至少在該操作區域(30)處將一流化氣體收聚進入該隔室(20)中。

Description

使用源自太陽之熱能之高能效率裝置、系統及方法
本案發明涉及一種用於源自太陽之熱能的蓄積及交換之裝置，該裝置係基於由被集中的太陽輻射所直接照射之一可流體化的顆粒床層。
本案發明亦涉及一種包括此一裝置之能源的生產之系統，及涉及一種相關之方法。
已知如何藉由太陽追蹤鏡收集太陽能，該太陽追蹤鏡將輻射集中在反射鏡上。該反射鏡接著將該輻射傳送到基於流體化之顆粒床層之用於熱蓄積及交換的裝置上。
用於生產熱/電能之系統，其包括一或多個依據要被取得之熱功率的單元，該系統可基於該等用於源自太陽之熱能的蓄積及交換之裝置。
習知技術的該等流體化之床層裝置是根據二個主要的結構被製成的。
根據一個揭示在WO2013/150347A1中的第一結構，該太陽輻射是被接收在該裝置之一金屬空腔的該等壁面上。此一空腔界定出該顆粒床層的該罩殼及延伸於該罩殼內部的部分。該等流體化之顆粒床層從該空腔的該等壁面取得被集中在該等壁面上之由太陽輻射所產生之熱能。
在高入射輻射流的情況下，剛被敘述過的該結構具有將該空腔的 該表面暴露至高溫度及熱梯度的不便，隨之而來的是，由於所使用的金屬合金的品質而導致的熱機械阻力和耐久性方面的臨界性。為了分佈該等空腔壁面以一均勻的方式被暴露於的該等熱流，該太陽追蹤鏡場可被整合在多個被布置成環繞該裝置的子區段中。然而，當和被定位在最高照射的方向之單一的太陽追蹤鏡場相比較時，就各個太陽能發電單元而言，此配置需要更多地使用土地。
在一個第二已知的結構中，該等前述的空腔未被提供，且該蓄積及交換裝置之該顆粒床層，通過一個在該裝置的該罩殼上所取得之透明材料的窗戶接收該被集中的太陽輻射，該透明材料通常是石英。
然而，此第二種結構的重要性在於該事實，即該透明的窗戶和該流體化之固體的直接接觸必須被避免，以便能限制隨著時間的推移之沾污現象的發生、灰塵的沉積及/或該透明的表面的混濁，這些是會降低其接收效率，從而導致在溫度上的增加及在窗戶上之熱梯度的產生。
相關剛被說明過之那類型的接收器之使用的另一缺點，是有關針對一工業規模系統的需求生產足夠尺寸的石英窗戶的困難。特別是，有關在該窗戶的平面尺寸上的增加，為了確保結構支撐，必須對應在其厚度上的一增加，此帶有在輻射傳輸特性上的一對應的減少。
其被進一步地強調，該等已知的裝置可以在維護以及熱吸收和轉移過程的功效和效率方面呈現臨界。此外，由於朝向外部環境的輻射再發射，已知的裝置也可能具有重要的熱損失。
由於上述的內容，相關技術中已知用於源自太陽之熱能的蓄積及釋放之該等裝置，在某些情況下，具有無法實現一具有競爭力之工業用途的低效率總和。
能量或熱生產工廠可以基於先前已被說明過之該等已知的裝置。此等裝置可為用於熱能之蓄積及/或交換的單元的部分。此些單元的數量， 及因而該等裝置的數量，取決於要被達成的熱功率。由於該等前述之不方便，此些單元及該等相關聯的工廠可能具有遠離所謂之“平價格”的高能量生產成本。
因此，本案發明所提出及解決的技術問題為，提供一種用於源自太陽之熱能的蓄積及供應之裝置，該裝置是能克服習知技術之該等前述的不方便。
此問題是藉由根據申請專利範圍第1項之裝置被解決。
該發明亦提供一種根據申請專利範圍第28項之系統及一種根據申請專利範圍第項31之方法。
本案發明之較佳的特徵為附屬項申請專利範圍之主題。
該發明提供一種基於一流體化之顆粒床層之用於源自太陽之熱能的接收、蓄積及供應之裝置。該流體化之顆粒床層，以一種由該被集中的太陽輻射之直接的方式被照射，亦即被撞擊，沒有***例如是空腔或是透明的窗戶之接收機構。換言之，藉由在一該裝置的罩殼中，較佳的是在該罩殼的一上部分，且甚至更佳地是在一側向的位置中被取得之一照射開口，該流體化之床層和外部環境直接連通。
因此，本案發明的該裝置，在使用期間，不會提供被放置介於外部環境/該入射太陽輻射及該顆粒床層之間之任何透明的窗戶，或是任何其他的結構。
當和習知技術的該等間接的照射裝置相比較時，本案發明的該裝置能在沒有***壁面或是其他的阻障之下，將該入射輻射功率直接轉移至該流體化之固體。因此，該裝置能限制通過該照射開口的熱洩漏。接著，僅由該流體化之固體的特性被限制之最大可達成的溫度，是高於在該等附有間接的照射之已知的系統中可被容許的溫度，帶有該裝置的該熱性能/產量之一明顯的增加。
沒有窗戶、壁面空腔或是其他的阻障，有助於提供給本案發明的該裝置更佳的堅固性及耐用性。
有利的是，該裝置和一光學系統相聯結，該光學系統特別是包括有，主要的太陽追蹤鏡及例如是鏡子之次要的反射器。此光學系統在一操作下，將太陽輻射通過該照射開口集中在該裝置上，或是照射該顆粒床層的區域。
在一較佳的配置中，該裝置的照射從上面以一相對於地面(或是相對於垂直)傾斜的方向發生，且其是藉由一光學系統被取得，該光學系統是由被定位於該較大照射的方向上之一太陽追蹤鏡場所製成，該太陽追蹤鏡被連結至一被定位在高度上之次要的反射器，該反射器的焦點對應該前述的照射開口。
本案發明的該裝置一般是包括有被沉浸在該粒狀的床層中的諸熱交換元件，或是和該等熱交換元件相聯結。此些元件可包括管束或是薄膜式壁面，其中，較佳的是一操作流體至少在該裝置的操作的被選定階段流通過。
在一較佳的實施例中，在該顆粒床層內部的該等交換元件是可容易地被更換，不需要移除該等床層顆粒。該等熱交換元件在要維修時，或是將它們調整成接受不同類型的操作流體(例如是處於超臨界狀態的CO2)時，該等熱交換元件的更換會變成是必須的。
根據本案發明的一觀點，由該入射太陽輻射所直接照射之該顆粒床層的一操作或照射區域，可根據一特定的流體動力式體系被流體化，較佳的是藉由一流化系統被取得，特別是藉由一收聚及/或分佈系統，一般是空氣。該系統較佳的是被布置在該顆粒床層的底部。
如上所述，該流化會影想被直接地暴露於該入射輻射之該床層的一操作區域，或是該整個顆粒床層，或是其被選定的部分。
在特定的實施例中，該較佳的流化體系是一種沸騰的床層類型。
該整個顆粒床層的該流化能有效地均勻化該床層的溫度，且此是 藉由連續地將被該太陽輻射所撞擊的該等顆粒和其他來自相鄰區域的顆粒更換而發生的，該太陽輻射被集中在對應該照射區域的區域，帶有介於更內部的區域及被直接地照射的區域之間之該等床層顆粒的一連續的再循環。
