Dispositivo y procedimiento para la acumulación de calor.

Dispositivo para la acumulación de calor en una central solar, que comprende un medio de acumulación de calor que absorbe calor para la acumulación de calor y emite calor para el aprovechamiento del calor acumulado, así como un recipiente para el alojamiento del medio de acumulación de calor, estando cerrado el recipiente con una cubierta hermética a los gases, caracterizado porque están comprendidos medios para la compensación de volumen, para compensar un aumento de volumen del medio de acumulación de calor

(3) debido a un aumento de la temperatura y una reducción de volumen debido a una reducción de la temperatura.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/056946.

Solicitante: BASF SE.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: 67056 LUDWIGSHAFEN ALEMANIA.

Inventor/es: HUBER, GUNTHER, DR., MACHHAMMER, OTTO, WORTMANN, JURGEN, DR., SCHIERLE-ARNDT, KERSTIN, DR., LUTZ,MICHAEL, GARTNER,MARTIN, SCHÄFER,CLAUS, SEELER,FABIAN, MAJOR,FELIX, MAURER,STEPHAN.

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;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > SISTEMAS DE CALEFACCION DOMESTICA O PARA OTROS LUGARES,... > F24D11/00 (Sistemas de calefacción central que utilizan el calor acumulado en masas de materiales (conjuntos de almacenamiento de calor F24D 15/02; masas de materiales acumuladores, véanse las subclases apropiadas))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN... > Utilización del calor solar, p. ej. colectores de... > F24J2/34 (teniendo masas de acumulación de calor)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > CALENTADORES DE FLUIDOS, p. ej. CALENTADORES DE AGUA... > F24H7/00 (Calentadores por acumulación térmica, es decir, calentadores en los cuales la energía se almacena como calor en masas para la subsiguiente liberación (estufas u hornillas para uso doméstico con medios adicionales para almacenamiento de calor en masas F24B 1/24, F24C 15/34))

PDF original: ES-2453094_T3.pdf

 

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Dispositivo y procedimiento para la acumulación de calor.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo y procedimiento para la acumulación de calor

La invención parte de un dispositivo para la acumulación de calor en una central solar, que comprende un medio de acumulación de calor que absorbe calor para la acumulación de calor y emite calor para el aprovechamiento del calor acumulado, así como un recipiente para el alojamiento del medio de acumulación de calor, estando cerrado el recipiente con una cubierta hermética a los gases. La invención parte además de un procedimiento para la acumulación de calor en una central solar, en el que en un intercambiador de calor se transfiere calor por un portador de calor a un medio de acumulación de calor o en el intercambiador de calor se evacúa calor desde el medio de acumulación de calor al portador de calor, estando alojado el medio de acumulación de calor en un recipiente que está cerrado con una cubierta hermética a los gases. Un dispositivo de este tipo y un procedimiento de este tipo se dan a conocer por el documento EP 1 890 035 A2.

Mediante el uso del dispositivo o del procedimiento para la acumulación de calor es posible hacer funcionar centrales solares sin interrupción también en momentos sin sol, por ejemplo de noche. Para posibilitar un funcionamiento sin interrupción, las grandes centrales solares requieren acumuladores de calor muy grandes. Así se sabe por ejemplo que en caso de centrales solares de canales parabólicos que se hacen funcionar ya en la actualidad con una potencia eléctrica de 50 MW se usan acumuladores de sal que contienen hasta 28.000 t de sal como medio de acumulación de calor. La sal se deposita en dos tanques dispuestos de manera dual. Con la luz del sol se conduce el medio portador de calor calentado en el parque solar desde el tanque frío hacia el tanque caliente. Durante la descarga se extrae el medio de acumulación de calor del tanque caliente y se enfría en la central eléctrica con la obtención de energía eléctrica. El medio de acumulación de calor enfriado se reconduce al tanque frío.

Para poder hacer funcionar sin interrupciones centrales solares con una potencia superior o durante un espacio de tiempo más largo, se requieren para la acumulación de calor acumuladores de calor claramente más grandes en comparación con los dispositivos conocidos actualmente. Según esto existe por un lado la posibilidad de usar un gran número de acumuladores más pequeños, lo que sin embargo requiere un mayor espacio necesario o usar acumuladores grandes.

Para evitar que se produzca un vacío parcial en el recipiente, mediante el cual actúan fuerzas inadmisiblemente grandes sobre la envoltura del recipiente, se ocupa por un gas el volumen no ocupado en los recipientes. En caso de medios de acumulación de calor que pueden oxidar debe evitarse adicionalmente una oxidación. Para ello se usa por ejemplo nitrógeno como gas para ocupar el volumen no insertado por el medio de acumulación de calor. En caso de medios de acumulación de calor que no pueden oxidar puede usarse para ello también aire.

Con oscilaciones de temperatura en el sistema de acumulación se modifican, debido a expansiones térmicas del medio de acumulación de calor, los volúmenes ocupados por el medio de acumulación de calor. En medida especialmente dominante se modifica según esto el volumen del contenido del tanque en forma de gas. El control de altas presiones mediante la construcción del recipiente requiere un gasto alto. Por este motivo deben excluirse cargas de presión adicionales sobre la envoltura del recipiente. Para ello se hacen funcionar grandes recipientes preferentemente a presión ambiente. En la actualidad se garantiza la modificación de volumen debido a la expansión térmica del medio de acumulación de calor debido a que se evacúa gas al entorno en caso de aumento de volumen. Con una reducción de la temperatura del medio de acumulación de calor debe alimentarse entonces de nuevo gas. Esto requiere la obtención y facilitación de gas para poder compensar las correspondientes oscilaciones. Con el uso de un medio de acumulación de calor con una presión de vapor alta debe esperarse cantidades de intercambio de gas especialmente altas, originadas mediante evaporación en la fase de acumulación caliente y mediante condensación en la fase de acumulación fría.

