JP2022537691A - Hybrid Solar High Efficiency Thermodynamic Device and Hydrogen-Oxygen Pair for Multiple Energy Generation - Google Patents
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Abstract
本発明は、ソーラーエネルギー収集手段および発電手段を備えた発電システムに関するものであり、発電機は、熱力学デバイスを加熱するためのソーラーエネルギーを受け取る吸収体(5)を備え、前記吸収体(5)は、バーナーによって任意の加熱ゾーン(8)に配置されることを特徴とする。The present invention relates to a power generation system comprising solar energy collection means and power generation means, the generator comprising an absorber (5) for receiving solar energy for heating a thermodynamic device, said absorber (5) ) are arranged in any heating zone (8) by means of burners.
Description
本発明は、集光器または一連の集光器の焦点に配置された吸収体を備えた集熱素子において、熱伝達流体を最大500℃または700℃以上の高温に加熱することを確実にする集光器システムからのソーラーエネルギー生産の分野に関する。 The present invention ensures heating of the heat transfer fluid to high temperatures up to 500° C. or above 700° C. in a heat collection element with an absorber placed at the focal point of a collector or series of collectors. It relates to the field of solar energy production from concentrator systems.
一般に、ソーラーエネルギー変換デバイスの目的は、収集されたソーラー放射のエネルギーを変換して有用な電力を提供することである。この目的のために、ソーラーエネルギー変換デバイスは、吸収体、つまり、入射したソーラー電磁エネルギーを別の形の有用なエネルギー(例えば、太陽光発電モジュールや熱電モジュールの場合は電気エネルギー、ソーラー熱温水器の場合は熱エネルギーなど)に変換する機能を持つ物理的要素を備える。しかし、デバイスによって送達される有用な電力は、吸収体の変換効率、ソーラー放射の収集に割り当てられた吸収体の表面積(または「コレクター面積」)、および吸収体への入射ソーラー放射のパワーなどを含む、いくつかの要因に依存する。変換効率は、吸収体を製造するために使用される技術に依存するため、ある技術においては、有用な電力は、収集に割り当てられた表面および放射線のパワーによって制限される。 Generally, the purpose of solar energy conversion devices is to convert the energy of collected solar radiation to provide useful electrical power. To this end, solar energy conversion devices use an absorber, i.e. convert the incident solar electromagnetic energy into another form of useful energy (e.g., electrical energy in the case of photovoltaic and thermoelectric modules, solar water heaters, etc.). It comprises a physical element that has the function of transforming into (such as heat energy in the case of ). However, the useful power delivered by the device depends on factors such as the conversion efficiency of the absorber, the surface area of the absorber allocated to collecting solar radiation (or "collector area"), and the power of the incident solar radiation on the absorber. depends on several factors, including Since conversion efficiency depends on the technology used to manufacture the absorber, in some technologies the useful power is limited by the surface and radiation power allotted for collection.
特に、例えば吸収体のコストを抑えるため、ソーラー放射の収集に割り当てられる表面が小さい場合は、ソーラー集光器(例えば、カセグレンシステム、放物面鏡、標準またはリニアフレネルレンズ、一連のレンズなど)を用いてソーラー放射のパワーを吸収体に集中させるのが典型的である。ソーラー集光器は、ソーラー放射を焦点面に集中させる光学システムであり、平面である吸収体の集光領域は、集光器の焦点面と一致している。吸収体の集光領域に放射を集めることは、集光領域の小ささを補うことを可能にする。 Solar concentrators (e.g. Cassegrain systems, parabolic mirrors, standard or linear Fresnel lenses, series of lenses, etc.), especially if the surface allotted for collecting the solar radiation is small, e.g. to reduce the cost of the absorber is typically used to concentrate the power of the solar radiation onto the absorber. A solar concentrator is an optical system that concentrates solar radiation into a focal plane, where the collection area of a planar absorber coincides with the focal plane of the concentrator. Concentrating the radiation in the collection area of the absorber makes it possible to compensate for the small collection area.
しかし、ソーラー集光器に基づくソーラーエネルギー変換デバイスは、ソーラー放射の入射角に敏感であり、特に吸収体の集光領域が低減されることに敏感である。実際、ソーラー集光器の光軸に対して定義されるソーラー放射の入射角が常に存在し、それを超えると吸収体自体に集光が行われなくなる。 However, solar energy conversion devices based on solar concentrators are sensitive to the angle of incidence of the solar radiation, and in particular to the reduced collection area of the absorber. In fact, there is always an angle of incidence of the solar radiation defined with respect to the optical axis of the solar concentrator, beyond which the absorber itself no longer collects light.
加えて、太陽の入射は1日を通して変化するため、集中型ソーラー変換システムは、通常のソーラー放射の角度を確保するために、空に浮かぶ太陽の進行を追跡するために車両化される(トラッカーなどを使用)。しかし、このタイプのシステムは、非常に正確な太陽の追尾が必要とし、太陽に対してわずかな角度(例えば0.1°)のずれは、デバイスの性能は大きく低下する結果となる。 In addition, because the incidence of the sun varies throughout the day, centralized solar conversion systems are vehicleized to track the progress of the sun in the sky (trackers) to ensure normal solar radiation angles. etc.). However, this type of system requires very precise sun tracking, and small angular deviations (eg, 0.1°) with respect to the sun result in significantly degraded device performance.
