US8490618 Solar Receiver; 2013
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8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
1/18
( 1 2 ) United
S t a t e s Patent
Kroizer
e t
a l .
US008490618B2
US 8 , 4 9 0 , 6 1 8 B2
J u l . 2 3 , 2 0 1 3
1 0 ) Patent
N 0 . :
4 5 ) Date
o f
P a t e n t :
5 4 )
7 5 )
7 3 )
2 1 )
2 2 )
8 6 )
8 7 )
6 5 )
6 0 )
5 1 )
5 2 )
5 8 )
SOLARRECEIVER
I n v e n t o r s : I s r a e l K r o i z e r , J e r u s a l e m I L ) ; G a b r i e l
K a u f m a n n ,
B e i t
H a n a n y a
I L )
A s s i g n e e : B r i g h t s o u r c e I n d u s t r i e s I s r a e l ) L t d . ,
J e r u a s a l e m
I L )
N o t i c e :
S u b j e c t
t o a n y d i s c l a i m e r , t h e t e r m o f h i s
p a t e n t
i s e x t e n d e d
o r a d j u s t e d
u n d e r 3 5
U . S . C . 1 5 4 ( b )
b y 6 5 3 d a y s .
A p p l .
N o . : 1 2 / 6 7 0 , 6 2 2
PCT
i l e d :
J u l . 2 8 ,
2008
PCT o . :
§ 3 7 1
0 X 1 ) ’
2 ) ,
4 )
D a t e :
PCT/US2008/071366
J u n . 2 , 2010
PCT
u b .
N o . : WO2009/015388
PCT
P u b . D a t e :
J a n .
2 9 , 2009
Prior P u b l i c a t i o n Data
US
010/0252025
A1
O c t .
7 ,
2010
R e l a t e d US.
p p l i c a t i o n
Data
P r o v i s i o n a l a p p l i c a t i o n
N o .
6 0 / 9 5 1 , 9 7 0 ,
? l e d
on
u l .
2 6 ,
2 0 0 7 .
I n t .
C l .
F24] / 2 4 ( 2 0 0 6 . 0 1 )
US. C l .
USPC
. . . . . . . . .
. .
126/600; 126/651; 126/571; 126/634;
1 2 6 / 6 8 4 ;
1 2 6 / 6 9 6
F i e l d
o f C l a s s i ? c a t i o n
Search
USPC
. . . . . . . . . . . . . . . 1 2 6 / 6 0 0 ,
5 6 9 , 5 7 1 , 5 7 2 , 5 7 3 , 6 3 4 ,
1 2 6 / 6 8 4 , 6 9 6 ; 6 0 / 6 4 1 8
S e e
a p p l i c a t i o n ? l e
f o r c o m p l e t e
s e a r c h h i s t o r y .
( 5 6 )
R e f e r e nc e s C i t e d
U . S . PATENT DOCUMENTS
3 , 9 2 1 , 7 1 1
A
1 1 / 1 9 7 5
W e s t b r o c k
4 , 0 1 5 , 5 8 4
A 4 / 1 9 7 7 Haberman
4 , 0 5 5 , 9 4 8 A 1 1 / 1 9 7 7
Kraus
e t a l .
4 , 1 1 7 , 6 8 2
A
1 0 / 1 9 7 8 S m i t h
4 , 1 1 9 , 0 8 3 A 1 0 / 1 9 7 8
Heyen
t a l .
4 , 1 2 9 , 1 1 7
A
1 2 / 1 9 7 8
H a r v e y
C o n t i n u e d )
FOREIGN
PATENTDOCUMENTS
DE
2828118
1 / 1 9 8 0
DE
10248068
5 / 2 0 0 4
C o n t i n u e d )
OTHER PUBLICATIONS
P a u l
e t
a l . ,
“ O p t i m i z a t i o n o f
b e d
p a r a m e t e r s
f o r p a c k e d b e d s o l a r
e n e r g y
c o l l e c t i o n s y s t e m , ” R e n e w a b l e
E n e r g y ,
2 0 0 4 , 2 9 : p p .
1 8 6 3
1 8 7 6 .
C o n t i n u e d )
Primary Examiner lfred Bashichas
( 7 4 )
A t t o r n e y ,
A g e n t ,
o r
Firm
i l e s t o c k b r i d g e P . C . ;
Mark A.
Catan
5 7 )
A o l a r e n e r g y
c o n v e r s i o n
system m a y n c l u d e
a
r e c e i v e r W i t h
a ? r s t
h e a t t r a n s f e r
? u i d c h a n n e l
h a v i n g
a t
l e a s t tWo o p p o s i t e
s i d e s . Each s i d e m a y p r e s e n t an e x t e r n a l s u r f a c e f ac i n g
i n
a
d i r e c t i o n o p p o s i t e t o
t h a t
o f
t h e
e x t e r n a l
s u r f a c e
o f
t h e
o t h e r
o p p o s i t e s i d e . Each s i d e m a y be
con?gured t o
c o n t a c t
a h e a t
t r a n s f e r
? u i d c a r r i e d
i n
t h e ? r s t
h e a t t r a n s f e r
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c h a n n e l .
A
h e l i o s t a t
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e
c o n ? g u r e d
o
d i r e c t s o l a r
e n e r g y
o
e a c h
o f t h e a t l e a s t tWo o p p o s i t e s i d e s d u r i n g t h e c o u r s e o f a day
s u c h t h a t
a t h e r m a l
s t r e s s
t e n d i n g t o bend h e c h a n n e l
r e m a i n s
beloW a s p e c i ? e d l e v e l .
ABSTRACT
1 9 C l a i m s , 8
Drawing S h e e t s
-
8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
2/18
US 8 , 4 9 0 , 6 1 8 B2
P a g e 2
U . S . PATENT DOCUMENTS 6 , 6 9 8 , 5 0 1
B2 3 / 2 0 0 4
F l e i s c h m a n
4 , 1 3 2 , 2 1 7
A
1 / 1 9 7 9
Rom
t a l . 6 ’ 7 2 2 ’ 3 5 8
B2 4 / 2 0 0 4
Rhodes
6 , 7 7 6 , 1 5 4 B2 8 / 2 0 0 4 Y o g e v
4,136,674 A 1/1979 Korr
6 , 9 2 6 , 4 4 0
B2
8 / 2 0 0 5 L l t w l n
4,137,899
A 2/1979 Weslow
. 6,931,851 B2 8/2005 Lltwln
4,164,123
A 8/1979 Smith
. 6,957,536 B2 10/2005 Lltwln e t a l .
4,190,037
A 2/1980 Nledermeyer
.
7,011,086
B2 3/2006 Lltwln
4 , 1 9 7 , 8 3 0
A
4 / 1 9 8 0
W i l s o n
7 , 1 9 1 , 5 9 7 B2 3 / 2 0 0 7
Goldman
4 , 2 0 5 , 6 5 6
A
6 / 1 9 8 0
S c a r l a t a
7 , 1 9 1 , 7 3 6 B2 3 / 2 0 0 7
Goldman
4 , 2 1 0 , 1 2 6
A
7 / 1 9 8 0
K e l l b e r g
e t a l .
7 , 3 3 1 , 1 7 8 B2 2 / 2 0 0 8
Goldman
4 , 2 1 5 , 6 7 3
A 8 / 1 9 8 0 Cohen
7 , 6 6 9 , 5 9 3
B2
3 / 2 0 1 0
Blackmon
e t a l .
4 , 2 2 7 , 5 1 5
A
1 0 / 1 9 8 0 J a c o b e t a l .
7 , 6 9 0 , 3 7 7
B2
4 / 2 0 1 0
Goldman
e t a l .
4,236,506 A 12/1980
R o a r k
-
8 , 0 3 3 , 1 1 0
B2
1 0 / 2 0 1 1
G l l o n
e t a l .
4 , 2 3 7 , 8 6 7
A
1 2 / 1 9 8 0 B a u e r
8 , 0 6 3 , 3 4 9 B2 1 1 / 2 0 1 1 H u s s e t a l .
4 , 2 3 9 , 0 3 5 A
1 2 / 1 9 8 0
Brooks e t a l .
4244354 A
M981
W11.
1 , 0 1 5 , 1 3 1 A1
1 / 2 0 1 2 Boneetal.
1 1 “1mg 2002/0197520 A1 12/2002
Quick e t a l .
4,245,618
A
1 / 1 9 8 1
Wiener
4245
693
A
M981
Ch 2004/0086021A1 5 / 2 0 0 4 L l t w l n
4 1 2 6 2 1 6 5 3 A
M981 H ‘ ? n g d 2 0 0 4 / 0 1 3 9 9 6 0 A 1 7 / 2 0 0 4 B l a c k m o n e t a l .
4 1 2 7 3 1 1 0 1 A M981
M0
a n
2 0 0 4 / 0 1 4 4 3 3 8
A1 7 / 2 0 0 4 G o l d m a n
1 1
e r ? “
2004/0244382
A1 12/2004 H a g e n
e t a l .
4 , 2 8 9 , 1 1 4
A 9 / 1 9 8 1 Z a d l r a k a
2 0 0 5 / 0 0 5 6 3 1 3 A1 3 / 2 0 0 5
Hagen t a l .
4,299,203
A 11/1981 Skopp
4303061A 0/1981 T b .
2005/0126170
A1 6 / 2 0 0 5 L l t w l n
4 1 3 1 3 1 3 0 4 A M982
H 0 “ )
“ 1 2 0 0 5 / 0 2 7 9 0 9 5 A1 1 2 / 2 0 0 5 G o l d m a n
4 1 3 1 4 1 5 4 9 A M982 Sum 2 0 0 7 / 0 0 1 2 0 4 1 A 1
1 / 2 0 0 7
G o l d m a n
1 1 Wanson 2007/0084208
A1
4/2007 Goldman
4 , 3 1 5 , 5 0 0
A
2 / 1 9 8 2
Gonder
2007/0137691
A1
6 / 2 0 0 7
Cobb
e t a l .
4 , 3 2 0 , 2 4 6
A 3 / 1 9 8 2 R u s s e l l
4324230 A M982
L f d
2007/0157614
A1 7 / 2 0 0 7
Goldman
4 1 3 3 3 1 4 4 5 A
M982 Lung“
2 0 0 7 / 0 2 2 1 2 0 8 A 1 9 / 2 0 0 7 G o l d m a n
4 1 3 3 8 1 9 1 9 A M982 H e e 2 0 0 8 / 0 0 0 0 4 3 6
A 1
1 / 2 0 0 8
G o l d m a n
1 1 Wang 2008/0011290 A1
1/2008
Goldman t a l .
4 , 3 4 2 , 3 0 7
A 8 / 1 9 8 2 Tuck
2008/0078378
A1
4 / 2 0 0 8
Zhu
4,355,627 A 10/1982 Scarlata
-
4394 859
A
M983 D 2008/0209907 A1 9 / 2 0 0 8 Xlao e t a l .
4 1 3 9 7 1 3 0 4
A M983 v r l ‘ i s F 2 0 0 8 / 0 2 9 3 1 3 2
A 1
1 1 / 2 0 0 8
G o l d m a n e t a l .
4 1 4 0 1 1 1 0 6
A M983
B
m
2 0 0 9 / 0 1 5 5 8 6 4 A1
6 / 2 0 0 9 B a u e r e t a l .
4 1 4 1 6 1 2 5 7
A
U / l 9 8 3 B ‘ I l m e r
2 0 0 9 / 0 1 9 7 3 2 2
A 1 8 / 2 0 0 9 G o l d m a n
4 1 4 1 8 1 6 8 5 A M1983 F a e .
2 0 0 9 / 0 2 1 7 9 2 1 A 1
9 / 2 0 0 9
G i l o n e t a l .
1 1 mm‘
2009/0229264 A1
9/2009
Gil on
e t a l .
4,421,097 A 12/1983 Meckler -
2009/0250052
A1
1 0 / 2 0 0 9 G l l o n
e t a l .
4,421,102 A 12/1983 Posnanskyet
1 .