因此，在該照射開口處之該等床層顆粒的交換，亦即是那些被直接暴露至該太陽輻射之顆粒的交換，以及該熱能至該床層的其餘部分的一供應及分佈，由於該流化系統所建立的該流體動力式體系被允許。
有利的是，該流化和在該床層內部的對流運動相聯結，該對流運動使受該被集中的太陽輻射所影響之該等顆粒能有朝向該床層的該等相鄰區域的移動，以及能有新的顆粒到對應該被照射的區域之區域的吸力。
有利的是，構成該流化系統之該流化氣體的收聚及/或分佈的該等機構，可從該裝置的外部被檢查，不需要移除該等床層顆粒，且在需要進行維護/清潔時，可從該裝置的外部工作。以此方式，針對該裝置的檢查或維護，其不總是需要停下該裝置的操作，等待該等床層顆粒(通常計達多頓的材料)的冷卻及清空該裝置，特別是當該等前述的收聚/分佈的機構被定位在該床層的底部時。
根據該裝置的特定的操作模式，該流化空氣從在該裝置的一罩殼內部之一上面的區域中之該顆粒床層流出，該區域被稱為出顆粒床層高度區(freeboard)。
在一較佳的實施例中，一專用的通氣或是抽吸系統被提供，其被連接至該裝置的內部環境於該前述的出顆粒床層高度區。此通氣系統操作該流出之流化空氣的一連續的抽吸，較佳的是導致當和外面的環境相比較時的一(輕微的)凹陷。
在一可能的除塵階段的下游，此空氣能通過一般是在該裝置之外部的一個熱交換器，並釋放出其熱含量，例如是釋放給另一種操作流體。此熱 含量因此變成是可用於各種目的，例如是用於在一專用的系統中之水的淡化程序。更佳的是，藉由一特定的交換器，從該裝置離開的該流化空氣，可藉由該前述的流化系統，預熱隨後被引入該顆粒床層中的環境空氣。在一進一步的變體的基礎上，該通氣系統可導致從該出顆粒床層高度區被抽出直接地進入該顆粒床層之空氣的一重新導入，為了相同之床層的流化目的，特別是導致直接地進入在該相同之顆粒床層的底部之空氣的一重新導入。
由於該床層的熱流體動力學特性，該等顆粒的速度越大，特別是當藉由該流化空氣流被引導時，在該床層本身內部造成的熱交換係數越大。為了此原因，及為了避免灰塵及熱的空氣可通過該照射開口從該裝置逃逸，該裝置的一特佳的配置，提供了介於該開口的位置、在界限該出顆粒床層高度區的區域中之該罩殼的配置、及/或在該出顆粒床層高度區的壓力之間的協同作用。
基於一較佳的配置，該照射開口被側向地定位在該裝置的該罩殼上，通常則是在其頂端，或是在其頂端的附近。特別是，該開口的位置是側向於該顆粒床層的一主要的流化方向，及/或是側向於該床層的延伸的一縱長方向。較佳的是，該罩殼界限該出顆粒床層高度區的部分，其通常是該罩殼本身的一上方的壁面，具有一傾斜的或是被覆蓋的配置，具有在該照射開口處的一下邊緣或是部分。有利的是，在或接近該傾斜的配置的一上面的邊緣或是部分處，一至該通氣系統的連接件被定位，其將出現在該出顆粒床層高度區的流化空氣抽吸出。以此方式，該罩殼的該相關的部分作用如同一罩蓋，有利於從該顆粒床層離開朝向至該通氣系統的該連接件之該熱的流化空氣的對流運動，該空氣較佳的是藉由該系統的該抽吸作用所帶來的該凹陷被抽吸。該熱的空氣因此從該照射開口被移開。
在一較佳的布置中，該照射開口的位置的選擇，是使得其限制於由該被集中的太陽輻射所直接照射之該床層部分的一最小的視角係數。特別的 是，較佳的是根據該垂直的或縱長方向，該顆粒床層的任何部分都不和該照射開口直接地對應，亦即是不會呈現一相對於該開口本身之單一的視角係數。此配置能將由於藉由該顆粒床層之該表面的部分被產生的再照射之熱的損失限制至最小，並且亦降低了空氣及灰塵逃逸的風險。
基於一較佳的實施例，該通氣系統被配置成，當該顆粒床層的溫度增加時，增加該吸入速度。此種自動化能維持一恆定，或是任何在該出顆粒床層高度區域之受控制的凹陷。
在任何情況下，如上所述，該通氣系統可導致該裝置的一內部壓力等於或是低於周圍環境的壓力，以便能減少或是排除熱的空氣及最終的灰塵朝向在該裝置外部的環境的逃逸。
在該出顆粒床層高度區域相對於外面的環境凹陷的情況下，外面的空氣可通過該照射開口進入該裝置。外面的空氣的此進入，可抵抗流化空氣及灰塵通過該相同的開口的逃逸。
根據本案發明的另一觀點，在該照射開口處，一輔助型熱交換器可被完全地或是部分地定位在該罩殼的外面。此一輔助型熱交換器可將該被集中的太陽輻射直接地接收，特別是在一通過其的操作流體。該輔助型交換器可是和被***在該顆粒床層中的該等交換器獨立開的，並且是可以立即使得由太陽輻射所獲得的熱焓可用於各種目的，例如是能連續地為和該裝置相連結的一海水淡化系統供電。在其他的應用中，該輔助型交換器可被連接至在該顆粒床層內部的該等交換器，及執行該相關操作流體的一預熱。
該熱交換器可被罩護在一引導機構中，其例如是具有朝向外面錐形化的一截頭圓錐形狀，被定位在該照射開口處。此一變體有助於可通過該照射開口進入該裝置之環境空氣的預熱。
其他的實施例可提供有多個照射開口，各個開口具有該等前述之 特徵。
本案發明的該裝置可為用於太陽能供應熱能的生產之一模組化系統的部分。
從某些實施例之以下的詳細說明，本案發明之其他的優點、特徵及使用方式將是顯而易見的，該等實施例被提出做為範例，但不限制功效。
將參考隨附圖式，其中：圖1以縱向剖面顯示一種根據本案發明的一第一較佳的實施例之用於源自太陽之熱能的蓄積及交換之裝置的一概略的視圖，該裝置和一所謂之“光束向下”類型的光學系統相連結；圖2顯示圖1的該裝置之一放大的概略實施例，該裝置和一熱交換系統的某些構件相連結；圖3顯示圖1的該裝置之另一放大的概略表示，包括和一能量生產系統的某些構件相連結；及圖4顯示一種根據本案發明的另一更佳的實施例之用於源自太陽之熱能的蓄積及交換之裝置的一概略的縱向剖面視圖，該裝置可和先前圖式的該等系統構件及該等元件結合。
圖5以縱向剖面顯示一種根據本案發明的另一較佳的實施例之用於源自太陽之熱能的蓄積及交換之裝置的一概略視圖；圖6以縱向剖面顯示一種根據本案發明的另一較佳的實施例之用於源自太陽之熱能的蓄積及交換之裝置的一概略視圖，該實施例是有關流化氣體之分怖的一種替代模式；圖7以縱向剖面顯示一種根據本案發明的另一較佳的實施例之用於源自太陽之熱能的蓄積及交換之裝置的一概略視圖，該實施例強調一種用於避免顆粒 從該流體化之床層的一出顆粒床層高度區逃脫的屏障方法；圖8顯示圖7的該裝置的一概略俯視圖。
被顯示在前面被介紹之該等圖式中的該等線性的或角度的尺寸或是引用，要被理解為僅是做為一範例，且它們並不須按比例表示。