先行技術
国際特許出願WO2013142911は当業者に知られており、ソーラー源および燃料源からの熱エネルギーを捕捉するためのハイブリッドレシーバ燃焼機を開示しており、ハイブリッドレシーバ燃焼機は、燃料源を使用した燃焼プロセスによって熱エネルギーを生成するための燃焼ゾーンとして動作可能なチャンバーであって、チャンバーを通って集光されたソーラーを受け取ることができる開口部と、および開口部に関連付けられた流体シールシステムを有する、チャンバーを備え、流体シールシステムは、燃焼プロセス中に開口部を通る流体の流れを制限するための流体シールを確立するように動作可能である。
PRIOR ART International patent application WO2013142911 is known to those skilled in the art and discloses a hybrid receiver combustor for capturing thermal energy from a solar source and a fuel source, the hybrid receiver combustor using the fuel source A chamber operable as a combustion zone for producing thermal energy by a combustion process, the opening capable of receiving solar concentrated through the chamber, and a fluid seal system associated with the opening. A fluid seal system is operable to establish a fluid seal for restricting fluid flow through the opening during a combustion process.
また、米国特許5,884,481号も知られており、ソーラーエネルギーおよび燃料の燃焼によって生成される燃焼ガスから、ヒーターアセンブリ内の作動流体に熱を伝達するためのヒートエンジンヒーターアセンブリを開示しており、前記ヒーターアセンブリは、
・チャンバーを形成するハウジングと、
・作動流体を収容するための、前記チャンバー内の複数のヒーターチューブであって、前記ヒーターチューブが中心軸を中心に配置され、前記ヒーターチューブが、入射するソーラー放射に対して実質的に不透明な表面を形成する、複数のヒーターチューブと、
・前記ハウジングが有する開口部であって、前記ヒーターチューブが挿入されることを可能にする、開口部と、
・前記ハウジング内で空気と燃料を混合して燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃料燃焼器と、
・前記燃料燃焼器に空気を供給する空気供給手段と、
・前記燃料燃焼器に燃料を供給する燃料供給手段と、
・前記燃焼ガスを前記ヒーターチューブを通過して循環させる燃焼ガス循環手段と、
・前記燃焼ガスが前記開口部を通って前記ハウジングから流出するのを抑制するシール手段と、を備える。
Also known is U.S. Pat. No. 5,884,481, which discloses a heat engine heater assembly for transferring heat from combustion gases produced by combustion of solar energy and fuel to a working fluid within the heater assembly. and the heater assembly includes:
- a housing forming a chamber;
- a plurality of heater tubes within said chamber for containing a working fluid, said heater tubes being arranged about a central axis, said heater tubes being substantially opaque to incident solar radiation; a plurality of heater tubes forming a surface;
- an opening in the housing that allows the heater tube to be inserted;
a fuel combustor that mixes and burns air and fuel within the housing to produce combustion gases;
- air supply means for supplying air to the fuel combustor;
- fuel supply means for supplying fuel to the fuel combustor;
- combustion gas circulation means for circulating the combustion gas through the heater tube;
- sealing means for inhibiting said combustion gases from exiting said housing through said opening;
先行技術の欠点
従来技術のソリューションの欠点は、太陽が出ていない、または雲が覆っていると、エネルギー生産のレベルが大幅に減少し、期待されるエネルギーの供給が不可能になることである。したがって、これらの設備は、他の設備と連携するか、独立した電力ネットワークにアクセスして、ソーラー光発電所特有の不規則な生産中断を克服する必要がある。
Disadvantages of Prior Art A disadvantage of prior art solutions is that when the sun is not out or clouds cover, the level of energy production is greatly reduced and the expected energy supply becomes impossible. . Therefore, these facilities need to work with other facilities or have access to an independent power network to overcome the irregular production interruptions inherent in solar photovoltaic power plants.
さらに、特許出願中のWO2006027438に記載されているソリューションでは、一次および二次作動流体回路で大きな損失が発生する。 Furthermore, the solution described in patent pending WO2006027438 causes significant losses in the primary and secondary working fluid circuits.
これらの欠点を改善するために、本発明は、ソーラーエネルギー収集手段および発電手段によってパワーを生成するためのシステムに関し、発電機が膨張ガスを加熱するためのソーラーエネルギーを受け入れる吸収体を備え、前記吸収体がバーナーによって任意の加熱ゾーンに配置されていることを特徴とする。 In order to remedy these drawbacks, the present invention relates to a system for generating power by means of solar energy collecting means and generating means, the generator comprising an absorber for receiving solar energy for heating the expanding gas, said It is characterized in that the absorber is arranged in an arbitrary heating zone by a burner.
