BR112012027957A2 - dispositivo e método para armazenar calor em uma estação de energia solar. - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO E MÉTODO PARA ARMAZENAR CALOR EM UMA ESTAÇÃO DE ENERGIA SOLAR. A invenção se refere a um dispositivo para armazenar calor, compreendendo um meio de armazenagem de calor que, para armazenar calor, absorve calor e, para utilizar o calor armazenado, desprende calor, e a um tanque para receber o meio de armazenagem de calor, em que o tanque é fechado por uma cobertura estanque a gás, e meios para equalização de volume são compreendidos, a fim de equalizar um aumento de volume do meio de armazenagem de calor (3) como um resultado de um aumento de temperatura e uma diminuição de volume como resultado de uma diminuição de temperatura. A invenção também se refere a um método para armazenar calor, em que, para armazenar calor, o calor é transferido para um meio de armazenagem de calor ou, para usar calor, o calor é removido do meio de armazenagem de calor e passado para o meio de transferência de calor, em que o meio de armazenagem de calor (3) é equalizado por um aumento no volume do tanque (1) ou pelo meio de armazenagem de calor (3) escoando para fora do tanque (1), para dentro de um tanque intermediário (21; 63, 65) e uma diminuição no volume do meio de armazenagem de calor (3) é equalizada por uma redução do volume do tanque (1) ou pelo meio de armazenagem de calor (3) escoando para fora do tanque intermediário (11; 63, 65) para dentro do tanque (1).

Claims (10)

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo para arrnazenar calor em uma estação de energia solar, caracterizado pelo fato de compreender uin meio de armazenagem de calor que absorve calor a fim de armazenar calor e liberar calor a fm de r 5 empregar o c.alor arinazenado, e um recipiente para conter o meio de " annazenagem de calor, o recipiente sendo fechado por uma cobertura estanque a gás, em que o dispositivo compreende meio de compensação de volume a fiin de compensar um aumento de volume do meio de armazenagem de calor (3) devido a uma elevação de temperatura e urna diminuição de lO volume devida a uma redução de teniperatura.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o meio de compensação de volume compreender uma cobertura flexível (5) do recipiente (1)·

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado 15 pelo fato de a cobertura flexível (5) compreender regiões flexíveis (7), que são elevadas quando há uni aumento de volume do ineio de annazenagem de calor (3) e que são abaixadas quando há uma diminuição de volume do meio de armazenagem de calor (3).

4. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 1 a 3, caracterizado pelo fato de o meio de compensação de volume compreender um recipiente de armaze.nagem temporária (21; 63, 67) para dentro do qual uma parte do meio de armazenagem de calor (3) pode escoar quando houver um aumento de volume do meio de armazenagem de calor (3)-

5. Dispositivo de acordo coin qualquer uma das reivindicações 25 1 a 4, caracterizado pelo fato de o dispositivo de armazenagem de calor ser forinado como um tanque de amiazenagem estratificado (47).

6. Dispositivo de acordo com qualquer uina das reivindicações L a 5, caracterizado pelo fato de o meio de aimazenagem de calor (3) conter enxohe.

7. Método para armazenar calor em uina estação de energia solar, caracterizado pelo fato de o cajor ser transferido para um meio de armazenagem de calor, a fim de armazenar calor, ou o calor ser descalTegado do meio de amazenagem de calor para o portador de calor, a fim de utilizar o

W 5 calor, o meio de amazenagem de calor sendo mantido em um recipiente que é 6 fec'hado por unia cobertura estanque a gás, em que uma expansão de volume do meio de annazenagem de calor (3) é compensada por uní aumento de voIume do recipiente (1) ou pelo meio de armazenagem de calor (3) escoando para fora do recipiente (I) para dentro de um recipiente de armazenagem 10 temporária (21; 63, 65) e uma diminuição de volume do meio de armazenagem de calor (3) ser compensada por uma diniinuição de volume do recipiente (1) ou pelo meio de armazenagem de calor (3) escoando para fora do recipiente de armazenagem temporária (21, 63, 65) para dentro do recipiente (1).

15

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de um aumento de volume do recipiente (1) ser conseguido pelas regiões flexíveis (7) de uma cobertura flexível (5) se expandindo.

9. Método de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de o meio de armazenagem de calor quente (3) ser suprido para o 20 recipiente (L) na região superior e meio de annazenagem de calor a fÍio (3) ser tirado dele na região inferior.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de calor de uma estação de energia solar ser suprido para o meio de amazenagem de calor (3).

25 11. Método de acordo com a reivindicação lO, caracterizado pelo fato de a estação de energia solar ser uma estação de energia solar de calha parabólica.

l

"DJSPOSITIVO E MÉTODO PARA ARMAZENAR CALOR EM UMA ESTAÇÃO DE ENERGIA SOLAR"

Descrição A invenção é baseada em um dispositivo para armazenar calor, 5 compreendendo um meio de armazenageni de calor que absorve calor a fhn " de armazenar calor e liberar calor a nln de utilizar o calor aímazenado, e um recipiente para conter o meio de annazenagem de calor, o recipiente sendo fechado por uma cobertura estanque a gás.

A invenção é além disso baseada em um método para armazenar calor, em que, em um trocador de calor, o 10 calor é transferido de um portador de calor para uin meio de armazenagem de calor ou, no trocador de calor, calor é descarregado do meio de annazenagem de calor para o portador de calor, o meio de amiazenagem de c.alor sendo mantido em uni recipiente que é fechado por uma cobertura estanque a gás.

Dispositivos e métodos para armazenar calor são usados, por 15 exemplo, em estações de energia soIar.

Utilizando-se o dispositivo ou método para armazenar calor, as estações de energia solar podem ser operadas ininterruptas mesmo ein períodos sem sol, por exemplo, a noite.

A fim de permitir operação ininterrupta, as grandes estações de energia solar requerem tanques de armazenagem de calor muito grandes.

Por exemplo, é conhecido 20 que nas estações de energia solar de calha parabólica atuahnente Iargamente operadas coin uina energia elétrica de 50 MW, lanques de armazenagem de sal são usados que contêm até 28.000 t de sal como um meio de armazenagem de calor.

O sal é armazenado em dois tanques duplamente arranjados.

Sob o efeito da luz do sol, o ineio portador de calor aquecido no campo solar é 25 acionado do tanque frio para o tanque quente.

Quando descarregando, o meio de armazenagem de calor é retirado do tanque quente e esNiado na estação de energia enquanto gerando energia elétrica.

O meio de annazenagem de calor esfiiado é i"etorMo para o tanque fi"io.

A fim de ser capaz & operar as estações de energia solar com uma energia mais elevada ou durante um mais longo período de tempo sem interrupção, tanques de armazenagem de calor muito maiores são requeridos, em comparação com os dispositivos atualmente conhecidos para armazenar calor. Neste caso, por um lado, é possível utilizar um grande número de + 5 tanques de armazenagem menores, embora isto acarrete a oecessidade de uma grande área, ou a utilizaç.ão de grandes tanques de annazenagem.

A fim de evitar que uma pressão negativa seja formada no recipiente, devido a grandes energias não confiáveis atuarem no casco do recipiente, o volume não ocupado dentro dos recipientes é enchido com um 10 gás. No caso de meios de armazenagem de calor oxidáveis, é também necessário evitar oxidação. Para este fiin, por exemplo, nitrogênio é usado como um gás para ocupar o volume não enchido como meio de annazenagem de calor. No caso de meios de amiazenagem de calor que não possam ser oxidados, ar pode também ser usado para isto.

