[发明专利]用于再现燃烧火焰的效果的太阳能系统

说明书

技术领域

本发明涉及高温太阳能热和热化学系统的领域。

更精确地，本发明涉及一种太阳能系统，其通过传递流体提供体积能量，从而再现高温工业工艺的燃烧火焰的效果。

背景技术

许多工业工艺，例如用于制备炭黑的炉法工艺，需要将大量热能输入至待处理的大量材料。所需温度达到2000℃。

目前，这些高温几乎唯一地通过燃烧化石资源（特别是烃类）而产生。实际上，使用等离子体工艺，“火焰燃烧”为在工业水平下获得体积热输入（即带给体积的热）的仅有的方法中的一个。名称“火焰温度”也表示这些工艺所经受的那些温度。

这些经典技术已提供证据证明，最好需要大的电力供应，否则就要消耗化石资源并导致温室气体排放和/或污染物（NOx、SOx、颗粒）。

优选的是具有燃烧火焰的替代品，其仅由可再生能量，特别是太阳能获得。

实际上，所谓的聚集太阳能系统能够将太阳能辐射转化为热能，所述热能通常用于发电。

这些聚集系统中的一种为塔式发电厂。这种系统包括塔和称为定日镜的移动反射镜的区域，所述移动反射镜的区域将辐射聚集至塔的顶点的减小的区域。

由聚集辐射所照亮的该区域接收数百倍的直接太阳能照射，并配备称为太阳能接收器的装置，所述装置的功能是将该能量传输至其中循环的流体（液体或气体），通常为涡轮产生电力的水蒸汽。图1示出了热力学塔式发电厂，其包括塔3、定日镜区域2和太阳能接收器10。

专利申请US2010/0237291中描述的太阳能接收器包括由多个管道穿过的腔体，在所述多个管道中循环化学化合物，所述化学化合物可在所谓的吸热反应中反应，即需要通常在燃烧火焰的作用下使用的高温（例如甲烷裂解）。管道的外壁接收聚集的太阳能辐射，所述聚集的太阳能辐射将管道带到高温：管道充当传递壁。然而，热输入并非体积输入，而是表面输入：热量通过与管道的内壁接触而传递至化学试剂。该表面热输入较差地再现燃烧火焰的效果，因为化学反应主要在壁上发生。这降低了产率，并导致固体残余物的沉积物在壁上的外观和生长（在此情况中，在裂解过程的情况中为纯碳），这快速导致接收器无法使用：沉积物减小热输入，并堵塞管道。

或者，国际专利申请WO03/049853提出了一种太阳能接收器（孔道允许聚集的太阳能辐射返回），其中待加热的化学化合物直接循环。大量固体吸收剂微粒（例如炭黑烟气）悬浮于接收器中。这些颗粒被聚集的太阳能辐射照射，并扩散它们所接收的热能以进行吸热反应。此时的热输入明确为体积的（热交换在离子表面上剧烈发生，但通过在体积中的颗粒相对均匀的扩散，其不同于体积热输入），并最佳再现燃烧火焰的效果。然而，此类太阳能接收器的性能极为有限：实际上，颗粒往往快速沉积于孔道上并遮蔽孔道。回收反应产物也是复杂的，因为必须过滤所得气体以分离和回收微粒而不污染产物。因此工业兴趣较低。

目前的技术仍然需要提供一种用于高温工业工艺的燃烧火焰的可行的工业太阳能替代品。

发明内容

因此，根据第一方面，本发明涉及一种太阳能系统，其用于提供体积能量而再现高温工业工艺的燃烧火焰的效果，其特征在于其包括：

太阳能接收器，所述太阳能接收器暴露于聚集的太阳能辐射，在所述太阳能接收器中，热传递流体（液体或气体）被带到高温；

至少一个高温室，在所述至少一个高温室中进行所述高温工业工艺；

气体喷流的形式的热传递流体的注入装置，以在所述至少一个高温室中再现燃烧火焰。

根据其他有利的非限制性特性：

·太阳能接收器包括腔体，所述腔体设置有开口和至少一个太阳能吸收元件，所述开口对聚集的太阳能辐射透明，且所述至少一个太阳能吸收元件由通过所述开口的聚集的太阳能辐射照射；

·一个或多个太阳能吸收元件为作为腔体的至少一个壁的衬里的管道和/或导管；

·热传递流体在一个或多个太阳能吸收元件中循环，所述热传递流体通过与所述太阳能吸收元件的内表面接触的热传递而被带到高温；

·热传递流体在所述腔体内循环，开口被孔道覆盖，所述孔道对聚集并密封的太阳能辐射透明，且所述热传递流体通过与一个或多个太阳能吸收元件的外表面接触的热传递而被带到高温；

·腔体和一个或多个太阳能吸收元件由陶瓷或石墨制得；

·太阳能接收器由导管穿过，所述热传递流体在所述导管中运转，所述热传递流体通过与所述导管的壁的内表面接触的热传递而被带到高温，所述导管的壁的外表面被聚集的太阳能辐射照射；

·热传递流体在压力下注入太阳能接收器中；