Dispositivo para el almacenamiento intermedio de energía térmica con un acumulador de sustancia sólida (2) dehormigón y con un sistema de tubería (5) conformado por tubos individuales (6),

en el que el sistema de tubería (5)atraviesa el acumulador de sustancia sólida (2) y en este caso el sistema de tubería (5) está atravesado por unacorriente de medio portador de energía, y en el que el acumulador de sustancia sólida (2) y el sistema de tubería (5)están desacoplados mecánicamente uno del otro, estando previsto para el desacoplamiento mecánico en cada casoun intersticio (20) entre el acumulador de sustancia sólida (2) y un tubo individual (6), que está relleno de formaduradera con un material (21) conductor de calor, caracterizado porque presenta medidas constructivas, queposibilitan la derivación sin daño del agua que se libera durante el calentamiento del hormigón

Dispositivo para el almacenamiento de energía térmica

Campo técnico

La invención se refiere a un dispositivo y a una instalación para el almacenamiento de energía térmica según el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente.

Estado de la técnica

A la vista del agotamiento de las materias primas en todo el mundo como recursos para la generación de energía, los conceptos regenerativos o alternativos adquieren cada vez mayor importancia. A modo de ejemplo se menciona el aprovechamiento de la energía solar en centrales térmicas solares o el aprovechamiento del calor perdido de procesos de fabricación industrial. No obstante, puesto que todas estas formas alternativas de energía están acopladas a la radiación solar o a determinados procesos industriales, la disponibilidad en cualquier momento no está garantizada. Por lo tanto, su posibilidad de utilización práctica depende en gran medida de la posibilidad de acumular temporalmente la energía que se produce en un instante determinado y de poder prepararla en un instante posterior. Para el almacenamiento de energía térmica tienen, por lo tanto, una gran importancia en el desarrollo y aplicación, conceptos alternativos a la obtención de energía.

Para el intervalo de baja temperatura hasta aproximadamente 100ºC se conocen acumuladores de calor en forma de acumuladores de agua. El agua como medio de almacenamiento de calor se caracteriza por su alta capacidad térmica específica y por sus costes reducidos. Sin embargo, presenta como inconveniente la subida rápida de la presión del vapor a temperaturas por encima de 100ºC, con lo que se necesitan contenedores de presión costosos. Por este motivo, para intervalos de temperatura más elevados se emplean líquidos con un punto de ebullición más alto, como por ejemplo aceites, lo que implica, sin embargo, una elevación clara de los costes.

Además de los acumuladores de líquido, se conocen también ya acumuladores de sustancias sólidas, que pueden estar constituidos, por ejemplo, por sustancias minerales a granel, pero también por acero, fundición, chamota y similares. Mientras que en el caso del acero y la fundición se han revelado como desfavorables los altos costes para el material de acumulación, las restantes sustancias sólidas solamente poseen una capacidad disponible limitada en virtud de la reducida conductibilidad térmica.

En el documento WO 90/05271 A1 se describe un acumulador de calor de sustancia sólida cerámico o metálico, en el que los tubos de calor están desacoplados mecánicamente del material de almacenamiento a través de un intersticio relleno con un material conductor de calor.

En el documento DE 102 11 598 A1 se describe un cuerpo acumulador de un material de roca natural, cuyos tubos de calor están recubiertos con un adhesivo conductor térmico.

En el documento DE 196 32 017 A1 se muestra un sistema acumulador para bajas temperaturas. El documento DE 10211598 muestra el preámbulo de piedras de hormigón convencionales de la reivindicación 1.

Cometido de la invención

Ante estos antecedentes, la invención tiene el cometido de crear un acumulador de calor con una capacidad de calor lo más alta posible y alta capacidad de carga y descarga, que permite tanto una acumulación fiable como también económica de energía térmica.

Representación de la invención

Este cometido se soluciona por medio de un dispositivo con las características de la reivindicación 1 de la patente. Los desarrollos ventajosos se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes.

