MX2012012402A - Dispositivo y metodo para almacenar calor. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo para almacenar calor, que comprende un medio de almacenamiento de calor que absorbe calor a fin de almacenar calor y libera calor a fin de usar el calor almacenado, y un contenedor para sostener el medio de almacenamiento de calor, el contenedor estando cerrado por una cubierta hermética a gas, y el dispositivo que comprende medio de compensación de volumen a fin de compensar por un aumento de volumen del medio de almacenamiento de calor (3) debido a un aumento de temperatura y una disminución de volumen debido a una reducción de temperatura. La invención se refiere además a un método para almacenar calor, en donde se transfiere calor a un medio de almacenamiento de calor a fin de almacenar calor o descargar calor desde el medio de almacenamiento de calor al portador de calor a fin de usar el calor, el medio dé almacenamiento de calor siendo sostenido en un contenedor que se cierra por una cubierta hermética a gas, en donde una expansión de volumen del medio de almacenamiento de calor (3) se compensa por un aumento de volumen del contenedor (1) o por medio de almacenamiento de calor (3) fluyendo fuera del contenedor (1) en un contendor de regulador (21; 63, 65), y una disminución de volumen del medio de almacenamiento de calor (3) se compensa por una disminución de volumen del contenedor (1) o por medio de almacenamiento de calor (3) fluyendo fuera del contenedor de regulador (21; 63, 65) en el contenedor (1).

Description

DISPOSITIVO Y MÉTODO PARA ALMACENAR CALOR DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se basa en un dispositivo para almacenar calor, que comprende un medio de almacenamiento de calor que absorbe calor a fin de almacenar calor y liberar calor a fin de usar el calor almacenado, y un contenedor para mantener el medio de almacenamiento de calor, el contenedor estando cerrado por una cubierta hermética a gas. La invención además se basa en un método para almacenar calor, en donde, en un intercambiador de calor, se transfiere calor desde un portador de calor a un medio de almacenamiento de calor o, en el intercambiador de calor, se descarga calor a partir del medio de almacenamiento de calor al portador de calor, el medio de almacenamiento de calor siendo sostenido en un contenedor que está cerrado por una cubierta hermética a gas.

Se usan dispositivos y métodos para almacenar calor, por ejemplo, en estaciones de energía solar. Al usar el dispositivo o método para almacenar calor, las estaciones de energía solar pueden ser operadas ininterrumpidas incluso en periodos sin sol, por ejemplo, en la noche. A fin de permitir operación ininterrumpida, las estaciones de energía solar grandes requieren tanques de almacenamiento de calor muy grandes. Por ejemplo, es sabido que en las estaciones de energía solar de colector parabólico ampliamente operados en la actualidad con una energía eléctrica de 50 MW, se usan tanques de almacenamiento de sal que contienen hasta 28,000 t de sal como un medio de almacenamiento de calor. La sal es almacenada en dos tanques dispuestos de manera dual. Bajo el efecto de la luz solar, el medio portador de calor calentado en el campo solar es impulsado desde el tanque frío al tanque caliente. Al descargar, el medio de almacenamiento de calor es tomado desde el tanque caliente y enfriado en la estación de energía al mismo tiempo generando energía eléctrica. El medio de almacenamiento de calor enfriado es devuelto al tanque frío.

A fin de poder operar estaciones de energía solar con una energía mayor o sobre un periodo de tiempo más largo sin interrupción, se requieren tanques de almacenamiento de calor mucho más grandes en comparación con los dispositivos conocidos en la actualidad para almacenar calor. En este caso, por el otro lado, es posible usar un número grande de tanques de almacenamiento más pequeños, aunque esto abarca un requerimiento de área grande, o para usar tanques de almacenamiento grandes.

A fin de prevenir una presión negativa de formarse en el contenedor, debido a lo cual fuerzas inestablemente grandes actúan en el forro del contenedor, volumen no ocupado en los contenedores se llena con un gas. En el caso de medio de almacenamiento de calor oxidable, también es necesario evitar oxidación.

Con este fin, por ejemplo, se usa nitrógeno como un gas para ocupar el volumen no llenado con el medio de almacenamiento de calor. En el caso de medio de almacenamiento de calor que no se puede oxidar, también se puede usar aire para esto.

En el caso de variaciones de temperatura en el sistema de almacenamiento, el volumen es ocupado por el cambio de medio de almacenamiento de calor debido a expansiones térmicas del medio de almacenamiento de calor. El volumen del contenido de tanque gaseoso cambia a un grado particularmente pronunciado en este caso. La prevalencia de presiones altas debido al diseño del contenedor necesita una gran inversión. Por esta razón, se deben prevenir cargas de presión adicional en el forro del contenedor. Con este fin, los contenedores grandes son preferiblemente operados a presión ambiente. En la actualidad, el cambio de volumen debido a la expansión térmica del medio de almacenamiento de calor es asegurado al descargar gas a los alrededores cuando hay un aumento de volumen. Entonces el gas necesita ser resuministrado cuando hay una reducción en la temperatura de medio de intercambio de calor. Esto requiere la obtención y provisión de gas a fin de poder compensar por variaciones correspondientes. Al usar un medio de almacenamiento de calor con una presión de vapor alta, es necesario proveer cantidades de intercambio de gas particularmente grandes causadas por evaporación en la fase de almacenamiento caliente y por condensación en la fase de almacenamiento fría.

En el caso de medios de almacenamiento de calor sensibles a oxidación, por ejemplo, aceite, el gas asume una función inerte. Incluso en concentraciones pequeñas, el oxígeno puede conducir a procesos de oxidación del medio de almacenamiento de calor, en cuyo caso se pueden formar productos dañinos, por ejemplo, insolubles. Depósitos no deseados pueden ocurrir como un resultado de esto. La capacidad de almacenamiento del medio de almacenamiento de calor además es afectada por la formación de productos insolubles. En la actualidad, la separación de componentes de alta ebullición por destilación se puede llevar a cabo a fin de eliminar dichos depósitos no deseados. Como una alternativa, se reemplaza un medio de almacenamiento de calor en donde se han formado depósitos. En el caso de un medio de almacenamiento de calor combustible, una concentración suficientemente grande de oxígeno junto con una presión de vapor significativa también puede conducir a un riesgo de explosión. En el caso de sustancias no sensibles a oxidación como el medio de almacenamiento de calor, por ejemplo al usar fundiciones de nitrato, el dispositivo, por ejemplo, también puede ser operado con aire como un gas para compensar por variaciones de volumen.

En particular cuando un gas elevado con un gas inerte es necesario, altos costos de operación están involucrados. En la actualidad se usa nitrógeno líquido para compensación de volumen en estaciones de energía solar, que se evapora y administra al medio de almacenamiento de calor. Al usar tanques de almacenamiento de gas isobárico grandes con un volumen variable, que también son referidos como gasómetros, es posible construir un sistema regulador de gas. Debido al volumen variable, el exceso de gas se puede recolectar durante la calefacción y liberar durante la refrigeración. Sin embargo, el uso de dichos gasómetros es problemático al usar medios de almacenamiento de calor teniendo un a presión de vapor significativa, ya que el medio de almacenamiento de calor se condensa en el gasómetro. A fin de prevenir condensación, es necesario tener refrigeradores que efectivamente condensan fuera del medio de almacenamiento de calor que se ha evaporado en el gas, y reciclarlo. Sin embargo, estos dispositivos son muy elaborados de construir y operar.

Además, también son conocidos los tanques de tapa flotante.

Sin embargo, las tapas flotantes por lo general no están hechas completamente herméticas a gas y, por ejemplo, tienen sellos de pared con la pared del contenedor. Se logra una mejora del hermetismo de gas, por ejemplo, por el uso de un segundo sistema sellador. Para usarse con las temperaturas altas de un tanque de almacenamiento de calor, no obstante, esta solución no es suficiente. El oxígeno puede alcanzar el material que es sensible a oxidación a altas temperaturas de almacenamiento y sólidos no deseados, o también gases inertes no deseados tal como monóxido de carbono o dióxido de carbono en el caso de medios de almacenamiento de calor conteniendo carbono, se pueden formar por oxidación. Al usar medios de almacenamiento de calor conteniendo azufre, se puede formar dióxido de azufre y trióxido de azufre, que pueden dañar las paredes del contenedor por corrosión.