15 No evento de variações de temperatura 11o sistema de armazenagem, o volume é ocupado pela mudança do meio de armazenagem de calor devida às expansões térmicas do meio de annazenagem de calor. O volume do conteúdo gasoso do tanq ue muda para uma extensão particularmente pronunciada neste caso. A prevalência das altas pressões 20 devidas ao projeto do recipiente necessita grande desembolso. Por esta razão, cargas de pressão adicionais no casco do recipiente devem ser evitadas. Para este fim, grandes recipientes são preferivelmente operados em pressão ambiente. Atuahnente, a mudança de volume devida à expansão térmica do meio de amazenagem de calor é assegurada descarregando gás às cercanias 25 quando há um aumento de volunie. O gás então necessita ser ressuprido quando há uma redução da temperatura do meio de armazenagem de calor.

Isto requer a obtenção de gás a fim de ser capaz de compensar as correspondentes variações. Quando se empregando um meio de armazenagem de calor com uma alta pressão de vapor, é necessário proverem particularmente grandes quantidades de troca de calor causadas por evaporaçâo na fase de armazenagem de calor e por condensação na fase de amiazenagem a hio.

No caso de meios de armazenagem de calor sensíveis a + 5 oxidação, por exemplo, Óleo, o gás realiza uma fúnção de inércia. Mesmo em - pequenas concentrações, o oxigênio pode resultar eníi processos de oxidação do meio de arniazenagem de calor, em cujo caso produtos prejudiciais, por exemplo, insolúveis podem ser fonnados. Depósitos indesejados podem ocorrer como resultado disto. A capacidade de armazenagem do meio de 10 mnazenagem de calor é além disso afetada pela fonnação de produtos insolúveis, Atualmente, a separaçào de componentes de elevada ebulição por destilação pode ser realizada a fim de remover tais depósitos indesejados. Como urna altemativa, u.ni meio de armazenagem de calor, em que depósitos se fòrmaram, é substituído. No caso de um meio de amazenagem de calor .15 combustível, uma concentração suhcientemente grande de oxigênio, junto com uma significativa pressão de vapor, pode também resultar em um risco de explosão. No caso de substâncias não sensíveis a oxidação como o meio de armazenagem de calor, por exeinplo quando usando niassas em fúsão de nitrato, o dispositivo pode, por exemplo, também ser operado coin ar como 20 um gás, para compensar as variações de volume. Em particular, quando um gás aéreo com um gás inerte é necessário, elevados custos operacionais estão envolvidos. Nitrogênio líquido é atualniente usado para compensação de voIume em estações de energia solar, que é evaporado e suprido para o meio de armazenagem de calor. 25 Empregando-se grandes tanques de armazenagem de gás isobáricos com um volume variável, que são tambéin referidos como gasômetros, é possível construir-se um sisterna intermediário de gás. Devido ao voIume variável, o gás em excesso pode ser coletado durante o aquecimento e liberado durante eshiamento. O uso de tais gasômetros, entretanto, é problemático quando se usando meios de annazenagem de calor tendo unia significativa pressão de vapor, uma vez que o ineio de armazenagem de calor eondensa dentro do gasômetro. A fim de evitar condensação, é necessário terem eshiadores que eficazmente condensem o meio de armazenagem de calor que evaporou no 5 gás e reciclá-lo. Estes dispositivos, entrelanto, são muito elaborados para constmção e operação. Aléin disso, tanques de ta:mpa flutuante são também conhecidos, As tampas flutuantes, entretanto, geralmente não são produzidas totalmente impenneáveis a gás e, por exemplo, têm selagens de parede com a parede do recipiente. Uma melhoria da estanqueidade a gás é conseguida, por exemplo, pelo uso de um segundo sistema de selagein. Para uso com as elevadas temperaturas de um tanque de armazenagem de ealor, entretanto, esta solução não é suficiente. Oxigênio pode alcançar o material que é sensível a oxidação em elevadas temperaturas de armazenagem e sólidos indesejados, ou talnbén] gases inertes indesejados, tais como monóxido de carbono ou dióxido de carbono, no caso de meios de armazenagem de calor contendo carbono, podem ser forinados por oxidação- Quando se utilizando meios de amazenagem de calor contendo enxofi:e, dióxido de enxohe e trióxido de enxohe podem ser formados, que podem danificar as paredes do recipiente por corrosão. É um objetivo da presente invenção prover um dispositivo para amazenar calor, que não tenha as desvantagens conhecidas da técnica anterior e possa ser operado confiavehnente mesmo em temperaturas elevadas.

o objetivo é alcançado por um dispositivo para armazenar calor, compreendendo um meio de armazenagein de calor que absorva calor a fim de armazenar calor e libere calor a fm de utilizar o calor armazenado, e uin recipiente para conter o meio de armazenagem de calor, o recipiente sendo fechado por uma cobertura impermeável a gás, e cujo dispositivo compreende meios de compensação de voIume a fm de compensar um auniento de volume do meio de armazenagem de calor devido a uma elevação de temperatura e uma diminuição de volume do meio de armazenagem de calor devido a uma redução de temperatura.

5 o objetivo é além disso alcançado por uin método para arrnazenar calor, em que calor é transferido para um meio de armazenagem de calor a fim de armazenar calor ou calor é descarregado do meio de armazenagem de calor para o portador de calor a fim de usar o calor, o meiô de armazenagem de calor sendo contido em um recipiente que é fechado por uma cobertura impermeável a gás, em que uma expansão de volume do meio de annazenagem de calor é compensada por urn aumento de volume do recipienle ou pelo meio de armazenagem de calor escoando para fora do recipiente para dentro de um recipiente de armazenagem temporária, e uma diminuição de volume do meio de annazenagem de ealor é compensada por unia diminuição de volume do recipiente ou por meio de armazenagem de calor escoando para fora do recipiente de armazenagem temporária para dentro do recipiente.

O dispositivo acordo c.om a invenção é adequado em particular quando substâncias sensíveis a oxidação e/ou de baixa ebulição são usadas como meio de arinazenagem de calor.

A cobertura impemeável a gás do recipiente evita que oxigênio do Iado extemo seja capaz de alcançar o meio de armazenagem de calor. Ela também evita que gás, que é contido no sistema, seja capaz de escapar. Devido ao uso do ineio de compensação de volume, além disso, é particularmente vantajoso que o recipiente não tenha que conter qualquer gás com que as variações de voluine possam ser compensadas. As variações de voIunie do meio de armazenagem de calor são eompensadas somente fazendo-se o recipiente maior ou menor ou, altemativamente, pelo meio de armazenagem de calor escoando para dentro de um recipiente de armazenagem temporária.

Em uma primeira concretização, o meio de compensação de volume compreende uma cobertura flexivel do recipiente.

A cobertura flexível do recipiente pode, por exemplo, ser produzida por unia tampa de - 5 recipiente adequada, que é elevada quando há uma expansão de volume do meio de armazenagem de calor e é abaixada novamente quando há uma diminuição de volume do meio de armazenagem de calor, sem a selagem na borda da cobertura sendo rompida.

Em panicular, é possível a cobertura flexível compreender regiões flexíveis, que se expandem quando há um 10 aumento de volume do meio de aimazenagem de calor e que se contraem quando há uma diminuição de volume do meio de arinazenagem de calor.

As regiões flexíveis da tampa podem se estender sobre a inteira cobertura ou, altemativamente, somente ocupar partes da cobertura.

Se as regiões flexíveis somente coinpreenderem partes da cobertura, então é possível, por exemplo, 15 que partes da eobertura sejam configuradas na forma de um compensador que pode se expandir quando há um aumento de volume.

Tal compensador tem, por exemplo. a forma de um fole.