-
2009/0322089
A1
1 2 / 2 0 0 9
M l l l s e t a l .
4,474,169
A 10/1984 Steutermann -
.
2010/0006087 A1
1/2010
Gllon e t a l .
4 , 4 8 5 , 8 0 3
A
1 2 / 1 9 8 4 Wiener
4488
539 A 0/1984 L
2010/0175738
A1 7 / 2 0 1 0 Hussetal.
4 1 5 1 2 1 3 3 6 A M985 v y c a s s e n 2 0 1 0 / 0 1 9 9 9 7 7
A 1 8 / 2 0 1 0
P l o t k i n e t a l .
4 1 5 1 3 1 7 3 3
A
M985 B l e n e r
2 0 1 0 / 0 1 9 9 9 7 8 A 1 8 / 2 0 1 0
P l o t k i n e t a l .
1 1
mun
2010 0199979
A1
8/2010 Plotkin etal.
4,522,252
A 6/1985 Klaren
4523
576
A
M985
w h
2010/0199980
A1 8 / 2 0 1 0
R i c c l e t a l .
4 1 5 2 4 1 7 5 8 A M985 M“? W
2 0 1 0 / 0 2 3 6 2 3 9
A1 9 / 2 0 1 0 K r o i z e r e t a l .
4 1 5 4 8 1 1 9 6 A
“M985
T o m b . 2 0 1 0 / 0 2 5 8 1 1 2 A 1 1 0 / 2 0 1 0 V i s k u p e t a l .
4 1 5 9 3 1 7 5 4 A M986 H o r l ‘ l ’ “ 1
2 0 1 0 / 0 2 6 3 7 0 9 A1
1 0 / 2 0 1 0 N o r m a n e t a l .
1 1
°
.
2011/0036343 A1 2/2011 Kroyzeretal.
4 1 6 0 1 1 2 8 2 A 7 / 1 9 8 6 Mountaln 2011/0114085
A1
5 / 2 0 1 1 P l o t k i n e t a l .
4 , 6 3 3 , 8 5 4 A 1 / 1 9 8 7
M a y r h o f e r
4 , 6 7 2 , 9 4 8 A 6 / 1 9 8 7 R o s e n d e FOREIGN
PATENT
DOCUMENTS
4 , 6 7 6 , 0 6 8
A
6 / 1 9 8 7
Funk
4 , 7 2 7 , 9 3 0 A 3 / 1 9 8 8
B r u c k n e r
e t a l .
EP 0041943
1 2 / 1 9 8 1
4 , 7 5 9 , 4 0 4
A
7 / 1 9 8 8 Henson
e t a l . EP 0106688
3 / 1 9 8 5
4 , 8 4 8 , 0 8 7
A
7 / 1 9 8 9
P a r k e r e t a l ‘ WO WO2008/118980 1 0 / 2 0 0 8
4 , 8 6 9 , 2 3 4 A
9 / 1 9 8 9
Rapozo W0 WO 0 0 8 / 1 2 8 2 3 7 1 0 / 2 0 0 8
4 , 9 1 3 , 1 2 9 A 4 / 1 9 9 0 K e l l y e t a L WO
WO2008/154599
1 2 / 2 0 0 8
4 , 9 7 4 , 1 2 7 A 1 1 / 1 9 9 0 F o l e y WO WO2009/015388 1 / 2 0 0 9
4 , 9 9 3 , 4 0 3
A
2 / 1 9 9 1
Downsetal.
W0
WO2009/055624 4 / 2 0 0 9
5 , 5 0 0 , 0 5 4
A
3 / 1 9 9 6
G o l d s t e i n W0 WO2009/103077
8 / 2 0 0 9
5 , 5 7 2 , 9 8 7 A
1 1 / 1 9 9 6
M o r a t a l l a e t a l .
W0 WO 010/093547 8 / 2 0 1 0
5 , 5 7 2 , 9 8 8
A
1 1 / 1 9 9 6 Walton
5 , 5 7 8 , 1 4 0
A
1 1 / 1 9 9 6
Yogev
t
a 1 .
OTHER
PUBLICATIONS
5 , 8 5 0 , 8 3 1
A
1 2 / 1 9 9 8
Marko
5 , 8 6 2 , 8 0 0 A 1 / 1 9 9 9 Marko
“ C e n t r a l
R e c e i v e r
S y s t e m s ”
i n : S t i n e , W . B . , a n d G e y e r , M . , Power
5 , 8 6 6 , 7 5 2
A 2 /
1 9 9 9 G O O Z I l e f
from t h e Sun
o n l i n e ] ,
2 0 0 1 [ r e t r i e v e d o n
N o v .
1 7 , 2 0 0 9 ] .
R e t r i e v e d
g 1 g l f l a f g l l ' f r o m t h e I n t e r n e t : < U R L : h t t p : / / W W W . p o W e r f r o m t h e s u n . n e t / C h a p
6,442,937
B1 9/2002
Stone
e t
a 1 ‘
ter10/Chapter10neW.htm>, Chapter 1 0 . I I
6 , 6 6 8 , 5 5 5
B 1 1 2 / 2 0 0 3
M o r i a r t y
S l a c k e t a L , “ E s o l a r P o W e r T o W e r P e r f o r m a n c e M o d e l i n g a n d E X p e r l
6 , 6 8 9 , 9 4 9
B2
2 / 2 0 0 4 O n a b a s i m e n t al V a l i d a t i o n , ” S o l a r P A C E S 2 0 1 0 C o n f e r e n c e , S ep . 2 1 - 2 4 , 2 0 1 0 ,
6 , 6 8 9 , 9 5 0
B2
2 / 2 0 0 4 C o r d a r o P e r p i g n a n ,
F r a n c e .
-
8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
3/18
US. P a tent J u l .
2 3 ,
2 0 1 3 S h e e t
1
o f 8
US
, 4 9 0 , 6 1 8 B2
P 1 6 .
3
F I G ‘ 2
-
8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
4/18
US. P a tent J u l .
2 3 ,
2 0 1 3 S h e e t 2 o f 8
US
, 4 9 0 , 6 1 8 B2
R C 3 . 5a
F I G . 4
F 5 8 5 b
m
-
8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
5/18
-
8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
6/18
US. P a tent J u l .
2 3 ,
2 0 1 3 S h e e t 4 o f 8
US
, 4 9 0 , 6 1 8 B2
-
8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
7/18
US. P a tent J u l .
2 3 ,
2 0 1 3 S h e e t
5
o f 8
US
, 4 9 0 , 6 1 8 B2
-
8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
8/18
US. P a tent J u l .
2 3 , 2 0 1 3
S h e e t 6 o f 8
US , 4 9 0 , 6 1 8
B2
-
8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
9/18
US. P a tent J u l .
2 3 ,
2 0 1 3 S h e e t 7 o f 8
US
, 4 9 0 , 6 1 8 B2
\ \ k
2 1 3 a
207a
\Q
209
207b
2 1 1 213b
205b 205
-
8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
10/18
US. P a tent J u l .
2 3 , 2 0 1 3
S h e e t 8 o f 8
US , 4 9 0 , 6 1 8
B2
215
217d
217a
225
225
227
F I G . 1 9
-
8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
11/18
US
8 , 4 9 0 , 6 1 8
B2
1
SOLARRECEIVER
CROSS REFERENCE TO RELATED
APPLICATIONS
T h i s a p p l i c a t i o n i s a
US.
n a t i o n a l s t a g e a p p l i c a t i o n o f
I n t e r n a t i o n a l
A p p l i c a t i o n
N o .
P C T / U S 0 8 / 7 l 3 6 6 ,
? l e d
J u l .
2 8 ,
2 0 0 8 , Which l a i m s t h e
b e n e ? t
o f US. P r o v i s i o n a l P a t e n t
A p p l i c a t i o n N o . 6 0 / 9 5 1 , 9 7 0 , ? l e d on J u l . 2 6 ,
2 0 0 7 ,
noW
e x p i r e d , b o t h o f
W h i c h a r e
h e r e b y i n c o r p o r a t e d b y r e f e r e n c e
h e r e i n i n t h e i r e n t i r e t i e s .
FIELD
OF THE INVENTION
T h i s
i n v e n t i o n
r e l a t e s
g e n e r a l l y t o t h e
c o n v e r s i o n
o f s o l a r
r a d i a t i o n t o t h e r m a l
e n e r g y ,
f o r example i n
a
s o l a r e l e c t r i c
poWer
s y s t e m .
BACKGROUND
A
noWn
y p e
o f s o l a r r e c e i v e r h a s a c y l i n d r i c a l
s h a p e
and
i s b u i l t
o f
t u b e p a n e l s
d e p l o y e d a r o u n d
t h e
c i r c u m f e r e n c e o f
t h e
b o i l e r .
An
xample
o f s u c h
a
r e c e i v e r i n
t h e
p r i o r
a r t
i s
d i s c l o s e d
i n
US. P a t .
No.
4 , 4 8 5 , 8 0 3 .
I n a c y l i n d r i c a l s o l a r
r e c e i v e r , s o l a r h e a t ?ux s a b s o r b e d b y t h e
e x t e r i o r
p a n e l s
a n d
t r a n s f e r r e d
t h e r e f r o m
t o t h e
t u b e s
o n t h e i n t e r i o r
s i d e o f
each
p a n e l . T h e e x t e r i o r - f a c i n g h a l f o f e a c h
t u b e
W i l l t h e r e u p o n
become h o t t e r t h a n t h e i n t e r i o r - f a c i n g h a l f o f e a c h t u b e .
B e c a u s e
o f t h i s t e m p e r a t u r e d i f f e r e n t i a l , t h e t u b e s may
b e
s u b j e c t t o e x c e s s i v e t h e r m a l s t r e s s e s a n d / o r b e n d i n g t h a t
c o u l d
l e a d t o
s u b s e q u e n t damage
o f t h e s o l a r r e c e i v e r o r
f a i l u r e o f
t h e t u b e s .
Embodiments o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n m a y a d d r e s s t h e
a b o v e - m e n ti o n e d p r o b l e m s a n d l i m i t a t i o n s , among o t h e r
t h i n g s .
SUMMARYOF THE INVENTION
The i n v e n t i o n p r o v i d e s an e ? i c i e n t system f o r t h e c o n v e r
s i o n o f s o l a r r a d i a t i o n t o t h e r m a l e n e r g y and t h e c r e a t i o n
o f
steam f o r poWering a steam u r b i n e e l e c t r i c
poWer
l a n t
o r
t h e
l i k e ,
a s
W e l l
a s
c o m p o n e n t s , a r t i c l e s o f m a n u f a c t u r e , and
o t h e r t ec h n o l o g i c a l
i m p r o v e m e n t s , a n d
m e t h o d s
f o r u s i n g
t h e m .
I n
an
embodiment of h e p r e s e n t i n v e n t i o n , a
s o l a r
energy
c o n v e r s i o n s y s t e m
may
i n c l u d e ( i . e . , c o m p r i s e ) a r e c e i v e r
W i t h
a
? r s t h e a t t r a n s f e r ? u i d c h a n n e l h a v i n g
( i . e . , c o m p r i s
i n g ) a t
l e a s t
t W o o p p o s i t e s i d e s . Each o p p o s i t e s i d e
may
p r e s e n t
an
e x t e r n a l
s u r f a c e
f a c i n g i n
a d i r e c t i o n o p p o s i t e t o
t h a t o f t h e e x te r n a l s u r f a c e o f
t h e o t h e r o p p o s i t e
s i d e .
Each
o p p o s i t e s i d e
m a y l s o be con?gured o
c o n t a c t
a
h e a t
t r a n s f e r
? u i d
c a r r i e d
i n t h e ? r s t
h e a t t r a n s f e r
? u i d
c h a n n e l . The
s o l a r
e n e r g y c o n v e r s i o n system m a y a l s o i n c l u d e a
h e l i o s t a t
? e l d
con?gured
t o d i r e c t
s o l a r e n e r g y t o
each of
h e
at
l e a s t
tWo
o p p o s i t e
s i d e s d u r i n g t h e c o u r s e o f a day s u c h t h a t a t h e r m a l
s t r e s s t e n d i n g t o bend t h e c h a n n e l t o W a r d e i t h e r s i d e r e m a i n s
beloW a
s p e c i ? e d l e v e l .