Un objeto de la presente invención es proveer un dispositivo para almacenar calor, que no tiene las desventajas conocidas a partir de la técnica anterior y se puede operar confiablemente incluso a temperaturas altas.

El objeto se logra por un dispositivo para almacenar calor, que comprende un medio de almacenamiento de calor que absorbe calor a fin de almacenar calor y libera calor a fin de usar el calor almacenado, y un contenedor para mantener el medio de almacenamiento de calor, el contenedor estando cerrado por una cubierta hermética a gas, y el cual dispositivo comprende medio de compensación de volumen a fin de compensar por un aumento de volumen del medio de almacenamiento de calor debido a un aumento de temperatura y una disminución de volumen del medio de almacenamiento de calor debido a una reducción de temperatura.

El objeto además se logra por un método para almacenar calor, en donde el calor es transferido a un medio de almacenamiento de calor a fin de almacenar calor o el calor se descarga desde el medio de almacenamiento de calor al portador de calor a fin de usar el calor, el medio de almacenamiento de calor siendo sostenido en un contenedor que está cerrado por una cubierta hermética a gas, en donde una expansión de volumen del medio de almacenamiento de calor es compensada por un aumento de volumen del contenedor o por medio de almacenamiento de calor fluyendo fuera del contenedor en un contenedor de regulador, y una reducción de volumen del medio de almacenamiento de calor se compensa por una disminución de volumen del contenedor por medio de almacenamiento de calor fluyendo fuera del contenedor de regulador en el contenedor.

El dispositivo de conformidad con la invención es adecuado en particular cuando se usan sustancias sensibles a oxidación y/o de baja ebullición como medio de almacenamiento de calor.

La cubierta hermética a gas del contenedor previene que el oxígeno desde afuera pueda alcanzar el medio de almacenamiento de calor. También previene que el gas, que está contenido en el sistema, pueda escapar. Debido al uso del medio de compensación de volumen, además, es particularmente ventajoso que el contenedor no tenga que contener ningún gas con el cual se pueden compensar por variaciones de volumen. Las variaciones de volumen del medio de almacenamiento de calor son compensadas sólo al hacer el contenedor más grande o más pequeño, o alternativamente por el medio de almacenamiento de calor fluyendo en un contenedor de regulador.

En una primera modalidad, el medio de compensación de volumen comprende una cubierta flexible del contenedor. La cubierta flexible del contenedor, por ejemplo, se puede producir por una tapa de contenedor adecuada que es elevada en donde hay una expansión de volumen del medio de almacenamiento de calor y es bajada una vez más en donde hay una disminución de volumen del medio de almacenamiento de calor, sin romper el sello en el borde de la cubierta. En particular, es posible que la cubierta flexible comprenda regiones flexibles, que expanden cuando hay un aumento de volumen del medio de almacenamiento de calor y que se contraen cuando hay una disminución de volumen del medio de almacenamiento de calor. Las regiones flexibles de la tapa se pueden extender sobre la cubierta entera o alternativamente sólo ocupar partes de la cubierta. Si las regiones flexibles sólo comprenden partes de la cubierta, entonces es posible, por ejemplo, configurar partes de la cubierta en la forma de un compensador que pueden expandir en donde hay un aumento de volumen. Dicho compensador tiene, por ejemplo, la forma de un fuelle. Como una alternativa, también es posible elevar y bajar la cubierta del contenedor, de acuerdo con el volumen del medio de almacenamiento de calor, para lograrse al usar la región s configurada como un compensador. A través del uso de regiones flexibles en la cubierta del contenedor, es posible conectar la cubierta firmemente al contenedor, en particular de manera hermética a gas al contenedor. La conexión, por ejemplo, se puede llevar a cabo mediante soldadura.

A fin de prevenir que ocurra un aumento de volumen grande debido a gas arriba del medio de almacenamiento de calor, se provee un separador de gas en una modalidad ventajosa. Se pueden eliminar sustancias de baja ebullición y/o gases inertes del contenedor por este separador de gas. Cualquier separador de gas deseado conocido al experto en la técnica se puede usar para esto.

En una modalidad alternativa, el medio de compensación de volumen comprende un contenedor de regulador en donde una parte del medio de almacenamiento de calor puede fluir cuando hay un aumento de volumen del medio de almacenamiento de calor. Cuando hay una disminución de volumen del medio de almacenamiento de calor, el medio de almacenamiento de calor entonces fluye de manera correspondiente fuera del contenedor de regulador y de nuevo en el contenedor. A fin de poder operar el contenedor de regulador isobáricamente, es posible proveer el contenedor de regulador con una cubierta flexible como se describió antes para el contenedor. Como una alternativa, también es posible operar el contenedor de regulador con un gas elevado, en cuyo caso el gas es tomado desde el contenedor de regulador cuando el contenedor de regulador está siendo llenado con medio de almacenamiento de calor y el gas fluye en el contenedor de regulador una vez más cuando el medio de almacenamiento de calor está siendo tomado desde el contenedor de regulador. Con este fin, por ejemplo, es posible proveer un tanque de almacenamiento de gas separado que recibe el flujo saliente y del cual el gas puede fluir de regreso en el contenedor de regulador una vez más. Como una alternativa, como en sistemas conocidos en la actualidad, también es posible permitir que el gas fluya fuera del contenedor de regulador cuando hay un aumento de volumen del medio de almacenamiento de calor y alimentar gas de regreso en el contenedor de regulador una vez más desde un dispositivo de almacenamiento de gas. Una ventaja en comparación con compensación de volumen con un gas elevado en el contenedor es que el volumen del contenedor de regulador se puede mantener mucho más pequeño y por tanto se requiere una cantidad de gas mucho más pequeña. Otra ventaja es que sólo la expansión térmica del medio de almacenamiento de calor se necesita regular. El cambio de volumen a ser regulado, que predomina en sistemas de la técnica anterior, debido a expansión térmica del espacio de gas y condensación en el caso de medios de almacenamiento de calor teniendo una presión de vapor significativa, no es necesario.

Si se usa un contenedor de regulador, cuando hay una disminución de volumen del medio de almacenamiento de calor, preferiblemente se bombea medio de almacenamiento de calor fuera del contenedor en la región de! fondo del contenedor y se transfiere en el contenedor de regulador. De manera correspondiente, cuando hay una disminución de volumen del medio de almacenamiento de calor en el contenedor, el medio de almacenamiento de calor desde el contenedor de regulador regresa al contenedor a través de la misma línea.

El uso del contenedor de regulador hace posible operar el contenedor usado para almacenar calor con un volumen constante de medio de almacenamiento de calor. A fin de poder descargar el medio de almacenamiento de calor en exceso desde el contenedor cuando hay un aumento de volumen, o transferir la cantidad requerida del medio de almacenamiento de calor en el contenedor cuando hay una disminución de volumen, respectivamente, es ventajosa una regulación de volumen adecuada. La regulación de volumen se puede llevar a cabo, por ejemplo, por medio de detección de posición de una placa de almacenamiento cubriendo el medio de almacenamiento de calor gaseoso. En cuanto se baja la placa de almacenamiento, el medio de almacenamiento de calor desde el contenedor de regulador es entregado en el contenedor, y se descarga líquido desde el contenedor en el contenedor de regulador cuando se eleva la placa de almacenamiento. La entrega del medio de almacenamiento de calor desde el contenedor de regulador en el contenedor, y su descarga s desde el contenedor en el contenedor de regulador, por ejemplo, se puede llevar a cabo por un sistema de bomba con una dirección de bombeo cambiable. El sistema de bomba en este caso se controla preferiblemente por la regulación de volumen.

El cambio de posición de la placa de almacenamiento, por ejemplo, se puede registrar con la ayuda de sensores adecuados. Los sensores que se pueden usar para esto son, por ejemplo, sensores de posición y sensores de fuerza, que se usan en tecnología para pesar. Por ejemplo, se pueden usar celdas para pesar, opcionalmente una pluralidad en conexión paralela con una medición de fuerza por medio de calibres de tensión.