Como uma altemativa, é também possível elevar e abaixar a cobertura do recipiente, de acordo com o volume do meio de amíazenagem de calor a ser conseguido pelo uso das regiões connguradas

20 como um compensador.

Através do uso de regiões flexíveis na cobertura do recipiente, é possíveí conectar a cobertura íinnemente ao recipiente, em particular impermeável a gás ao recipiente.

A conexão pode, por exemplo, ser realizada por soldagem.

A fim de evitar a ocorrência de um grande aumento de volume

25 devido a gás acima do meio de annazenagein de calor, um separador de gás é provido em uma foma de realização vantajosa.

Substâncias e/ou gase.s inertes de baixo ponto de ebulição podem ser removidos do recipiente por este separador de gás.

Qualquer separador de gás desejado conhecido da pessoa hábil na técnica pode ser usado para isto.

Em uma forma de realização altemativa, o meio de compensação de volume compreende um recipiente de armazenagem temporária, dentro do qual uma parte do meio de armazenagem de calor pode escoar quando há um aumento de volume do meio de armazenagem de calor. r

5 Quando há uma diminuição de volume do meio de annazenagem de calor, o tneio de armazenagem de calor então correspondentemente escoa para fora do recipiente de annazenagein temporária e de volta para dentro do recipiente.

A fm de ser capaz de operar o recipiente de armazenagem temporária isobaricamente, é possível prover o retardo interfüros com uma cobertura 10 flexível, como descrito acima para o recipiente.

Como uma alternativa, é também possível operar o recipiente de armazenagem temporária com um gás aéreo, em cujo caso o gás é tirado do rec.ipiente de annazenagem temporária quando o recipiente de armazenagen] temporária está sendo enchido com meio de amazenagem de calor e gás escoa para dentro do reeipiente de 15 armazenagem temporária novamente quando o meio de armazenagem de calor está sendo tirado do recipiente de armazenagem teniporária.

Para este fim, por exemplo, é possível prover um tanque de armazenagem de gás separado, que recebe o gás escoando para fora e do qual o gás pode escoar de volta para o recipiente de arinazenagem temporária novamente.

Como uma 20 altemativa, como nos sistemas atuahnente conhecidos, é também possível deixar o gás escoar para fora do recipiente de armazenagem temporária quando há um aumento de volume do meio de armazenagem de calor e para alinientar gás de volta para o recipiente de armazenagem temporária novamente de um dispositivo de armazenagem de gás.

Uma vantagem em 25 coniparação com a coinpensação de volume com um gás aéreo no recipimte é que o volume do recipiente de annazenagem temporária pode ser niantido muito menor e uma quantidade inuito menor de gás é portanto requerida.

Outra vantagem é que somente a expansão térmica do meio de armazenagem de calor necessita ser amortecida.

A mudança de volume a ser amortecida,

que predomina nos sistemas da técnica anterior, devido à expansão térmica do espaço e condensação do gás no caso de meios de armazenagem de calor tendo uma significativa pressão de vapor, não é necessária. Se um recipiente de armazenagem temporária for usado, a 5 quando houver um aumento de volume do meio de armazenagem de calor, o - rneio de armazenagem de calor é preferivelmente bombeado para fora do recipiente na região do fúndo do recipiente e transferido para o recipiente de armazenagem temporária. Correspondentemente, quando houver uma diminuição de volume do meio de armazenagem de calor dentro do recipiente, 10 o meio de arníazenagem de calor do recipiente de armazenagem temporária é retomado de volta para o recipiente através da mesina linha.

O uso do recipiente de amazenagem temporária toma possível operar o recipiente usado para armazenage1D com um voIume constante de meio de armazenageín de calor. A fim de ser capaz de descarregar o meio de 15 armazenageni de calor em excesso do recipiente quando houver um aumento de volume, ou transferir a quantidade requerida de meio de armazenagem de calor para dentro do recipiente quando houver uma diminuição de volume, respectivaniente, uma. regulação de volume adequada é vantajosa. O meio de regulação de voluine pode, por exemplo, ser realizado por meio de detecção 20 de posição de uma placa de amiazenagein cobrindo o ineio de armazenagem de calor gasoso. Logo que a placa de armazenagem for abaixada, o meio de armazenagem de calor do recipiente de armazenagem temporária é suprido para o recipiente e líquido é descarregado do recipiente para dentro do recipiente de armaze.nagem teinporária quando a placa de armazenagem é 25 elevada. O suprimento do meio de armazena.gem de calor do recipiente de arm.azenagem temporária para dentro do recipiente e sua descarga do recipiente dentro do recipiente de arrnazenagem temporária podem ser realizadas, por exemplo, por um sistema de bonibeio com uma direção de bombeio trocável. O sistema de bombeio é neste caso preferivelmente controlado pela regulação do voIume. A mudança de posição da placa de armazenagem pode, por exemplo, ser registrada com o auxílio de sensores adequados. Sensores que podem ser usados para isto são, por exemplo, sensores de posição e sensores 5 de força, que são usados na tecnologia de pesagem. Por exemplo, elementos de pesagem padrão podem ser usados, opcionalmente uma pluralidade em conexão paralela com uma medição de força por meio de medidores de defonnação.

A firn de ser capaz de suprir cajor para o meio de amazenagem de calor sendo usado, ou pegar calor do meio de aimazenagem de calor, em uma primeira fomia de realização é suprido do recipiente para dentro de um trocador de ealor adequado, em que o meio de annazenagem de calor absorve calor de um portador de calor ou libera calor para q portador de calor. Eni uma fonna de realização alte.niativa, o nieio de annazenagem de calor é usado diretamente como um portador de calor. Neste caso, por exemplo em uma estação de energia solar, o meio de armazenagem de calor é aquecido em um campo solar a fm de armazenar calor e suprido para dentro do recipiente. A fiín de utilizar calor, o nieio de armazenagem de calor pode então, por exemplo, ser usado em um trocador de calor a fim de gerar vapor superaquecido para operar turbinas, que acionam geradores para geração de eletricidade. A fim de extrair o meio de armazenagem de calor, bombas de iinersão são c.onvencionalmente usadas, que se projetam para de-ntro do meio de arrnazenagem de calor. Em sistemas corihecidos, a bomba de imersão é disposta centralmente no meio do recipiente. Particularmente quando empregando um recipiente tendo uma cobertura flexível, entretanto, uni tal arranjo requer uma região flexível adicional, que inclui a bomba de imersão.

A fm de evitar isto, em uma forma de realização preferida, é por exemplo possível fazer a bomba de imersão projetar late.ralmente dentro do recipiente.

A bomba de imersão, portanto, não penetra através de quaisquer pmes móveis do recipiente.

Além da pro.jeção lateral dentro do recipiente, como uma altemativa é também possível prover uma câmara que é conectada no recipiente e em que a bomba de imersão é disposta.

A câmara é neste caso vantajosamente separada do recipiente somente por uma parede, de modo que .. 5 o recipiente e a câmara são formados inteiriçamente.

Isto tem a vantagem de que não é necessário que dois componentes separados sejam isolados; de preferência, isolamento comum é suficiente para o recipiente e a cârnara.

Por meio de uma alimentação adequada, por exemplo, uma abertura na parede, o meio de armazenagem de calor pode escoar para dentro da câmara e ser lO extraído da câmara com o auxílio da bomba de imersão.

A abertura neste caso vantajosamente se situa ría região mais baixa.

Quando se usando um recipiente de armazenagem temporária é igualníente possível aliinentar a bomba de imersão Iateralmente dentro do recipie.nte, ou prover uma câmara em que a bomba de imersão é disposta.