I n
an a s p e c t ,
t h e r e c e i v e r
m a y have
a p l a t e - s h a p e d
e l e m e n t
W i t h t h e o p p o s i t e s i d e s b e i n g s i d e s o f t h e p l a t e - s h a p e d
e l e
m e n t .
I n
y e t
a n o t h e r
a s p e c t ,
t h e r e c e i v e r
m a y
have
a
bank of
p i p e s
f o r m i n g a p l a t e - s h a p e d e l e m e n t
W i t h
t h e
o p p o s i t e
s i d e s
b e i n g s i d e s o f h e p i p e s .
I n a n o t h e r a s p e c t , t h e
r e c e i v e r m a y have
a
second h e a t
t r a n s f e r
? u i d
c h a n n e l . The
s e c o n d
h e a t t r a n s f e r
? u i d c h a n n e l
m a y have
an o u t W a r d l y f a c i n g s u r f a c e a r r a n g e d s o a s
t o
r e c e i v e e n e r g y from h e h e l i o s t a t ? e l d a n d a n i n W a r d l y f a c i n g
s u r f a c e a r r a n g e d
s o a s t o
f a c e aWay
from
t h e
h e l i o s ta t ? e l d .
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
2
The
? r s t h e a t t r a n s f e r c h a n n e l m a y b e o n e o f m u l t i p l e p l a t e
s h a p e d
e l e m e n t s e x t e n d i n g f r o m
t h e
s e c o n d
e a t t r a n s f e r
? u i d
c h a n n e l . The ? r s t h e a t t r a n s f e r ? u i d c h a n n e l may b e con?g
u r e d t o o p e r a t e
a t
a h i g h e r t e m p e r a t u r e t h a n t h e s e c o n d
h e a t
t r a n s f e r ? u i d c h a n n e l .
I n an embodiment o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , a s o l a r e n e r g y
c o n v e r s i o n
system
may n c l u d e
a r e c e i v e r
With
? r s t
and
s e c
ond e t s o f p i p e s t h a t convey h e a t
t r a n s f e r
? u i d .
The
? r s t s e t
m a y
b e i n t e r c o n n e c t e d f o r
p a r a l l e l ? o W o f
h e a t t r a n s f e r ? u i d
t h e r e t h r o u g h
and
o
de?ne
a p a r t i a l l y c i r c u l a r s h a p e i n a p l a n
v i e W .
The s e c o n d
s e t m a y b e i n t e r c o n n e c t e d f o r
p a r a l l e l ? oW
o f e a t
t r a n s f e r
? u i d t h e r e t h r o u g h a n d o d e ? n e p l a t e - s h a p e d
s t r u c t u r e s W i t h o u t W a r d l y - f a c i n g o p p o s i t e s i d e s o f e a c h i p e .
The
s o l a r
e n e r g y
c o n v e r s i o n
system m a y f u r t h e r i n c l u d e
a
h e l i o s t a t ? e l d con?gured t o d i r e c t s o l a r e n e r g y t o e a c h o f
t h e
o p p o s i t e
s i d e s d u r i n g t h e c o u r s e o f a day s u c h t h a t a t h e r m a l
s t r e s s t e n d i n g t o bend t h e second
s e t
toWard e i t h e r
o f
t h e
o p p o s i t e
s i d e s r e m a i n s beloW a
s p e c i ? e d
l e v e l .
I n an s p e c t , t h e ? r s t s e t o f i p e s m a y have
h e a d e r
p o r t i o n .
The
e a d e r
m a y be m e c h a n i c a l l y c o n n e c t e d t o t h e s e c o n d
s e t
o f i p e s t o s u p p o r t t h e s e c o n d s e t o f
p i p e s .
I n a n o t h e r
a s p e c t ,
t h e
? r s t
s e t
o f p i p e s
m a y
have
a
steam
s e p a r a t i o n
d ru m
p o r
t i o n .
I n
a n o t h e r
embodiment
o f t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n ,
a
s o l a r
e n e r g y r e c e i v e r
m a y
i n c l u d e a ? r s t r e c e i v e r
p o r t i o n
h a v i n g
a
? r s t c o n ? g u r a t i o n a n d a
s e c o n d r e c e i v e r
p o r t i o n h a v i n g a
s e c o n d c o n ? g u r a t i o n .
The r s t
c o n ? g u r a t i o n may i n c l u d e a t
l e a s t a p a r t i al l y c i r c u l a r s e c t i o n i n p l a n i e W . The r s t r e c e i v e r
p o r t i o n
may b e
a t t a c h e d
t o t h e s e c o n d r e c e i v e r
p o r t i o n
t o
p r o v i d e
s u p p o r t
t o
t h e
s e c o n d
r e c e i v e r
p o r t i o n .
The
s e c o n d
c o n ? g u r a t i o n may i n c l u d e g e n e r a l l y p l a n a r s u r f a c e s o p p o
s i t e l y
d i s p o s e d
a n d
o u t W a r d l y f a c i n g .
T h e ? r s t a n d s e c o n d
r e c e i v e r
p o r t i o n s
may b e c o n ? g u r e d t o c o n v e y
s e p a r a t e
h e a t
t r a n s f e r
? u i d ? oW s t h a t a r e ? u i d l y
i s o l a t e d
from e a c h o t h e r .
I n
a n a s p e c t , t h e ? r s t r e c e i v e r
p o r t i o n
m a y a v e a p i e c e W i s e
c y l i n d r i c a l s h a p e h a v i n g
a
c e n t r a l a x i s . I n a n o t h e r a s p e c t , t h e
? r s t r e c e i v e r
p o r t i o n
may
h a v e
a c y l i n d r i c a l
s h a p e h a v i n g
a
c e n t r a l a x i s .
The
s e c o n d r e c e i v e r p o r t i o n may i n c l u d e
mul
t i p l e
s e g m e n t s t h a t
p r o j e c t f r o m t h e
? r s t
r e c e i v e r
p o r t i o n
i n a
r a d i a l d i r e c t i o n W i t h r e s p e c t t o
t h e
c e n t r a l a x i s .
I n y e t
a n o t h e r
a s p e c t , t h e
s e c o n d r e c e i v e r
p o r t i o n m a y i n c l u d e t h r e e o r f o u r
s e g m e n t s t h a t p r o j e c t from h e ? r s t r e c e i v e r
p o r t i o n
i n a r a d i a l
d i r e c t i o n W i t h r e s p e c t t o t h e c e n t r a l a x i s . I n s t i l l a n o t h e r
a s p e c t ,
t h e
s e c o n d
r e c e i v e r p o r t i o n m a y i n c l u d e t h r e e o r f o u r
t u b e b a n k s
p r o j e c t i n g from h e
? r s t
r e c e i v e r
p o r t i o n i n
a r a d i a l
d i r e c t i o n W i t h r e s p e c t t o t h e
c e n t r a l a x i s .
I n a n o t h e r a s p e c t , t h e
? r s t a n d
s e c o n d p o r t i o n s m a y
b e
? u i d l y c o u p l e d t o r e s p e c t i v e
h e a d e r
p i p e s . T h e r e s p e c t i v e
h e a d e r p i p e s
may
b e m e c h a n i c a l l y c o n n e c t e d s u c h
t h a t
t h e
? r s t
r e c e i v e r
p o r t i on p r o v i d e s
m e c h a n i c a l
s u p p o r t to t h e
s e c
ond r e c e i v e r
p o r t i o n .
I n a n o t h e r
a s p e c t ,
t h e
? r s t
a n d s e c o n d
p o r t i o n s
may
e ? u i d l y c o u p l e d
o
e a c h
o t h e r
t h r o u g h a s t e a m
s e p a r a t i o n
d r u m .
I n y e t a n o t h e r a s p e c t , t h e ? r s t p o r t i o n may b e c o n n e c t e d o
a
s o u r c e
o f l i q u i d Which
i s
c o n v e y e d t h e r e b y . The s e c o n d
p o r t i o n may be connected
t o
a s o u r c e of steam
Which
i s
c o n v e y e d t h e r e b y . I n
a n o t h e r
a s p e c t ,
t h e
s e c o n d p o r t i o n may
b e
a d a p t e d
f o r t h e c o n v e y a n c e
o f
s t e a m W h i l e t h e ? r s t
p o r t i o n
m a y b e a d a p t e d f o r t h e c o n v e y a n c e o f i q u i d .
I n
s t i l l a n o t h e r
a s p e c t ,
t h e
s e c o n d p o r t i o n may e a d a p t e d f o r
t h e
c o n v e y a n c e
o f a Working ? u i d
a t
h i g h e r t e m p e r a t u r e s t h a n
t h e ? r s t p o r
t i o n .
I n t i l l a n o t h e r a s p e c t ,
t h e
s o l a r
e n e r g y
r e c e i v e r
m a y u r t h e r
i n c l u d e
a t h i r d r e c e i v e r
p o r t i o n h a v i n g
a t h i r d
c o n ? g u r a t i o n .
T h e
t h i r d c o n ? g u r a t i o n may
h a v e
g e n e r a l l y p l a n a r s u r f a c e s
o p p o s i t e l y
d i s p o s e d
a n d
o u t W a r d l y
f a c i n g . T h e
? r s t ,
s e c o n d
-
8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
12/18
US
8 , 4 9 0 , 6 1 8
B2
3
a n d t h i r d r e c e i v e r p o r t i o n s m a y
e
c o n ? g u r e d o c o n v e y s e p a
r a t e h e a t
t r a n s f e r ? u i d ? oW s
h a t a r e ? u i d l y
i s o l a t e d
from
a c h
o t h e r .
I n a n o t h e r
a s p e c t ,
t h e s e c o n d r e c e i v e r p o r t i o n m a y n c l u d e
a
t h i r d
r e c e i v e r
p o r t i o n . The t h i r d
r e c e i v e r
p o r t i o n
m a y
b e
con?gured
o c o n v e y a s e p a r a t e h e a t
t r a n s f e r
? u i d ? oW h a t
i s
? u i d l y i s o l a t e d f r o m o t h e r
h e a t
t r a n s f e r
? u i d ?oWs o f
t h e
s e c o n d
r e c e i v e r p o r t i on .
I n a n o t h e r
a s p ec t , t h i r d
r e c e i v e r
p o r
t i o n may b e d i s p o s e d f a r t h e r
f r o m t h e
? r s t
r e c e i v e r
p o r t i o n
t h a n
o t h e r p o r t i o n s o f t h e
s e c o n d
r e c e i v e r p o r t i o n . I n a n o t h e r
a s p e c t ,
t h e
t h i r d r e c e i v e r
p o r t i o n
may e c o n ? g u r e d
o
c o n v e y
?uid a t a l o W e r
p r e s s u r e
t h a n o t h e r p o r t i o n s of t h e
second
r e c e i v e r p o r t i o n. I n t i l l
a n o t h e r
a s p e c t , t h e t h i r d p o r t i o n
may
be con?gured
to
convey steam e x t r a c t e d from a t u r b i n e With
a r e h e a t c y c l e .
I n t i l l a n o t h e r embodiment f h e p r e s e n t i n v e n t i o n , a
s o l a r
e n e r g y r e c e i v e r m a y i n c l u d e a p l u r a l i t y
o f
t u b e s d e ? n i n g ? a t
b a n k s a r r a n g e d s u c h t h a t
l i g h t r e d i r e c t e d by a h e l i o s t a t
? e l d
s u r r o u n d i n g t h e r e c e i v e r c a n
b e p r o j e c t e d
on
p p o s i t e
s i d e s o f
e a c h o f t h e
t u b e s .