本案發明的各種實施例及變體將參考在前面被介紹之該等圖式被說明於下。
一般而言，在所有各種圖式中之類似的構件，是使用相同的參考符號被標示。
除了已經在說明中被處理過之該等實施例及變體以外的實施例及進一步的變體，將僅就相對於已被說明過之內容的不同部分被解說。
此外，被說明於下之各種實施例及變體的特徵要被理解為，在可兼容時，是可被結合的。
參考圖1，一種根據本案發明的一第一較佳的實施例之用於源自太陽之熱能的蓄積及交換之裝置，或是接收器，整體以參考符號1被標示出。
本實施例的該裝置1被設想成被***一能量生產系統500中，該系統最終是包括有多個例如是於此被考慮到的那個裝置。
該系統500可包括一光學系統，該光學系統被配置成將一入射太陽輻射集中在該(等)裝置1上。各個裝置1可和其本身的一光學系統相連結。有利的是，此一光學系統具有一“光束向下”的配置。特別是，該光學系統可包括有多個主要的太陽追蹤鏡501，或是可包括有多個相當之主要的光學元件，其等是被布置在地面上，且是適用於收集該太陽輻射，以將其偏向/集中在一或多個次要的反射器502上，或是相當的次要的光學元件上。該等多個次要的反射器或是次要的光學元件是被布置在，位於被布置在地面上的該裝置或是該等裝置1上方的 一高起的高度處，且其等因此將該太陽輻射傳送在該(等)裝置其本身/其等本身上。在圖1中，該等光學元件的一共同的焦點，是以F1被標示出，而被表示出之該次要的光學元件的該焦點則是以F2被標示出。
該等主要的太陽追蹤鏡501可被整合在次場域中，例如是根據基本點被布置的次場域。
如在圖2中被更詳細地顯示的，該裝置1包括有一圍阻罩殼2，其界定出一內部隔室20，該內部隔室20是適用於容駐將會被簡短地說明之一可流體化的顆粒床層3。該罩殼2可具有一多邊形的幾何形狀，例如是一立方體的、一平行六面體的或圓柱體的幾何形狀。在此範例中，該罩殼2包括一上壁部21、一側裙部23及一下壁部或是底部24。
有關裝置1的幾何形狀，我們可界定出一縱長方向L，在本範例中為一垂直方向，及一橫行方向T，其是垂直於該縱長方向L，且因此在此範例中是水平的。
該罩殼2具有一照射開口10。先前被引用的該等次要的反射器502專門地將該入射太陽輻射集中進入該開口10中，或是集中在或接近它(焦點F2)，及在該隔室20內部。
該開口10將該內部隔室20設置成和外部環境直接連通，且因而將其所罩護之該顆粒床層3設置成和外部環境直接連通。特別是，該開口10，在使用期間，不具有任何關閉及屏蔽機構，例如是透明的窗戶或是類似者。換言之，該裝置1被配置成在沒有任何關閉及屏蔽機構下操作。在非操作期間，該開口可使用可移除式機構被關閉，該可移除式機構意旨在保護該系統及排除或減少熱能之朝外擴散至外面的環境。
在此範例中，該開口10被顯示成被布置在該罩殼2的該上壁部21處，且通常是位在相對於其之縱向上的中間。然而此一表示是要被理解為純屬 範例性，且該開口10之一特佳的布置稍後將參考圖4被討論。
該可流體化的顆粒床層3為一顆粒狀類型，亦即是由固體顆粒所形成的。
對該裝置1之該顆粒床層而言為較佳的粒狀材料類型，是一種具有高傳導性及擴散性熱特徵的材料類型。較佳的粒狀材料的一範例為河沙，其除了具有適當的熱特徵之外，還具有該等顆粒之自然圓潤的形狀的特徵，此將介於該等顆粒之間相互磨損的現象減到最小。
該床層3是以此種方式佔據該內部隔室20，該種方式為，同樣在使用期間，在其本身的自由表面35的上方，留下一空置的空間22或是出顆粒床層高度區。特別是，該空間22的底部是由該自由表面35所界限，其頂部則是由該罩殼2的該壁部21所界限，而側向則是由該罩殼本身的該裙部23所界限。
該床層3界定出一第一床層區域30，該第一床層區域30的該自由表面是以要被直接地照射的方式被布置，亦即是被通過該照射開口10進入的該太陽輻射所衝擊/所撞擊。該第一區域30將被稱為操作或照射區域。該床層之環繞及毗鄰該操作區域30的其餘部分，界定出一熱蓄積區域31。
一般而言，在此處被考慮的範例中，該操作區域30是被縱向地布置在該床層3的中心，而該蓄積區域31則是外接它，及橫向地毗鄰它。
實施例變體可提供該操作區域，亦即是被直接地照射的該區域，佔據該床層3的整個延伸部分。
該顆粒床層3由被配置成收聚及分佈一流化氣體的流化機構4所致動，該流化氣體特別是在該隔室20內部的空氣。在此實施例中，該流化機構4包括多個收聚的元件或是流化空氣的入口，其等是被布置在該罩殼2或是該顆粒床層3的該下底部24處。在該顆粒床層3之內部的該流化空氣的路徑因此是從底部至頂部，特別是垂直的或是基本上是垂直的。更籠統地說，該流化氣體的引 導是隨著該縱長方向L發生。
在此範例中，此些收聚元件是既被布置在該蓄積區域31的一底部處，又被布置在該操作區域30的一底部處，且因而既在該蓄積區域31的一底部處又在該操作區域30的一底部處收聚空氣。在圖2中，被布置在該操作區域30處的一收聚元件以參考符號40被標示出。
在此範例中，該顆粒床層3之一均勻的或基本上均勻的流化，亦即其二個區域30及31之一均勻的或基本上均勻的流化，被提供。
該床層3的該流體動力式體系能有一介於其各部分的該等顆粒之間的有效的熱交換，特別是能有一介於該操作區域30的那些顆粒及該蓄積區域31的那些顆粒之間的有效的熱交換。此程序是受到該事實的促成，該事實是該等床層顆粒，特別是那些屬於該等二個區域的床層顆粒，經歷一連續的交換及再循環。在使用期間，該操作區域的該等顆粒30，且特別是那些被布置在該自由表面35上或是在其附近的顆粒，從該太陽輻射吸收熱能，且它們將其轉移至其他的床層顆粒，特別是轉移至該蓄積區域31的那些床層顆粒。
如先前所提及過的，介於該等顆粒之間的該熱交換，是受到對流運動的促成，該等對流運動是由該流化體系所決定的。此些動作將在該床層的該等相鄰的子區域的該上部分中，具有較大的流化速度之該子區域的該等顆粒，轉移或是灌注進入具有較低的流化速度之相鄰的子區域中，並且將在具有較大的速度之該子區域內部之接著的子區域中的顆粒，抽吸進入該等相鄰的子區域的下部分中。
該等子區域顆粒的此再混合，能有在受到太陽光照影響的該床層的該操作區域整個體積內部的質量及熱能的一轉移，並且最大化被暴露於該被集中的太陽輻射之顆粒的表面。
實施例變體可提供一差異化的流化，最終為提供僅該等區域30 及31之一的流化，及/或該等區域的一暫時差異化的流化。諸床層之不同的區域或部分的流化，或是可被選定用於其等的該等流化體系，針對進入該顆粒床層3之該流化空氣流的速度及最終的容量或是流動率，可為不同的。