A fin de poder suministrar calor al medio de almacenamiento de calor siendo usado, o tomar calor desde el medio de almacenamiento de calor, en una primera modalidad se entrega desde el contenedor en un intercambíador de calor adecuado en donde el medio de almacenamiento de calor absorbe calor desde un portador de calor o libera calor al portador de calor. En una modalidad alternativa, el medio de almacenamiento de calor se usa directamente como un portador de calor. En este caso, por ejemplo, en una estación de energía solar, el medio de almacenamiento de calor se calienta en un campo solar a fin de almacenar calor y entregarlo en el contenedor. A fin de usar el calor, el medio de almacenamiento de calor entonces se puede usar, por ejemplo, en un intercambiador de calor para generar vapor supercalentado para turbinas operantes, que impulsan generadores para generación de electricidad. A fin de extraer el medio de almacenamiento de calor, se usan de manera convencional bombas de imersión, que salen en el medio de almacenamiento de calor. En sistemas conocidos, la bomba de imersión está dispuesta centralmente en la mitad del contenedor. En particular, al usar un contenedor que tiene una cubierta flexible, no obstante, dicha distribución requiere una región flexible adicional que encierra la bomba de imersión. A fin de evitar esto, en una modalidad preferida, por ejemplo, es posible hacer que la bomba de imersión salga lateralmente en el contenedor. La bomba de imersión por tanto no penetra a través de cualquier parte en movimiento del contenedor. Aparte de la proyección lateral en el contenedor, como una alternativa, también es posible proveer una cámara que se conecta al contenedor y en donde la bomba de imersión está dispuesta. La cámara está en este caso separada de manera ventajosa desde el contenedor sólo por una pared, de modo que el contenedor y la cámara se forman integralmente. Esto tiene la ventaja de que no es necesario que dos componentes separados sean aislados; en vez, el aislamiento común es suficiente para el contenedor y la cámara. Por medio de una alimentación adecuada, por ejemplo, una abertura en la pared, medio de almacenamiento de calor puede fluir en la cámara y ser extraída desde la cámara con la ayuda de la bomba de imersión. La abertura en este caso de manera ventajosa se encuentra en la región menor.

Al usar un contenedor de regulador asimismo es posible alimentar la bomba de imersión lateralmente en el contenedor, o proveer una cámara en donde la bomba de imersión está dispuesta. Sin embargo, se prefiere que la bomba de imersión esté dispuesta centralmente en el contenedor cuando se usa un contenedor de regulador, como es sabido a partir de la técnica anterior.

En una modalidad particularmente preferida, el tanque de dispositivo de almacenamiento de calor se forma como un tanque de almacenamiento estratificado, también referido como un dispositivo de almacenamiento termoclina. Al configurar el dispositivo de almacenamiento como un tanque de almacenamiento estratificado, es posible eludir el segundo tanque de almacenamiento vacío conocidos a partir de la técnica anterior. No es necesario, respectivamente, bombear el material de almacenamiento de calor desde el tanque de almacenamiento caliente en un tanque de almacenamiento frío, o desde el tanque de almacenamiento frío en un tanque de almacenamiento caliente.

En un tanque de almacenamiento estratificado, un gradiente de temperatura ocurre en el medio de almacenamiento de calor. Ya que el medio de almacenamiento de calor caliente usualmente es más ligero que el medio de almacenamiento de calor cuando está frío, hay medio de almacenamiento de calor caliente en la región superior del tanque de almacenamiento estratificado y medio de almacenamiento de calor frío en la región menor. Debido a este efecto, una gradiente de temperatura se estabiliza en el contenedor. El último es caliente en la región superior y frío en la región menor. Al cargar con el medio de almacenamiento de calor, se entrega medio de almacenamiento de calor caliente en el tanque de almacenamiento estratificado en la región superior. En cantidades iguales, se descarga material frío en el fondo del tanque de almacenamiento estratificado. De manera correspondiente, al descargar el tanque de almacenamiento de calor, es decir, a fin de usar el calor almacenado en el tanque de almacenamiento de calor, se toma medio de almacenamiento de calor caliente desde la región superior del tanque de almacenamiento de calor y se suministra medio de almacenamiento de calor frío al fondo.

Es particularmente ventajoso emplear tanques de almacenamiento estratificados al usar medios de almacenamiento de calor teniendo una conductividad térmica baja. En el caso de medios de almacenamiento de calor teniendo una alta conductividad térmica, la conducción térmica no convectora ocurre en el tanque de almacenamiento estratificado desde regiones calientes en regiones frías, y ocurre equilibrio de temperatura. Este efecto no es pronunciado así en el caso de materiales que conducen calor pobremente, de modo que una diferencia de temperatura se mantiene en el dispositivo de almacenamiento de calor incluso sobre un periodo de tiempo prolongado.

Si la sección transversal del dispositivo de almacenamiento de calor configurado como un tanque de almacenamiento estratificado se mantiene pequeño, entonces la cantidad usable de calor que se almacena en el dispositivo se puede mantener alta y la eficacia por tanto puede ser mejorada. Aparte de una sección transversal pequeña, una altura grande del contenedor es ventajosa en este caso. La altura del contenedor, no obstante, se limita por la presión hidrostática del medio de almacenamiento de calor, por el cual se carga la pared del contenedor. Un volumen correspondientemente grande para el medio de almacenamiento de calor se puede lograr, por ejemplo, al conectar una pluralidad de dispositivos de almacenamiento de calor configurados como tanques de almacenamiento estratificados en serie. En este caso, es particularmente ventajoso que cada uno de los contenedores sujete el medio de almacenamiento de calor, que se conectan en serie, a ser equipados con un medio de compensación de volumen. Si se usa un contenedor de regulador como un medio de compensación de volumen, no obstante, también es posible que todos los contenedores sujeten el medio de almacenamiento de calor, que se conectan en serie, para conectarse al contenedor de regulador.

El dispositivo de almacenamiento de calor de conformidad con la invención y el método de almacenamiento de calor son adecuados en particular para la operación de estaciones de energía solar. En este caso, el calor generado en la estación de energía solar se entrega al medio de almacenamiento de calor. Al usar un medio de almacenamiento de calor líquido, es posible que el medio de almacenamiento de calor sea usado simultáneamente como un portador de calor. Como una alternativa, también es posible usar un portador de calor que absorbe el calor generado en la estación de energía solar y después libera el calor al medio de almacenamiento de calor en un intercambiador de calor adecuado.

Las estaciones de energía solar que pueden usar el dispositivo de conformidad con la invención y el método de conformidad con la invención son, por ejemplo, estaciones de energía solar de colector parabólico.

A fin de poder absorber una cantidad suficientemente grande de calor y operar el dispositivo de almacenamiento de calor a una temperatura suficientemente alta, que es suficiente a fin de operar una turbina en una estación de energía solar, por ejemplo, es necesario usar medios de almacenamiento de calor que son estables a las temperaturas correspondientes. Por ejemplo, se pueden usar fundiciones de sal como medios de almacenamiento de calor. Las fundiciones de sal, en particular aquellas que contienen potasio o litio, no obstante son muy costosas y conducen a costos de inversión considerables para las cantidades grandes requeridas. Además, los recursos pueden ser escasos debido a las cantidades grandes requeridas, de modo que las alternativas son necesarias. Como alternativas, por ejemplo, es posible usar medios de almacenamiento de calor que contienen azufre. El azufre se forma como un producto de desecho en la desulfurización de combustibles, y se pueden obtener en cantidades grandes a costos comparativamente bajos. El azufre elemental, en particular, es adecuado como un medio de almacenamiento de calor que contiene azufre. A fin de adaptar la presión de vapor y el punto de fundición, es ventajoso suministrar el azufre con al menos un aditivo conteniendo aniones.

Aditivos adecuados conteniendo aniones son, en particular, aquellos que no se oxidan a la temperatura de operación del azufre en productos de oxidación, por ejemplo, óxidos de azufre, haluros de azufre o oxihaluros de azufre. Además es ventajoso que los aditivos que contienen aniones se pueden disolver bien en azufre.

Los aditivos preferidos conteniendo aniones son compuestos iónicos de un metal de la tabla periódica con aniones monoatómicos o poliatómicos, de manera única o múltiple negativamente cargados.