É,

15 entretanto, preferido que a bomba de imersão seja disposta centrahnente dentro do recipiente quando um recipiente de armazenagem temporária é usado, como é conhecido pela técnica anterior.

Em uma foíma de realização particulannente prefeíida, o tanque dispositivo de armazenagein de calor é fomado como um tanque de 20 annazenagem estratificado, também referido como um dispositivo de aimazenagem tennóclino.

Configumndo-se o dispositivo de armazenagem como um tanque de annazenagem estratiíicado, é possível obviar o segundo tanque de armazenagem vazio conhecido da técnica anterior.

Não é necessáiio respectivamente bombear o material de armazenagem de calor do tanque de 25 armazenagem quente para dentro de um tanque de armazenagem a fiio ou do tanque de armazenagem a fiio pra dentro de um tanque de nagem quente.

Em um tanque de annazenagem estratificado, um gradiente de temperatura ocorre no meio de armazenagem de calor.

Uma vez que o meio de amazenagem de calor é usualmente mais leve do que o meio de armazenagem de calor quando Hio, há meio de armazenagem de calor quente na região superior do tanque de aimazenagem e meio de armazenagem de calor a fi'io na região mais baixa.

Devido a este efeito, um gradiente de temperatura é estabilizado dentro do recipiente.

O último é quente na região . 5 superior e Rio na região inferior.

Quando carregando com o meio de

- annazenagem de calor, o meio de armazenagem de ealor quente é suprido para dentro do tancjue de amwenagein estratificado na região superior.

Em quantidades iguais, o inaterial hio é descarregado na base do tanque de armaz.enagem estratificado.

Correspondentemente, quando descarregando o

10 tanque de armazenagein de calor, isto é, a fim de utilizar o calor armazenado no tanque de armazenagem de calor, meio de armazenagem de calor quente é tirado da região superior do tanque de amiazenagem de calor e meio de armaz.enagem de calor a frio é suprido para a base.

É particularmente vantajoso empregar tanques de armazenageni

15 estratificados quando uúlizando meios de armazenagem de calor tendo uma baixa condutividade térmica.

No caso de meios de an:nazenagem de calor tendo uina alta condutividade térmic% condução ténnica não convectiva ocorre no tanque de armazenagem estratificado das regiões quentes para dentro das regiões Mas, e equilíbrio de temperatura ocorre.

Este efeito não é tão pronunciado no caso de

20 materiais que conduzein c.alor pobremente, de modo que uma diferença de temperatura é mantida no dispositivo de armazenagein de calor mesmo durmte um prolongado período de tempo.

Se a seção transversal do dispositivo de arrnazenagem de calor configurado como um tanque de arniazenagem estratificado for mantida

25 pequena, então a quantidade utilizável de calor que é armazenado no dispositivo pode ser mantida elevada e a eficiência pode, portanto, Ser melhorada.

Além de uma pequena seção transversal, uma grande altura do recipiente é vantajQsa neste caso.

A altura do recipiente, entretanto, é limitada pela pressão hidróstáticà do meio de armazenagem de ealor, pela qual a parede do recipiente é catregada. Um volume correspondentemente grande para o meio de armazenageni de calor pode ser conseguido, por exemplo, conectando uma pluralidade de dispositivos de armazenagem de calor configurados como tanques de amazenagem estratifícada em série. Neste 5 c.aso, é particularmente vantajoso, para cada uni dos recipientes, conter o meio de amazenagem de calor, que são conectados em série, serem equipados com um meio de compensação de volume. Se um recipiente de armazenagem temporária for usado como um meio de compensação de volume, entretanto, é tambéin possível para todos os recipientes para conter o meio de arniazenagem de calor, que são conectados em série, serem conectados ao recipiente de armazenagem teniporária. O dispositivo de annazenagein de calor de acordo com a invenção e o método de annazenagem de calor foreni adequados em particular para a operação das estações de energia solar. Neste caso, o calor gerado na estação de energia solar é suprido ao meio de annazena,gem de calor. Quando empregando um meio de annazenagem de calor líquido, é possível para o meio de amiazenagem de calor ser usado simultaneamente como um portador de calor, Como uma altemativa, é também possível utilizar um portador de calor que absorva o calor gerado na estação de energia solar e então libere o c-alor para o meio de armazenagem de ealor em um trocador de calor adequado.

As estaçõe.s de energia solar que podem usar o dispositivo acordo com a invenção e o método acordo com a invenção são, por exemplo, estações de energia solar de calha parabólica. A fim de ser capaz de absorver uma quantidade suficientemente grande de calor e operar o dispositivo de armazenagem de calor em uma temperatura suficientemente elevada, que é suficiente a fm de operar uma turbina em uma estação de energia solar, por exemplo, é necessário utilizar meios de amazenagem de calor que sejam estáveis nas correspondentes temperaturas. Por exemplo, massas em fúsão de sa.l podeni ser usadas como meios de armazenagem de calor. As massas em fúsão de sal, em particular aquelas que contêm potássio ou lítio, são entretanto muito caras e resultam em consideráveis custos de investiinento para as grandes e 5 quantidades requeridas. Além disso, os recursos podem tornar raros devido às .. grandes quantidades requeridas, de modo que são necessárias altemativas. Como alternativas, por exemplo, é possível utüizarem meios de annazenagein de calor que contêm enxoíle. O enxo&e é formado como um produto refíigo na dessulfurização de combustíveis e podem ser obtidos em grandes 10 quantidades em custos comparativamente baixos. O enxohe elementar, em particular, é adequado como um meio de arinazenagem de calor que contém eiwohe. A fim de adaptar a pressão do vapor e o ponto de fijsão, é vantajoso suprir o enxoFe c-om pelo menos um aditivo contendo ânions.

Aditivos adequados contendo ânions são, em particular, 15 aqueles que não são oxidados na temperatura operacional do enxohe em produtos de oxidação, por exemplo, óxidos de enxofire, haletos de enxoKe ou oxi-haletos de enxofi'e. É além disso vantajoso que os aditivos contendo ânions possam dissolver bem em enxohe.

Aditivos preferidos coiitendo ânions são compostos iônicos de 20 uni metal da tabela periódica com ânions monoatômieo,s ou poliatômicos, separada ou multiplamente carregados negativamente.

Metais dos compostos iônicos são, por exemplo, metais alcalinos, preferivehnente sódio, potássio; metais alcalino terrosos, preferivehnente magnésio, cálcio, bário; metais do grupo 13 da tabela 25 periódica, preferivelmente aluinínio; metais de transição, preferivelmente manganês, ferro, cobalto, níquel, cobre, zinc.o.

Exemplos de tais ânions são; haletos e poli-haletos, por exemplo, fluoreto, cloreto, brometo, iodeto, triodeto; calcogenetos e policalcogenetos, por exemplo, óxido, hidrÓxido, sulfeto, hidrogênio, sulfeto,

dissulfeto, trissulfeto, tetrassulfeto, pentassulfeto, hexassulfeto, selenetos, telureto; pnicogenetos, por exemplo, amida, imida, nitreto, fosfeto, arseneto; pseudo-haletos, por exemplo, cianeto, cianato, tiocianato; ânions eomplexos,

por exemplo, fosfato, fosfato de hidrogênio, fosfato de di-hidrogênio, sulfato, . 5 sulfato de hidrogênio, sulfito, sulfito de hidrogênio, tiossulfato, . hexacianoferratos, tetracloroaluininato, tetracloroferrato.