有利には、本発明によるシステムは、以下の特徴のすべてまたは一部を有する
・さらに、加水分解手段を備える
・発電手段は、ソーラーエネルギーが存在しない場合に、前記加水分解生成物の再結合から生じる熱エネルギーを受け入れるように設計される
・熱力学デバイス内のガスは、集光器の焦点に配置される
・さらに、可逆的な方法で電気生産手段を追加のエネルギー源と共に供給するための手段を備える。
Advantageously, the system according to the invention has all or part of the following characteristics: further comprising hydrolysis means; Designed to accept the resulting thermal energy The gas within the thermodynamic device is placed at the focal point of the concentrator Moreover, means for supplying electrical production means with an additional energy source in a reversible manner Prepare.
発明の内容
フリーピストン式の熱力学的デバイスであって、集光型ソーラーエネルギー、ソーラー燃料(太陽なし)、またはバイオガスやその他の従来の熱源でも動作する。熱源THTとコールド-253℃で動作し、可変速度HPとTHT/TBTのモジュールであり、曇りの通過検知=予熱であり、リニアオルタネーターにより発電する。
SUMMARY OF THE INVENTION A free-piston thermodynamic device that operates with concentrated solar energy, solar fuel (no sun), or biogas or other conventional heat source. Heat source THT and Cold Operates at -253°C, variable speed HP and THT/TBT modules, fog passing detection = preheat, power generation by linear alternator.
NRE(新しい再生可能エネルギー)は必要不可欠なものとなっているが、世界のエネルギー需要に合致し、気候変動の課題に対応するためには、ソーラーエネルギーが最も適したNRE(新しい再生可能エネルギー)の供給源であることは間違いない。本発明は、60%の効率、すなわち従来のPV(太陽光発電)技術の10倍以上の効率で、ソーラーエネルギーを電気に変換する分野に関する。 NRE (New Renewable Energy) has become indispensable, but solar energy is the most suitable NRE (New Renewable Energy) to meet the world's energy demand and respond to the challenge of climate change. is undoubtedly a source of The present invention relates to the field of converting solar energy into electricity with an efficiency of 60%, ie more than ten times the efficiency of conventional PV (photovoltaic) technology.
PVやCSP(集光型ソーラーパワー設備)のような現在のNREソリューションは、かろうじて6~20%という非常に低い「実質的な」効率、高価格、専門家を必要とする複雑で高価な方法での実装、製造時に発生する汚染、限られた土地資源をふんだんに使用する必要性、部品のリサイクルが不可能なこと、電力のみの単一生産であることなどから、現在および将来のエネルギー需要を適切に満たさない。既知の熱力学デバイスは重度のメンテナンスが必要であり、耐用年数が限られている。 Current NRE solutions like PV and CSP (concentrated solar power plants) have very low 'substantial' efficiencies of barely 6-20%, high prices, complex and expensive methods requiring specialists implementation, pollution during manufacturing, the need to make extensive use of limited land resources, the impossibility of recycling components, and the single production of electricity, reduce current and future energy demand. not adequately fulfilled. Known thermodynamic devices require heavy maintenance and have a limited useful life.
さらに、これらの方法は、溶融塩または高価で汚染された電気化学電池に基づく貯蔵手段を必要とし、それらは特に容量が制限され、耐用年数が減少および減少する。 Furthermore, these methods require storage means based on molten salts or expensive and contaminated electrochemical cells, which are particularly limited in capacity and have a reduced and reduced service life.
本発明は、ソーラーエネルギーを変換するための非常にインテリジェントで効率的、かつ耐久性に優れた環境に優しいソリューションを提供することで、これらの問題を克服するものである。これは、非常にシンプルで効率的、かつ特に革新的な方法であり、コストが非常に低く、効率が非常に高く、40年の耐用年数を持つ閉回路のソーラー燃料によって貯蔵される。加えて、このデバイスは、二酸化炭素排出量がゼロに近い状態で簡単に製造することができる。 The present invention overcomes these problems by providing a highly intelligent, efficient, durable and environmentally friendly solution for converting solar energy. This is a very simple, efficient and especially innovative method, very low cost, very high efficiency, stored by closed circuit solar fuel with a service life of 40 years. Additionally, the device can be easily manufactured with a near-zero carbon footprint.
発明の詳細な説明
ソーラー放射に対して透明な窓で閉じられた熱的に絶縁された真空チャンバーは、吸収体に集中したソーラーエネルギーを受け入れ、ソーラーエネルギーを1200℃であることができる高温熱エネルギーに変換して、熱力学デバイス内の、水素である作動流体に移す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A thermally insulated vacuum chamber closed by a window transparent to solar radiation accepts solar energy concentrated in an absorber and transforms the solar energy into a high temperature thermal energy that can be 1200°C. to the working fluid, which is hydrogen, in the thermodynamic device.
真空チャンバーは、一組の真空壁(デュワー型)または適切な高温断熱材によって断熱されることができる。熱損失は、デバイスに関連する様々な用途(極低温製造)や外部用途(調理、殺菌、熱風など)のための熱を生成するために使用される。 The vacuum chamber can be insulated by a set of vacuum walls (dewar type) or suitable high temperature insulation. Heat loss is used to generate heat for various applications associated with the device (cryogenic manufacturing) and external applications (cooking, sterilization, hot air, etc.).