En medios de acumulación de calor sensibles a la oxidación, por ejemplo aceite, el gas asume una función de inertización. El oxígeno puede conducir también en pequeñas concentraciones a procesos de oxidación del medio de acumulación de calor, pudiéndose formar productos nocivos, por ejemplo insolubles. Mediante esto pueden producirse deposiciones indeseadas. Además se ve influida la capacidad de acumulación del medio de acumulación de calor por la formación de los productos insolubles. En la actualidad, para la eliminación de tales deposiciones indeseadas puede realizarse una separación destilativa de compuestos de alto punto de ebullición. Como alternativa se cambia también el medio de acumulación de calor, en el que se han formado deposiciones. Con un medio de acumulación de calor combustible, una concentración suficientemente grande de oxígeno con una presión de vapor notable puede crear además un riesgo de explosión. Con sustancias no sensibles a la oxidación como medio de acumulación de calor, por ejemplo usando masas fundidas de nitrato, puede hacerse funcionar el dispositivo por ejemplo también con aire como gas para la compensación de oscilaciones de volumen.

En particular cuando se requiere una superposición de gas con un gas inerte, se producen altos costes de funcionamiento. En la actualidad se usa en centrales solares para la compensación de volumen nitrógeno líquido que se evapora y se conduce al medio de acumulación de calor. Mediante uso de grandes acumuladores de gas isobáricos con volumen variable que se designan también como gasómetros, puede construirse un sistema tampón de gas. Mediante el volumen variable puede recogerse el gas en exceso con calentamiento y puede emitirse con enfriamiento. Sin embargo, el uso de gasómetros de este tipo es problemático con el uso de medios de acumulación

de calor con una presión de vapor notable, dado que el medio de acumulación de calor se condensa en el gasómetro. Para impedir la condensación se requieren refrigeradores que condensan y reconducen de manera eficaz medio de acumulación de calor evaporado contenido en el gas. Estos dispositivos son sin embargo muy costosos en montaje y funcionamiento.

Además se conocen también tanques de cubierta flotante. Sin embargo, las cubiertas flotantes no están realizadas generalmente de manera completamente hermética a gases y disponen, por ejemplo, de obturaciones de pared para la pared del recipiente. Una mejora de la hermeticidad a gases se consigue, por ejemplo, usando un segundo sistema de obturación. Para el empleo a las altas temperaturas de un acumulador de calor no es suficiente sin embargo esta solución. El oxígeno puede llegar al material sensible a la oxidación a altas temperaturas de almacenamiento y mediante oxidación pueden formarse sólidos indeseados o en caso de medios de acumulación de calor que contienen carbono también gases inertes indeseados tales como monóxido de carbono o dióxido de carbono. Con el uso de medios de acumulación de calor que contienen azufre pueden formarse dióxido de azufre y trióxido de azufre que pueden dañar las paredes del recipiente mediante corrosión.

Es objetivo de la presente invención proporcionar un dispositivo para la acumulación de calor que no presente los inconvenientes conocidos por el estado de la técnica y pueda hacerse funcionar también a altas temperaturas de manera segura.

Se soluciona el objetivo mediante un dispositivo para la acumulación de calor en una central... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo para la acumulación de calor en una central solar, que comprende un medio de acumulación de calor que absorbe calor para la acumulación de calor y emite calor para el aprovechamiento del calor acumulado, así como un recipiente para el alojamiento del medio de acumulación de calor, estando cerrado el recipiente con una cubierta hermética a los gases, caracterizado porque están comprendidos medios para la compensación de volumen, para compensar un aumento de volumen del medio de acumulación de calor (3) debido a un aumento de la temperatura y una reducción de volumen debido a una reducción de la temperatura.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios para la compensación de volumen comprenden una cubierta flexible (5) del recipiente (1) .

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la cubierta flexible (5) comprende zonas flexibles (7) que se elevan con un aumento de volumen del medio de acumulación de calor (3) y que se bajan con una reducción de volumen del medio de acumulación de calor (3) .

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los medios para la compensación de volumen comprenden un recipiente tampón (21; 63, 67) , en el que con un aumento de volumen del medio de acumulación de calor (3) puede fluir una parte del medio de acumulación de calor (3) .

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el dispositivo para la acumulación de calor está configurado como acumulador estratificado (47) .

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el medio de acumulación de calor (3) contiene azufre.

7. Procedimiento para la acumulación de calor en una central solar, en el que para la acumulación de calor se transfiere calor a un medio de acumulación de calor o para el aprovechamiento del calor se evacúa calor desde el medio de acumulación de calor al portador de calor, estando alojado el medio de acumulación de calor en un recipiente que está cerrado con una cubierta hermética a los gases, caracterizado porque una expansión de volumen del medio de acumulación de calor (3) se compensa mediante un aumento de volumen del recipiente (1) o mediante flujo del medio de acumulación de calor (3) desde el recipiente (1) hacia un recipiente tampón (21; 63, 65) y una reducción de volumen del medio de acumulación de calor (3) se compensa mediante una disminución de volumen del recipiente (1) o mediante flujo del medio de acumulación de calor (3) desde el recipiente tampón (21; 63, 65) hacia el recipiente (1) .

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque un aumento de volumen del recipiente

(1) se consigue expandiéndose las zonas flexibles (7) de una cubierta flexible (5) .

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque al recipiente (1) se alimenta medio de acumulación de calor caliente (3) en la zona superior y se extrae medio de acumulación de calor frío (3) en la zona inferior.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque al medio de acumulación de calor (3) se alimenta calor de una central solar.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la central solar es una central solar de canales parabólicos.