Los metales de los compuestos iónicos son, por ejemplo, metales alcalinos, preferiblemente sodio, potasio; metales alcalino tórreos, preferiblemente magnesio, calcio, bario; metales del grupo 13 de la tabla periódica, preferiblemente aluminio; metales de transición, preferiblemente manganeso, hierro, cobalto, níquel, cobre, zinc.

Ejemplos de dichos aniones son: haluros y polihaluros, por ejemplo, fluoruro, cloruro, bromuro, yoduro, triyoduro; calcogenuros y policalcogenuros, por ejemplo, óxido, hidróxido, sulfuro, sulfuro de hidrógeno, disulfuro, trisulfuro, tetrasulfuro, pentasulfuro, hexasulfuro, seleniuro, telluride; pnicogenuros, por ejemplo, amida, imida, nitruro, fosfida, arsenida; pseudo-haluros, por ejemplo, cianuro, cianato, tiocianato; aniones complejos, por ejemplo, fosfato, fosfato de hidrógeno, fosfato de dihidrógeno, sulfato, sulfato de hidrógeno, sulfita, sulfita de hidrógeno, tiosulfato, hexacianoferratos, tetracloroaluminato, tetracloroferrato.

Ejemplos de aditivos conteniendo aniones son: cloruro de aluminio(lll), cloruro de hierro(lll), sulfuro de hierro(ll), bromuro de sodio, bromuro de potasio, yoduro de sodio, yoduro de potasio, tiocianato de potasio, tiocianato de sodio, sulfuro de disodio (Na2S), tetrasulfuro de sodio (Na2S ), pentasulfuro de potasio (Na2S5), pentasulfuro de dipotasio (K2S5), hexasulfuro de dipotasio (K2S6), tetrasulfuro de calcio (CaS4), trisulfuro de bario (BaS3), selenuro de dipotasio (K2Se), fosfuro de tripotasio (K3P), hexacianoferrato de potasio (II), hexacianoferrato de potasio (III), tiocianato de cobre(l), triyoduro de potasio, triyoduro de cesio, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de cesio, óxido de sodio, óxido de potasio, óxido de cesio, cianuro de potasio, cianato de potasio, tetraaluminato de sodio, sulfuro de manganeso(l), sulfuro de coba lto( 11 ) , sulfuro de niquel(ll), sulfuro de cobre(ll), sulfuro de zinc, fosfato de trisodio, fosfato de hidrógeno de disodio, fosfato de dihidrógeno de sodio, sulfato de disodio, sulfato de hidrógeno de sodio, sulfito de sodio, sulfito de hidrógeno de sodio, tiosulfato de sodio, fosfato de tripotasio, fosfato de hidrógeno de dipotasio, fosfato de dihidrógeno de potasio, sulfato de dipotasio, sulfato de hidrógeno de potasio, sulfito de dipotasio, sulfito de hidrógeno de potasio, tiosulfato de potasio.

Aditivos que contienen aniones en el contexto de esta aplicación son además mezclas de dos o más compuestos de un metal de la tabla periódica con aniones monoatómicos o poliatómicos, formalmente, de manera única o múltiple negativamente cargados, preferiblemente aniones hechos de átomos no metálicos. De conformidad con el estado actual de conocimiento, la relación de cantidad de los componentes individuales no es crítico.

La mezcla de conformidad con la invención contiene de preferencia azufre elemental en el rango de 50 a 99.999% en peso, preferiblemente en el rango de 80 a 99.99% en peso, en particular preferiblemente 90 a 99.9% en peso, en cada caso expresada en términos de la masa total de la mezcla de conformidad con la invención.

La mezcla de conformidad con la invención contiene de preferencia aditivos con anión en el rango de 0.001 a 50% en peso, preferiblemente en el rango de 0.01 a 20% en peso, en particular preferiblemente 0.1 a 10% en peso, en cada caso expresada en términos de la masa total de la mezcla de conformidad con la invención.

La mezcla de conformidad con la invención puede contener más sustancias agregadas, por ejemplo, aditivos que reducen el punto de fundición de la mezcla. La proporción de más sustancias agregadas por lo general cae en el rango de 0.01 a 50% en peso, en cada caso expresada en términos de la masa total de la mezcla.

Mezclas de polisulfuros de metal alcalino de la fórmula general (M\M2(1.x)2Sy además se pueden usar, en donde M1, M2 = Li, Na, K, Rb, Cs y M es diferente de M2, y 0.05<x<0.95 y 2.0<y<6.0.

En una modalidad preferida de la invención, M1 = K y M2 = Na.

En otra modalidad preferida de la invención, 0.2<x<0.95. En una modalidad particularmente preferida de la invención, 0.50<x<0.90.

En otra modalidad preferida de la invención, 3.0=y<6.0. En una modalidad particularmente preferida de la invención, y = 4.0, 5.0 o 6.0.

En una modalidad particularmente preferida de la invención, M1 = K y M2 = Na, 0.20<x<0.95 y 3.0<y<6.0.

En una modalidad más particularmente preferida de la invención, M1 = K y M2 = Na, 0.50<x<0.90 e y = 4.0, 5.0 o 6.0.

Asimismo las mezclas de polisulfuros de metal alcalino y tiocianatos de metal alcalino adecuadas de la fórmula general ((M1xM2(1.x)2Sy(M3zM4(l.2)SCN)(1.m) en donde M1, M2, M3, M4 = Li, Na, K, Rb, Cs y M1 es diferente de M2, M3 es diferente de M4, y 0.05<x<1, 0.05<z<1, 2.0<y<6.0 y m es la fracción molar con 0.05<m<0.95.

En una modalidad preferida de la invención, M y M3 = K y M2 y M4 = Na.

En otra modalidad preferida de la invención, 0.20<x<1. En una modalidad particularmente preferida de la invención, 0.50<x<1.

En otra modalidad preferida de la invención, 3.0<y<6.0. En una modalidad particularmente preferida de la invención, y = 4.0, 5.0 o 6.0.

En otra modalidad preferida de la invención, 0.20<z<1. En una modalidad particularmente preferida de la invención, 0.50<z<1.

En otra modalidad preferida de la invención, 0.20<m<0.80. En una modalidad particularmente preferida de la invención, 0.33<m<0.80.

En una modalidad particularmente preferida de la invención, M1 y M3 = K y M2 y M4 - Na, 0.20<x<1, 0.20<z<0.95, 3.0<y<6.0 y 0.20<m<0.95.

En otra modalidad particularmente preferida de la invención, M1 y M3 = K y M2 y M4 = Na, 0.50<x<1, 0.50<z<0.95, y = 4.0, 5.0 o 6.0 y 0.33<m<0.80.

En otra modalidad particularmente preferida de la invención, M1 y M3 = K, x = 1 , z = , y = 4.0, 5.0 o 6.0 y 3.0<m<0.80.

En otra modalidad particularmente preferida de la invención, M1 y M3 = K, x = 1, z = 1, y = 4 y m = 0.5.

En otra modalidad particularmente preferida de la invención, M1 y M3 = K, x = 1, z = 1, y = 5 y m = 0.5.

En otra modalidad particularmente preferida de la invención, M1 y M3 = K, x = 1, z = 1, y = 6 y m = 0.5.

Los medios de almacenamiento de calor que son sensibles a oxidación y tienen una presión alta de vapor en particular son ventajosamente empleados en un tanque de almacenamiento estratificado.

Al usar un contenedor de regulador para la compensación de volumen, es preferible operar el contenedor de regulador frío y cubrirlo con un gas inerte si un medio de almacenamiento de calor teniendo una presión de vapor no insignificante está siendo usada. Por operación fría del contenedor de regulador, es sustancialmente posible prevenir que el medio de almacenamiento de calor evapore en el contenedor de regulador. La operación fría del contenedor de regulador en este caso significa que la temperatura en el contenedor de regulador es mucho menor que la temperatura de ebullición del medio de almacenamiento de calor. Por operación fría del contenedor de regulador, es posible eludir dispositivos elaborados para la separación de medio de almacenamiento de calor gaseoso entrando en el gas de escape, o hacerlos mucho más simples.

En particular, es necesario que el límite de fase en el contenedor de regulador se mantenga a una temperatura mucho menor que la temperatura de ebullición del medio de almacenamiento de calor. En el alcance de la presente invención, "mucho menor que la temperatura de ebullición" significa que la temperatura es a lo mucho 70%, preferiblemente a lo mucho 60% de la temperatura de ebullición en kelvin.

