Sistema acumulador de calor.

Sistema acumulador de calor utilizando arena como medio sólido acumulador de calor, donde el sistema comprende los siguientes componentes:

- un depósito

(1) acumulador para arena fría;

- un depósito (2) acumulador para arena caliente;

- un intercambiador (3) de calor de lecho fluidizado situado entremedias, que está separado por diques (4, 5) de los depósitos (1, 2) acumuladores y que está subdividido en una multiplicidad de cámaras (7) por diques (6), donde los diques (4, 5, 6) se han configurado como combinación de diques de rebose y de paso de fondo;

donde en las cámaras (7) del intercambiador (3) de calor se han previsto medios (8) para transferir calor desde una fuente de calor a la arena fluidizada dentro a un medio de transporte de calor; y

- por lo menos una soplante (14) situada debajo del intercambiador (3) de calor para fluidizar la arena.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/AT2011/000362.

Solicitante: TECHNISCHE UNIVERSITAT WIEN.

Nacionalidad solicitante: Austria.

Dirección: KARLSPLATZ 13 1040 WIEN AUSTRIA.

Inventor/es: HAIDER,MARKUS, EISL,ROLAND, HOLZLEITHNER,FRANZ.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA... > F28D20/00 (Aparatos o plantas de acumulación de calor en general (especialmente adaptadas para aplicaciones particulares, ver los grupos apropiados, p. ej. F24D 15/02 ); Aparatos cambiadores de calor regenerativos no cubiertos por los grupos F28D 17/00 ó F28D 19/00)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA... > F28D13/00 (Aparatos cambiadores de calor que utilizan lecho fluidificado)

PDF original: ES-2546177_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema acumulador de calor

La presente invención se refiere a un sistema acumulador térmico utilizando arena como medio sólido acumulador de calor.

Estado actual de la técnica

La utilización de arena como soporte de calor o bien acumulador de calor se conoce básicamente. Por ejemplo, el documento US 4.338.919 A publica un sistema colector solar, en el que un medio colector de energía con forma de partículas como, por ejemplo, arena, pasa lentamente por un colector solar y al mismo tiempo absorbe energía térmica. Dicha energía se cede a un medio gaseoso (por ejemplo, aire) o líquido (por ejemplo, agua) en un intercambiador de calor de lecho fluido, después de lo cual el sólido es conducido de nuevo a través del colector solar.

En comparación, el documento DE 11 49 86 C2 prevé formalmente un medio de transferencia de calor adicional entre el colector solar y la arena, así como un sistema acumulador de arena. Concretamente, este documento publica una central eléctrica solar de torre, en la que un campo de helióstato y espejo enfoca luz solar hacia un receptor de radiación y así lo calienta. El receptor de radiación, situado en la punta de la torre, es atravesado por aire, que, al mismo tiempo, absorbe calor, seguidamente entra en contacto a contracorriente con arena, que pasa lentamente, en un intercambiador de calor situado debajo y, al mismo tiempo transfiere el calor a la arena. Dicha arena, por ejemplo, calentada a 8°C, se conserva en un acumulador caliente dispuesto asimismo debajo para volver a ceder el calor según demanda. A este efecto, se conduce la arena a través de un refrigerador de lecho fluidizado, en donde cede el calor a un medio líquido o gaseoso, conducido en un serpentín Intercambiador de calor. Seguidamente, se conduce la arena, por ejemplo calentada a 15°C, aun acumulador frío, situado fuera de la torre, desde donde vuelve a elevarse según demanda a la torre.

El inconveniente de estas formas de realización consiste, sobre todo, en que grandes cantidades de arena han de recorrer considerables distancias entre los lugares de la absorción de calor y de la cesión de calor o bien entre los dos acumuladores de arena. El transporte se realiza mediante tuberías de arena que, por ejemplo, contienen un sistema de transporte neumático, lo que consume una proporción no desdeñable de la energía obtenida delante a pie de obra y así disminuye, por consiguiente, sensiblemente el rendimiento de la respectiva central eléctrica solar.