Exemplos de aditivos contendo ânions são: cloreto de a1umínio(III), cloreto de ferro(III), sulfeto de ferro(1j), brometo de sódio, brometo de potássio, iodeto de sódio, iodeto de potássio, tiocianato de 10 potássio, tiocianato de sódio, sulfeto de dissódio (jNa2s), tetrassulfeto de dissódio (Na2S4), pentassulfeto de dissódio (Na2S5), pentassulfeto de dipotássio (F"2S5), hexassulfeto de dipotássio (K2S6), tetrassulfeto de cálcio (CaS4), trissulfeto de bário (BaS3), selenita de dipotássio (K2Se), fosfeto de tripotássio (K3P), hexaeianoferrato de potássio (II), hexacianoferrato de 15 potássio (III), tiocianato de cobre(l), triodeto de potássio, triodeto de césio, hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de césio, óxido de sódio, óxido de potássio, óxido de césio, cianeto de potássio, cianato de potássio, tett"aluminato de sódio, sulfeto de manganês(ll), súlfeto de cobalto(ll), sulfeto de niquel(1l), sulfeto de cobre(l1), sulfeto de zinco, fosfato trissódico, fosfato de 20 hidrogênio dissódico, fosfato de di4iidrogênio sódico, sulfato dissódico, sulfato de hidrogênio sódico, stilfito dissódico, sulfito de hidrogênio sódico, tiossulfato sódico, fosfato tripotássico, fosfato de hidrogênio dipotássico, tòsfato de di- hidrogêíúo potássico, sultàto dipotássico, sulfato de hidrogênio potássico, sulfito dipotássico, sulfito de hidrogênio potássico, tiossulfato potássico. 25 Aditivos contendo ânions no contexto deste pedido são, aléin disso, misturas de dois ou inais compostos de um metal da tabela periódica eom ânions monoatômicos ou poliatômicos, foimalmente, separadamente ou multiplamente carregados negativamente, preferivelmente ânions compostos de átomQs não metálicos.

De acordo com o estado atual do conhecimento, a relação quantitativa dos componentes individuais não é crítica A mistura acordo com a invenção preferivelmente contém enxoNe elementar na faixa de 50 a 99,999 %p, em cada caso expresso em termos da inassa total da rnistura acordo com a invenção. + 5 A niistura de acordo com a invenção preferivehnente contém 4 aditivos con.tendo ânion na faixa de 0,001 a 50 °/) em peso, preferivehnente na faixa de 0,01 a 20 °/) em peso, particulannente preferível 0,1 a 10 °/) em peso, em cada caso expresso em tennos da massa total da mistura acordo coni a invenção. A mistura acorclo com a invenção pode conter outras substâncias 10 adicionadas, por exemplo, aditivos que reduzem o ponto de fusão da mistura. A proporção de outras substâncias adicionadas gerahnente se situa na faixa de 0,01 a 50 °/) em peso, em cada caso expressa em termos da massa total da mi stura.

Misturas de polissulfetos de metal alcalino de fórmula geral 15 (M],M2(l-,.))2S y podem, além disso, ser usadas onde M ,M2- -L,, Na, K, Rb, Cs eM'édiferentedeM2e0,05<x<6,0.

Em uma fornia de realização preferida da invenção, Mj = K e M' = Na.

20 Em outra forina de realização preferida da invenção, 0,20<x<0,95. Em uma forina de realização particularmente preferida da invenção, 0,50<xíO,90. Em outra foima de realização preferida da invenção, 3,0í yí6,0. Em uma forma de realização particulannente preferida da invenção, y 25 = 4,0, 5,0 ou 6,0. Em uma forma de realização particularmente preferida da invenção, M' = K e M' = Na, 0,20<x<0,95 e 3,Oíy<6,0.

Em uma forma de realização particularmente preferida da inyenção, M' = K e M' = Na, 0,50<xO,90 e y = 4,0, 5,0 ou 6,0.

Igualmente adequadas são as misturas de poLissulfetos de metd alcalino e tiocianatos de metal alcalino de fÓrmula geral Copiar fórmula. em que M', M', M', M' - Li, Na, K, Rb, Cs e M' é diferente

P 5 de M', M3 é diferente de M' e 0,05<Z<I, 0,05<7<1, 2,0<y< 6,0 e m é a &ação 0 tnol com 0,05<m£0,95. Em uma forma de realização preferida da invenção, Mi e M3 = KeM2eM4=Na.

Em outra foma de realização preferida da invenção, 10 0,20<xíl. Em uma forma de realização particularmente preferida da invenção, 0,50<x<1. Em outra forma de realização preferida da invenção, 3,0<y<6,0. Em uma forma de realização particularmente prefèrida da invenção, y = 4,0, 5,0 ou 6,0.

15 Em outra forma de realização preferida da invenção, 0,20 g z <1. Em uma fonna de realização paniculannente preferida da invenção, 0,50 < z<l. Em outra forma de realização preferida da invenção, 0,20 £ n:i :S 0,80. Em uma fomia de realização particulannente preferida da invenção, 20 0,33 SS m g 0,80. Em uma forma de realização particularmente preferida da invenção, 0,33 :S m £ 0,80. Em uma fonna de realização particularmente preferida da invenção, M' e M' = K e m' , M' = Na, 0,20sx<l, 0,20<z<0,95, 3,0SyS 6,0 e 0,20ím£0,95. 25 Em outra foma de realização panicu1armente preferida da invenção, M' e M3 = K e M' e M' = Na, 0,50<z<0,95, y - 4,0, 5,0 ou 6,0 e 0,33<m<0,80. E.ni outra forma de realização particulannente preferida da invenção, M' e M' = k; k = 1, z = 1, y = 4,0, 5,0 ou 6,0 e 0,3.3%m0,80.

Em outra forma de realização particularmente preferida da invenção, Mj e M3 = K, x = I, z = I, y = 4 e m = 0,5.

Em outra forma de realização paniculam1ente preferida da invenção,M' eM =K, x = l,z= l,y=5 em=0,5.

5 Ení outra fonna de realização particularmente preferida da invenção, M' e M3 = K, x = I, z = 1, y = 6 e m = 0,5.

Os meios de annazenagem de calor que são sensíveis a oxidação e têm uma elevada pressão de vapor são particularinente vantajosamente empregados em um tanque de arinazenagem estratificado.

Quando se empregando um recipiente de armazenagem temporária para a compensação de volume, é preferível operar o recipiente de armazenagem temporária a Mo e eobri-lo com um gás inerte se uin meio de armazenagem de calor tendo uma pressão de vapor não insignifieante estiver sendo usado. Por operação a Eio do recipiente de arrnazenagem temporária, é substanciahnente possível evitar-se o meio de armazenagem de calor da evaporação dentro do rec.ipiente de annaz.enagem temporária. A operação a fi'io do recipiente de armazenagem temporária neste caso significa que a temperatura no recipiente de armazenagem temporária é muito menor do que a temperatura de ebulição do meio de armazenagem de calor. Por operação a fi"io do recipiente de armazenagem temporária é possível obviar os dispositivos elaborados para a separação do meio de armazenagem de calor gasoso entrando dentro do gás-desprendido, ou tomá-los muito mais siinples. Em particular, é necessário que o liinite de fase dentro do recipiente de armazenagem temporária seja mantido em uma temperatura muito mais baixa do que a temperatura de ebulição do meio de armazenagem de ca'lor. No escopo da presente invenção, "muito mais baixa do que a temperatura de ebulição" significa a temperatura é no máximo de 7O°/,, prefèrivelmente no máximo de 60°4 da temperatura de ebulição em kelvin. Um. limite de fase fíia no recipiente de armazenagem temporária pode, por exemplo, ser conseguido com conexão em série de uma pluralidade de tanques de armazenagem estratificada, empregando respectivamente recipientes totalmente enchidos e usando o último recipiente, que contém o meio de armazenageni de calor na mais baixa temperatura, - 5 como uin recipiente de amiazenagem temporária.. Como uma altemativa, é « também possível jjrover uma pluralidade de recipientes de armazenagem temporária, cada um dos quais é totalmente enchido, exceto quanto ao último recipiente de armazenagem temporária.