Un límite de fase fría en el contenedor de regulador puede lograrse, por ejemplo, con conexión en serie de una pluralidad de tanques de almacenamiento estratificados, al usar respectivamente contenedores llenados por completo y usando el último contenedor, que contiene el medio de almacenamiento de calor a la temperatura más baja, como un contenedor de regulador. Como una alternativa, también es posible proveer una pluralidad de contenedores de regulador, cada uno de los cuales se llena por completo excepto por el último contenedor de regulador. La ventaja de usar una pluralidad de contenedores de regulador conectados en serie, en donde el último contenedor de regulador contiene el límite de fase con el gas, es que la pérdida de calor desde el contenedor se puede mantener bajo. El tamaño del contenedor de regulador será seleccionado como una función del coeficiente de expansión del medio de almacenamiento de calor y la diferencia de temperatura de elaboración de acuerdo con el medio de almacenamiento de calor usado. Al usar medios de almacenamiento de calor conteniendo azufre y temperaturas de elaboración de entre 290°C y 390°C, el tamaño del contenedor de regulador es, por ejemplo, al menos 3.5 cientos del volumen del contenedor para sostener el medio de almacenamiento de calor.

Si se usan contenedores de regulador, cuando el medio de almacenamiento de calor caliente entra a un contenedor de regulador enfriador es posible que el medio de almacenamiento de calor caliente menos dense alcance las regiones superiores por convección y prevenir la formación de un límite de fase fría. La convección destructiva, por ejemplo, se puede prevenir al suministrar y descargar respectivamente el medio de almacenamiento de calor caliente en la región superior de un contenedor de regulador, y suministrar y descargar medio de almacenamiento de calor frío respectivamente en la región menor del contenedor de regulador. En este caso, es posible por un lado proveer contenedores de regulador separados uno del otro o como una alternativa para proveer elementos fijos en un contenedor de regulador, que contienen respectivamente aberturas en la región menor a fin de permitir transporte de medio de almacenamiento de calor frío, o alternativamente en la región superior a fin de permitir transporte de medio de almacenamiento de calor caliente. En particular, para conexión en el contenedor de regulador en donde existe el límite de fase fría, es ventajoso proveer un suministro y descarga en la región menor y alimentar la conexión en la región menor del contenedor de regulador ascendente. En esta manera, el medio de almacenamiento de calor frío se entrega desde el contenedor de regulador precedente en el contenedor de regulador con el límite de fase, o medio de almacenamiento de calor frío se alimenta desde el contenedor de regulador con el límite de fase en el contenedor de regulador precedente.

Si la refrigeración no es suficiente a fin de lograr una temperatura del límite de fase en donde se puede evitar evaporación del medio de almacenamiento de calor también es posible, por ejemplo, proveer un intercambiador de calor interno por el cual se puede enfriar el medio de almacenamiento de calor en el contenedor de regulador con el límite de fase. En esta manera, se puede evitar evaporación del medio de almacenamiento de calor.

En otra modalidad preferida, el contenedor de regulador está dispuesto de modo que la ¡nterface de fase en el contenedor de regulador está a un nivel hidrostático similar a la superficie líquida en el contenedor para sostener el medio de almacenamiento de calo. En este caso, incluso durante el apagado, las bombas de suministro y descarga causan sólo fuerzas hidrostáticas menores en el contenedor para mantener el medio de almacenamiento de calor y el contenedor de regulador. Además, sólo se necesita gasto mínimo de energía para operar las bombas, ya que la presión hidrostática del medio de almacenamiento de calor actúa en ambas direcciones, es decir para suministrar medio de almacenamiento de calor desde el contenedor de regulador en el contenedor como del contenedor en el contenedor de regulador.

En otra configuración ventajosa, el contenedor de regulador se configura con un área en sección transversal grande. Debido al área en sección transversal grande, cambios de volumen inevitables del medio de almacenamiento de calor debido a un cambio de temperatura causan sólo un cambio pequeño en el nivel hidrostático de la superficie líquida en el contenedor de regulador. Los efectos de las fuerzas hidrostáticas que actúan por tanto pueden mantenerse pequeñas.

Las modalidades ejemplares de la invención se presentan a continuación con la ayuda de las figuras y serán explicadas en más detalle en la siguiente descripción.

La figura 1.1 muestra un contenedor para mantener un medio de almacenamiento de calor, teniendo una cubierta flexible y conteniendo un medio de almacenamiento de calor frío, La figura 1.2 muestra un contenedor para mantener un medio de almacenamiento de calor, teniendo una cubierta flexible y conteniendo un medio de almacenamiento de calor caliente, La figura 2 muestra un contenedor para mantener un medio de almacenamiento de calor, teniendo una cubierta flexible y una bomba de imersión en una primera modalidad, La figura 3 muestra un contenedor para mantener un medio de almacenamiento de calor, teniendo una cubierta flexible y una bomba de imersión en una segunda modalidad, La figura 4 muestra un dispositivo para almacenar calor, teniendo un contenedor de regulador, La figura 5 muestras contenedores para mantener un medio de almacenamiento de calor, como tanques de almacenamiento estratificados en serie, La figura 6 muestra un contenedor para mantener un medio de almacenamiento de calor, que se configura como un tanque de almacenamiento estratificado, La figura 7 muestra un colector, como se usa en un tanque de almacenamiento estratificado de acuerdo con la figura 6, en vista en planta, La figura 8 muestra dos contenedores de regulador conectados en serie, La figura 9 muestra un contenedor para mantener un medio de almacenamiento de calor, que se combina integralmente con un contenedor de regulador, La figura 10 muestra un contenedor para mantener un medio de almacenamiento de calor, teniendo contenedores de regulador en otra modalidad.

La figura 1.1 muestra un contenedor para mantener un medio de almacenamiento de calor, teniendo una cubierta flexible y conteniendo un medio de almacenamiento de calor frío. Un contenedor 1 se llena con un medio de almacenamiento de calor 3. Cualquier medio deseado que pueda absorber y almacenar calor es adecuado como el medio de almacenamiento de calor. Los medios de almacenamiento de calor convencionalmente usados son, por ejemplo, fundiciones de sal. El contenedor representado en la figura 1 en particular es preferiblemente adecuado para mantener un medio de almacenamiento de calor conteniendo azufre.

Después de que el medio de almacenamiento de calor haya liberado calor, por ejemplo, a fin de operar una estación de energía solar, tiene una temperatura menor que después de absorber calor que se debe almacenar por el medio de almacenamiento de calor. El medio de almacenamiento de calor enfriado 3 tiene un volumen menor que el medio de almacenamiento de calor calentado 3, como se representa en la figura 1.2.

A fin de prevenir muy presión muy positiva de formarse en el contenedor, es ventajoso que el contenedor contenga ningún ga o sólo una pequeña cantidad de gas. Con este fin, el contenedor 1 es cubierto con una cubierta 5. Otro efecto de la cubierta 5, en particular en el caso de medios de almacenamiento de calor sensibles a oxidación 3, es evitar una reacción del medio de almacenamiento de calor 3 con gas, que está contenido en una atmósfera arriba del medio de almacenamiento de colección 3. Preferiblemente, no se forma ningún hueco entre la cubierta 5 y el medio de almacenamiento de calor 3.

A fin de compensar por variaciones de volumen del medio de almacenamiento de calor 3, la cubierta 5 se configura flexiblemente. Con este fin, por ejemplo, se forman regiones flexibles 7 en la cubierta 5 como se representa en las figuras 1.1 y 1.2. Como una alternativa a la modalidad representada en las figuras 1.1 y 1.2, también es posible configurar la cubierta entera 5 flexiblemente. Las regiones flexibles 7 se pueden configurar, por ejemplo, en la forma de un compensador, por ejemplo, en la forma de un fuelle. La cubierta 5 en la modalidad representada en las figuras 1.1 y 1.2 se asegura a la pared 9 del contenedor 1 por la región flexible 7. El seguro de la cubierta 5 teniendo las regiones flexibles 7 en la pared 9 del contenedor 1 se lleva a cabo preferiblemente por un ajuste de forma, por ejemplo, por un método de soldadura. Esto previene que el medio de almacenamiento de calor 3 pueda escapar por fugas entre la pared 9 del contenedor 1 y la cubierta 5, o gas de poder entrar al contenedor 1.