ソーラー放射照度以外に、熱力学的プロセスには、ソーラー燃料(H2/O2)を受け取るバーナーを介して熱が供給され、これにより強力な発熱反応が生成され、吸収体に伝達される。ソーラー燃料は、体積貯蔵密度の観点から、理想的には液体の極低温状態で、交換器を通過した後に気体になり、その非常に低い温度によって熱力学的デバイスの効率を相関的に高めることを可能にする。バーナーは他の適切な混合ガス(バイオガス、メタン、石油など)を受け入れ、吸収体は適切な熱源を受け入れる。 Besides solar irradiance, the thermodynamic process is supplied with heat via a burner that receives solar fuel (H2/O2), which creates a strong exothermic reaction that is transferred to the absorber. From a volumetric storage density standpoint, solar fuels are ideally in a liquid cryogenic state and become gaseous after passing through the exchanger, and their very low temperatures correlatively increase the efficiency of thermodynamic devices. enable The burner accepts any other suitable gas mixture (biogas, methane, oil, etc.) and the absorber accepts any suitable heat source.
ソーラー燃料の燃焼残渣は水蒸気であり、閉回路方式で無期限にリサイクルされることができる。水蒸気によって生成された熱は、理想的には交換器を介して回収することができ、本発明のすべての熱損失は、調理、殺菌、蒸留による飲料水の製造などの一定の数の熱プロセスを供給することを可能にし、さらには、極低温を含む全範囲の温度での低温製造を可能にする熱力学的デバイスを供給することができ、その直接的な用途は、ソーラー燃料の液化である。 The combustion residue of solar fuel is water vapour, which can be recycled indefinitely in a closed circuit manner. The heat produced by steam can ideally be recovered via an exchanger, and all heat loss in the present invention is accounted for by a certain number of thermal processes such as cooking, sterilization, and the production of potable water by distillation. and further thermodynamic devices that enable cryogenic production at a full range of temperatures, including cryogenics, the direct application of which is in the liquefaction of solar fuels. be.
液化の利点は、70MPaのタンクなどで圧縮法の少なくとも2倍の貯蔵量を得られることであり、そのときの密度は42kgのH2/m3であり、極低温では71kgのH2/m3である。もう一つの利点は、液化した状態で貯蔵することで、加圧タンクに伴う爆発の危険性を回避することである。 The advantage of liquefaction is to obtain at least twice the storage capacity of compression, such as in a 70 MPa tank, where the density is 42 kg H2/m3 and 71 kg H2/m3 at cryogenic temperatures. Another advantage is that storing in a liquefied state avoids the explosion hazards associated with pressurized tanks.
この液化は、スターリング型などのモジュールを介して、真空容器・吸収体からの熱損失で行われるため、追加のコストがかからず、ほぼ無料でソーラー電池燃料を液化することを可能にする。 This liquefaction is done with heat loss from the vacuum vessel/absorber via a module such as the Stirling type, thus making it possible to liquefy solar cell fuels almost free of charge, at no additional cost.
ソーラー燃料はH2およびO2で構成され、特にガス拡散現象による損失を補うために、デバイスは熱力学的デバイスからH2作動ガスを連続的に充電されることができる。これらの損失は、通常はH2を使用することを妨げ、性能の低いヘリウムのような再生不可能な希少で高価なガスを使用することを必要とする。 Solar fuel is composed of H2 and O2, and the device can be continuously charged with H2 working gas from a thermodynamic device, especially to compensate for losses due to gas diffusion phenomena. These losses usually preclude the use of H2 and require the use of non-renewable, rare and expensive gases such as helium, which has low performance.
このソーラー燃料は、濃縮されたソーラー放射によって吸収体が高温になり、その上を水が細く流れていき、高熱の影響を受けてH2とO2に分解されることで、筐体の中で一部を生成されることができる。次いで、2つのガス状化合物の分離を可能にするデバイスが追加される。 The concentrated solar radiation heats up the absorber, over which water trickles and is decomposed into H2 and O2 under the influence of the high heat. part can be generated. A device is then added that allows the separation of the two gaseous compounds.
さらに、任意の熱力学的デバイスは高温源と低温源で動作し、最終的な効率は温度差の関数となり、この温度差が大きいほど最終的な効率は高くなる。最もよく知られているスターリング型の熱力学的機械は、高温が800℃で、低温が周囲の温度に連動している、つまり約25℃で、40%の効率を得ることを可能にする。 Furthermore, any thermodynamic device operates with a hot source and a cold source, and the ultimate efficiency is a function of the temperature difference, the greater the temperature difference the higher the ultimate efficiency. The best-known Stirling-type thermodynamic machine makes it possible to obtain an efficiency of 40% at a high temperature of 800°C and a low temperature linked to the ambient temperature, ie about 25°C.
