Sistema de almacenamiento térmico.

Un sistema de almacenamiento térmico (20) que comprende:

un primer tanque (24; 124);

un segundo tanque

(26; 126) interconectado térmicamente con el primer tanque (24; 124);

una bomba (28; 128) conectada entre el primer tanque (24; 124) y el segundo tanque (26; 126) para mover un fluido desde el primer tanque (24; 124) al segundo tanque (26; 126);

un primer intercambiador de calor (30; 130) que tiene una parte de intercambio de calor (30a; 130a) dentro del primer tanque (24; 124);

un segundo intercambiador de calor (32; 132) que tiene una parte de intercambio de calor (32a; 132a) dentro del segundo tanque (26; 126);

en el que el primer tanque (24; 124) está al menos sustancialmente dentro del segundo tanque (26; 126);

en el que tanto el primer tanque (24) como el segundo tanque (26) tienen paredes ajustables, de tal manera que tanto el primer tanque (24) como el segundo tanque (26) tienen volúmenes ajustables.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11171327.

Solicitante: Aerojet Rocketdyne of DE, Inc.

Inventor/es: SONWANE,CHANDRASHEKHAR.

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)

PDF original: ES-2539367_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema de almacenamiento térmico Antecedentes

La presente divulgación se refiere a sistemas térmicos que utilizan fluidos de almacenamiento térmico.

Hay muchos tipos diferentes de sistemas térmicos que usan un fluido de almacenamiento térmico para almacenar energía térmica. A modo de ejemplo, las plantas de energía solar utilizan un fluido de almacenamiento térmico para captar energía solar con el fin de generar electricidad. Una planta de energía solar puede incluir un sistema de colector solar que dirige la energía solar hacia un receptor central. La energía solar calienta un fluido de almacenamiento térmico, tal como una sal fundida o un material de cambio de fase, que circula a través del receptor. A continuación, el fluido de almacenamiento térmico calentado puede usarse para producir vapor y accionar una turbina para generar electricidad. El fluido de almacenamiento térmico puede almacenarse o circular a través de una serie de tanques. Normalmente, algunos de los tanques almacenan fluido fresco y, cuando es necesario, proporcionan el fluido fresco al receptor. Otros tanques almacenan fluido calentado desde el receptor, para producir el vapor.

El documento EP 1724415 A2 desvela un acumulador de dos zonas controlado para el calentamiento de agua sanitaria fresca. El documento DE 19825463 A1 desvela un almacén de capas de calor para un colector solar. El documento WO 2009/043786 A2 desvela un módulo para calentar o enfriar uno o más medios de almacenamiento.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de almacenamiento térmico, de acuerdo con la reivindicación 1.

Breve descripción de los dibujos

Las diversas características y ventajas de los ejemplos desvelados serán evidentes para los expertos en la materia a partir de la siguiente descripción detallada. Los dibujos que acompañan la descripción detallada pueden describirse brevemente de la siguiente manera.

La figura 1 ilustra un sistema de almacenamiento térmico ejemplar dentro de un sistema de energía solar.

La figura 2 ilustra otro sistema de almacenamiento térmico ejemplar.

La figura 3 ilustra otro sistema de almacenamiento térmico ejemplar que está configurado para su uso con un material de cambio de fase.

La figura 4 ilustra otro sistema de almacenamiento térmico ejemplar que está configurado con conjuntos de tanques como módulos.

La figura 5 ilustra otro sistema de almacenamiento térmico ejemplar que tiene múltiples tanques pequeños dentro de un tanque más grande.

La figura 6 ilustra otro sistema de almacenamiento térmico ejemplar, que queda fuera del alcance de la reivindicación 1, que tiene múltiples tanques pequeños dispuestos alrededor de un perímetro de un tanque más grande.

La figura 7 ilustra otro sistema de almacenamiento térmico ejemplar que tiene tanques de volumen ajustable.

La figura 8 ilustra otro sistema de almacenamiento térmico ejemplar que tiene una bomba de gravedad.

Descripción detallada de la realización preferida

La figura 1 ilustra partes seleccionadas de un sistema de almacenamiento térmico ejemplar 20 que puede usarse para manejar un fluido de almacenamiento térmico, tal como una sal fundida, de una manera térmicamente eficiente. Aunque en este ejemplo se muestran componentes seleccionados del sistema de almacenamiento térmico 20, debe entenderse que pueden utilizarse componentes adicionales con el sistema de almacenamiento térmico 20, en función de, por ejemplo, la implementación y las necesidades específicas de un sistema.