La invención se basa en la idea de almacenar energía térmica en un acumulador de sustancia sólida. La introducción de la energía térmica en el acumulador de sustancia sólida se realiza a través de un medio portador de energía en forma de gas o líquido, que está conducido dentro de un sistema de tuberías.

Como material para el acumulador de sustancia sólida se utiliza hormigón, puesto que éste está disponible en general y de forma económica y con hormigón se pueden fabricar también formas complejas. A través de la utilización de sustancias de aportación adecuadas, cementos, aditivos, adyuvantes y mezcla de aditivos existe también la posibilidad de adaptar el hormigón del acumulador de sustancia sólida a los requerimientos respectivos. En la invención, a través de la previsión de medidas constructivas se favorece la derivación sin daños del agua que se libera durante el calentamiento del hormigón del acumulador de sustancia sólida. De acuerdo con formas de realización ventajosas de la invención, a tal fin se proponen las siguientes posibilidades, que se pueden aplicar de

manera alternativa o acumulativa:

a) Una primera posibilidad consiste en la fabricación del hormigón para el acumulador de sustancia sólida con un valor de agua – cemento de 0, 5 o mayor, con lo que se eleva la permeabilidad del hormigón de almacenamiento.

b) Otra posibilidad consiste en la adición de fibras de materiales fundibles como, por ejemplo, ceras o plásticos adecuados, que se funden en la primera puesta en funcionamiento del acumulador de calor y elevan la permeabilidad del hormigón con las cavidades remanentes.

c) Para la derivación del vapor de agua es posible también prever, durante el hormigonado del acumulador de sustancia sólida, zonas con elevada permeabilidad o canales de circulación, que conducen a través de la absorción y derivación del vapor a una expansión dentro del acumulador de sustancia sólida.

d) Otra posibilidad de crear cavidades en el acumulador de sustancia sólida consiste en la utilización de cuerpos moldeados de materiales fundibles como, por ejemplo, ceras o plásticos adecuados. Éstos se funden en la primera puesta en funcionamiento del acumulador de calor y de esta manera dejan tras de sí zonas locales de circulación de vapor y zonas de expansión de vapor.

e) Otra variante prevé el hormigonado de cuerpos moldeados, que poseen una permeabilidad mayor frente al hormigón del resto del acumulador de sustancias sólidas. Tales cuerpos moldeados, por ejemplo mangueras textiles rellenas de arena o piezas acabadas de hormigón a partir de hormigón monogranular, pueden permanecer de forma duradera en el acumulador de sustancia sólida y provocar allí de la misma manera una derivación o expansión del vapor.

Una permeabilidad elevada, al menos por secciones, del acumulador de sustancia sólida permite dimensionar este acumulador de sustancia sólida más grande, sin que se desarrolle una presión del vapor alta perjudicial para el hormigón como consecuencia del aumento implicado con ello del recorrido de la circulación.

La introducción de la energía térmica en el acumulador de sustancia sólida se realiza a través de un medio portador de energía en forma de gas o líquido, que está conducido dentro de un sistema de tubería. Los tubos individuales que forman el sistema de tubería atraviesan en este caso el acumulador de sustancia sólida en posición paralela al eje, de manera que se consigue una entrada de energía uniforme sobre la sección transversal del acumulador de sustancia sólida. Un sistema de tubería de este tipo se puede prefabricar como registro de tubo o se puede fabricar en el lugar. De acuerdo con la posición del encofrado, se hormigona este registro de tubo, de manera que se consigue a través de medidas que se describen todavía más adelante al mismo tiempo un desacoplamiento mecánico del registro de tubo y el acumulador de sustancia sólida. De ello resulta una fabricación sencilla y extraordinariamente económica de un acumulador de calor de acuerdo con la invención.