該等流化元件可被均勻地布置在該顆粒床層3的底部，如同被顯示在此範例中的，或是它們可以一種不同的的方式被定位。
此外，結構上彼此類似且最終以不同的方式被控制的諸流化元件可被提供，不同的方式例如是就速度及/或容量/流動率而言。
該流化體系亦可為沸騰的類型，及/或一般而言，為一種促成在該床層3中或是在該床層3的諸區域或諸部分中的顆粒之對流運動的體系。
在某些實施例的變體中，被選定用於該整個床層或是用於其諸區域或諸部分之一的該流化體系亦可為所謂之“噴出”類型，例如是一射流、噴泉或是脈衝。該噴出類型的該流體化之床層，通常具有一流體動力式體系，該體系的特徵在於在該床層本身之底部處的一中央氣體流化射流，由於在介於被直接暴露於該射流的該等顆粒及該等周圍顆粒之間的速度上之強大的差異，其建立了一種被該床柱的部分所抽吸的運動，該運動堅持在該射流其本身以及該等面對的(圓柱狀)區域，如所述的那樣，在由該等射流的側部所抽吸入的固體所供給之該中心部分，產生噴泉效應。
有利的是，該流化氣體的該等前述的收聚元件，可從該裝置的外部被檢查，不需移除該等床層顆粒，且在需要時，它們可從外面進行維護/清潔工作。
在此處被考慮的範例中，該流化系統包括該流化空氣的一或多條分佈導管45，被水平地布置在該裝置1的底部，且較佳的是被定位成在該裝置的側裙部或是壁面23處通過該裝置。在該裝置1的外側處，各條導管45可例如是被提供有一個可移除的凸緣46。如果有必要的話，以此方式是足夠能簡單地移除 該前述的凸緣46，以便能檢查及觸及該導管45的內部。
諸熱交換元件5，特別是管束，可被罩護在該床層3中，特別是在該蓄積區域31的內部。該等管束，在被選定的操作條件下，亦即在某些使用條件下，可被一操作流體所橫越，該操作流體例如是在其液及/或氣態下的水。
特別的是，在一熱交換階段中，亦即是在一使用該被保留的熱能的階段中，該操作流體可被做成在該等管束5中流動，及接收來自該蓄積區域31的該等顆粒的熱。相反的，在一個僅蓄積階段期間，該等管束5可在乾燥的條件下操作，亦即是在沒有操作流體的條件下操作。
在一較佳的應用模式中，該蓄積階段可在有陽光存在下被致動。該熱交換，亦即是熱能至該操作流體的轉移，在沒有陽光的情況下亦可被致動。
該顆粒床層3的流化，或是其(子)區域或部分之一的流化，亦可僅發生在該蓄積階段期間。
該等熱交換元件5可以此種方式被配置成易於更換不需移除該等床層顆粒。
如同在圖3中被顯示的，在公稱溫度及壓力的條件下，從該裝置1排出的該操作流體，可被做成在一被連結至一發電機的渦輪機510中澎脹，該發電機用於電能的生產，或是其可被用於其它的工業種目的，例如是用於在空氣調節系統或是在海水淡化系統中之熱水的生產。換言之，該等管束5被鏈接到該系統500其他的構件，例如是一個或是多個渦輪機510、冷凝器511、熱交換器521、泵520等等，其中每一個都是已知的。
仍然參考圖2及3，該裝置1進一步包括用於該流化空氣之吸入的機構6，該流化空氣將其本身的路徑終止在該顆粒床層3內部，並且在該出顆粒床層高度區22處自其脫出。此抽吸機構6因此被配置成抽吸在該罩殼2的內部在該顆粒床層3的該自由表面35的上方的空氣。在此範例中，該抽吸機構6包括來 自被布置在該罩殼2的該側裙部23的一上部分處的該空置的空間22的空氣的諸出口元件60。
較佳的是，該抽吸機構6亦被配置成避免由其攜帶通過該開口10在外部環境中的流化空氣的及/或該等顆粒的一引入或一大量的引入。
有利的是，該抽吸機構6具有控制機構(未被表現出)，較佳的是具有流動率感測器，該感測器和進一步的控制機構(未被圖示出)協同作用，該進一步的控制機構是和該流化機構4相連結，導致從該裝置1抽出的一空氣流動率是等於或是較大於被引入該顆粒床層3中的流化空氣的該流動率。
較佳的是，該抽吸機構6的配置是使得其決定出一在該空間22中的凹陷。在此情況下，該抽吸機構6決定空氣從環境通過該入口開口10進入該裝置的返回。此空氣在通過該入口開口10期間變暖，增加強其本身被提供用於自該裝置1抽出之空氣的熱含量。
有利的是，該裝置1提供一介於從在該顆粒床層3的該自由表面35出處離開該顆粒床層3且由該機構6所抽吸的該(被加熱過的)流化空氣以及藉由該流化機構4進入該顆粒床層3的該流化空氣之間的熱交換。換言之，該熱量的一再生被提供，是通過該熱交換機構被取得的。此被示意性地表示於該圖中藉由熱交換構件512、流化空氣除塵構件513、通氣構件514、用於來自該裝置515的該流化空氣之吸入的構件、及用於環境空氣進入該流化系統之導入的構件。
在一實施例的變體中，該裝置1具有一在該顆粒床層3之該自由表面35處的充氣室。此充氣室被理解為一個針對該等床層顆粒是具有低的或是沒有速度的區域，且在此範例中其是由該空置的空間22所界定出的。
該充氣室22甚至有助於避免空氣及/或顆粒通過該開口10之逃逸或是大規模的逃逸。
在一實施例的變體中，該裝置1可進一步包括一種禁閉氣體之導 入的機構，特別是為一層流的形式的空氣。該禁閉氣體是適用於對顆粒逃逸至外側生產(另)一阻障。
該機構可被布置在該顆粒床層3的該自由表面35的上方，特別是在該照射開口10處。較佳的是，該布置是使得該層流特定地對準該開口10被射出，平行於該開口10的展開的該橫行方向T，以形成該開口之閉合的某種氣體式窗戶。
此外，在此實施例中，該裝置1還包括一個有造形的侷限結構8，或是引導件，被布置在該照射開口10的口部。該侷限結構8可完全地或是大部分地發展在該裝置1的外面，亦即突出或是非部分地在該空置的空間22的內部。
該侷限結構8具有一通過開口，亦即其具有一管狀的結構，以此種方式來藉由該照射開口10維持介於該罩殼2的內部及外部之間的直接連通。
在一實施例的變體中，該侷限結構8造成(另)一充氣室，且因此有助於避免或是減少空氣及/或顆粒逃逸至外面。
在此實施例中，該侷限結構8具有一錐形化的形狀，特別是圓錐狀的，具有一朝向該罩殼2的內部縮減的截面。該侷限結構的該截面能避免和由該專用的光學系統所集中之該太陽輻射的方向干擾。
此外，在結構8的該等壁面處，空氣抽吸噴嘴，或是相當的抽吸元件，可被做出，其等可和該出顆粒床層高度區22的環境連通，或是和一專用的抽吸系統相連結。當和該出顆粒床層高度區22連通時，此些噴嘴將該被抽吸的空氣灌注進入被包括介於該自由表面35及該罩殼2的該上壁部21之間的空間。從此處，此空氣流亦被該已經被引入的抽吸機構6所抽吸。