本発明は、高温側の温度が約1200℃、低温側の温度が液体水素の温度であるマイナス253℃である、より高い動作温度を得ることを可能とし、すなわち、60%以上の効率を達成することが可能とする。 The present invention makes it possible to obtain a higher operating temperature with a hot side temperature of about 1200° C. and a cold side temperature of minus 253° C., the temperature of liquid hydrogen, i.e. achieving an efficiency of more than 60%. make it possible to
高温は、集中したソーラー光束からの熱を受け入れる吸収体、最も高温になるところで2800℃に達するソーラー燃料からの火炎、または他の熱源(バイオガス、メタン、石油など)から得られる。適切な材料で作られた吸収体を選択することは、特に特定の材料やセラミックを使用して、1200℃の温度クラスでの動作が可能にする。この吸収体は、この高温を作動流体に伝達し、その流体は、その特殊な特性から水素である。吸収体は、集中したソーラー放射および炎の両方を受け入れるように設計され、または、吸収体の水の熱分解によって高温のソーラー燃料を生成するように設計される。 High temperatures can come from absorbers that accept heat from concentrated solar flux, flames from solar fuel with hottest peaks of 2800° C., or other heat sources (biogas, methane, oil, etc.). Choosing an absorber made of suitable material allows operation in the 1200° C. temperature class, especially using specific materials and ceramics. The absorber transfers this high temperature to the working fluid, which due to its special properties is hydrogen. The absorber is designed to accept both concentrated solar radiation and flame, or to produce hot solar fuel by thermal decomposition of absorber water.
この熱力学的デバイスは、自由なピストンがシリンダー内で同軸にあり、全体が高圧、例えば15または20MPaの作動流体であるH2で満たされた密閉空洞内にある方式を含んでなる。ディスプレーサーと呼ばれる第1ピストンは、吸収体のすぐ近くに配置される。ガスが加熱されると、その体積が増加してディスプレーサーピストンを動かし、この体積変化は第2の作動ピストンと呼ばれるピストンに作用し、第1ピストンに比例して動く。 This thermodynamic device comprises a scheme in which the free piston is coaxial within a cylinder, entirely within a closed cavity filled with H2, a working fluid at high pressure, eg 15 or 20 MPa. A first piston, called the displacer, is placed in close proximity to the absorber. When the gas is heated, its volume increases and moves the displacer piston, and this volume change acts on a piston, called the second working piston, which moves in proportion to the first piston.
作動ガスが同軸上のシリンダーの外側から2つのピストンの間をループすると、急激な不均衡が生じ、液体H2回路または任意の低温の冷却剤で理想的に冷却された交換器内で作動ガスが変位され、急激な体積変化により強い不均衡が生じ、ディスプレーサーピストンを元の位置に戻し、再びサイクルが始まる。2つのピストンの間の外部回路には、再生器と呼ばれるデバイスがあり、その熱慣性は、全体的な効率のエネルギー改善に寄与するような熱伝達を行うことが可能にする。 As the working gas loops between the two pistons from the outside of the coaxial cylinder, it creates a sharp imbalance that causes the working gas to flow in an exchanger ideally cooled with a liquid H2 circuit or any cryogenic coolant. Displaced, the sudden volume change causes a strong imbalance, causing the displacer piston to return to its original position and the cycle begins again. In the external circuit between the two pistons there is a device called a regenerator whose thermal inertia allows heat transfer to occur which contributes to the energy improvement of the overall efficiency.
圧力、温度、ストローク、周波数などの物理的パラメータが理想的な状態であれば、この現象は自立している。パラメータの1つが変化すると、作動ピストンに利用可能な電力が変化し、後者がリニアオルタネーターを駆動し、出力パワーはストロークの振幅に比例して変化する。 Under ideal conditions of physical parameters such as pressure, temperature, stroke and frequency, this phenomenon is self-sustaining. As one of the parameters changes, the power available to the working piston changes and the latter drives the linear alternator, the output power changing proportionally to the amplitude of the stroke.
最も高いエネルギー生成または効率は、デバイスが共振しているときに起こり、これはアセンブリが「調整されている」ことを意味し、したがってすべてのパラメータが完全に最適化され制御されていることを意味する。アセンブリの出力は、受け取った熱出力と共に変化するため、後者は特にソーラー放射照度に基づいて変化する。既知の機械は、機械的なバネを備えており、所定の周波数で共振を起こすように調整され、この共振は、50Hzや60Hzなどの電気ネットワークに適した一定の周波数の交流を生成するように固定される。その結果、共振などの動作パラメータ、特にピストンのストロークに関する調整をすることができないため、効率は限定される。 Highest energy production or efficiency occurs when the device is at resonance, meaning that the assembly is "tuned" and therefore all parameters are perfectly optimized and controlled. do. The latter particularly varies based on solar irradiance, as the output of the assembly varies with the heat output received. The known machine has a mechanical spring and is tuned to resonate at a given frequency, which produces alternating current of constant frequency suitable for electrical networks, such as 50 Hz or 60 Hz. Fixed. As a result, efficiency is limited due to the inability to adjust operating parameters such as resonance, particularly with respect to piston stroke.