Además, precisamente en instalaciones de energía eléctrica solar, en especial con colectores cilindro- parabólicos, es problemática la presencia de arena por varias razones. En primer lugar, la arena puede dar logar a corrosión y abrasión de distintos componentes, en segundo, ensucian los espejos y, en tercero, provocan bloqueos de conexiones mecánicas, por ejemplo, de las que regulan los espejos, pero también las del propio transporte de arena (compárese para ello, por ejemplo, los documentos US 28/127967 A1, DE 11 6 577 A1 y US 21/5873 A1, donde se trata esa problemática).

El fin de la Invención era, por ello, un sistema mejorado de acumulador de calor para arena, que se pueda operar con menor gasto energético y que no presente problemas en cuanto a corrosión o ensuciamiento

Compendio de la invención

La Invención consigue dicho fin, en un primer aspecto, facilitando un sistema acumulador de calor que emplea arena como medio sólido acumulador de calor, caracterizado por que el sistema comprende los siguientes componentes:

- un recipiente acumulador de arena fría;

- un recipiente acumulador de arena caliente;

- un intercambiador de calor de lecho fluidizado dispuesto entremedias, que esté separado por diques de los recipientes acumuladores y que esté subdividido por diques en una multiplicidad de cámaras,

habiéndose configurado los diques como combinación de diques de rebose y de corriente de fondo;

habiéndose previsto en las cámaras del intercambiador de calor medios para transferir calor de una fuente térmica a la arena fluidizada en el mismo así como medios para transferir calor de la arena fluidizada dentro a un medio de transporte de calor y por lo menos una soplante dispuesta debajo del intercambiador de calor para fluidizar la arena.

Mediante tal sistema de acumulador de calor según la invención, es posible desplazar arena de modo sencillo y económico en energía entre los dos acumuladores de arena, que están situados en proximidad inmediata uno de otro, es decir, están separados únicamente por el intercambiador de calor de lecho fluidizado situado entremedias. La arena sólo recorre, en este caso, distancias pequeñas y puede ser transportada dentro del intercambiador de calor exclusivamente mediante un medio fluidizador, por lo que son innecesarios componentes mecánicos en el intercambiador de calor. El control del flujo de masas de arena desde los depósitos acumuladores tiene lugar, sin embargo, preferiblemente por medio de mecanismos transportadores mecánicos regulados dentro, especialmente

cuando fuese posible asimismo una fluidización también en los recipientes acumuladores precisamente según la presente invención, pero que no sería económica. La combinación de diques de rebose y de corriente de fondo asegura que el flujo de masa de sólidos, prefijado por los mecanismos transportadores mecánicos, es conducido eficientemente a través del ¡ntercambiador de calor de lecho fluidizado. Previendo varias cámaras del intercambiador de calor de lecho fluidizado puede tener lugar en las respectivas cámaras un intercambio térmico selectivo entre la arena y los medios de transferencia de calor, por lo cual puede conseguirse un rendimiento mayor en la transferencia de calor.

Al mismo tiempo, se puede reducir sensiblemente el espacio necesario para un sistema acumulador de calor semejante en comparación con el estado actual de la técnica, ya que no se necesitan tuberías diferentes para el transporte de arena de un recipiente acumulador al otro y de vuelta atrás, sino que el transporte se lleva a cabo, en ambos casos, a través del ¡ntercambiador de calor de lecho fluidizado, pudiéndose obtener adicionalmente energía térmica de la arena en ambos sentidos. Por añadidura, no se necesitan tuberías especiales para conducir un fluido caliente, que sirve de fuente térmica, y un fluido frío, que sirve como medio de transporte de calor, a través del ¡ntercambiador de calor de lecho fluidizado, ya que se puede invertir entre diferentes fluidos, que son conducidos por las mismas tuberías.