I n
an
a s p e c t , t h e
p l u r a l i t y o f t u b e s m a y de?ne
? a t
b l a n k s
a r r a n g e d
i n
a s t a r p a t t er n , i n p l a n v i e W . I n a n o t h e r a s p e c t , t h e
p l u r a l i t y
o f
t u b e s
may
d e ? n e
? a t p an e l s a r r a n g e d
i n
a
h u b
a n d - s p o k e
p a t t e r n , i n
p l a n
v i e W .
I n a f u r t h e r
a s p e c t ,
t h e
t u b e s m a y be a r a l l e l s u c h t h a t e a c h
o f t h e
? a t
b a n k s d e ? n e s a
s i n g l e column
o f t h e t u b e s .
I n
a n o t h e r a s p e c t ,
t h e
s o l a r
e n e r g y
r e c e i v e r m a y f u r t h e r
i n c l u d e
a
r e c e i v e r p o r t i o n at
t h e c e n t e r
of
t h e
s t a r
p a t t e r n
d e ? n i n g a c y l i n d r i c a l p o r t i o n W i t h a n o u t W a r d l y
f a c i n g
s u r
f a c e . I n s t i l l
a n o t h e r
a s p e c t , t h e c y l i n d r i c a l p o r t i o n
may
b e
c o a x i a l
W i t h
a c e n t e r
o f
t h e
s t a r
p a t t e r n
and a r r a n g e d
e i t h e r
above o r
beloW
t h e s t a r
p a t t e r n .
I n y e t
a n o t h e r embodiment o f
h e p r e s e n t
i n v e n t i o n ,
a s o l a r
energy r e c e i v e r
m a y
i n c l u d e a ? r s t r e c e i v e r p o r t i o n With a
p l u r a l i t y o f
u b e s d e ? n i n g ? a t
b a n k s
a r r a n g e d i n a s t a r p a t t e m ,
i n
p l a n
v i e W ,
s u c h
t h a t l i g h t r e d i r e c t e d b y a h e l i o s t a t ? e l d
s u r r o u n d i n g t h e r e c e i v e r c a n b e p r o j e c t e d on p p o s i t e s i d e s o f
e a c h o f
t h e
t u b e s .
The
t u b e s
m a y
e
p a r a l l e l
s u c h
t h a t
e a c h o f
t h e
? a t
b a n k s d e ? n e s a
s i n g l e column
o f t h e t u b e s . The s o l a r
r e c e i v e r m a y a l s o
i n c l u d e
a s e c o n d r e c e i v e r
p o r t i o n d e ? n i n g
a
c y l i n d r i c a l p o r t i o n
W i t h
a n
o u t W a r d l y f a c i n g s u r f a c e a n d
b e i n g s u b s t a n t i a l l y c o a x i a l W i t h a c e n t e r
o f
t h e s t a r
p a t t e r n .
The s e c o n d r e c e i v e r p o r t i o n m a y o p e r a t e a t
a
l o W e r t e m p e r a
t u r e
t h a n
t h e ? r s t r e c e i v e r
p o r t i o n .
I n
an
s p e c t ,
t h e
? r s t r e c e i v e r p o r t i o n m a y
be
o c a t e d e i t h e r
above o r beloW t h e s e c o n d r e c e i v e r p o r t i o n .
I n
t i l l
a n o t h e r
embodiment
f h e
p r e s e n t i n v e n t i o n ,
a s o l a r
e n e r g y
r e c e i v e r m a y i n c l u d e a
? r s t
r e c e i v e r p o r t i o n
h a v i n g
a
? r s t c o n ? g u r a t i o n a n d a s e c o n d r e c e i v e r p o r t i o n h a v i n g a
s e c o n d c o n ? g u r a t i o n . The
? r s t c o n ? g u r a t i o n may i n c l u d e
a t
l e a s t o n e ? a t s i d e i n p l a n v i e W . The ? r s t
r e c e i v e r
p o r t i o n m a y
b e
a t t a c h e d t o t h e s e c o n d r e c e i v er p o r t i o n t o p r o v i d e
s u p p o r t
to
t h e
s e c o n d . The s e c o n d c o n ? g u r a t i o n
m a y
i n c l u d e g e n e r
a l l y
p l a n a r
s u r f a c e s
o p p o s i t e l y
d i s p o s e d
a n d
o u t W a r d l y
f a c
i n g . T h e ? r s t
a n d
s e c o n d r e c e i v e r p o r t i o n s may e
c o n ? g u r e d
to convey s e p a r a t e
h e a t
t r a n s f e r ? u i d ? oWs t h a t
a r e
? u i d l y
i s o l a t e d from e a c h o t h e r .
I n an s p e c t , t h e ? r s t r e c e i v e r
p o r t i o n
m a y a v e a p i e c e W i s e
p o l y g o n a l s h a p e
h a v i n g
a c e n t r a l a x i s . I n
a n o t h e r
a s p e c t , t h e
? r s t
r e c e i v e r
p o r t i o n may h a v e
a s q u a r e
s h a p e i n p l a n v i e W ,
h a v i n g
a
c e n t r a l
a x i s .
The s e c o n d
r e c e i v e r
p o r t i o n
m a y
i n c l u d e
m u l t i p l e
s e g m e n t s
t h a t
p r o j e c t
f r o m t h e ? r s t r e c e i v e r
p o r t i o n
i n a r a d i a l
d i r e c t i o n
W i t h r e s p e c t t o t h e c e n t r a l a x i s .
O b j e c t s ,
a d v a n t a g e s ,
a n d
f e a t u r e s
o f
t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n
W i l l
become p p a r e n t
f r o m
t h e
f o l l o W i n g d e t a i l e d
d e s c r i p t i o n
o f t h e i n v e n t i o n When c o n s i d e r e d i n c o n j u n c t i o n
W i t h
t h e
a c c o m p a n y i n g
d r a W i n g s .
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
4
BRIEF
DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
The a c c o m p a n y i n g d r a W i n g s , W h i c h a r e
i n c o r p o r a t e d
h e r e i n
a n d
c o n s t i t u t e p a r t o f t h i s
s p e c i ? c a t i o n ,
i l l u s t r a t e
e x e m p l a r y e m b o d i m e n t s o f
h e
i n v e n t i o n ,
a n d , t o g e t h e r
W i t h
t h e
g e n e r a l
d e s c r i p t i o n g i v e n a b o v e
a n d
t h e d e t a i l e d d e s c r i p
t i o n
g i v e n
beloW
s e r v e
t o e x p l a i n
t h e
f e a t u r e s o f
h e
i n v e n t i o n .
T h r o u g h o u t t h e ? g u r e s , l i k e r e f e r e n c e n u m e r a l s d e n o t e l i k e
e l e m e n t s . The
? g u r e s
h a v e n o t been draWn t o s c a l e .
F I G S .
1 , 2 , 3 a n d 4 a r e o b l i q u e p r o j e c t i o n s
o f s o l a r
r e c e i v
e r s W i t h
h o r i Z o n t a l c r o s s - s ec t i o n shoWing i n t e r i o r a r r a n g e
ment of e r t i c a l
t u b e s .
FIGS. 5a and 5b
a r e c r o s s - s ec t i o n
v i e W s
o f
s t a r - s h a p e d
s o l a r
r e c e i v e r s
shoWing a r r a n g e m e n t s o f
s t a r
arms and t h e
i n t e r i o r
a r r a n g e m e n t o f e r t i c a l
t u b e s .
FIGS. 6
and
7
a r e
a cross- section
vieW
of an a r m of a
s t a r - s h a p e d s o l a r
r e c e i v e r
s h o W i n g
t h e
i n t e r i o r
a r r a n g e m e n t
o f e r t i c a l
t u b e s .
F I G . 8 i s a n o b l i q u e
p r o j e c t i o n o f a s o l a r r e c e i v e r s h o W i n g
e x a m p l e s
o f m e c h a n i c a l s u p p o r t e l e m e n t s .
FIGS. 9
and 10 a r e diagrammatic
e l e v a t i o n
vieWs of
a
p l u r a l i t y o f
e l i o s t a t s
and c e n t r a l poWer
toWer
n
a c c o r d a n c e
W i t h
d i f f e r e n t
embodiments
o f
t h e i n v e n t i o n .
FIGS. 1 1
and
1 2 a r e d i a g r a m m a t i c v i e W s o f s y s t e m s o f
m u l t i p l e s o l a r t o We r s a c c o r d i n g t o p r e f e r r e d e m b o d i m e n t s .
F I G .
1 3 i s an o b l i q u e p r o j e c t i o n o f a s o l a r r e c e i v e r W i t h
h o r i Z o n t a l c r o s s - s ec t i o n
s h o W i n g i n t e r i o r a r r a n g e m e n t o f e r
t i c a l
s u p e r h e a t i n g a n d
r e h e a t i n g t u b e s .
F I G . 1 4 shoWs
a n
o b l i q u e
p r o j e c t i o n
o f
a s o l a r r e c e i v e r
W i t h a s e c o n d a r y r e ? e c t o r .
F I G .
1 5 i s a n o b l i q u e
p r o j e c t i o n
o f a
s o l a r
r e c e i v e r
i n c o r
p o r a t i n g a d r u m - s h a p e d r e c e i v e r p o r t i o n
a n d
a
s t a r - s h a p e d
r e c e i v e r p o r t i o n .
FIG. 1 6 i s an e l e v a t i o n vieW of p a n e l - l e s s s o l a r r e c e i v e r
W i t h a c e n t r a l drum-shaped
r e c e i v e r p o r t i o n
W i t h arms r a d i
a l l y p r o j e c t i n g t h e r e f r o m .
FIG. 17
i s an
o b l i q u e p r o j e c t i o n of
s o l a r r e c e i v e r
With
a
c e n t r a l
d r u m - s h a p e d
r e c e i v e r
p o r t i o n
W i t h a r m s
r a d i a l l y
p r o
j e c t i n g t h e r e f r o m .
F I G .
1 8 i s a p l a n vieW ofa p a n e l - l e s s s o l a r r e c e i v e r
W i t h
a
c e n t r a l s q u a r e - s h a p e d
e c e i v e r
p o r t i o n W i th a r m s a d i a l l y p r o
j e c t i n g from t h e comers t h e r e o f .
FIG. 19
i s
a p l a n vieW of a s o l a r r e c e i v e r With a c e n t r a l
s q u a r e - s h a p e d
r e c e i v e r
p o r t i o n
W i t h a r m s r a d i a l l y
p r o j e c t i n g
from t h e c o r n e r s
t h e r e o f .
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The
i n v e n t i o n
p r o v i d e s
an e ? i c i e n t system f o r t h e c o n v e r
s i o n o f s o l a r r a d i a t i o n t o t h e r m a l
e n e r g y
and t h e c r e a t i o n
o f
steam forpoWering a steam u r b i n e e l e c t r i c
poWer
l a n t
o r t h e
l i k e , a s W e l l a s c o m p o n e n t s , a r t i c l e s o f m a n u f a c t u r e ,
and
o t h e r
t e c h n o l o g i c a l
i m p r o v e m e n t s , a n d
m e t h o d s
f o r
u s i n g
t h e m .
A o l a r
r e c e i v e r
i s a t a r g e t f o r so l a r r a d i a t i o n r e ? e c t e d
t h e r e o n
by
h e l i o s t a t s f o r t h e p u r p o s e o f h e a t i n g a ? u i d . The
? u i d s
made o
? o W
h r o u g h
a p l u r a l i t y
o f u b e s
o r p i p e s i n t h e
r e c e i v e r ,
W h i c h a l s o i n c l u d e s c o n d u i t s , p i p e l i n e s , o r t h e l i k e ,
f o r
p r o v i d i n g
i n g r e s s
and e g r e s s t o
a n d
from t h e r e c e i v e r
f o r
t h e ? u i d .
The
t u b e s m a y
b e p o s i t i o n e d
i n a s u b s t a n t i a l l y v e r t i c a l
a r r a n g e m e n t
W i t h
m u l t i p l e t u b e s c o n v e y i n g t h e ? u i d i n p a r
a l l e l . H e a d e r s , m a n i f o l d s
a n d o t h e r
p i p i n g a r r a n g e m e n t s may
b e p r o v i d e d t o
f a c i l i t a t e
t h e
t r a n s p o r t o f t h e ? u i d
W i t h i n t h e
r e c e i v e r and
o
and from t h e i n g r e s s a n d
e g r e s s
p i p e s .