Para conseguir una entrada lo más uniforme posible de la energía térmica en el acumulador de sustancia sólida, los tubos individuales del sistema de tubería se extienden dentro del acumulador de sustancia sólida en un retículo predeterminado, en el que los tubos individuales están dispuestos en planos paralelos al plano. Los planos pueden estar dispuestos, en este caso, coincidentes con respecto a la posición de los tubos o con un desplazamiento lateral de uno plano con respecto al otro. Para garantizar un montaje de los tubos con una distancia uniforme, se utilizan elementos distanciadores.

De acuerdo con una forma de realización ventajosa de la invención,... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para el almacenamiento intermedio de energía térmica con un acumulador de sustancia sólida (2) de hormigón y con un sistema de tubería (5) conformado por tubos individuales (6) , en el que el sistema de tubería (5) atraviesa el acumulador de sustancia sólida (2) y en este caso el sistema de tubería (5) está atravesado por una corriente de medio portador de energía, y en el que el acumulador de sustancia sólida (2) y el sistema de tubería (5) están desacoplados mecánicamente uno del otro, estando previsto para el desacoplamiento mecánico en cada caso un intersticio (20) entre el acumulador de sustancia sólida (2) y un tubo individual (6) , que está relleno de forma duradera con un material (21) conductor de calor, caracterizado porque presenta medidas constructivas, que posibilitan la derivación sin daño del agua que se libera durante el calentamiento del hormigón.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque

- el hormigón presenta a tal fin un valor de agua-cemento de 0, 5 o mayor, con lo que se eleva su permeabilidad para el valor de agua, y/o

- el hormigón contiene antes de la primera puesta en funcionamiento del acumulados fibras de materiales fundibles, que se funden durante la primera puesta en funcionamiento y sus cavidades remanentes elevan entonces la permeabilidad, y/o

- el hormigón presenta ya directamente después de la fabricación zonas de permeabilidad más elevada o canales de circulación, que derivan el vapor de agua resultante, y/o

- el hormigón contiene antes de la primera puesta en funcionamiento cuerpos moldeados de materiales fundibles, que forman después de la puesta en funcionamiento zonas locales de circulación de vapor y de expansión del vapor, y/o

- el hormigón contiene cuerpos moldeados de hormigón, que presentan una permeabilidad mayor frente al hormigón del resto del acumulador de sustancia sólida,

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque las fibras fundibles están constituidas de plástico o de cera y en los cuerpos moldeados no fundibles de trata de mangueras textiles rellenas de arena o de piezas acabadas de hormigón monogranular.

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el material (21) conductor de calor está constituido de grafito, con preferencia de grafito expandido.

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el material (21) conductor de calor está dispuesto como recubrimiento sobre la superficie de los tubos individuales (6) , con preferencia como lámina.

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el espesor del material (21) conductor de calor está entre 0, 2 mm y 3 mm, con preferencia 0, 5 mm.

7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los tubos individuales (6) están dispuestos a distancia lateral en varios planos paralelos al plano, de manera que los tubos individuales (6) de un plano se extienden coincidentes o con desplazamiento lateral con respecto a los tubos individuales (6) de un plano adyacente.

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los tubos individuales (6) de un plano presentan una distancia mutua entre 30 mm y 250 mm, con preferencia de aproximadamente 120 mm.

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque los planos (6) presentan una distancia mutua de 30 mm a 250 mm, con preferencia de aproximadamente 70 mm.

10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el sistema de tuberías (5) termina en el lado extremo en cada caso con una placa frontal (11, 12) , que está provista con orificios de paso (10) , en los que desembocan los extremos de los tubos individuales (6) .

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque las placas frontales (11, 12) están dispuestas a poca distancia del acumulador de sustancia sólida (2) .

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque en el lado exterior de las placas frontales (11, 12) , que está alejado del acumulador de sustancia sólida (2) , están fijadas unas semicáscaras, que forman junto con las placas frontales (11, 12) unos canales (15) , en los que desembocan los tubos individuales (6) , respectivamente, por grupos, a través de los orificios (10) .