在一實施例的變體中，該裝置1進一步包括一個外部框架80，其支撐在該開口10處之可移除的機構，用於在其非操作期間保護該系統，並因而排除或減少分散熱能至外面的環境。
根據一較佳的實施例，該裝置1包括一輔助型熱交換器9，被布置在該侷限結構8處，或是籠統的說，被布置在該照射開口10的該侷限結構8處。該輔助型交換器9是以此種方式被配置成直接地被暴露於該入射太陽輻射，以便能例如是藉由一個流體向量吸收熱量。
該輔助型交換器9可自被引入該顆粒床層中的該等熱交換元件5獨立開，或是其可被連接至該等熱交換元件5。
圖4是指本案發明之該裝置的一特佳的實施例，於此亦以1被標示出。雖然其是被示意性地表示，但是除了在此以元件符號10’被標示之該照射開口的定位以外，該照射開口10’是側向地被布置在該罩殼2上，如先前所述之相同的說明亦適用於此實施例。特別的是，該開口10’被做成和該罩殼2的一上部分對齊，且在此範例中，是被界定介於該罩殼的該側裙部23的一部分230及一上壁部之間，特別是被界定為該罩殼2本身的一個傾斜的上壁部210。在此範例中，當和該裙部23的其餘部分相比較時，且特別是當和該橫行及縱長方向T及L相比較時，該部分230具有一傾斜，當和該其餘的裙部分相比較時，是朝外地突出。較佳的是，在諸流化操作條件下，該顆粒床層3的該自由表面35是被布置在或是靠近該部分230的下邊緣，特別是在其下方。
該傾斜的或是被覆蓋的上壁部210具有一和該部分230一起造成該開口10’的下邊緣211，以及一被連接至先前已被說明過之該抽吸或是通氣機構6的一個元件或是出口端口600的上邊緣212。
參考圖1被提及之該次要的光學元件502的該焦點F2落在該開口10’的該口部處。
如同先前已被強調過的，該開口10’的該側向的位置，該罩殼2的該傾斜的配置210，及/或如同(亦)藉由該抽吸機構6被取得之在該出顆粒床層高度區22內的該壓力體系，是被協同用於改進在該顆粒床層3內的該熱交換，及 用於避免灰塵及熱的空氣從該裝置1逃逸出。
在圖4中，類似於那些先前已被說明過之流化機構4被顯示出，其等是由可自一或多個旁側的元件402及403獨立開的一個或是多個中央收聚元件401所製成的。此些元件亦可例如是藉由類似於那些先前被說明過的一或多個可移除的凸緣46，從該外面被檢查及/或被維修。
圖4進一步強調一個用於該罩殼2之多層的結構。
圖5顯示一種用於源自太陽之熱能的儲存及/或交換之裝置的另一較佳的實施例，其整體以101被標示出。
該裝置101是適合被使用在一個能量生產工廠內，特別是一個電能量生產工廠內，且被配置成接收藉由一光學系統被集中的一太陽輻射。
該裝置101包括一外部罩殼102，其具有一下底部121、一上壁部122及一側裙部123。該罩殼具有一內部隔室120，其和在一照射開口200處的外部環境直接連通。該照射開口200被定位，在此範例中是被定位在該上壁部122的中心。
在此情況下，該開口200同樣是被配置成允許該被集中的太陽輻射的進入且，如所敘述過的，將該內部隔室120和外部環境直接連通，在使用中外部環境是沒有關閉或屏蔽機構的。
可流體化的固體顆粒之一床層被容置在該該隔室120內，整個以數字103被標示出，且是類似於先前和其他的實施例結合被說明過的可流體化的固體顆粒之該床層。
參考在該顆粒床層103之內部的該裝置101的該操作模式，類似於該等先前的實施例，在使用中，可辨識出一照射或是操作部分130，被直接暴露於通過該開口200進入之該被集中的太陽輻射，且一儲存及/或交換的部分131，被布置成外接該被照射的部分130。在此實施例中，該照射部分130相對於該儲 存及/或交換部分131被放置在中央。該二個部分130及131各延伸於在該顆粒床層之內部的縱長方向L，亦即是介於該底部121及該上壁部122之間。以135被標示出之床層103的該自由表面(出顆粒床層高度區)，一般而言是被定位在該罩殼102的該上壁部122的下方，其從該上壁部122分隔開一自由空間136。
該二個床層部分130及131處於顆粒的動態交流中，就此點而言，在使用中，該二個部分的該等顆粒被交換，經歷連續的混合。甚至該顆粒床層高度區136的延伸可能是隨著特定的應用而變化。
第一及第二流化機構被提供在該顆粒床層103的底部，或是在該罩殼102的底部，該等第一及第二流化機構整體以數字104及400被標示出，並以此種方式被配置來決定該床層103的一流化作用，且特別是決定其各別的部分130及131。
更詳細地說，該第一流化機構104包括一個用於空氣或其他流化氣體之輸送的元件141，其以對應該被照射的部分130的一底部之方式被定位在中心。
然後該第一流化機構104包括一根上升導管(“立管”)140，其縱向地延伸在床層103內部，特別是呈現有，在該床層的底部附近的一第一部分142，以及被設置在該自由表面135上方的一第二部分143。該上升導管140被配置成在其內部接收該被照射的部分130的該等顆粒，及將它們向上引導至在該自由表面135上方且在該照射開口200處的一冒泡或爆發。
該第二流化機構400亦包括一個用於空氣或其他流化氣體之輸送的元件401，其被定位於該罩殼102之底部的側向。此元件401傳送在一個風箱402內部的氣體，該元件401將該氣體分佈至該儲存及/或交換部分131的底部。
較佳的是，該等流化機構104及/或400被配置成，在使用中，決定在該整個顆粒床層103中或是在其部分或是子部分中之一沸騰床層的體系。
在被顯示在圖6中之一實施例的變體中，該第二流化機構包括多個分佈元件(“噴嘴”)，其中一個以403被標示成一範例。
再次參考圖5，該裝置101進一步包括一個侷限結構105，其被整合於該罩殼102，且以此種完全地外接該照射開口200的方式被定位在該照射開口200處。
該侷限結構105和該第一流化機構104配合，以便能決定一介於該等二個床層部分130及131之間的顆粒之動態的交換。為了此目的，該結構105是被布置成外接該上升導管140。
在此實施例中，該侷限結構105呈現一種從底部變化到頂部的幾何形狀，或是錐形化的幾何形狀，具有一在尺寸上朝向該罩殼102的內部縮減的截面，特別是一種倒置的截頭圓錐形狀。該截頭圓錐的該下底部接續有一下降導管150，該下降導管150被定位成外接該上升導管140，且其延伸在該顆粒床層的內部。較佳的是，該侷限結構105是被布置成相對於該照射開口200是至少部分地朝外突出。