The
r e c e i v e r
can be
o p e r a t e d
i n
t h e
manner of
a
o n c e - t h r o u g h
b o i l e r o r
a l t e r n a t i v e l y i n t h e
manner of m u l t i p l e - p a s s
b o i l e r .
-
8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
13/18
US
8 , 4 9 0 , 6 1 8
B2
5
I n
a l t e r n a t i v e embodiments
h e
t u b e s may e
a r r a n g e d s o a s
t o
p r o v i d e a s e r p e n t i n e p a t h
f o r
t h e ? u i d .
The
s o l a r
r e c e i v e r m a y
be
l o c a t e d Where
r e ? e c t e d
and
o p t i o n a l l y c o n c e n t r a t e d
s o l a r
r a d i a t i o n i m p i n g e s
on
e x t e r i o r
p a n e l s o r o t h e r e x t e r i o r
s u r f a c e s of t h e r e c e i v e r Which
a r e
proximate t o t u b e s
on t l e a s t
tWo
s i d e s
of each
t u b e .
The r e c e i v e r
m a y
i n c l u d e a s i n g l e roW of u b e s
With
e x t e
r i o r p a n e l s
s u b s t a n t i a l l y p a r a l l e l t o t h e
roW
on
tWo
s i d e s o f h e
r o W , s u c h t h a t each t u b e
i s
p r o x i m a t e t o a p a n e l on tWo s i d e s ,
a n d
t h e t u b e s a t e a c h
e n d
m a y e
p r o x i m a t e
t o e x t e r i o r
p a n e l s
o n
t h r e e
s i d e s .
R e f e r r i n g
noW
to
t h e
? g u r e s and i n
p a r t i c u l a r
to
F I G .
1 ,
a
r e c e i v e r 103
i s
shoWn t o
i n c l u d e
a s i n g l e roW of
t u b e s
111
Which a r e
p r o v i d e d
i n
p r o x i m i t y t o and
betWeen tWo s u b s t a n
t i a l l y
p a r a l l e l
e x t e r n a l s u r f a c e s
1 0 9 ,
e a c h
s u r f a c e 1 0 9 o p t i o n
a l l y
c o m p r i s i n g
a
p l u r a l i t y
o f a n e l s 1 1 0 . A d d i t i o n a l e x t e r n a l
s u r f a c e s 1 1 3
a r e
o p t i o n a l l y
p r o v i d e d i n
p r o x i m i t y t o t h e
e n d
mo st
tubes i n t h e r o W .
I n a p r e f e r r e d e m b o d i m e n t , t h e r e c e i v e r i n c l u d e s a p l u r a l i t y
o f s i n g l e
r o W s
o f t u b e s , i n t e r s e c t i n g a p p r o x i m a t e l y
a t t h e
m i d p o i n t o f e a c h
r o W ,
a s i l l u s t r a t e d i n F I G . 2 .
I n t h e ? g u r e ,
tWo s i n g l e r o W s o f
u b e s
1 1 1 a r e s h o W n , Which by n t e r s e c t i n g
form an
“X”
shape
o r a
c r o s s .
Tubes 111
a r e
provided
i n
p r o x i m i t y t o e x t er i o r s u r f a c e s
109
i n such
a Way
t h a t a t
l e a s t
tWo
e x t e r i o r
s u r f a c e s
109
a r e i n
p r o x i m i t y
t o each t u b e
1 1 1 .
Each
e x t e r i o r s u r f a c e 1 0 9 o p t i o n a l l y c o m p r i s e s a p l u r a l i t y
o f
p a n e l s
1 1 0 . A g a i n , a d d i t i o n a l e x t e r n a l s u r f a c e s 1 1 3 a r e
o p t i o n a l l y p r o v i d e d
i n p r o x i m i t y
o t h e endmo t t u b e s
i n
e a c h
roW.
F I G . 3 i l l u s t r a t e s an a l t e r n a t i v e p r e f e r r e d embodiment i n
Which h e
s i n g l e roWs
of u b e s do n o t i n t e r s e c t b u t i n s t e a d a r e
j o i n e d a t t h e i r e n d s . D e t e r m i n i n g
W h e t h e r
t h e r o W s o f t u b e s
i n t e r s e c t o r n o t , o r
W h e r e ,
i s a f u n c t i o n of
o p t i m i Z i n g
t h e
i n t e n s i t y
and
d i s t r i b u t i o n o f r e ? e c t e d s o l a r r a d i a t i o n
on
t h e
s u r f a c e o f t h e
r e c e i v e r , a n d
r e s u l t i n g
h e a t ? u x , Wh i l e t a k i n g
i n t o a c c o u n t v a r i a b l e s Which m a y i n c l u d e , b u t n o t
e x h a u s
t i v e l y , d e s i r e d t h e r m a l o u t p u t o f t h e r e c e i v e r , m a t e r i a l c h a r
a c t e r i s t i c s
i n c l u d i n g
s t r e n g t h ,
h e a t
t r a n s f e r
p a r a m e t e r s
a n d
r a d i a t i o n a b s o r p t i v i t y
a n d e m i s s i v i t y ,
p r e d i c t i v e W e a t h e r a n d
s o l a r r a d i a t i o n d a t a ,
h e l i o s t a t
p l a c e m e n t a n d
a i m i n g
o r
t r a c k
i n g a c c u r a c y ,
c o s t o f
r e c e i v e r and h e l i o s t a t m a t e r i a l s
and
c o m p o n e n t s , l a n d
a v a i l a b i l i t y ,
p o W e r p u r c h a s e a g r e e m e n t s,
a n d
d i f f e r e n t i a l
e l e c t r i c i t y
t a r i f f s .
F I G . 4 i l l u s t r a t e s a n o t h e r a l t e r n a t i v e p r e f e r r e d embodiment
i n Which h e s i n g l e
roWs o f u b e s
a r e s e p a r a t e d v e r t i c a l l y
s u c h
t h a t
a t
l e a s t one roW s higher than at l e a s t one o t h e r .
For
t h e
s a k e
o f l l u s t r a t i o n
o n l y
t h e
t o p
roW
s shoWn n
c r o s s - s e c t i o n
b u t i t s h o u l d be u n d e r s t o o d t h a t each o f
t h e
roWs i n c l u d e s
t u b e s
i n p r o x i m i t y t o
e a c h o f Which a r e p r o v i d e d e x t e r n a l
s u r f a c e s on a t
l e a s t
tWo
s i d e s ,
a s
i n t h e
p r e c e d i n g embodi
ments.
The
e c e i v e r
may l t e r n a t i v e l y i n c l u d e
a p l u r a l i t y
o f s i n g l e
roWs
of e r t i c a l
t u b e s con?gured
a s
arm s
of
s t a r ,
Where t h e
arm s
of h e s t a r r a d i a t e outWard from a c e n t r a l p o i n t o r a r e a .
There can be any number of arms
o f
t h e
s t a r .
For
e x a m p l e ,
t h e
number of
arms
i s
i n t h e
r a n g e of h r e e
t o t e n . A e c e i v e r
of
t h i s t y p e W i t h
f o u r
arms
Would
be t h e
r e c e i v e r shoWn
e a r l i e r
i n FIG. 2 a s
t h e r e
i s no
s u b s t a n t i v e
d i f f e r e n c e betWeen a
r e c e i v e r c o m p r i s i n g tWo i n t e r s e c t i n g roWs o f t u b e s and a
s t a r - s h a p e d
r e c e i v e r
W i t h
f o u r
a r m s .
The
a n g l e s betWeen a c h
a d j a c e n t
p a i r
o f a r m s o f
a
s t a r - s h a p e d
r e c e i v e r
c a n b e e q u a l a l l
t h e Way around t h e
s t a r , a s
i n
F I G .
5 a ,
o r
u n e q u a l , a s i n
F I G .
5 b . Although n o t shoWn,
t h e
c e n t r a l a r e a
o f
t h e s t a r can be
c o n s t r u c t e d i n
a
manner
h a t i m p r o v e s t h e s t r u c t u r a l i n t e g r i t y
o f
t h e
r e c e i v e r , f o r e x a m p l e , a s
a
v e r t i c a l c y l i n d e r ( h a v i n g
a
c i r c u l a r ,
p o l y g o n a l , o r o th e r c r o s s - s e c t i o n a l s h a p e s ) W i t h
t h e
arms of
h e
s t a r r a d i a t i n g t h e r e f r o m .
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
6
The number
o f
a r m s
and t h e
a n g l e s
betWeen e a c h p a i r o f
arms a r e
determined throug h
a
d e s i g n
p r o c e s s t h a t t a k e s i n t o
a c c o u n t o p t i m i z a t i o n o f
t h e
i n t e n s i t y a n d d i s t r i b u t i o n o f
r e ? e c t e d s o l a r r a d i a t i o n on t h e s u r f a c e o f t h e r e c e i v e r , and
r e s u l t i n g h e a t
? u x ,
a s
d e s c r i b e d
e a r l i e r W i t h r e s p e c t t o
d e t e r
mining h e
i n t e r s e c t i o n
p o i n t , i f a n y , o f roWs o f u b e s . Such n
o p t i m i z a t i o n
W i t h
r e s p e c t t o a r e c e i v e r
d e s i g n e d
i n a c c o r
d a n c e
W i t h
a n y
o f
t h e
embodiments o f
t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n
can be performed by someone s k i l l e d i n t h e a r t o f s o l a r ? e l d
d e s i g n
T h e r e f o r e , t h e p r e c i s e c o n ? g u r a t i o n i n t e r m s
o f
t h e
n u m b e r ,
p l a c e m e n t a n d r e l a t i v e
p o s i t i o n i n g
o f t h e r o W s o f
t u b e s o r arms of
h e
s t a r
may
e
determined
only When one
s k i l l e d i n t h e
a r t
comes t o d e s i g n
a s p e c i ? c r e c e i v e r
f o r
a
s p e c i ? c s o l a r ? e l d .
F u r t h e r , t h e number o f
t u b e s o r
t u b e p a n e l s i n e a c h arm o f
t h e
s t a r
s h o u l d
n o t
be c o n s t r u e d
from
t h e
numbers shoWn i n
t h e a c c o m p a n y i n g ? g u r e s ; i n
a n
e x e m p l a r y embodiment
e a c h
arm o f h e s t ar - s h a p e d r e c e i v e r
i s
6
m e t e r s
l o n g and e a c h t u b e
i s
a p p r o x i m a t e l y 2 . 5 c e n t i m e t e r s i n d i a m e t e r , Which means
t h a t
each
a r m
of
h e
s t a r can
c o n t a i n hundreds
of
u b e s .
I n y e t
a n o t h e r
p r e f e r r e d e m b o d i m e n t ,
e a c h
s i n g l e roW
o f
t u b e s o r arm f s t a r - s h a p e d
e c e i v e r )
i n c l u d e s t u b e s a r r a y e d
i n
a
meandering
c o n ? g u r a t i o n
and
n o t
i n
a
s t r a i g h t
l i n e ,
a s
i l l u s t r a t e d i n
F I G .
6 . I n t h i s
c o n ? g u r a t i o n , e a c h t u b e 1 1 1 i s
d i r e c t l y exposed on t l e a s t tWo s i d e s t o t h e
h e a t ?ux
g e n e r
a t e d
by r e ? e c t e d s o l a r r a d i a t i o n i m p i n g i n g on t h e e x t e r n a l
s u r f a c e s
1 0 9 .
I n
a r e c e i v e r ,
t u b e s a r e g e n e r a l l y n o t placed
s o c l o s e t o
one
a n o t h e r t h a t tWo
a d j a c e n t
t u b e s might
come
i n c o n t a c t
W i t h
each t h e r . As
a
r e s u l t ,
some
gap W i l l e x i s t betWeen each
a i r
of t u b e s i n a s i n g l e r oW o r a r m of a s t ar - s h a p e d r e c e i v e r .