A vantagem de utilizar uma pluralidade de recipientes de annazenagem temporária eonectado em série,

10 em que o últii:no recipiente de armazenagem temporária contém o limite de fàse coní o gás, é que a perda de calor do recipiente pode ser mantida baixa.

O tamanho do recipiente de amazenagem temporária será selecionado em função do coeficiente de expansão do meio de armazenagem de calor e da diferença de temperatura de trabalho de acordo com o m.eio de annazenagem 15 de calor usado.

Quando se utilizando meios de armazenagem de calor contendo enxofi'e e temperaturas de trabalho entre 290°C e 390°C, o tamanho do recipiente de armazenagem temporária é, por exemplo, de pelo menos 3,5 centésimos do volume do recipiente para conter o meio de arlnazenagen1 de calor. 20 Se recipientes de armazenagem temporária forem usados, quando meio de annazenagem de calor quente entrar em um recipiente de annazenagem temporária mais frio, é possível que o meio de amazenagem de calor quente menos denso alcance as regiões superiores por convecção e evite a formação de uin limite de fase firia.

A convecção destrutiva pode, por 25 exemplo, ser evitada suprindo e descarregando respectivamente o meio de amazenagem de calor quente na região superior de um recipiente de armazenagem temporária, e suprir e descarregar o meio de amazenagem de calor a fho respectivamente na região inferior do recipiente de armazenagem temporária.

Neste caso, é possível por um lado proverem recipientes de arrnazenagem temporária separados entre si ou como uma altemativa proverem-se acessórios em um recipiente de arinazenagem temporária que respectivamente coníenha aberturas na região inferior a fim de permitir o transporte de meio de annazenagem de calor a frio ou, altemativamente, na 5 região superior a fim de permitir o transporte do nieio de armazenagem de . calor quente. Em particular, para conexão dentro do recipiente de armazenagein temporária em que o limite de fase hia existe, é vantajoso prover um suprimento e descarga na região inferior e alimentar a conexão na região inferior do recipiente de armazenagem temporária a montante. Desta 10 maneira, o meio de armazenagem de calor a Hio é suprido do recipiente de armazenagem temporária prec.edente para o recipiente de armazenagem temporária coín o limite de fase, ou o meio de armazenagem de calor a fijio é alimentado pelo recipiente de armazenagem temporária com o limite de fase dentro do recipiente de armazenagem temporária precedente.

15 Se o eshiamento não for sunciente para obter uma teniperatura do limite de fase em que evaporação do meio de armazenagem de calor pode ser evitada, é também possível, por exemplo, prover um trocador de calor intemo, pelo qual o meio de aI1naz,enagem de calor no recipiente de armazenagem temporária com o limite de fase pode ser esfíiado. Desta 20 maneira, a evaporação do meio de armazenagem de calor pode ser evitada.

Em outra forma de realização preferida, o recipiente de armazenagein temporária é arranjado de modo que a interface de fase do recipiente de armazenagem temporária esteja em um nível hidrostático similar ao da superfície de líquido dentro do recipiente para reter o meio de 25 armazenagein de calor. Neste caso, mesmo durante a paralisação, as bombas de supriniento e descarga fazem com q ue somente pequenas forças hidrostáticas sobre o recipiente retenham o meio de armazenagem de calor e o reeipiente de am1azenage1n temporária. Além disso, somente mínimo gasto de energia é necess.ário para operar as bombas, uma vez que a pressão hidrostática do meio de armazenagem de calor atua em ambas as direções, isto é, tanto para suprir meio de armazenagem de calor pelo recipiente de armazenagein temporária dentro do recipiente e pelo recipiente dentro do recipiente de arinazenagem teniporária.

5 Em outra configuração vantajosa, o recipiente é configurado com uma grande área de seção transversal. Devido à grande área de seção transversal, mudanças de voluine inevitáveis do meio de armazenagem de calor, devidas a uina mudança de 'temperatura, provocam somente uma pequena mudança no nível hidrostático da superfície líquida do recipiente de armazenagem temporária. Os efeitos das forças hidrostáticas que atuam podem, desse modo, ser mantidos pequenos. Formas de realização exeniplares da invenção são apresentadas abaixo coín o auxílio das figuras e serão explicadas mais detalhadamente na seguinte descrição. A Figura 1.1 mostra um recipiente para conter um meio de armazenagem de. calor, tendo uma cobertura flexível e contendo um meio de armazenageni de calor a frio, A Figura 1.2 mostra um rec.ipiente para conter um meio de armazenagem de calor, tendo uma cobertura flexível e contendo um meio de armazenagem de calor quente, A Figwa 2 mostra um recipiente para conter um meio de armazenagein de calor, tendo uma cobertura flexível e uma bomba de imersão em uma prhneira forma de realização, A Figura 3 mostra um recipiente para conter um meio de annazenagem de calor, tendo uma cobertura flexível e uma bomba de imersão em uma segunda forma de realização, A Figura 4 mostra um dispositivo para armazenagem de calor, tendo urn recipiente de aimazenagem temporáiia, A Figura 5 mostra recipientes para conter um meio de annazenagem de calor, como tanques de armazenagem estratificada em série, A Figura 6 mostra um recipiente para conter um meio de amazenagem de calor, que é configurado como um tanque de armazenagem estratificado, 5 A Figura 7 mostra um tubo de distribuição que é usado em um tanque de armazenagem estratificado de acordo com a Figura 6, em vista em planta, A Figura 8 mostra dois recipientes de armazenagem temporária conectados em série, lO' A Figura 9 mostra uni recipiente para conter um meio de armazenagem de calor, que é combinado integralmente com um recipiente de armazenagem temporária, A Figura 10 mostra um recipiente para conter um meio de arniazenagem de calor, tendo recipientes de annazenagem temporária em outra forma de realização.

A Figura l.l mostra um recipiente para conter um meio de armazenagem de calor, tendo uma cobertura flexível e contendo um meio de armazenagem de calor a hio. Um recipiente 1 é e.nchido com um meio de armazenagem de calor 3. Qualquer meio desejado que possa absorver e armazenar calor é adequado como o meio de annaz.enagem de calor. Meios de armazenagem de calor convenc.ionalmente usados são, por exemplo, fíisões de sal. O recipiente representado na Figura 1 é particular e preferivelmente adequado para conter urn meio de armazenagem de calor contendo enxohe. Após o rneio de annazenagem de ealor ter liberado calor, por exemplo, a fim de operar uma estação de energia soIar, ele tem uma temperatura mais baixa do que após absorver calor que é destinado a ser armazenado pelo meio de armazenagem de calor. O uieio de armazenagem de calor eshiado 3 tem um menor volume do que o meio de amazenagem de calor aquecido 3, como representado na Figura 1.2.

A fini de evitar a formação de uma pressão positiva demasiado grande no recipiente, é vantajoso cjue o recipiente não contenha gás ou somente uma pequena quantidade de gás. Para este fim, o recipiente 1 é coberto com uma cobertura 5. Outro efeito da cobertura 5, paniculam1ente no caso de

W 5' meios de armazenagem de calor sensiveis a oxidação 3, é evitar uma reação do

V meio de arlnazenageln de calor 3 com gás, que é contido em uma atniosfera acima do meio de arInazenageIn de acumulação 3. Preferivehnente, nenhum vão é formado entre a cobertura 5 e o meio de armazenagem de calor 3.