Debido a las regiones flexibles 7, tanto en el caso de un medio de almacenamiento de calor frío 3 como es representado en la figura 1.1 como en el caso de un medio de almacenamiento de calor caliente 3 como es representado en la figura 1.2, la cubierta 5 puede reposar contra el medio de almacenamiento de calor 3. Por la expansión debido a calefacción del medio de almacenamiento de calor 3, la cubierta 5 es elevada por el medio de almacenamiento de calor 3. Las regiones flexibles 7 hacen posible elevar la cubierta 5 sin comprometer el hermetismo a fuga del contenedor 1.

De modo que el medio de almacenamiento de calor 3 pueda absorber calor, es posible, por ejemplo, tomar el medio de almacenamiento de calor 3 desde el contenedor 1 y alimentarlo a través de un ¡ntercambiador de calor, en donde el medio de almacenamiento de calor 3 absorbe calor. Posteriormente, el medio de almacenamiento de calor 3 se puede reintroducir en el contenedor 1. En esta manera, el contenedor 1 contiene continuamente la msima masa del medio de almacenamiento de calor 3. De manera correspondiente, a fin de liberar calor desde el medio de almacenamiento de calor 3, se libera calor a otro medio por medio del intercambiador de calor.

A fin de absorber calor, también es posible que el medio de almacenamiento de calor 3 sea alimentado, por ejemplo, en un campo solar de una estación de energía solar en donde absorbe calor.

Como una alternativa, también es posible, por ejemplo, que el contenedor 1 contenga un intercambiador de calor, por medio del cual se puede liberar calor al medio de almacenamiento de calor o por medio del cual el medio de almacenamiento de calor 3 puede liberar calor a un portador de calor fluyendo a través del intercambiador de calor.

Si el medio de almacenamiento de calor 3 es transportado a un intercambiador de calor que se posiciona fuera del contenedor 1, con este fin, por ejemplo, se usa una bomba de imersión. El posicionamiento posible de una bomba de imersión es representado en las figuras 2 y 3. La figura 2 muestra un contenedor para mantener un medio de almacenamiento de calor, teniendo una cubierta flexible y una bomba de imersión en una primera modalidad.

El contenedor 1 corresponde en su estructura ale contenedor representado en las figuras 1.1 y 1.2.

A fin de permitir movimiento no impedido de la cubierta 5, una bomba de imersión 11 es alimentada en el contenedor 1 a través de la pared lateral 9. La bomba de imersión 11 se configura de modo que la región de entrada 13 de la bomba de imersión 11 se posiciona en el fondo del contenedor 1. Con la ayuda de la bomba de imersión 11, el medio de almacenamiento de calor 3 entonces se puede tomar desde el contenedor 1.

La figura 3 muestra un contenedor para mantener un medio de almacenamiento de calor, teniendo una cubierta flexible y una bomba de imersión en una segunda modalidad.

En contraste con la modalidad representada en la figura 2, una cámara 15 se ajusta lateralmente en el contenedor 1 en la modalidad representada en la figura 3. En este caso, la bomba de imersión 11 está ubicada en la cámara 15. Esto tiene la ventaja de que la bomba de imersión 11 no tiene que penetrar a través de la pared 9 del contenedor 1.

Por medio de una alimentación (no representada en la figura 2 y figura 3), una cantidad igual de medio de almacenamiento de calor entonces regresa al contenedor 1 de modo que el contenedor 1 contiene una masa constante de medio de almacenamiento de calor.

A fin de llenar la cámara 15 con medio de almacenamiento de calor 3 y por tanto poder tomar el medio de almacenamiento de calor desde el contenedor 1 con la ayuda de la bomba de imersión 11, una abertura 19 a través de la cual el medio de almacenamiento de calor 3 puede fluir fuera del contenedor 1 en la cámara 15 se forma preferiblemente en la región menor de la pared 17 de contenedor, la cual separa a la cámara 15 del contenedor 1. Con la ayuda de la bomba de imersión 11 , el medio de almacenamiento de calor entonces puede ser tomado desde el contenedor 1 y el medio de almacenamiento de calor calentado o enfriado se puede suministrar al contenedor 1 a través de una alimentación (no representada en la figura 3), a fin de mantener la masa del medio de almacenamiento de calor 3 en el contenedor 1 constante. El medio de almacenamiento de calor enfriado o calentado se suministra preferiblemente al contenedor 1 en la región superior.

Debido a la distribución de la bomba de imersión 11 como se representa en las figuras 2 y 3, es posible distribuir la bomba de imersión 11 de modo que no impida la cubierta 5 durante compensación de volumen del medio de almacenamiento de calor 3 en el contenedor 1.

La figura 4 muestra un dispositivo para almacenar calor, teniendo un contenedor de regulador.

Como una alternativa a la modalidad representada en las figuras 1.1 y 1.2, en donde el contenedor 1 está cubierto con una cubierta 5 teniendo regiones flexibles 7 de modo que variaciones de volumen del medio de almacenamiento de calor 3 se pueden compensar por la cubierta 5, como una alternativa también es posible proveer un contenedor de regulador 21.

A fin de compensar por variaciones en volumen, en donde hay un aumento de volumen del medio de almacenamiento de calor parte del medio de almacenamiento de calor se alimenta en el contenedor de regulador 21. En esta manera, es posible mantener un volumen constante de medio de almacenamiento de calor 3 en el contenedor 1. En el contenedor de regulador 21, es posible, por ejemplo, proveer una cubierta flexible como es representado por las figuras 1.1 a 3, a fin de compensar por diferencias de relleno que resultan del cambio de volumen del medio de almacenamiento de calor. Como una alternativa y preferiblemente, no obstante, se puede proveer un gas elevado en el contenedor de regulador 21. Con este fin, la cantidad con la cual el contenedor de regulador 21 se llena disminuye, un gas se alimenta a través de una línea de suministro de gas 23 en el contenedor de regulador 21. El gas que es alimentado en el contenedor de regulador 21 es un gas que es inerte en relación al medio de almacenamiento de calor 3, a fin de prevenir una reacción del gas con el medio de almacenamiento de calor 3. En particular, nitrógeno es adecuado como el gas. Sin embargo, también es posible usar gases nobles, por ejemplo. No obstante, se prefiere el uso de nitrógeno. Los dispositivos para suministrar y descargar las gases pueden ser parte de un circuito de control, que mantiene la presión de gas en el tanque de almacenamiento de regulador y/o el volumen en el contenedor 1 constante.

Si el medio de almacenamiento de calor se alimenta en el contenedor de regulador 21 debido a un aumento de volumen del medio de almacenamiento de calor, y el estado de relleno en el contenedor de regulador 21 por tanto aumenta, se toma gas desde el contenedor de regulador 21 a través de una descarga de gas 25. En este caso, por el otro lado, es posible descargar el gas a los alrededores, como es preferido al usar nitrógeno, o como una alternativa para alimentarlo en un tanque de almacenamiento de gas. En particular en el caso de gases diferentes de nitrógeno, se prefiere reciclaje en un tanque de almacenamiento de gas.

A fin de almacenar calor, se toma el medio de almacenamiento de calor desde el contenedor 1 a través de una línea menor 27, la cual se encuentra en la región del fondo del contenedor 1. A fin de extraer el medio de almacenamiento de calor, se usa una bomba 29. Por medio de la bomba 29, el medio de almacenamiento de calor se alimenta en un intercambiador de calor 31. En el intercambiador de calor 31, el medio de almacenamiento de calor 3 absorbe calor. El medio de almacenamiento de calor 3 calentado en esta manera entonces es alimentado de nuevo en el contenedor 1 a través de una línea superior 33. Entonces se establece un gradiente de temperatura en el contenedor 1, la región superior que contiene medio de almacenamiento de calor caliente 3 y la región menor del contenedor 1 que contiene medio de almacenamiento de calor frío. La línea superior 33 Mega en el contenedor en la región superior del contenedor 1, de preferencia directamente debajo de una cubierta 35 que encierra el contenedor en la parte superior.