Re?ected s o l a r
r a d i a t i o n o r h e a t ?ux
W i l l
t e n d
t o ‘ l e a k ’
t h r o u g h t h i s g a p r a t h e r
t h a n
b e c a p t u r e d
as
t h e r m a l e n e r g y
i n
t h e ? u i d . T h e r e f o r e ,
e a c h
s i n g l e roW
o f
t u b e s
( o r arm
o f
a
s t a r - s h a p e d r e c e i v e r )
m a y
i n c l u d e t u b es a r r a y e d
i n a
mean
d e r i n g c o n ? g u r a t i o n a n d
n o t i n a s t r a i g h t
l i n e ,
s u c h t h a t e a c h
t u b e s u b s t a n t i a l l y b l o c k s t h e g a p
b e t W e e n
e a c h p a i r o f n e i g h
b o r i n g
t u b e s .
R e f e r r i n g noW o FIG. 7 , an a r m
114
of a
s t a r - s h a p e d
r e c e i v e r ( r e m a i n d e r n o t shoWn) i n c l u d e s
a
s i n g l e roW of
e r
t i c a l t u b e s
1 1 1 p o s i t i o n e d
i n
s u c h
a
m e a n d e r i n g and g a p
b l o c k i n g
c o n ? g u r a t i o n . The arm
1 1 4
i s c o n ? g u r e d
s o t h a t
a p p r o x i m a t e l y
50
p e r c e n t of
t h e
t u b e s 111 a r e
o f f s e t t o one
s i d e o f t h e
m i d l i n e 115
o f t h e arm
114 by l e s s t h a n
o n e - h a l f
t h e d i a m e t e r
o f
t h e
t u b e s , a n d
t h e o t h e r
a p p r o x i m a t e l y
5 0
p e r c e n t o f t h e t u b e s 1 1 1 a r e s i m i l a r l y o f f s e t
t o
t h e
o t h e r
s i d e
o f
t h e m i d l i n e 1 1 5 .
F u r t h e r m o r e ,
t h e l i n e a r d i s t a n c e LD
betWeen t h e c e n t e r p o i n t o f e a c h
t u b e
and t h a t o f a n
a d j a c e n t
t u b e ( i n t h e dimension
p a r a l l e l
t o t h e
m i d l i n e o r
t h e roW
o r
a r m ,
a s
i l l u s t r a t e d ) ,
i s l e s s
t h a n
o r
e q u a l
t o
t h e o u t s i d e diam
e t e r D
f e a c h t u b e .
The
e s u l t o f s u c h
a
c o n ? g u r a t i o n i s
t h a t
t h e t u b e s 1 1 Whose p o s i t i o n i s skeWed t o one s i d e
of
t h e
m i d l i n e 115 W i l l
b l o c k
t h e g a p betWeen
d j a c e n t t u b e s
1 1 1 on
t h e
o t h e r
s i d e
o f
t h e
m i d l i n e
1 1 5 ,
and
i c e
v e r s a , W h i l e
a t t h e
same
t i m e each
t u b e
111 i s d i r e c t l y exposed
on
t
l e a s t
tWo
s i d e s
t o t h e h e a t ?ux g e n e r a t e d by r e ? e c t e d
s o l a r
r a d i a t i o n
i m p i n g i n g on
t h e e x t e r n a l s u r f a c e s
1 0 9 .
I n a n o t h e r
embodiment,
m e c h a n i c a l s u p p o r t e l e m e n t s a r e
added t o
t h e arms
of s t a r - s h a p e d
r e c e i v e r t o
p r o v i d e added
m e c h a n i c a l i n t e g r i t y ,
Wind s h e a r
r e s i s t a n c e a n d t h e l i k e .
F I G .
8
i l l u s t r a t e s
t h r e e
t y p e s
o f m e c h a n i c a l
s u p p o r t s
t h a t c a n be
a d d e d . S u p p o r t e l e m e n t 1 1 7 p r o v i d e s m e c h a n i c a l s u p p o r t
a c r o s s t h e
e x t e r n a l
f a c e
of an a r m of
s t a r - s h a p e d r e c e i v e r
or
a
s i n g l e roW o f t u b e s . S u p p o r t e l e m e n t s
1 1 8
a l s o p r o v i d e s
mechanical
support
a c r o s s t h e
e x t e r n a l
f a c e
of
an a r m
of
a
s t a r - s h a p e d r e c e i v e r
o r
a s i n g l e
roW o f
t u b e s . S t r u t
element
1 1 9 may b e i n t e r p o s e d
b e t W e e n t W o
f a c i n g
s u r f a c e s
o f a d j a
-
8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
14/18
US
8 , 4 9 0 , 6 1 8
B2
7
c e n t arms
of
a s t a r - s h a p e d r e c e i v e r . I n
a l t e r n a t i v e
embodi
m e n t s . O t h e r
s u p p o r t
e l e m e n t s m a y e employed s known
n
t h e a r t .
The
?uid i n t h e r e c e i v e r
t u b e s
may e W a t er , s t e a m ,
o r
a
m i x t u r e o f Wa t e r
and s t e a m . A l t e r n a t i v e l y , t h e ? u i d i n t h e
r e c e i v e r s m a y be a molten s a l t . An example of a s u i t a b l e
m a t e r i a l i s a
n i t r a t e
s a l t such a s a combination of l i q u i d
s o d i u m n i t r a t e a n d
p o t a s s i u m
n i t r a t e .
I n o t h e r embodiments, a s o l a r
poWer o W e r system
n c l u d e s
a t l e a s t one toWer and a t l e a s t one s e t o f h e l i o s t a t s , a s
d e s c r i b e d
i n
d e t a i l , f o r e x a m p l e , i n p e n d i n g I n t e r n a t i o n a l
P a t e n t A p p l i c a t i o n N o . P C T / U S 0 8 / 5 8 3 0 5 , W h i c h i s h e r e b y
i n c o r p o r a t e d
b y r e f e r e n c e
n
i t s e n t i r e t y .
As i s c u s s e d
n PCT/
US08/ 8 3 0 5 , e a c h h e l i o s t a t m a y t r a c k
t h e
s u n
t o r e ? e c t l i g h t
to
a
d e s i g n a t e d
t o W e r , and t h e
t o W e r d e s i g n a t e d
f o r
e a c h
h e l i o s t a t c a n c h a n g e d e p e n d i n g
o n o p e r a t i n g
r e q u i r e m e n t s
and
t h e r c o n d i t i o n s . I n s o m e embodiments a toWer i l l
s t a n d
W i t h i n t h e
b o u n d a r i e s o f
a
? e l d
o f
h e l i o s t a t s , and
i n o t h e r
embodiments
at l e a s t one
toWer W i l l
n o t s t a n d
Within t h e
boundaries of ?eld of
e l i o s t a t s . I n s o m e embodiments t h e
number of
o W e r s
W i l l be
e q u a l t o t h e number of e l d s o r
s e t s
o f e l i o s t a t s , a n d i n o t h e r embodiments
W i l l
n o t b e
e q u a l .
A
e c e i v e r ,
Which
u s e s r e c e i v e d
s o l a r
r a d i a t i o n
and con
v e r t s i t t o
s o me
u s e f u l
form
such
a s
h e a t ,
i s l o c a t e d a t t h e t o p
of toWer o r a t s o m e
o t h e r
l o c a t i o n , f o r example i f
an
i n t e r
m e d i a t e
r e ? e c t o r
i s
u s e d to bounce i g h t r e c e i v e d a t t h e t o p
o f
a toWer d oWn t o a r e c e i v e r l o c a t e d
a t ground
l e v e l .
R e f e r r i n g
a g a i n t o
t h e ? g u r e s
a n d i n
p a r t i c u l a r
t o
F I G . 9 ,
a
s o l a r poWer s y s t e m
4 4
i s p r o v i d e d i n Which h e l i o s t a t s
3 8
i n c l u d e m i r r o r s 8
t h a t
r e ? e c t i n c i d e n t s o l a r
r a d i a t i o n 28
o n t o
a r e c e i v e r 1 i n Which W o r k i n g
? u i d
( n o t shoWn)
s
h e a t e d f o r
l a t e r
u s e
i n a n e l e c t r i c
poWer g e n e r a t i n g
p l a n t 4 5 .
The
h e l i o
s t a t - m o u n t e d
m i r r o r s
8
a r e
c a p a b l e o f
r a c k i n g t h e a p p a r
e n t movement o f
t h e
s u n 25 a c r o s s t h e s k y e a c h
day
i n
o r d e r
to m a i n t a i n t h e r e ? e c t i v e f o c u s i n t h e d i r e c t i o n o f t h e r e c e i v e r
1
a s
t h e
a n g l e o f
t h e i n c i d e n t r a d i a t i o n
2 8 c h a n g e s . The
r e c e i v e r 1
i s l o c a t e d a t o p
a
toWer
4 3 ,
o r i n
an
a l t e r n a t i v e
e m b o d i m e n t ,
shoWn
n
F I G .
1 0 ,
i s
l o c a t e d
on
h e
g r o u n d ,
a n d
t h e h e l i o s t a t - m o u n t e d
m i r r o r s
8
r e ? e c t s o l a r
r a d i a t i o n o n t o
one
o r m o r e
secondary r e ? e c t o r s
9 Which
f u r t h e r r e ? e c t
t h e
r a d i a t i o n
o n t o
t h e r e c e i v e r
1 .
I n an embodiment, a
s o l a r
poWer
toWer system
i n c l u d e s
a t
l e a s t one
r e c e i v e r Where t h e r e c ei v e r i n c l u d e s
at l e a s t one
s i n g l e
roW o f t u b e s
p r o v i d e d
i n p r o x i m i t y t o
e x t e r i o r
s u r f a c e s
o n at l e a s t tWo s i d e s
of each
t u b e , upon Which e x t er i o r s u r
f a c e s r e ? e c t e d
s o l a r
r a d i a t i o n i m p i n g e s , a s d e s c r i b e d
i n
t h e
p r e c e d i n g embodiments.
The
t l e a s t one
e c e i v e r
i s
used
f o r
h e a t i n g
a
W o r k i n g
? u i d ,
i n c l u d i n g r a i s i n g
i t s t e m p e r a t u r e
a n d /
r
c h a n g i n g
i t s
p h a s e .
I n
a n e x a m p l e ,
t h e r e c e i v e r
i s u s e d
f o r b o i l i n g W a t e r .
I n
a n o t h e r
e x a m p l e ,
t h e r e c e i v e r
i s
u s e d f o r
r a i s i n g
t h e
t e m p e r a t u r e o f W a t e r a n d / o r
s t e a m . I n
a n o t h e r
e x a m p l e , t h e r e c e i v e r h e a t s
W a t e r
o r
s t e a m u n d e r s u p e r c r i t i c a l
c o n d i t i o n s .
I n s o m e t h e r embodiments, f o r e v e r y n+1 toWers n a s o l a r
poWer toWer
s y s t e m ,
one toWer s
used
o r t h e
s u p e r h e a t i n g
of
s t e a m g e n e r a t e d i n t h e o t h e r n t o W e r s , and t h e
s o l a r
r e c e i v e r
a t o p
t h a t
t o W e r i s c o n ? g u r e d f o r
s u p e r h e a t i n g
s t e a m i n t e r m s
o f
i Z e ,
t u b e s i Z e
a n d s p a c i n g , a n d e x t e r n a l c o n n e c t i o n s , a n d
n o t f o r
g e n e r a t i n g
s t e a m . O p t i m a l l y , a
steam
t u r b i n e e l e c t r i c
poWer l a n t i s l o c a t e d i n c l o s e p r o x i m i t y o t h e n + 1 t h t o W e r
i n
o r d e r
t o minimiZe
t h e e x t e n t
and
d i s t a n c e
t o
Which s u p e r
h e a t e d
s t e a m
s
t r a n s p o r t e d . I f t h e s t e a m t u r b i n e o f h e e l e c t r i c
poWer
p l a n t
i n c l u d e s a r e h e a t c y c l e ,
t h e n
t h e
r e c e i v e r a t
t h e
n + 1 ’ h t o W e r
( a l s o r e f e r r e d
t o h e r e i n a s
t h e
“ s u p e r h e a t i n g
r e c e i v e r ” )
W i l l
b e u s e d
f o r
b o t h
s u p e r h e a t i n g
t h e s t e a m g e n
e r a t e d
i n t h e
o t h e r
n t o W e r s ,
and f o r
r e h e a t i n g s t e a m i n t h e
r e h e a t
c y c l e
of
h e
t u r b i n e .