既知の機械とは異なり、本発明によるデバイスは、ピストンのストロークに連続的に作用することで、この共振を維持することを可能にする。そのために、オルタネーターの制御電子機器がCEMFと呼ばれる逆起電力を発生させ、オルタネーターの出力を変化させて、ピストンのストロークに作用させながら、共振を維持するスプリング効果を発生させることを可能にする。このCEMFは、必要に応じて両方のピストンに配置されることができ、非常に細かい調整が可能なため、最高の効率を得ることができ、次いで、各ピストンには、電磁回路の静的部分であるステーターと、および直線状の「ローター」、または電磁回路の可動部分が装備される。 Unlike known machines, the device according to the invention makes it possible to maintain this resonance by continuously acting on the stroke of the piston. To do so, the alternator's control electronics generate a back electromotive force, called the CEMF, that allows the alternator's output to vary, acting on the stroke of the piston while creating a spring effect that maintains resonance. This CEMF can be placed on both pistons if desired and is very finely adjustable for maximum efficiency, and each piston then has a static part of the electromagnetic circuit. and a linear "rotor", or moving part of the electromagnetic circuit.
摩耗を防ぎ、デバイスの長寿命化を実現するために、ピストンはH2クッションと呼ばれるH2の「エアクッション」によって移動され中心揃えされる。このH2クッションは、ピストンの外周に設けられた溝によって生成され、空洞内に微小な渦が発生し、その結果、局所的な過圧が発生し、ピストンがシリンダーの壁に接触することを防止し、したがって、摩擦を回避し、摩耗が起こらず、冷凍用コンプレッサーのような40年オーダーの耐用年数を持つ密閉型ユニットを製造することが可能にする。 To prevent wear and achieve long life of the device, the piston is moved and centered by the H2 "air cushion" called the H2 cushion. This H2 cushion is created by grooves on the outer circumference of the piston, creating micro-vortices within the cavity that create a localized overpressure and prevent the piston from contacting the cylinder wall. thus avoiding friction and wear, making it possible to produce closed units with a service life of the order of 40 years, such as refrigeration compressors.
発明の目的
本発明は、ソーラーエネルギー収集手段および発電手段を備えた発電システムに関し、発電機は、熱力学的デバイスを加熱するためのソーラーエネルギーを受け入れる吸収体を備え、前記吸収体は、バーナーによる任意の加熱ゾーンに配置されていることを特徴とする。
OBJECTS OF THE INVENTION The present invention relates to a power generation system comprising solar energy collection means and power generation means, the generator comprising an absorber for receiving solar energy for heating a thermodynamic device, said absorber being powered by a burner. It is characterized by being arranged in an arbitrary heating zone.
有利には、システムは、内部/外部断熱材および反射防止用の窓を有する真空チャンバーを備える。 Advantageously, the system comprises a vacuum chamber with internal/external insulation and anti-reflection windows.
システムはまた、約マイナス253度の極低温h2および約1200℃の熱源を60%の効率で使用することにも関する。 The system also relates to using a cryogenic h2 of about -253°C and a heat source of about 1200°C with an efficiency of 60%.
変形例では、逆起電力と電子制御による共振のもと、ストロークが可変のピストンを使用する。 In a modified example, a piston with a variable stroke is used under resonance by back electromotive force and electronic control.
これは、モノエネルギー(mono―energy)の電源(PV、CSPなど)とは異なり、ポリエネルギー(poly―energy)(電気、冷熱、ソーラー燃料(商品名)、飲料水、UHT殺菌、蒸気など)を提供する。 This is different from mono-energy power sources (PV, CSP, etc.), poly-energy (electricity, cold, solar fuel (trade name), drinking water, UHT sterilization, steam, etc.) I will provide a.
ピストン/シリンダーの摩耗を低減するために、エア/水素クッションが使用される。 An air/hydrogen cushion is used to reduce piston/cylinder wear.
損失した熱を回収することは、極低温発生機を作動させ、および真空ポンプを作動させる。 Recovering the lost heat activates the cryogenic generator and activates the vacuum pump.
変形例によるシステムは、高温面でのソーラーH2O濃縮により、水素・酸素のペア(「ソーラー燃料」の商品名)を生成する加水分解手段をさらに備える。 The system according to the variant further comprises hydrolysis means for producing hydrogen-oxygen pairs (trade name "solar fuel") by solar H2O condensation on the hot surface.
H2損失の補償は、ソーラー燃料(商品名)の一部をサンプリングして熱力学モジュールに再注入することによるガス拡散によって確保される。 Compensation for H2 losses is ensured by gas diffusion by sampling a portion of the solar fuel (trade name) and reinjecting it into the thermodynamic module.
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照した本発明の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
図1は、第1実施形態の概略図を示す。 FIG. 1 shows a schematic diagram of a first embodiment.
例示的な設備は、集光されたソーラー放射(4)に対して透明な窓を通して開く真空チャンバー(3)によって形成された捕捉装置に位置する点で放射を集中するように、ソーラー放射を調整可能な構造に取り付けられた半球型集光器(2)に戻す、フレネルセンサータイプの回折格子を形成するフラットコレクター(1)によって説明された例で概略的に図示される太陽集光システムを備える。 The exemplary installation conditions the solar radiation to concentrate it at a point located in a trap formed by a vacuum chamber (3) that opens through a transparent window to the focused solar radiation (4). comprising a solar concentrator system schematically illustrated in the example illustrated by a flat collector (1) forming a fresnel sensor type diffraction grating back to a hemispherical concentrator (2) mounted on a possible structure. .