該整體配置是使得，在該冒泡或爆發的下游處之該照射部分130的該等顆粒，掉落回到該上升導管140及該侷限結構105之間，且它們是以一種重新進入該熱儲存及/或交換的部分131的運動由該下降導管150所引導。
被界定在該床層103內部介於該二條導管140及150之間之該縱向的隔室，封針對該等顆粒的流出及由該第二機構400所收聚通過該開口200朝向該裝置101的外面之該流化氣體的流出，建立一個液壓式密封。
因此，在使用中，該照射部分130的該等顆粒，在它們冒泡或爆發期間，從該太陽輻射吸收熱能，並在它們一旦被引導通過該下降導管150時，將熱能轉移至該儲存及/或交換的部分131的該等顆粒。
較佳的是，在該床層103之該自由表面135的上方，該侷限結構105 界定出，該照射部分130的該等顆粒之該流化運動的一充氣室124。
因此有利的是，當和該部分131相比較時，較佳的是基於不同的顆粒流化速度，該等第一及第二流化機構104及400被配置成決定在該照射部分130中之不同的流體動力式體系。
被顯示在圖6中的該裝置，除了先前提及之在該第二流化機構的變體之外，是完全地類似於圖5中的該裝置。
關於圖7及8，它們是有關另一個實施例，該實施例提供有一流化氣體的抽吸機構106，其被布置在該罩殼102的內部，在該顆粒床層103的該自由表面135的上方，且特別是和特此以500被標示出的該侷限結構相連結。
在此範例中，此機構106包括有一或多個抽吸閥件或是噴嘴，其(等)被布置成和該結構500的一側裙部對齊。在該被實施的配置中，該結構500並未提供有該等前述之下降導管，且是終止在該床層103的該自由表面135的上方。該噴嘴的存在防止該流化氣體被傳送通過該第二流化機構400，經由該開口200洩漏。
圖7亦顯示出諸熱交換元件110，特別是管束，在使用中，該等管束被一操作流體橫越過，且被布置在該可流體化的顆粒之床層之該儲存及/或交換的部分131處。顯然的是，該等元件110亦被提供在先前被說明過之其他的實施例及變體中。
亦如同先前被解說過的，當考慮先前所有納入考量的圖式，被說明過的該裝置101亦可包括較佳的是空氣之一侷限氣體的入口機構，該入口機構在該自由表面135的上方，被配置成供應一層式氣流，該層式氣流適用於生產一個對顆粒朝向外側之逃逸的阻障。該機構亦可藉由在圖7中被考慮到的該等相同的閥件或是噴嘴被實施。
如上所述，本案發明的該裝置是適合和一光學系統一起使用，該 光學系統較佳的是具有一個“光束向下”的配置，該配置提供有一或多個被布置在地上之主要的光學元件，及一或多個被布置在高度處之次要的反射光學元件。該光學系統被配置成將該太陽輻射集中成和該等前述的照射開口對齊。
本案發明的該裝置具有一模組化性質的特徵，亦即針對熱交換，是極適合以串聯或是併聯的方式被鏈接至一或多個類似的裝置。
此外，根據該等已被說明過的各種實施例及實施例變體之該等類型的裝置，可有利地被連結用於較大的生產及/或該工業系統的較大操作彈性。
被顯示為圖3中的一範例之該能量生產系統的管理，較佳的是藉由一控制軟體被執行，該控制軟體基於該使用者的要求及/或該等天氣條件，最佳化其操作，結果是得到該系統之一完全靈活的操作。
再次，在一較佳的配置中，基於本案發明之該等裝置的一或多個的該系統，有利的是可和提供用於在白天期間生產電能的一太陽能光電系統相連結，且其補償該系統輔助設備的消耗。在此配置中，該等蓄積及轉移裝置可在陽光下的時間中，在源自太陽之熱能的蓄積的一體系下被管理，然後在熱能供應的一體系下，將其轉移至通過該等內部交換器至該顆粒床層的該操作流體，用於從黎明起之電能的生產。
此外，在相同的配置中，該系統可和一海水淡化系統相連結，或是被連結至該源自太陽之熱能的開發的另一個系統。以此種方式，該等裝置可在一混合的體系下被管理：皆使用蓄積，用於夜間電能的生產，以及使用同期的供應，將相關的熱能供應用於系統之例如是脫鹽的連續操作。
本案發明的該裝置可藉由以其他的可再生的(例如是太陽能光電、風能、地熱)或是不可再生的能源供應能量的系統被補充，以確保能量生產的連續性，目的是減少或消除由不可再生能源產生之能源的生產。
在上述之所有的實施例及變體中，能量從該被集中的輻射至該流 體化之床層的傳送，是通過該粒狀材料被取得的，該粒狀材料變成該熱能之主要的載體，不像是附有一薄膜或是透明的窗戶之傳統的接收機構，將其等本身放置於被集中的能量及相關的熱載體之間，導致其等之物理性的分離。
本案發明亦提供一種用於源自太陽之熱能的蓄積及交換之方法，其係基於該等先前已經被說明過之相關該裝置及相關本案發明的該系統的功能性。
本案發明目前為止已參考諸較佳的實施例被說明過。其被理解為可存在其他參考相同的發明構思的實施例，如在下面被報告的保護範圍所定義的。

Claims (51)

  1. 一種用於源自太陽之熱能的蓄積及交換之裝置(1)，該裝置(1)被配置成接收藉由一光學系統被集中的一太陽輻射，該裝置(1)包括：- 一罩殼(2)，其界定一內部隔室(20)，且具有被配置成允許該被集中的太陽輻射進入的一照射開口(10；10’)，該開口(10；10’)在使用中沒有關閉或屏蔽機構下，使該內部隔室(20)和外部環境直接連通；- 可流體化的固體顆粒之一床層(3)，其被容置在該罩殼(2)的該內部隔室(20)內，該床層(3)具有一操作區域(30)，該操作區域(30)在使用中，以該操作區域(30)的顆粒從太陽輻射中吸收熱能的方式，被直接地暴露於通過該開口(10；10’)進入之該被集中的太陽輻射；及- 該顆粒床層(3)的流化機構(4)，其被配置成至少在該操作區域(30)處將一流化氣體收聚進入該隔室(20)中。
  2. 根據申請專利範圍第1項之裝置(1)，其中，該開口(10’)是被布置在該罩殼(2)上之一側向的或是非中心的位置，特別是相對於該操作區域(30)為側向的，較佳的是在該罩殼(2)的一頂壁部(210)及/或一側裙部(230)。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項之裝置(1)，其中，該照射開口(10’)是被界定在一傾斜的部分(230)，特別是該罩殼(2)的一側裙部(23)之朝向外側突出的一傾斜的部分(230)。