I n t h e c a s e t h a t one o r m o r e of h e
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
8
r e c e i v e r s i n t h e
s y s t e m
o p e r a t e a t s u p e r c r i t i c a l c o n d i t i o n s ,
t h e n
t h e
t e r m “ g e n e r a t i o n o f s t e a m ” s h o u l d b e u n d e r s t o o d i n
i t s
b r o a d e r
s e n s e t o i n c l u d e t h e h e a t i n g of
W a t e r / s t e a m
at
s u p e r c r i t i c a l c o n d i t i o n s .
R e f e r r i n g n oW t o FIG. 1 1 , an
embodiment
i s shoWn i n
Which a s o l a r
s y s t e m 1 0 4 c o m p r i s e s
a
p l u r a l i t y o f
s o l a r
? e l d s
51 i n each of
Which
a r e
l o c a t e d
h e l i o s t a t
? e l d s
52 and e c e i v
e r s
5 3 . I n
each
e c e i v e r
5 3 , steam s
g e n e r a t e d
from W a t e r at
a p r e s s u r e mo re
t h a n
1 0 b a r , and steam i s o p t i o n a l l y
s u p e r
h e a t e d i n a p r i m a r y s u p e r h e a t e r s e c t i o n . I n a d d i t i o n , a n o t h e r
r e c e i v e r
1 0 3 i s p r o v i d e d ,
t o W h i c h
s t e a m ( n o t s h o W n ) g e n e r
a t e d
a n d o p t i o n a l l y p a r t l y s u p e r h e a t e d
a t
t h e o t h e r
r e c e i v e r s
5 3 i s t r a n s p o r t e d
v i a
p i p e l i n e s , c o n d u i t s o r s i m i l a r ( n o t
s h o W n ) ,
a n d i n
W h i c h
t h a t s t e a m
i s
f u r t h e r
s u p e r h e a t e d .
R e c e i v e r
103 i s
l o c a t e d
i n an a d d i t i o n a l s o l a r ? e l d 101 t h a t
i n c l u d e s a h e l i o s t a t
?eld
1 0 2 .
I n an
a l t e r n a t i v e embodiment
h e l i o s t a t s i n
t h e
h e l i o s t a t
? e l d s
5 2 i n t h e o t h e r s o l a r
? e l d s
5 1
a r e
c a p a b l e o f
r e ? e c t i n g s o l a r
r a d i a t i o n
a l s o
o n t o
t h e
s u p e r
h e a t i n g r e c e i v e r 103 and a r e d i r e c t e d
t o
do
s o
by a c o n t r o l
system f
r e q u i r e d
t o b a l a n c e s o l a r ?ux amon g e c e i v e r s o r t o
i m p r o v e d i s t r i b u t i o n
o f
s o l a r ?ux on
h e s u r f a c e o f
s u p e r h e a t
i n g
r e c e i v e r
1 0 3 .
I f
n o t s o
d i r e c t e d , t h e n
t h o s e
h e l i o s t a t s W i l l
r e ? e c t
r a d i a t i o n
o n t o
one of
h e o t h e r
r e c e i v e r s 5 3 .
A
team
t u r b i n e
e l e c t r i c
p l a n t
1 0 5 i s
p r o v i d e d
i n p r o x i m i t y t o t h e
s u p e r h e a t i n g r e c e i v e r 1 0 3
i n
o r d e r t o m i n i m i Z e t r a n s p o r t d i s
t a n c e o f s t e a m
a t
h i g h t e m p e r a t u r e s ,
f o r
e x a m p l e a t t e m p e r a
t u r e s a b o v e 5 4 0
d e g r e e s
C e l s i u s . The s h a p e a n d s p a c i n g o f h e
h e l i o s t a t ? e l d s
5 2 , 102 a s
shoWn i n t h e
?gure a r e i l l u s t r a t i v e
o f a n e x e m p l a r y embodiment
and
i n a l t e r n a t i v e embodi
m e n t s , t h e h e l i o s t a t
? e l d s c a n t a k e o t h e r
s h a p e s
i n c l u d i n g
o v a l , e l l i p t i c a l , p o l y g o n a l , t h e s h a p e
o f
a n e g g , t h e s h a p e
o f
a
g u i t a r p i c k ,
a n d
t h e s h a p e o f a f o o t b a l l . I n o t h e r
a l t e r n a t i v e
embodiments
t h e
r e c e i v e r s m a y n o t be i n
t h e c e n t e r
o f t h e
h e l i o s t a t ? e l d s b u t
may
b e i n a n o t h e r l o c a t i o n , i n c l u d i n g
l o c a t i o n s
s o u t h
and
West
of e n t e r . I n s t i l l o t h e r
a l t e r n a t i v e
e m b o d i m e n t s , h e l i o s t a t ? e l d s c a n b e
c l o s e r
t o g e t h e r
t h a n
shoWn
i n
t h e ? g u r e o r a r r a n g e d
i n
a d i f f e r e n t g e o m e t r i c p a t
t e r n .
F I G . 12 shoWs a n o t h e r embodiment Which s s i m i l a r t o t h e
o n e i l l u s t r a t e d i n F I G .
1 1
e x c e p t t h a t s u p e r h e a t i n g
r e c e i v e r
103 i s
n o t l o c a t e d
W i t h i n t h e
b o u n d a r i e s of
a h e l i o s t a t
? e l d
and n f a c t t h e r e i s no de?ned e l i o s t a t ? e l d around
h e s u p e r
h e a t i n g r e c e i v e r 1 0 3 . I n s t e a d , s u b s e t s
o f h e l i o s t a t s i n
a n y o r
a l l of
t h e h e l i o s t a t ? e l d s
52
a r e d i r e c t e d
t o
f o c u s o n t h e
s u p e r h e a t i n g r e c e i v e r 1 0 3 a s r e q u i r e d b y t h e
o p e r a t i o n a l
n e e d s
o f
h e s y s t e m .
S ome o f
h e s e
h e l i o s t a t s m a y e d i r e c t e d
t o f o c u s
on
s u p e r h e a t i n g r e c e i v e r 103 a l l of
t h e
t i m e ,
s o me
h e l i o s t a t s m a y
be
s o d i r e c t e d o n l y some
o f h e t i m e ,
and
t h e r
h e l i o s t a t s may e
e v e r s o
d i r e c t e d , a l l i n
accordance With h e
o p e r a t i n g
n e e d s
o f
t h e
s y s t e m a n d a n y o p t i m i Z a t i o n t h a t
may
b e p e r f o r m e d
W i t h
r e s p e c t t o s o l a r ?ux d i s t r i b u t i o n
a n d b a l
a n c e , e l e c t r i c i t y
p r o d u c t i o n
o r r e v e n u e
g e n e r a t i o n .
The s y s
tem
204
i n c l u d e s a p l u r a l i t y o f s o l a r ? e l d s
51
i n
each of
Which
a r e
l o c a t e d
h e l i o s t a t ? e l d s
52
and r e c e i v e r s
5 3 ,
b u t i n
t h i s
e x a m p l e t h e
h e l i o s t a t
? e l d s
5 2
a r e
l a r g e l y
e l l i p t i c a l a n d t h e
r e c e i v e r s
53
a r e
l o c a t e d s o u t h
and
West of e n t e r . The
skeWed
p o s i t i o n i n g o f
t h e
r e c e i v e r s
5 3
from
t h e
c e n t e r o f
t h e
r e s p e c
t i v e h e l i o s t a t ? e l d s 52 i s to
minimiZe
c o s i n e l o s s e s , Which
occur
because
t h e e f f e c t i v e re?ection a r e a of a h e l i o s t a t i s
r e d u c e d b y t h e c o s i n e
o f
o n e - h a l f o f t h e a n g l e b e t W e e n i n c i
d e n t r a d i a t i o n
and r e ? e c t e d r a d i a t i o n .
I n
t h e n o r t h e r n hemi
s p h e r e ,
t h e s u n ’ s p o s i t i o n i n t h e
s o u t h e r n
s k y
d u r i n g
much o f
t h e d a y y i e l d s s m a l l e r a n g l e s o f i n c i d e n c e
a n d
r e ? e c t i o n o f
s o l a r
r a d i a t i o n
f o r h e l i o s t a t s to t h e
n o r t h o f
a r e c e i v e r
t h a n
f o r
t h o s e to t h e s o u t h , and t h e r e f o r e
l o W e r
c o s i n e l o s s e s a r e
i n c u r r e d . Having
mo re e l i o s t a t s
t o
t h e n o r t h of r e c e i v e r W i l l
t h e r e f o r e t e n d t o u t i l i Z e i n c i d e n t
s o l a r
r a d i a t i o n mo re e ? i
-
8/18/2019 US8490618 Solar Receiver; 2013
15/18
US
8 , 4 9 0 , 6 1 8
B2
c i e n t l y .
F u r t h e r m o r e , When p r o d u c i n g
e l e c t r i c i t y
f o r s a l e t o
a n l e c t r i c u t i l i t y W i t h i f f e r e n t i a l e l e c t r i c i t y t a r i f f s ,
a f t e r n o o n
e l e c t r i c i t y i s
f r e q u e n t l y
p r i c e d h i g h e r t h a n
m o r n i n g
e l e c t r i c
i t y . I n such a c a s e i t i s bene?cial t o
have
m o r e e l i o s t a t s t o t h e
e a s t
of
a
r e c e i v e r
i n
o r d e r
t o u t i l i Z e
i n c i d e n t
s o l a r
r a d i a t i o n
more e ? i c i e n t l y
i n
t h e a f t e r n o o n (When t h e s u n ’ s p o s i t i o n
i n
t h e W e s t e r n s k y y i e l d s s m a l l e r a n g l e s o f i n c i d e n c e a n d r e ? e c
t i o n f o r
h e l i o s t a t s
t o
t h e
e a s t
of r e c e i v e r t h a n
f o r
t h o s e t o t h e
W e s t ) e v e n t
t h e
e x p e n s e o f
i e l d i n g
l e s s
e ? i c i e n t
u t i l i Z a t i o n
i n
t h e
m o r n i n g
When
l e c t r i c i t y
i s
l e s s v a l u a b l e .
I n a
p r e f e r r e d e m b o d i m e n t ,
t h e
s u p e r h e a t i n g
r e c e i v e r
o f
a
m u l t i - t o W e r s o l a r poWer
toWer
system i n c l u d e s at l e a s t one
s i n g l e
roW
o f
t u b e s
p r o v i d e d i n
p r o x i m i t y t o
e x t er i o r s u r f a c e s
o n
at
l e a s t
tWo
s i d e s of each t u b e , upon Which e x t e r i o r
s u r
f a c e s r e ? e c t e d s o l a r r a d i a t i o n i m p i n g e s , a s d e s c r i b e d i n p r e
v i o u s embodiments
h e r e i n .
I n a n o t h e r p r e f e r r e d
e m b o d i m e n t ,
t h e s u p e r h e a t i n g
r e c e i v e r
of m u l t i - t o W e r
s o l a r poWer toWer
system n c l u d e s
a
p l u r a l i t y o f i n t e r s e c t i n g o r n o n - i n t e r s e c t i n g s i n g l e r o W s o f
t u b e s
e a c h p r o v i d e d i n p r o x i m i t y t o
e x t e r i o r
s u r f a c e s on
a t
l e a s t
tWo
s i d e s
o f e a c h
t u b e , upon Which e x t e r i o r
s u r f a c e s
r e ? e c t e d s o l a r
r a d i a t i o n i m p i n g e s , a s
d e s c r i b e d
i n
p r e v i o u s
embodiments
h e r e i n .