真空チャンバー(3)は、空気中の拡散による損失を制限する吸収性キャビティを画定する。窓(4)は、30%以上の光学的/熱的損失を避けるために、適切なスペクトルの反射防止コーティングで覆われる。一般的な断熱材は、例えば、優れた断熱特性を持つ、エアロゲル、膨張パーライト、または特定の形態のカーボン/グラファイトを用いて得ることができ、これらは豊富でリサイクル可能な材料であるため、低コストである。また、真空タイプのデュワーチャンバーのセットであることもできる。 The vacuum chamber (3) defines an absorptive cavity that limits losses due to diffusion in air. The window (4) is covered with a suitable spectral anti-reflection coating to avoid optical/thermal losses of more than 30%. Common insulation can be obtained, for example, using aerogels, expanded perlite, or certain forms of carbon/graphite, which have excellent thermal insulation properties and are abundant and recyclable materials, thus reducing Cost. It can also be a set of vacuum type dewar chambers.
チャンバー(3)には、セラミックなどの適切な材料で作られた吸収体(5)を含む。吸収体(5)の表面は、黒体の特性に近づけるために、成形時に生成されたマイクロキャビティを有する。 The chamber (3) contains an absorbent body (5) made of a suitable material such as ceramic. The surface of the absorber (5) has microcavities created during molding to approximate the properties of a black body.
チャンバー(3)はパイプ(6~9)との複数のインターフェースを有する
―暖房、調理、およびすべての冶金または工業化学作業のための、温度を調整可能な熱風の出口用のパイプ(6)であって、熱風を使用するための追加的な機器への制御された移動を可能にし、およびまた、チャンバー(3)内の圧力を低減し、燃焼生成物を排出することを可能にする、パイプ(6)
―2,500℃に達する可能性のある温度にさらされるウォーターミストを注入するためのパイプ(7)であって、水分子H2Oを構成する原子を熱を使って解離させ、水をクラッキングまたは熱分解して水素と酸素を得ることを可能にし、H2とOの2つの元素に自発的に化学的に分離させる、パイプ(7)。この熱化学反応は高温(850℃から900℃の間)で始まり、約2,500℃で完了する
―異なる質量の分子のジェットを抽出するためのパイプ(7)であって、これらの分子は適切なデバイスを用いて分離され、水素と酸素の2つの異なる流れを得る、パイプ(7)
―予め保管されたHH0バーナーを供給するためのパイプ(8)であって、このバーナーは、エネルギーを供給して約2,800℃の炎を発生させることを可能にし、夜間や曇り空でもシステムが稼働することを可能にする、パイプ(8)。
The chamber (3) has multiple interfaces with pipes (6-9) - with pipes (6) for the exit of temperature-adjustable hot air for heating, cooking and all metallurgical or industrial chemical work. a pipe that allows the controlled transfer of hot air to additional equipment for use and also reduces the pressure in the chamber (3) and exhausts the combustion products. (6)
- a pipe (7) for injecting a water mist exposed to temperatures that can reach 2,500°C, using heat to dissociate the atoms that make up the water molecule H2O, cracking or heating the water. A pipe (7) that allows decomposition to yield hydrogen and oxygen, spontaneously chemically separating into the two elements H2 and O. This thermochemical reaction begins at high temperatures (between 850°C and 900°C) and completes at about 2,500°C - a pipe (7) for extracting jets of molecules of different masses, which are Pipe (7), separated using a suitable device to obtain two different streams of hydrogen and oxygen
- A pipe (8) for supplying a pre-stored HH0 burner, which enables the supply of energy to produce a flame of approximately 2800°C, allowing the system to operate even at night and in cloudy skies. A pipe (8) that allows it to work.
吸収デバイスはモジュールであり、例えばHHOタンクが空になったときに外部の熱の使用を可能にし、またバイオガスなどの他の燃料を使用することも可能にする。 The absorption device is modular and allows the use of external heat, for example when the HHO tank is empty, and also allows the use of other fuels such as biogas.
曇り検知および予熱システム(10)は設置を完了する。 The fog detection and preheat system (10) completes the installation.
第二実施形態の説明
図2は、第2の実施形態を示す概略図を示す。
Description of Second Embodiment FIG. 2 shows a schematic diagram illustrating a second embodiment.
前述の例と同様に、ソーラー放射に対して透明な窓(4)を介して開口し、吸収体(5)を含む、制御された雰囲気のチャンバー(3)を備える。この吸収体(5)は、ミストでチャンバー(3)内に導入された水を熱分解するための高温を生成する。また、エネルギー変換器(10)も熱的に結合される。このエネルギー変換器(10)は、FPSEまたは他のタイプの熱力学的デバイスを含んでなり、スターリング液化(または他の)デバイスに関連付けられたコージェネレーションにより、生成されたガス(H2/O2)を貯蔵のために液化することを可能にし、次いで、スターリング(または他の)冷凍ユニットは液化装置の必然的な損失を伴うコージェネレーションで冷間加工を行う。 As in the previous examples, it comprises a controlled atmosphere chamber (3) which opens through a window (4) transparent to solar radiation and contains an absorber (5). This absorber (5) generates a high temperature to pyrolyze the water introduced into the chamber (3) in the mist. The energy converter (10) is also thermally coupled. This energy converter (10) comprises a FPSE or other type of thermodynamic device and converts the gas (H2/O2) produced by cogeneration associated with a Stirling liquefaction (or other) device into Allowing liquefaction for storage, then a Stirling (or other) refrigeration unit performs cold work in cogeneration with the consequent loss of liquefier.