Como se ilustra, el sistema de almacenamiento térmico 20 está dispuesto dentro de un sistema de energía solar 22, que se describirá con más detalle a continuación. Como alternativa, el sistema de almacenamiento térmico 20 puede disponerse dentro de otros tipos de sistemas, tales como sistemas nucleares, sistemas de horno de arco eléctrico, u otros sistemas térmicos que utilizan fluidos de almacenamiento térmico que se beneficiarían de los ejemplos desvelados.

El sistema de almacenamiento térmico 20 incluye un primer tanque 24 y un segundo tanque 26 que está térmicamente interconectado con el primer tanque 24. Por ejemplo, los tanques 24 y 26 comparten un límite o pared contigua común a través de la que se produce el intercambio de calor. La pared puede modificarse mecánica o químicamente para mejorar la transferencia de calor a partir de, por ejemplo, la deposición de sólidos. En este caso, el primer tanque 24 y el segundo tanque 26 son generalmente huecos, y el primer tanque 24 está dispuesto al menos sustancialmente en el interior del segundo tanque 26. En el ejemplo, el primer tanque 24 está completamente

dentro del segundo tanque 26. Como alternativa, una parte del primer tanque 24 puede extenderse desde el segundo tanque 25.

Cualquier "pérdida de calor" (a partir de un fluido de almacenamiento térmico dentro del primer tanque 24) a través de las paredes del primer tanque 24 se perderla en el interior del segundo tanque 26. En lugar de disiparse en el entorno circundante como podría ser el caso con un solo tanque, la pérdida de calor desde el primer tanque 24 se absorbe por el fluido de almacenamiento térmico en el segundo tanque 26. Por lo tanto, la disposición del sistema de almacenamiento térmico 20 facilita la consecución de una eficiencia térmica mejorada. Además, uno o los dos tanques 24 y 26 pueden incluir elementos de alta capacidad térmica, tales como cápsulas que contienen gas comprimido o cápsulas fabricadas de material cerámico, para mejorar la capacidad de almacenamiento de calor del sistema de almacenamiento térmico 20.

En el ejemplo ¡lustrado, tanto el primer tanque 24 como el segundo tanque 26 tienen una forma generalmente cilindrica. La forma cilindrica proporciona un área de superficie relativamente baja por volumen para facilitar que se evite la pérdida de calor desde los tanques 24 y 26. Como alternativa, debe entenderse que pueden seleccionarse otras formas para los tanques 24 y 26, tales como, pero sin limitarse a, formas cuadradas u otras formas geométricas.

El primer tanque 24 incluye un suelo 24a, unas paredes laterales 24b, y una parte superior 24c. De manera similar, el segundo tanque 26 Incluye un suelo 26a, unas paredes laterales 26b, y una parte superior 26c. En algunos ejemplos, las partes superiores 24c y 26c pueden ser piezas separadas y distintas que encierran los volúmenes Interiores de los tanques 24 y 26. Sin embargo, como alternativa, las partes superiores 24c y 26c pueden ser en realidad una sola parte superior común que encierra los volúmenes interiores de ambos tanques 24 y 26. Es decir, las superficies superiores de los tanques 24 y 26 pueden estar al mismo nivel. De manera similar, puede haber dos suelos 24a y 26a separados y distintos, o uno común.

En el sistema de almacenamiento térmico 20, una bomba 28 está conectada entre el primer tanque 24 y el segundo tanque 26 para mover el fluido de almacenamiento térmico desde el primer tanque 24 al segundo tanque 26. Como se muestra, la bomba 28 es exterior a los tanques 24 y 26. Sin embargo, la bomba 28 puede localizarse alternativamente dentro del Interior del segundo tanque 26 o el primer tanque 24.

El sistema de almacenamiento térmico 20 Incluye, además, un primer ¡ntercamblador de calor 30 que tiene una parte de intercambio de calor 30a dentro del primer tanque 24. De manera similar, un segundo intercambiador de calor 32 incluye una parte de intercambio de calor 32a que está dentro del segundo tanque 26. Como se muestra, los intercambiadores de calor 30 y 32 son intercambladores de calor de tipo bobina que son capaces de hacer circular los fluidos de intercambio de calor, tales como agua, dióxido de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de almacenamiento térmico (20) que comprende:

un primer tanque (24; 124);

un segundo tanque (26; 126) interconectado térmicamente con el primer tanque (24; 124);