A fim de compensar as variações de volume do meio de 10 armazenagem de calor 3, a cobertura 5 é configurada flexivelmente. Para este fim, por exeniplo, as regiões flexíveis 7 são fonnadas na cobertura 5 como representadas nas Figuras l.l e 1.2, Como uma altemativa para a forma de realização representada nas Figuras l.l e 1.2, é também possível configurar a inteira cobertura 5 flexivelmente. As regiões flexíveis 7 podem, por exemplo, 15 ser configuradas na fonna de um compensador, por exeínplo, na forma de um fole. A cobertura 5 na forma de realização representada nas Figuras 1,1 e 1.2 é presa na parede 9 do recipiente I pela regi"o flexível 7. A fixação da cobertura 5 tendo as regiões flexíveis 7 na parede 9 do recipiente 1 é preferivehnente realizada por um encaixe de fonna, por exemplo, por um 20 método de soldagem. Isto evita que o meio de armazenagem de calor 3 seja capaz de escapar por vazamentos entre a parede 9 do recipiente ] e a cobertura 5, ou que gás se.ja capaz de entrar no recipiente 1.

Devido às regiões flexiveis 7, tanto no easo de um ineio de arniazenagem de calor a frio 3, como representado na Figura l.l, como no 25 caso de um meio de aimazenagem de calor quente 3, como representado na Figura 1.2, a cobertura 5 pode repousar ao nível do meio de amazenagem de calor 3. Pela expansão devida ao aquecimento do meio de armazenagem de calor 3, a cobertura 5 é elevada pelo meio de annazenagem de calor 3. As regiões flexíveis 7 tomam possível elevar a cobertura 5 sem comprometer a

23'

impemeabilidade a vazamento do recipiente 1. De modo que o meio de armazenagem de calor 3 possa absorver cajor, é por exemplo possível tirar o meio de armazenagem de calor 3 do recipiente 1 e alimentá-lo através de um trocador de calor, em que o 5 meio de annazenagem de calor 3 absorve calor.

Subsequentemente, o meio de - armazenagem de calor 3 pode ser reintroduzido dentro do recipiente 1. Desta maneira, o recipiente 1 continuamente contém a mesrna massa do meio de armazenagem de calor 3. Correspondenteniente, a fim de liberar calor do meio de armazenagem de ealor 3, calor é liberado para outro meio por meio 10 do trocador de calor.

A fim de absorver calor, é também possível que o meio de armazenagem de calor 3 seja alimentado, por exemplo, dentro de um campo solar de uma estação de energia solar onde ele absorve calor.

Como uina altemativa, é também possível, por exeinplo, que o 15 recipiente I contenha um trocador de calor, por meio do qual calor jjode ser liberado para o meio de armazenagem de calor ou por meio do qual o meio de aimazenagem de calor pode liberar calor para uin portador de calor escoando através do trocador de calor.

Se o meio de armazenagein de calor 3 for transportado para 20 um trocador de calor que é posicionado fora do recipiente 1, para este nIn, por exemplo, uma bomba de imersão é usada.

Possível posicionamento de uina bomba de imersão é representado nas Figuras 2 e 3. A Figura 2 mostra um recipiente para conter um meio de armazenagem de ealor, tendo uma cobertura flexível e uma bomba de imersão em uma primeira forma de 25 realização.

O recipiente 1 corresponde em sua estrutura ao recipiente representado nas Figuras 1.1 e 1.2. A fim de pemitir movimento desimpedido da cobertura 5, uma bomba de imersão 11 é alimentada dentro do recipiente l através da parede lateral 9. A bomba de imersão 11 é configurada de modo que a região de entrada 13 da bomba de imersão 11 seja posicionada na base do recipiente

1. Com o auxílio da bomba de imersão 11, o meio de armazenagem de calor 3 pode então ser tirado do recipiente 1. 5 A Figura 3 mostra uin recipiente para conter um meio de ammzenageni de calor, tendo uma cobertura flexível e uma bomba de imersão em uma segunda forma de realização. Em coritraste com a forma de realização representada na Figura 2, uma câmara 15 é encaixada laterahnente sobre o recipiente 1 na fonna de realização representada na Figura 3. Neste caso, a boniba de imersão ll é localizada dentro da câmara 15. Isto tem a vantagem de a bomba de imersão 11 não ter que penetrar através da parede 9 do recipiente 1. Por meio de uma alimentação (não representada na Figura 2 e Figura 3), uma quantidade igual de meio de armazenagem de calor é então retomada para dentro do recipiente 1, de modo que o recipiente 1 contenha uma massa constante de ineio de armazenagein de calor. A fim de encher a câmara 15 com meio de arrnazenagem de calor 3 e, portanto, ser capaz de tirar meio de armazenagem de calor do recipiente 1 com o auxílio da bomba de imersão 11, uma abertura 19, através da qual o rneio de annazenagem de calor 3 pode escoar para fora do recipiente 1 para dentro da câmara 15, é preferivehnente fonnada na re.gião inferior da parede de recipiente 17, que separa a eâmara 15 do recipiente 1. Com o auxílio da bomba de imersão 11, o meio de armazenagem de calor pode então ser tirado do recipiente 1 e aquecido ou meio de mnazenagein de calor esfíiado pode ser suprido para o recipiente 1 através de uma alimentação (não representada na Figura 3), a fim de manter a massa do meio de arÍnazenagen] de calor 3 dentro do recipiente 1 constante. O meio de armazenagem de calor eshiado ou aquecido é preferivehnente suprido para o recipicnte 1 na região superior.

Devido ao arranjo da bomba de imersão 11, como representado nas Figuras 2 e 3, é possível arranjar a bomba de imersão ll de modo que não impeça a cobertura 5 durante compensação de volume do meio de armazenagem de calor 3 dentro do recipiente 1.

V 5 A Figura 4 mostra um dispositivo para armazenar calor, tendo

B uni recipiente de armazenagem temporária. Como uma altemativa à fonna de realização representada nas Figuras l.l a 1.2, em que o recipiente 1 é cobertô com uma cobertnra 5 tendo regiões tlexíveis 7, de modo que variações de volume do meio de 10 armazenagem de calor 3 possam ser compensadas pela cobertura 5, como uma altemativa é também possível prover-se um recipiente de armazenageni temporária 21. A fim de compensar as variações de volume, quando houver um auinento de volume do meio de armazenagem de calor, parte do rneio de 15 annazenagem de calor é alimentada dentro do recipiente de annazenagem temporária 21. Desta maneira, é possível manter um volume constante de meio de armazenagem de calor 3 no recipiente 1. No recipiente de armazenagem temporária 21, é possível, por exemplo, prover uma cobertura flexível como representada nas Figuras 1.1 a 3, a fm de compensar as 20 diferenças de enchimento que resulta da mudança de volume do meio de armazenagení de calor. Como uma altemativa e, preferivelmente, entretanto, um gás suspenso pode ser provido no recipiente de armazenagem temporária

21. Para este fim, quando a quantidade com que o recipienie de amiazenagem temporária 21 é enchido diniinui, uni gás é alimentado através de uma linha 25 de suprimento de gás 23 para dentro do recipiente de armazenagem temporária 21. O gás que é alimentado dentro do recipiente de armazenagem teniporária 21 é um gás que é inene em relação ao meio de annaz.enagem de calor 3, a nm de evitar uina reação do gás com o meio de armazenagem de calor 3. Nitrogênio, em particular, é adequado como o gás. É entretanto tainbém possível utilizarem gases nobres, por exemplo. Contudo, o uso de nitrogênio é preferido. Os dispositivos para suprir e descarregar os gases podem ser parte de um circuito de controle, que mantém a pressão do gás dentro do tanque de armazenagem intemediário e/ou o volume dentro do

F 5 recipiente 1 constantes.