A fin de poder tomar calor desde el tanque de almacenamiento de calor una vez más, el medio de almacenamiento de calor 3 es tomado desde el contenedor 1 a través de la línea superior 33 y alimentado en el intercambiador de calor 31. En el intercambiador de calor 31, el medio de almacenamiento de calor entonces libera calor, por ejemplo, a un portador de calor. El medio de almacenamiento de calor 3 así es enfriado. El medio de almacenamiento de calor enfriado entonces es alimentado de nuevo en el contenedor 1 con la ayuda de la bomba 29 a través de la línea menor 27. Como una alternativa a la modalidad descrita aquí, en donde se suministra calor o se extrae calor a través del mismo circuito, también es posible proveer un primer intercambiador de calor por medio del cual el medio de almacenamiento de calor 3 se calienta y un segundo intercambiador de calor, en donde el medio de almacenamiento de calor 3 libera calor una vez más. Con este fin, por ejemplo, entonces se puede usar un segundo circuito.

Ya qe el medio de almacenamiento de calor caliente es suministrado en la región superior del contenedor 1 y el medio de almacenamiento de calor frío es descargado desde la región inferior, se establece estratificación de calor de modo que el dispositivo se forma como un tanque de almacenamiento estratificado.

La figura 5 muestra contenedores para sostener un medio de almacenamiento de calor, como tanques de almacenamiento estratificados en serie.

Como una alternativa a la modalidad representada en la figura 4 con sólo un contenedor, también es posible, por ejemplo, usar un tanque de almacenamiento estratificado en serie. Un tanque de almacenamiento estratificado en serie puede comprender cualquier número deseado de contenedores. En la modalidad representada en la figura 5, el tanque de almacenamiento estratificado en serie 37 comprende tres contenedores. Al usar tanques de almacenamiento estratificados en serie 37, es posible reducir el área en sección transversal. En esta manera, las pérdidas que ocurren dentro del medio de almacenamiento de calor debido a la conducción térmica se pueden reducir más. Por ejemplo, la pérdida de calor usable disminuye con una altura en aumento del contenedor. La altura en aumento del contenedor se puede simular por el tanque de almacenamiento estratificado en serie 37. El uso del tanque de almacenamiento estratificado en serie tiene la ventaja de que los contenedores individuales no tienen que hacerse tan altos, de modo que una presión menor actúa en la pared del contenedor, en particular en las regiones inferiores. El contenedor por tanto se puede producir con menos estabilidad.

A fin de operar un tanque de almacenamiento estratificado en serie, los contenedores individuales 1 se conectan entre sí por medio de lineas 39, 41. Una primera sección de línea 43 respectivamente sale en la región del fondo del contenedor 1 que contiene el medio de almacenamiento de calor más caliente, y una segunda sección de línea 45 sale en la región superior del contenedor 1 que contiene el medio de almacenamiento de calor de alguna manera más frío. En particular, es ventajoso para la temperatura del medio de almacenamiento de calor en la región inferior del contenedor que contiene el medio de almacenamiento de calor más caliente 3 sea aproximadamente la misma del medio de almacenamiento de calor 3 en la región superior del contenedor 1 que contiene el medio de almacenamiento de calor de alguna manera más frío. Al conectar dos o más contenedores 1 en sucesión, la diferencia de temperatura entre la región superior y el fondo del contenedor se hace menos cuando sólo se usa un contenedor.

A fin de poder operar un tanque de almacenamiento estratificado en seri 37, el medio de almacenamiento de calor caliente se suministra en la región superior del contendor más caliente y el medio de almacenamiento de calor frío es extraído en el fondo del contendor más frío, o el medio de almacenamiento de calor frío se suministra en el fondo del contenedor más frío y el medio de almacenamiento de calor caliente extraído en la región superior del contenedor más caliente. Al mismo grado como el medio de almacenamiento de calor se toma de uno de los contenedores del tanque de almacenamiento estratificado en serie 37, el medio de almacenamiento de calor desde un contenedor se bombea a través de las líneas 39, 41 en el contenedor vecino a fin de compensar por cambios en volumen en los contenedores 1.

La figura 6 muestra un contenedor para sostener un medio de almacenamiento de calor, que se configura como un tanque de almacenamiento estratificado. En un contenedor configurado como un tanque de almacenamiento estratificado 47 para sostener un medio de almacenamiento de calor 3 como ya se describió antes, hay medio de almacenamiento de calor caliente 3 en la región superior 49 del contenedor y el medio de almacenamiento de calor más frío en la región inferior 51. Se forman límites de temperatura 53 en el tanque de almacenamiento estratificado 47, que migran hacia abajo cuando el medio de almacenamiento de calor caliente es extraído y se suministra medio de almacenamiento de calor frío. A fin de prevenir que ocurra convección cuando se suministra medio de almacenamiento de calor en el contenedor 1, se usan colectores/distribuidores 55 adecuados. Cuando se extrae medio de almacenamiento de calor caliente, el colector/distribuidor superior 55 actúa como un colector para extraer medio de almacenamiento de calor y el colector/distribuidor menor 55 como un distribuidor, a través del cual se suministra medio de almacenamiento de calor en el contenedor 1. De manera correspondiente, al extraer medio de almacenamiento de calor frío, el colector/distribuidor menor 55 se usa como un colector y el colector/distribuidor superior 55 como un distribuidor. Los colectores/distribuidores 55 se conectan respectivamente a una línea 57, la cual conduce, por ejemplo, a un intercambiador de calor.

Una forma adecuada para un colector/distribuidor es representada en la figura 7. En la modalidad representada aquí, el colector/distribuidor 55 comprende tres anillos concéntricos 59, que se conectan respectivamente a la línea 57 en una posición. Aparte de la configuración con tres anillos concéntricos 59 como se repreesnta en la figura 7, más de 3 o menos de 3 anillos también se pueden proveer. Cualquier otra configuración deseada, que permite suministro uniforme y extracción del medio de almacenamiento de calor, también es posible.

A fin de poder suministrar y extraer el medio de almacenamiento de calor de manera uniforme, se forman aberturas 61 en cada uno de los anillos concéntricos 59. A través de las aberturas 61, el medio de almacenamiento de calor puede ser tomado desde el contenedor 1 o suministrado al contenedor 1.

Aparte de la modalidad con sólo un contenedor de regulador como se representa en la figura 4, como una alternativa también es posible proveer más de un contenedor de regulador, por ejemplo, dos contenedores de regulador. Esto es representado por medio de ejemplo en la figura 8. Aparte de la modalidad con dos contenedores de regulador como se representa en la figura 8, más de dos contenedores de regulador también se pueden conectar en serie. La ventaja de por lo menos dos contenedores de regulador es que no puede ocurrir convección de medio de almacenamiento de calor caliente en el límite de fase fría cuando el medio de almacenamiento de calor caliente está siendo suministrado en un primer contenedor de regulador 63, que prevendría la formación de un límite de fase fría. A fin de prevenir convección perjudicial, es ventajoso para el medio de almacenamiento de calor ser suministrado en la región superior del primer contenedor de regulador 63, como es representado en la figura 8. Dentro del primer contenedor de regulador 63, la temperatura disminuye hacia el fondo 65. El medio de almacenamiento de calor frío desde el fondo 65 del primer contenedor de regulador 63 entonces es alimentado en un segundo contenedor de regulador 67. En el segundo contenedor de regulador 67, se forma un límite de fase fría 69. La formación del límite de fase fría 69 se puede asistir al usar un ¡ntercambiador de calor 71 en el segundo contenedor de regulador 67. Al usar el intercambiador de calor 71, es posible mantener la temperatura baja en el segundo contenedor de regulador 57 y por tanto mantener la presión de vapor en el contenedor de regulador 67 tan baja como sea posible.

Como una alternativa, además es posible como se representa en la figura 9 para proveer sólo un contenedor, que se separa en regiones individuales por elementos fijos 73. Por los elementos fijos 73, que se configuran preferiblemente como paredes verticales dentro del contenedor, el contenedor se divide en regiones individuales con temperaturas diferentes. En este caso, es particularmente ventajoso para una región en esencia isotérmica 77 a formarse respectivamente entre dos regiones 77 con estratificación de temperatura. La región isotérmica 77 se provee respectivamente en las inmediaciones del fondo con una abertura 79 a la región más caliente 75 con estratificación de temperatura y una abertura superior 81 a la región más fría 75 con estratificación de temperatura. La región más fría 75 con estratificación de temperatura se conecta vía una abertura 79 a una zona fría 83, en donde se ubica el limite de fase 69. Como en la modalidad representada en la figura 8, la zona fría 83 en el segundo contenedor de regulador 67 puede contener un ínter cambiador de calor 71 a fin de mantener el límite de fase 69 a una temperatura esencialmente constante. Las paredes 73 también se pueden configurar como aislantes.