una bomba (28; 128) conectada entre el primer tanque (24; 124) y el segundo tanque (26; 126) para mover un

fluido desde el primer tanque (24; 124) al segundo tanque (26; 126);

un primer intercambiador de calor (30; 130) que tiene una parte de intercambio de calor (30a; 130a) dentro del primer tanque (24; 124);

un segundo intercambiador de calor (32; 132) que tiene una parte de intercambio de calor (32a; 132a) dentro del segundo tanque (26; 126);

en el que el primer tanque (24; 124) está al menos sustancialmente dentro del segundo tanque (26; 126);

en el que tanto el primer tanque (24) como el segundo tanque (26) tienen paredes ajustables, de tal manera que

tanto el primer tanque (24) como el segundo tanque (26) tienen volúmenes ajustables.

2. El sistema de almacenamiento térmico de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un tercer tanque (190), en el que el primer tanque (124) está al menos sustancialmente dentro del segundo tanque (126), y el segundo tanque (126) está al menos sustancialmente dentro del tercer tanque (190), y que comprende opcionalmente además otra bomba (128a) conectada entre el segundo tanque (126) y el tercer tanque (190) para mover el fluido desde el segundo tanque (126) al tercer tanque (190).

3. El sistema de almacenamiento térmico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que tanto el primer tanque (24, 124) como el segundo tanque (26; 126) son cilindricos.

4. El sistema de almacenamiento térmico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el segundo tanque (26; 126) incluye al menos un suelo (26a) y unas paredes laterales (26b), y el primer tanque (24; 124) está montado por encima del suelo (26a) del segundo tanque (26; 126) y al menos sustancialmente dentro del segundo tanque (26; 126).

5. El sistema de almacenamiento térmico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende además un circuito de fluido externo conectado a una entrada (80) del primer tanque (24) y una salida (82) del segundo tanque para hacer circular el fluido recibido desde el segundo tanque en el primer tanque.

6. El sistema de almacenamiento térmico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que tanto el primer tanque (24; 124) como el segundo tanque (26; 126) incluyen una bomba de circulación (86a, 86b) respectiva.

7. El sistema de almacenamiento térmico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el segundo intercambiador de calor (32) está conectado de manera fluida al primer intercambiador de calor (30).

8. El sistema de almacenamiento térmico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende además unos primeros tanques adicionales (24) que están interconectados térmicamente con el segundo tanque (26), o en el que los primeros tanques (24) están dentro del segundo tanque (26) o están dispuestos alrededor del perímetro del segundo tanque (26).

9. Un sistema de energía solar, que comprende:

un receptor solar (72) a través del que puede hacerse circular un fluido de trabajo;

al menos un colector solar (74) operativo para dirigir la energía solar hacia el receptor solar (72) para calentar el fluido de trabajo; y

un sistema de almacenamiento térmico (20) conectado de manera fluida con el receptor solar (72), de tal manera que el fluido de trabajo también puede hacerse circular a través del sistema de almacenamiento térmico (20), estando el sistema de almacenamiento térmico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior.

10. El sistema de energía solar de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende además una turbina (60, 160) conectada con el primer intercambiador de calor (30, 130), y/o que comprende además múltiples sistemas de almacenamiento térmico adicionales (20), en el que todos los sistemas de almacenamiento térmico (20) están dispuestos unos junto a otros.

11. Un método para su uso con un sistema de almacenamiento térmico como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, comprendiendo el método:

calentar el fluido de almacenamiento térmico;

mover el fluido de almacenamiento térmico calentado desde el primer tanque (24; 124) al segundo tanque (26; 126);

calentar un fluido de intercambio de calor dentro de la parte de Intercambio de calor (32a; 132a) del segundo ¡ntercamblador de calor (32; 132) usando el fluido de almacenamiento térmico calentado dentro del segundo tanque (26; 126);

calentar aún más el fluido de intercambio de calor dentro de la parte de Intercambio de calor (30a; 130a) del 5 primer intercambiador de calor (30; 130) usando el fluido de almacenamiento térmico calentado dentro del primer

tanque (24; 124).

12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, que incluye accionar una turbina usando el fluido de intercambio de calor.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 11 o 12, en el que el fluido de almacenamiento térmico calentado es un material de cambio de fase.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 11, 12 o 13, en el que la etapa de calentamiento del fluido de 15 almacenamiento térmico incluye el calentamiento usando energía solar, usando por ejemplo un segundo fluido de

intercambio de calor recibido desde un receptor solar (72).