  4. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項之裝置(1)，其中，該照射開口(10’)是被界定在該罩殼(2)之一上面的、傾斜的部分(210)，且其中，較佳的是，相對於該顆粒床層(3)的該自由表面(35)，該上面的部分(210)界定出一基本上是抽吸罩的配置。
  5. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項之裝置(1)，其中，該布置是 使得該照射開口(10’)相對於該操作區域(30)的該自由表面(35)的視角係數是低於1。
  6. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之裝置(1)，其中，該流化機構(4)被配置成，根據縱向於該顆粒床層(3)的一主流方向(L)，特別是一基本上垂直的方向，收聚該流化氣體。
  7. 根據申請專利範圍第1至6項中任一項之裝置(1)，其中，該流化機構(4)包括一或多個流化氣體的饋送元件(40；401至403)，較佳的是被布置在該顆粒床層(3)的一下底部(24)處或是該罩殼(2)的一下底部(24)處。
  8. 根據申請專利範圍第1至7項中任一項之裝置(1)，其中，該流化機構(4)包括一或多個流化氣體的饋送元件(40；401至403)，該一或多個流化氣體的饋送元件(40；401至403)是可從該裝置(1)的外面觸及或檢查的，亦即是不需要移除該顆粒床層(3)。
  9. 根據申請專利範圍第1至8項中任一項之裝置(1)，其中，該流化機構(4)被配置成，在使用中，在該顆粒床層(3)的內部，特別是在該操作區域(30)的內部，決定至少兩種不同的流化速度。
  10. 根據申請專利範圍第1至9項中任一項之裝置(1)，其中，該流化機構(4)被配置成，在使用中，決定在該顆粒床層(3)的內部，特別是在該操作區域(30)的內部之顆粒的一循環對流運動。
  11. 根據申請專利範圍第1至10項中任一項之裝置(1)，其中，該流化機構(4)被配置成，在使用中，決定在該操作區域(30)中之一噴出類型的一流化體系。
  12. 根據申請專利範圍第1至11項中任一項之裝置(1)，其中，該操作區域(30)基本上佔據該整個顆粒床層(3)。
  13. 根據申請專利範圍第1至11項中任一項之裝置(1)，其中，該床層 (3)具有毗鄰該操作區域(30)且較佳的是與其外接的一熱儲存區域(31)。
  14. 根據申請專利範圍第13項之裝置(1)，其中，該整體配置是使得，在使用中，該操作區域(30)的顆粒從太陽輻射中吸收熱能，並且將其轉移至該儲存區域(31)的顆粒。
  15. 根據申請專利範圍第1至14項中任一項之裝置(1)，其中，該罩殼(2)具有一傾斜表面，或是傾斜狀表面(210)，其被布置在該顆粒床層(3)的該自由表面(35)上方，且在該照射開口(10’)處或是在該照射開口(10’)之附近具有一底部邊緣(211)，該配置較佳的是使得該傾斜表面(210)例如提升從該顆粒床層(3)出現之該流化氣體的一抽吸功效。
  16. 根據申請專利範圍第1至15項中任一項之裝置(1)，其包括流化氣體的抽吸機構(6)，該抽吸機構(6)被布置在該罩殼(2)的內部，在該顆粒床層(3)的該自由表面(35)的上方。
  17. 根據申請專利範圍第15及16項之裝置(1)，其中，該抽吸機構(6)包括一抽吸入口(600)，該抽吸入口(600)被布置在或是靠近該傾斜表面(210)的一頂部邊緣(212)。
  18. 根據申請專利範圍第16或17項之裝置(1)，其包括轉移機構，用於轉移由該抽吸機構(6)所抽吸被輸入至該流化機構(4)的該流化氣體。
  19. 根據申請專利範圍第16或17項之裝置(1)，其包括熱交換機構，該熱交換機構介於藉由該流化機構(4)被輸入至該罩殼(2)的該流化氣體及通過該抽吸機構(6)從該罩殼(2)離開的該流化氣體之間。
  20. 根據申請專利範圍第16至19項中任一項之裝置(1)，其中，該等抽吸機構(6)被配置成從該裝置(1)抽取等於或是高於藉由該流化機構(4)被饋送進入該顆粒床層(3)之流化氣體的一流動率之一流化氣體流。
  21. 根據申請專利範圍第16至20項中任一項之裝置(1)，其中，該等 抽吸機構(6)被配置成造成在***設介於該顆粒床層(3)的該自由表面(35)及該罩殼(2)的一上部分(21；210)之間的一空置的空間(22)處的一凹陷。
  22. 根據申請專利範圍第1至21項中任一項之裝置(1)，其包括一具造形的侷限結構(8)，被配置成包含在該罩殼(2)的內部之該床層(3)的該等顆粒，該侷限結構(8)被布置在該照射開口(10)處，且較佳的是相對於該開口至少部分地朝向外側突出。
  23. 根據申請專利範圍第22項之裝置(1)，其中，該侷限結構(8)具有一錐形化的形狀，較佳的是圓錐狀的，具有一朝向該罩殼(2)的內側縮減的截面。
  24. 根據申請專利範圍第1至23項中任一項之裝置(1)，其包括輔助的熱交換機構(9)，被定位以便能在使用中，被太陽輻射直接地照射，且較佳的是被布置在或是靠近該照射開口(10)。
  25. 根據申請專利範圍第24項及根據申請專利範圍第22或23項之裝置(1)，其中，該等輔助的熱交換機構(9)是被布置在該包殼(8)的一內或外壁面處。
  26. 根據申請專利範圍第1至25項中任一項之裝置(1)，其包括諸熱交換元件(5)，被布置在該顆粒床層(3)的內部，且在使用中被一操作流體所越過。
  27. 根據申請專利範圍第24或25項及根據申請專利範圍第26項之裝置(1)，其中，該等輔助的熱交換機構(9)被連接至該等熱交換元件(5)。
  28. 根據申請專利範圍第1至27項中任一項之裝置(101)，其中，該床層(10)具有毗鄰該操作區域(30)且與其處於顆粒的動態交流之一熱儲存區域(131)，該裝置(101)包括：- 該操作區域(130)的流化機構(104)，其包括一根上升導管(140)，被縱向地布置在該顆粒床層(103)的內部，且延伸至少上至該床層的一自由表面(135)，該上升導管(140)被配置成引導該操作區域(130)的該等顆粒上至在該自由表面(135)的上方及在該照射開口(200)處的一冒泡或爆發； 一侷限結構(105)，其和該罩殼(102)固定在一起，且被定位在該照射開口(200)處，該侷限結構(105)是被布置成外接該上升導管(140)，且具有一根延伸在該顆粒床層(103)的內部之下降導管(150)，來以一種重新進入該熱儲存區域(131)的運動引導在該冒泡或爆發的下游之該操作區域(130)的該等顆粒。