I n
a n
e s p e c i a l l y
p r e f e r r e d e m b o d i m e n t ,
t h e s u p e r h e a t i n g
r e c e i v e r
s anx-shaped
r
s t a r - s h a p e d
r e c e i v e r a s
i l l u s t r a t e d
i n
F I G .
2 , 5a
o r
5 b .
I n a n o t h e r s p e c i a l l y
p r e f e r r e d e m b o d i m e n t ,
b a l a n c i n g
a n d
o p t i m i Z i n g o f
s o l a r
h e a t ?ux on
t h e
e x te r i o r s u r f a c e s of
a
s u p e r h e a t i n g
r e c e i v e r a s
d e s c r i b e d
i n a n y o f t h e p r e c e d i n g
embodiments
i s p e r f o r m e d by
a n
o p e r a t o r a n d / o r a comput
e r i Z e d
c o n t r o l s y s t e m b y s e l e c t i n g a n d a i m i n g
e l i o s t a t s
f r o m
at
l e a s t one
of
t h e h e l i o s t a t ? e l d s i n a s o l a r
poWer
toWer
s y s t e m . O p t i m a l l y , t h e b a l a n c i n g a n d o p t i m i Z i n g
o f
o l a r h e a t
?ux i t h
r e s p e c t
o
t h e
s u p e r h e a t i n g
r e c e i v e r
i l l b e a s s i g n e d
h i g h e r p r i o r i t y i n t h e s y s t e m ’ s o p e r a t i n g
p r o c e d u r e s o r
c o n
t r o l p r o g r a m m i n g t h a n t h e b a l a n c i n g a n d
o p t i m i Z i n g
o f o l a r
h e a t
?ux
With
e s p e c t t o t h e
o t h e r
n
u t
of n+1 r e c e i v e r s i n t h e
s y s t e m .
T e m p e r a t u r e d i f f e r e n t i a l s
b e t W e e n s u r f a c e s
o f t h e
p i p e s
induced by h e a t ?ux d i f f e r e n t i a l s m a y c a u s e one
s i d e
of h e
p i p e
t o e x p a n d more t h a n a n o t h e r s i d e
o f
t h e p i p e ,
t h e r e b y
l e a d i n g t o t h e r m a l s t r e s s a n d / o r
b e n d i n g o f
t h e p i p e . E x c e s
s i v e b e n d i n g m a y l e a d t o f a i l u r e
o f t h e p i p e a n d / o r
t h e
r e c e i v e r . By c o n t r o l l i n g ?ux l e v e l s on o p p o s i t e
s i d e s
o f t h e
p i p e ,
t h e amount
o f i n d u c e d b e n d i n g c a n b e c o n t r o l l e d .
A c c o r d i n g l y ,
t h e
b a l a n c i n g
a n d
o p t i m i Z i n g o f o l a r h e a t ? u x
on
o p p o s i n g
s u r f a c e s
o f
t h e
s u p e r h e a t i n g p i p e s
m a y
b e con
t r o l l e d
s u c h
t h a t t h e r m a l s t r e s s t e n d i n g to bend t h e
p i p e s
r e m a i n s
beloW a s p e c i ? e d l e v e l . T h i s
l e v e l
m a y be d e t e r
m i n e d , f o r e x a m p l e ,
f r o m
f a i l u r e
a n a l y s i s b a s e d
o n
t h e s p e c i
? c a t i o n s o f t h e
p i p e
e m p l o y e d i n t h e
r e c e i v e r .
A l t e r n a t i v e l y ,
t h e
s p e c i ? e d
l e v e l m a y b e c h o s e n b a s e d
on
g i v e n i n s u l a t i o n
a n d s y s t e m c o n d i t i o n s .
P r e f e r a b l y ,
t h e c o n t r o l o f t h e
s o l a r
h e a t ?ux i s
o p t i m i Z e d
t o m i n i m i z e
b e n d i n g
a n d t h e r m a l
s t r e s s e s
o f
t h e
s o l a r
r e c e i v e r
a t a l l t i m e s .
I n a p r e f e r r e d e m b o d i m e n t , t h e
b a l a n c i n g
a n d o p t i m i Z i n g
o f
s o l a r h e a t
?ux
W i t h
r e s p e c t t o t h e
s u p e r h e a t i n g
r e c e i v e r by
s e l e c t i n g and
a i m i n g h e l i o s t a t s from a t
l e a s t one
o f
t h e
h e l i o s t a t ? e l d s i n a s o l a r
poWer
toWer system s performed
on
t h e b a s i s
o f
p r e d i c t i v e
W e a t h e r d a t a
a n d h i s t o r i c a l
p e r f o r
mance
p a r a m e t e r s .
I n a n o t h e r p r e f e r r e d
e m b o d i m e n t ,
i t i s
p e r f o r m e d
o n t h e
b a s i s
o f e a l - t i m e
o p t i m i z a t i o n
u s i n g a t l e a s t
one
d a t a feedback
mechanism.
Such a d a t a
feedback me c h a
nism
m a y i n c l u d e
t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t s ,
s t r e s s
a n d / o r
s t r a i n measurements from e c e i v e r p i p e s , ? oW measurements
and p r e s s u r e measurements,
Which
can be
taken
at o r i n
p r o x i m i t y t o
t h e s u p e r h e a t i n g r e c e i v e r o r
e l s e W h e r e ,
f o r
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
1 0
e x a m p l e ,
a t
a t u r b i n e
i n l e t .
I n
a n e s p e c i a l l y p r e f e r r e d embodi
m e n t ,
t h e s e l e c t i o n o f e l i o s t a t s
t o
r e ? e c t
on
h e s u p e r h e a t i n g
r e c e i v e r
and
t h e
a i m i n g
o f
t h o s e h e l i o s t a t s
on i f f e r e n t p a r t s
o f
t h e
r e c e i v e r
i s performed
a t
l e a s t o n c e
e a c h d a y , a t
l e a s t
once each
h o u r ,
o r at
l e a s t
t h r e e t i m e s each
h o u r .
I n a f u r t h e r e s p e c i a l l y
p r e f e r r e d
e m b o d i m e n t , a s u p e r h e a t
i n g
r e c e i v e r as
d e s c r i b e d
i n
a n y
o f t h e
p r e c e d i n g
embodi
ments
i s a l s o used f o r r e h e a t i n g steam e x t r a c t e d from a t u r
b i n e i n
a r e h e a t c y c l e .
The s t e a m i n
t h e r e h e a t
c y c l e i s
g e n e r a l l y
a t
a
l o W e r
p r e s s u r e t h a n t h e steam
b e i n g
s u p e r
h e a t e d , and t
i s
g e n e r a l l y d e s i r a b l e o p r o v i d e a
l o W e r
l e v e l o f
h e a t ?ux
t o t h e
r e h e a t t u b e s
t h a n
t o
t h e s u p e r h e a t i n g
t u b e s .
T h i s c a n b e a c c o m p l i s h e d
by
a v i n g
r e h e a t
t u b e s W i t h a l a r g e r
d i a m e t e r
t h a n t h a t o f t h e s u p e r h e a t i n g t u b e s , a n d /
r
b y
r e ? e c t i n g
l e s s s o l a r r a d i a t i o n
o n t o
t h e
e x t e r n a l
s u r f a c e o f t h e
r e c e i v e r c o r r e s p o n d i n g
t o
t h e r e h e a t t u b e s .
The
a t t e r o b j e c
t i v e
c a n b e a c c o m p l i s h e d
by
p o s i t i o n i n g
t h e r e h e a t t u b e s
s u b s t a n t i a l l y a t t h e endmost
p o s i t i o n
of each arm of a
s t a r
s h a p e d r e c e i v e r , s i n c e
n e a r l y
a l l o f t h e r e ? e c t e d s o l a r r a d i a
t i o n
d i r e c t e d a t t h e r e c e i v e r can
be
aimed a t t h e
e x t e r n a l
s u r f a c e s
o f
t h e l o n g
d i m e n s i o n s o f
t h e arms
r a t h e r
t h a n a t t h e
end p a n e l s . I n a l t e r n a t i v e e m b o d i m e n t s , t h e r e h e a t t u b e s a r e
p o s i t i o n e d
i n a
d i f f e r e n t
l o c a t i o n
t h a t
can be designed
o r
programmed
o r e c e i v e r a l o W e r g e n e r a l l e v e l
o f
h e a t
? u x .
R e f e r r i n g
noW t o F I G . 1 3 , a s t ar - s h a p e d
r e c e i v e r
1 0 3 W i t h
f o u r arms ( X - s h a p e d ) ,
s i m i l a r o t h a t
o f F I G . 2 , i s s h o W n , b u t
W h i c h i n c l u d e s b o t h s u p e r h e a t i n g t u b e s 1 1 1 a n d r e h e a t i n g
t u b e s 1 1 6 ,
t h e
l a t t e r
h a v i n g l a r g e r d i a m e t e r s t h a n t h e f o r m e r
and b e i n g l o c a t e d a t
t h e
endmost p o s i t i o n s o f e a c h a r m .
I n a p r e f e r r e d e m b o d i m e n t ,
s t e a m
l a r g e l y
g e n e r a t e d
i n t h e
r e c e i v e r s of n
o u t of
t h e
n+1
toWers i n a d i s t r i b u t e d poWer
toWer system
a t a p r e s s u r e i n t h e r a n g e
120
t o
160
b a r i s
s u p e r h e a t e d i n
t h e
s o l a r
r e c e i v e r
of
h e n + 1 ’ h
toWer
t o
a
tem
p e r a t u r e
i n t h e r a n g e 5 2 0 to 5 6 0 d e g
. ,
a n d s t e a m
t r a n s p o r t e d
from an o u t l e t
of steam
t u r b i n e With
a t
l e a s t a
s i n g l e
r e h e a t
c y c l e a t a p r e s s u r e of 1 2 t o 28 b a r i s r e h e a t e d
t h e r e i n
t o a
l i k e
t e m p e r a t u r e .
I n a n e s p e c i a l l y
p r e f e r r e d
e m b o d i m e n t , s t e a m t
a p r e s s u r e
i n
t h e
range
of 140
t o
150
bar
s
s u p e r h e a t e d
t o
a
t e m p e r a t u r e
i n
t h e r a n g e
540
t o
550
deg
C . and s t e a m
i n
t h e
r e h e a t c y c l e a t a p r e s s u r e i n t h e r a n g e o f
1 8
t o
22
b a r
i s a l s o
r e h e a t e d
to a l i k e t e m p e r a t u r e . I n
a n o t h e r
e s p ec i a l l y p r e f e r r e d
embodiment,
s t e a m i s s u p e r h e a t e d
a t
a recommended
i n l e t
p r e s s u r e
and o t h e recommended n l e t
t e m p e r a t u r e
of p r o
v i d e d steam t u r b i n e With at
l e a s t
a s i n g l e r e h e a t c y c l e a s
s p e c i ? e d
b y t h e
m a n u f a c t u r e r o f t h e t u r b i n e ,
a n d
s t e a m i s
reheated t a r e c o m m ended r e s s u r e
and o
t h e r e c o m m ended
t e m p e r a t u r e o f
t h e r e h e a t c y c l e o f t h e t u r b i n e a s s p e c i ? e d b y
i t s m a n u f a c t u r e r . I n y e t a n o t h e r e s p e c i a l l y
p r e f e r r e d
e m b o d i
m e n t ,
t h e n + 1 ’ h r e c e i v e r i s a
s t a r - s h a p e d
r e c e i v e r a s d e s c r i b e d
i n t h e
p r e c e d i n g e m b o d i m e n t s .
I n a
f u r t h e r
e s p e c i a l l y
p r e
f e r r e d
embodiment,
a l l o f
t h e r e c e i v e