H2および場合によっては液化O2の貯蔵タンクは、バーナーを介した再注入を目的として、夜間または悪天候時にエネルギーキャリアを提供する。熱分解によって得られたガス成分の分離は、熱分解から生じるガスを分離するセルによって確実にされ、超音速渦、HT電解、プロトン膜などのいずれかであることができる。吸収体(5)は、例として、例えばセラミックまたは任意の適切な材料から作られる。 Storage tanks of H2 and possibly liquefied O2 provide an energy carrier at night or during bad weather for re-injection via burners. Separation of the gas components obtained by pyrolysis is ensured by cells that separate the gases resulting from pyrolysis and can be either supersonic vortex, HT electrolysis, proton membranes or the like. The absorbent body (5) is by way of example made from eg ceramic or any suitable material.
図2の例では、吸収体(5)は、熱絶縁された閉じ込め室(11)で構成される発電機(10)に熱的に結合され、その内部には同軸の高圧シリンダー(12)が配置される。この高圧シリンダー(12)も熱的に絶縁される。 In the example of Figure 2, the absorber (5) is thermally coupled to a generator (10) consisting of a thermally insulated containment chamber (11), inside which is a coaxial high pressure cylinder (12). placed. This high pressure cylinder (12) is also thermally insulated.
この高圧シリンダー(12)内では、高圧ピストン(13)が動き、低圧ピストン(14)を備える第2ステージを作動させるガスの周期的な圧縮を確実にする。 Within this high pressure cylinder (12), a high pressure piston (13) moves to ensure periodic compression of gas that actuates a second stage with a low pressure piston (14).
空気または水の交換機(15、16)は閉じ込め室(11)および電気コイル(17)を取り囲む。 An air or water exchanger (15, 16) surrounds the containment chamber (11) and the electric coil (17).
一般的な構成である入れ子構造のシリンダーは、ヘッドロスを最小限に抑えながら、表面および体積を最適化することを可能にする。さらに、このタイプの配置は、容易な製造および組み立てを可能にする。ピストン/シリンダーセグメント間のシールは、微小な渦を発生させる溝によって達成されることができる。 Nested cylinders, a common configuration, allow optimization of surface and volume while minimizing head loss. Moreover, this type of arrangement allows for easy manufacturing and assembly. Sealing between the piston/cylinder segments can be achieved by micro-vortex generating grooves.
より大きなサイズの可能な追加ステージは、アルミニウム、PTFE、鋼、鋳鉄などのより一般的な材料で使用することができる。 Possible additional stages of larger size can be used in more common materials such as aluminum, PTFE, steel and cast iron.
デバイスは、発電機を介して継続的に調整可能なフィードバックの恩恵を受け、これにより、機械的なばねまたは接続ロッドがCEMF(逆起電力)に有利に置き換わる。したがって、電気的パラメータを変更することにより、調整可能なストロークが利用可能になり、連続共振モードでの動作が可能になる。 The device benefits from continuously adjustable feedback via the generator, which advantageously replaces mechanical springs or connecting rods with CEMF (back electromotive force). Therefore, by changing the electrical parameters, an adjustable stroke becomes available, allowing operation in continuous resonance mode.
追加的に、ピストンの電磁制御により、ピストンに作用して始動プロセスを開始することにより、ピストンのより簡単な始動を可能にする。 Additionally, electromagnetic control of the piston allows easier starting of the piston by acting on it to initiate the starting process.
このタイプのモーターは、冷気または熱を生成するために可逆である。この構成は、制御電子機器を介して線形発電機をモーターとして使用することで可能である。 This type of motor is reversible to generate cold or heat. This configuration is possible using a linear generator as the motor via the control electronics.
本発明は、曇った通路を事前に検出し、太陽光発電が減少する前に追加の熱源(その他)の操作を予測することを可能にする適切なセンサーおよびコンピューターを有する。 The present invention has the appropriate sensors and computers to allow for proactive detection of cloudy walkways and predict operation of additional heat sources (etc.) before solar power is reduced.
Claims (4)
-温度調節可能な熱風出口用パイプ(6)、
-ウォーターミストを注入するためのパイプ、
-異なる質量の分子のジェットを抽出するためのパイプであって、次いで、適切なデバイスを使用して分離され、水素および酸素の2つの異なるストリームを取得する、パイプ、
-以前に保管されたHH0バーナーを供給するためのパイプ、
である、発電システム。 Power generation including solar energy collection means and power generation means according to claim 1, characterized in that the chamber (3) surrounding the absorber (5) has several interfaces with pipes (6 to 9). A system, wherein the pipe:
- a temperature-controlled hot air outlet pipe (6),
- a pipe for injecting water mist,
- a pipe for extracting jets of molecules of different masses, which are then separated using a suitable device to obtain two different streams of hydrogen and oxygen,
- pipes for feeding previously stored HH0 burners,
is a power generation system.
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