  29. 根據申請專利範圍第28項之裝置(101)，其中，該上升導管(140)具有一延伸於該顆粒床層(103)的該自由表面(135)上方的部分(143)。
  30. 根據申請專利範圍第28或29項之裝置(101)，其中，該侷限結構(105)具有一帶有一錐形幾何形狀的部分，具有一朝向該罩殼(102)的內部縮減的截面，特別是具有一倒置的截頭圓錐形狀。
  31. 根據申請專利範圍第28至30項中任一項之裝置(101)，其中，該侷限結構(105)在該顆粒床層(103)的該自由表面(135)的上方，界定出該熱儲存區域(130)的該等顆粒之該流化運動的一充氣室(124)。
  32. 根據申請專利範圍第28至31項中任一項之裝置(101)，其中，該侷限結構(105)是被布置成相對於該照射開口(200)至少部分地朝外突出。
  33. 根據申請專利範圍第28至32項中任一項之裝置(101)，其包括進一步的流化機構(400)，被配置成將一流化氣體收聚進入該隔室(120)，在該顆粒床層(103)的該熱儲存區域(131)，該流化機構(104)及進一步的流化機構(400)被配置成決定一在該操作區域(130)中的第一流體動力式體系，其不同於在該熱儲存區域(131)中的一第二流體動力式體系，該第一及第二流體動力式體系特別是基於不同的流化速度。
  34. 根據申請專利範圍第33項之裝置(101)，其中，該進一步的流化機構(400)是被布置在或靠近該罩殼(102)的一下底部(121)處。
  35. 根據申請專利範圍第33或34項之裝置(101)，其中，該進一步的流化機構(400)包括一風箱(402)或是多個流化氣體的分佈元件(403)。
  36. 根據申請專利範圍第28至35項中任一項之裝置(101)，其中，該流化機構(4、400)被配置成在使用中，決定在該顆粒床層(103)中或是其諸區域(130、131)中的一沸騰床層的體系。
  37. 根據申請專利範圍第28至36項中任一項之裝置(101)，其包括一流化氣體的抽吸機構(106)，被布置在該罩殼(102)的內部，在該顆粒床層(103)的該自由表面(135)的上方，較佳的是在該侷限結構(105)處。
  38. 根據申請專利範圍第28至37項中任一項之裝置(101)，其包括一侷限氣體的入口機構(107)，被布置在該罩殼(102)的內部，在該顆粒床層(103)的該自由表面(135)的上方，較佳的是在該侷限結構(105)處，該入口機構(107)被配置成供應一層式氣流，適用於產生對顆粒朝向外側之逃逸的一阻障。
  39. 根據申請專利範圍第28至38項中任一項之裝置(101)，其包括諸熱交換元件(110)，在使用中被一操作流體越過，且較佳的是被布置在可流體化的顆粒之該床層(103)的該熱儲存區域(131)。
  40. 一種熱功率產生系統，其包括：- 至少一根據申請專利範圍第1至39項中任一項之裝置(1)；及- 一光學系統，其被配置成將一入射太陽輻射集中在該至少一裝置(1)的該照射開口(200)處，其中，該光學系統較佳的是具有一"光束向下"的配置，該配置包括有一或多個被布置在地上之主要的光學元件，及一或多個被布置在高度處之次要的反射光學元件。
  41. 一種生產熱能之系統(500)，其包括：至少一根據申請專利範圍第1至39項中任一項之用於源自太陽之熱能的蓄積及交換之裝置(1)；及一光學系統，其被配置成將一入射太陽輻射集中在該至少一裝置(1)的該照射開口(10；10’)處，其中，該光學系統較佳的是具有一"光束向下"的配置，該配 置包括有一或多個被布置在地上之主要的光學元件(501)，及一或多個被布置在高度處之次要的反射光學元件(502)。
  42. 一種根據申請專利範圍第41項之工廠(500)，其進一步包括一太陽能光電系統。
  43. 根據申請專利範圍第41或42項之工廠(500)，其包括一海水淡化系統。
  44. 一種源自太陽之熱能的蓄積及交換之方法，該方法提供藉由一光學系統被集中的一太陽輻射給一固體顆粒的流體化之床層(3)的照射，其中，該顆粒床層(3)被罩護在一罩殼(2)中，該罩殼(2)被提供有被配置成允許該被集中的太陽輻射進入的一照射開口(10；10’)，該開口(10；10’)不具有關閉及屏蔽機構，使該顆粒床層(3)和外部環境直接連通，其中，該顆粒床層(3)具有一操作區域(30)，該操作區域(30)以該操作區域(30)的顆粒從該太陽輻射中吸收熱能的方式，被直接地暴露於通過該開口(10；10’)進入之被集中的太陽輻射。
  45. 根據申請專利範圍第44項之方法，其中，在該顆粒床層的內部，一流化氣體是根據縱向於該顆粒床層(3)的一主流方向(L)，特別是一基本上垂直方向，被饋送。
  46. 根據申請專利範圍第44或45項之方法，其中，該流化氣體是在該顆粒床層(3)的一下底部(24)處，或是在該罩殼(2)的一下底部(24)處，被饋送。
  47. 根據申請專利範圍第44至46項中任一項之方法，其在該顆粒床層(3)的內部，特別是在該操作區域(30)的內部，提供至少二種不同的流化速度。
  48. 根據申請專利範圍第44至47項中任一項之方法，其在該顆粒床層(3)的內部，特別是在該操作區域(30)的內部，提供顆粒的一循環對流運動。
  49. 根據申請專利範圍第44至48項中任一項之方法，其中，該操作區域(30)的該等顆粒從該太陽輻射中吸收熱能，並且將其轉移至一相鄰的蓄積區域(31)的顆粒。
  50. 根據申請專利範圍第44至49項中任一項之方法，其在該顆粒床層(3)的該自由表面(35)上方，較佳的是在一側邊的抽吸入口(600)處，提供流化氣體的一吸入。
  51. 根據申請專利範圍第50項之方法，其在被輸入至該顆粒床層(3)中的該流化氣體及在該顆粒床層(3)的該自由表面(35)上方被抽吸的該流化氣體之間，提供一熱交換。
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