Se puede realizar además un sistema acumulador de calor según la invención como sistema cerrado, de manera que no se dé lugar a ningún tipo de problemas con la corrosión, la abrasión o el ensuciamiento de las instalaciones, por ejemplo, instalaciones de energía solar o industriales, que se puedan combinar con el sistema acumulador de calor según la invención.

El tipo de dichas instalaciones no está especialmente limitado, y vienen al caso todas las instalaciones, en las que se producen grandes cantidades de calor, que han de acumularse transitoriamente hasta su utilización (por ejemplo, generación de corriente). Entre ellas cuentan, por ejemplo, centrales eléctricas para generar energía alternativa, operaciones industriales, que producen grandes cantidades de calor de escape (por ejemplo, gases de escape), pero también instalaciones acumuladoras para energía eléctrica, en las que se pierde corriente en forma de calor de escape, que mediante el sistema acumulador de calor según la invención se puede recuperar por lo menos parcialmente y acumularse. La presente invención es, sin duda, muy apropiada especialmente para centrales eléctricas solares, ya que los problemas... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema acumulador de calor utilizando arena como medio sólido acumulador de calor, donde el sistema comprende los siguientes componentes:

- un depósito (1) acumulador para arena fría;

- un depósito (2) acumulador para arena caliente;

- un intercambiador (3) de calor de lecho fluidizado situado entremedias, que está separado por diques (4, 5) de los depósitos (1, 2) acumuladores y que está subdividido en una multiplicidad de cámaras (7) por diques (6),

donde los diques (4, 5, 6) se han configurado como combinación de diques de rebose y de paso de fondo;

donde en las cámaras (7) del intercambiador (3) de calor se han previsto medios (8) para transferir calor desde una fuente de calor a la arena fluidizada dentro a un medio de transporte de calor; y

- por lo menos una soplante (14) situada debajo del intercambiador (3) de calor para fluidizar la arena.

2. Sistema acumulador de calor según la reivindicación 1 caracterizado por que los diques (4, 5, 6) son ajustables en altura por lo menos parcialmente e independientemente unos de otros.

3. Sistema acumulador de calor según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la soplante insuflando aire caliente o un gas de escape sirve simultáneamente como medio (8) fluidizador y fuente de calor para transferir calor a la arena.

4. Sistema acumulador de calor según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que los medios (8) para transferir calor a la arena son una o varias tuberías para conducir a través del intercambiador (3) de calor un fluido callente que sirve de fuente de calor.

5. Sistema acumulador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que los medios (8) para transferir calor de la arena a un medio transportador de calor son una o varias tuberías para conducir un fluido frío, que sirve de medio transportador de calor, a través del intercambiador de calor.

6. Sistema acumulador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que en los depósitos (1, 2) acumuladores de arena se han previsto medios (1, 13) para descargar arena de ellos.

7. Sistema acumulador de calor según la reivindicación 6, caracterizado por que los medios (1, 13) para descargar arena se seleccionan de entre transportadores de tornillo sin fin, de cinta y de cangilones así como de soplantes de fluidización.

8. Sistema acumulador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que encima del intercambiador (3) de calor de lecho fluidizado se han dispuesto uno o varios intercambiadores (11) de calor de gas recuperativos para absorber calor del medio fluidizador.

9. Sistema acumulador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que - visto en el sentido de la corriente del medio fluidizador - se han previsto detrás del intercambiador (3) de calor de lecho fluidizado medios para captar y reciclar el medio fluidizador.

1. Sistema acumulador de calor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que en una o varias de las cámaras (7) se han dispuesto medios (12) para invertir la arena en dirección horizontal.

11. Uso de un sistema acumulador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 1 para acumular calor generado en una central eléctrica.

12. Uso según la reivindicación 11, caracterizada porque se acumula el calor generado en una central eléctrica para generar energía alternativa.

13. Uso según la reivindicación 12, caracterizado por que se acumula el calor generado en una central eléctrica térmica.

14. Uso de un sistema acumulador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 1 para acumular calor de escape industrial.

15. Uso de un sistema acumulador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 1 para acumular calor de escape resultante en la acumulación de energía eléctrica.