A fin de poder extraer gas posiblemente contenido en el medio de almacenamiento de calor, las regiones individuales 75 se proveen respectivamente con las rejillas de ventilación 85.

El primer contenedor de regulador 63 de la modalidad representada en la figura 8 también tiene preferiblemente una rejilla de ventilación 85 correspondiente.

Un contenedor para sostener un medio de almacenamiento de calor, teniendo contenedores de regulador, en una segunda modalidad es representada en la figura 10.

En contraste con la modalidad representada en la figura 4, en la modalidad representada en la figura 10, el contenedor de regulador 21 se posiciona de modo que el límite de fase 69 en el contenedor de regulador está a un nivel hidrostático similar al límite de fase 87 del medio de almacenamiento de calor 3 en el contenedor 1. A fin de poder compensar por posibles variaciones de volumen en el contenedor 1, el medio de almacenamiento de calor 3 está preferiblemente cubierto con una cubierta 89. La cubierta 89 se conecta herméticamente a gas al contenedor 1. Las flechas en la figura 10 simbolizan movimientos pequeños dentro de los límites elásticos de la cubierta 89, que se registran e invierten por medio de regulación de volumen al alimentar medio de almacenamiento de calor en el contenedor de regulador 21 o del contenedor de regulador 21 en el contenedor 1. Con este fin, cuando se registra un aumento de la cubierta 89, se alimenta medio de almacenamiento de calor desde el contenedor 1 en el contenedor de regulador 21 y, cuando se baja la cubierta 89, se alimenta medio de almacenamiento de calor desde el contenedor de regulador 21 en el contenedor 1. De esta manera, un volumen esencialmente Constante se logra en el contenedor 1.

La ventaja de posicionar el contenedor de regulador 21 de modo que el límite de fase 69 está a un nivel hidrostático similar al límite de fase 87 del medio de almacenamiento de calor 3 en el contenedor 1 es que, incluso durante un apagón del suministro y bombas de descarga, sólo fuerzas hidrostáticas menores actúan sobre tanques de almacenamiento. Además, sólo se necesita un gasto mínimo de energía para operar para propósitos de compensación de volumen.

Además, es ventajoso si, como se representa en la figura 10, el contenedor de regulador 21 tiene un área en sección transversal grande. Como un resultado de un área en sección transversal grande, cambios de volumen inevitables de la fase líquida del medio de almacenamiento de calor debido a un cambio de temperatura causan sólo cambios pequeños en el nivel hidrostático de la superficie líquida 69 en el tanque de almacenamiento de regulador 21. Como un resultado de esto, las fuerzas hidrostáticas consecuentes permancen chicas.

Lista de Referencias I contenedor 3 medio de almacenamiento de calor 5 cubierta 7 regiones flexibles 9 pared del contenedor 1 II bomba de imersión 13 región de entrada 15 cámara 17 pared 19 abertura 21 contenedor de regulador 23 línea de suministro de gas 25 descarga de gas 27 línea menor 29 bomba 31 intercambiador de calor 33 línea superior 35 cubierta 37 tanque de almacenamiento estratificado en serie 39 línea 41 línea 43 primera sección de línea 45 segunda sección de línea 47 tanque de almacenamiento estratificado 49 región superior 51 región inferior 53 límite de temperatura 55 colector/distribuidor 57 línea 59 anillo 61 abertura 63 primer contenedor de regulador 65 fondo 67 segundo contenedor de regulador 69 límite de fase fría 71 intercambiador de calor 73 elementos fijos 75 región con estratificación de temperatura 77 región isotérmica 79 abertura 81 abertura superior 83 zona fría 85 rejilla de ventilación 87 límite de fase 89 cubierta

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. - Un dispositivo para almacenar calor en una estación de energía solar, que comprende un medio de almacenamiento de calor que absorbe calor a fin de almacenar calor y libera calor a fin de usar el calor almacenado, y un contenedor para sostener el medio de almacenamiento de calor, el contenedor estando cerrado por una cubierta hermética a gas, en donde el dispositivo comprende medio de compensación de volumen a fin de compensar por un aumento de volumen del medio de almacenamiento de calor (3) debido a un aumento de temperatura y una disminución de voluen debido a una reducción de temperatura.

2. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, en donde el medio de compensación de volumen comprende una cubierta flexible (5) del contenedor (1).

3. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 2, en donde la cubierta flexible (5) comprende regiones flexibles (7), que se elevan cuando hay un aumento de volumen del medio de almacenamiento de calor (3) y que se bajan cuando hay una reducción de volumen del medio de almacenamiento de calor (3).

4. - El dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el medio de compensación de volumen comprende un contenedor de regulador (21; 63, 67), en donde una parte del medio de almacenamiento de calor (3) puede fluir cuando hay un aumento de volumen del medio de almacenamiento de calor (3).

5. - El dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el dispositivo de almacenamiento de calor se forma como un tanque de almacenamiento estratificado (47).

6. - El dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el medio de almacenamiento de calor (3) contiene azufre.

7. - Un método para almacenar calor en una estación de energía solar, en donde el calor se transfiere a un medio de almacenamiento de calor a fin de almacenar calor o se descarga calor desde el medio de almacenamiento de calor al portador de calor a fin de usar el calor, el medio de almacenamiento de calor siendo mantenido en un contenedor que está cerrado por una cubierta hermética a gas, en donde una expansión de volumen del medio de almacenamiento de calor (3) se compensa por un aumento de volumen del contenedor (1) o por medio de almacenamiento de calor (3) fluyendo fuera del contenedor (1) en un contenedor de regulador (21; 63, 65), y una disminución de volumen del medio de almacenamiento de calor (3) se compensa por una disminución de volumen del contenedor (1) o por medio de almacenamiento de calor (3) fluyendo fuera del contenedor de regulador (21; 63, 65) en el contenedor (1).

8. - El método de conformidad con la reivindicación 7, en donde un aumento de volumen del contenedor (1) se logra por regiones flexibles (7) de una cubierta flexible (5) que se expande.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 7 u 8, en donde el medio de almacenamiento de calor caliente (3) se entrega al contenedor (1) en la región superior y el medio de almacenamiento de calor frío (3) es tomado desde ahí en la región inferior.

10.- El método de conformidad con una de las reivindicaciones 7 a 9, en donde el calor desde una estación de energía solar se entrega al medio de almacenamiento de calor (3).

11.- El método de conformidad con la reivindicación 10, en donde la estación de energía solar es una estación de energía solar de colector parabólico. RESUMEN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un dispositivo para almacenar calor, que comprende un medio de almacenamiento de calor que absorbe calor a fin de almacenar calor y libera calor a fin de usar el calo-r almacenado, y un contenedor para sostener el medio de almacenamiento de calor, el contenedor estando cerrado por una cubierta hermética a gas, y el dispositivo que comprende medio de compensación de volumen a fin de compensar por un aumento de volumen del medio de almacenamiento de calor (3) debido a un aumento de temperatura y una disminución de volumen debido a una reducción de temperatura. La invención se refiere además a un método para almacenar calor, en donde se transfiere calor a un medio de almacenamiento de calor a fin de almacenar calor o descargar calor desde el medio de almacenamiento de calor al portador de calor a fin de usar el calor, el medio dé almacenamiento de calor siendo sostenido en un contenedor que se cierra por una cubierta hermética a gas, en donde una expansión de volumen del medio de almacenamiento de calor (3) se compensa por un aumento de volumen del contenedor (1) o por medio de almacenamiento de calor (3) fluyendo fuera del contenedor (1) en un contendor de regulador (21; 63, 65), y una disminución de volumen del medio de almacenamiento de calor (3) se compensa por una disminución de volumen del contenedor (1) o por medio de almacenamiento de calor (3) fluyendo fuera del contenedor de regulador (21; 63, 65) en el contenedor ( 1 ).