K Se o nieio de armazenagem de calor for alimentado dentro do recipiente de arinazenagem temporária 12, devido a um aumento de volume do meio de annazenagem de calor, e o estado de enchimento no recipiente de annazenagem temporária 21, portanto, aumentar, gás é retirado do recipiente 10 de mnazenagem temporária 21 através de uma descarga de gás 25. Neste caso, por um lado, é possível descarregar o gás para as eercanias, como é preferido quando se utilizando nitrogênio, ou como uma altemativa para alimentá-lo dentro de um tanque de armazenagem de gás. Particularmente, no caso de gases que não nitrogênio, a reciclagem em um tanque de 15 armazenageni de gás é preferida. A fiin de armazenar calor, o rneio de armazenagem de calor é tirado do recipiente 1 através de uma linha inferior 27, que situa-se na região do fimdo do recipiente 1. A fim de extrair o meio de armazenagem de calor, uma bomba 29 é usada. Por meio da bomba 29, o meio de armazenagem de ' 20 calor é alimentado dentro de um trocador de calor 3 1. No trocador de calor 3 l, o meio de armazenagem de ca,lor 3 absorve calor. O meio de annazenagem de calor 3 aquecido desta ínaneira é então alimentado de volta dentro do recipiente 1 através de uma linha superior 33. Um gradiente de temperatura é. então estabelecido no recipiente 1, na região superior contendo 25 meio de annazenagem de calor quente 3 e na região inferior do recipiente 1 contendo meio de amwe.nagein de calor a frio. A linha superior 33 conduz para dentro do recipiente da região superior do recipiente 1, preferivehnente diret-amente abaixo de uma cobertura 35, que fecha o recipiente no topo. A hrri d'e s:er capaz de tirar calor do tmque de armazenagem de calor novamente, o meio de annazenagein de calor 3 é tirado do recipiente 1 através da linha superior 33 e alimentado dentro do trocador de calor 31. No trocador de calor 31, o meio de armazenagem de calor então libera calor, por exemplo, para um portador de calor.

O meio de armazenagem de calor 3 é,

5 desse modo, esfriado.

O meio de aimazenagem de calor eshiado é então . alimentado de volta dentro do recipiente 1 com o auxílio da bomba 29 através da linha inferior 27. Como uma alternativa à forma de realização descrita aqui, em que calor é suprido ou calor é extraído através do mesmo circuito, é também possível prover uni primeiro trocador de calor, por meio do qual o lO meio de armazenagem de calor 3 é aquecido e um segundo troeador de calor, em que o meio de annazenagem de calor 3 libera ealor novamente.

Para este fim, por exeinplo, um segundo circuito pode então ser usado.

Em razão de o meio de armazenagem de c-alor quente ser suprido na região superior do recipiente 1 e o meio de aimazenagem de calor a Mo ser

15 descarregado da região inferior, estratificação de calor é estabelecida para que o dispositivo seja formado como um tanque de aimazenagem estratincado.

A Figura 5 moslra recipientes para reter um meio de aimazenagem de calor, como tanques de amazenagem estratificada em série.

Como uma altemativa para a fonna de realização representada 20 na Figura 4 com somente um recipiente, é também possível, por exemplo, utilizar uma temperatura ambiente estratificada em série.

Uma temperatura anibiente estratificada em série pode compreender qualquer número desejado de recipientes.

Na forma de realizaç"o representada na Figura 5, o tanque de annazenagem estratificado em série 3 7 compreende três recipientes. 25 Utilizando-se tanques de armazenagem estratificada em série 37, é possível reduzir a área de seção transversal.

Desta maneira, perdas que ocorrem dentro do meio de armazenagem de calor devidas a condução térmica podem ser mais reduzidas.

Poí" exeinplo, a perda de calor utilizável diminui eom a altura crescente do recipiente.

A altura crescente do reeipiente pode ser simulada pelo tanque de am1azenageln estratificado ein série 37. O uso do tanque de armazenagem estratificado em série tem a vantagem de os recipientes individuais não terem que ser feitos tão altos, de modo que uma pressão inferior atua sobre a parede do recipiente, particularmente nas regiões - 5 inferiores. O recipiente pode, portanto, se produzido com menos estabilidade.

W A fini de operar um tanque de armazenagem estratificado serial, os recipientes individuais 1 são conectados entre si por meio das linhas 39, 41. Uma primeira seção de linha 43 respectivamente projeta-se dentro da região da base do recipiente 1, que contata o meio de armazenagem de cálor 10 mais aquecido, e uma segunda seção de linha 45 projeta-se para dentro da região superior do recipiente l, que contém o meio de armazenagein de calor um tanto inais fírio. Em particular, é vantajoso que a teniperatura do meio de armazenagem de calor da região inferior do recipiente que contém o meio de aimazenagem de calor mais quente 3 seja aproximadamente a mesma que a 15 temperatura do meio de armazenagem de calor 3 da região superior do recipiente 1, que contém o meio de arniazenagem de calor um tanto mais fi:io. Conectando-se dois ou mais recipientes l em sucessão, a diferença de temperatura entre a região superior e a base do recipiente toma-se menor do que quando somente um recipiel1te é usado. 20 A fim de ser capaz de operar um tanque de armazenageni estratificado em série 37, meio de arrnazenagern de calor quente é suprido na região superior do recipiente mais quente e meio de amazenagem de calor a frio é extraído na base do recipiente inais frio, ou meio de armazenageni de calor a Kio é suprido na base do recipiente mais hio e meio de armazenagem 25 de calor quente extraído na região superior do recipiente mais quente. Na niesma extensão em que o meio de armazenagem de calor é tirado de um dos recipientes do tanque de annazenagein estratificado em série 37, meio de armazenagem de calor de um recipiente é bombeado através das linhas 39, 41 para dentro do recipiente vizinho, a fim de compensar as mudanças de volume nos recipientes 1. A Figura 6 mostra um recipiente para ret'er um meio de armazenagem de calor, que é configurado como um tanque de armazenagem m estratificado. Em uni recipiente configurado como um tanque de 5 armazenagem estratificado 47 para conter um meio de armazenagem de calor " 3 como já descrito acinia, há meio de armazenagem de calor quente 3 na região superior 49 do recipiente e nieio de armazenagem de calor mais fíio na região inferior 51. Os limites de temperatura 53 são formados no tanque de armazenagem estratificado, que migra para baixo quando o meio de 10 armazenagem de calor a fírio é extraído e meio de arinazenagem de calor quente é suprido, inigram para cima quando meio de armazenagem de calor quente é extraído e meio de aimazenagem de calor a fíio é suprido. A fim de evitar a ocorrência de convecção quando meio de amiazenagem de calor é suprido para dentro do recipiente 1, tubos de distribuição/distribuidores 15 adequados 5 são usados. Quando meio de armazenagem de calor quente é extraído, o tubo de distribuição/distribuidor superior 55 atua como um tubo de distribuição para extrair meio de arniazenagem de calor e o tubo de distribuição/distribuidor infetior 55 como um distribuidor, através do qual meio de armazenagem de calor é suprido para o recipiente 1.

20 Correspondentemente, quando extraindo meio de armazenagem de calor a Hio, o tubo de distribuição/distribuidor inferior 55 é usado como um tubo de distribuição e o tubo de distribuição/distribuidor 55 como um distribuidor. O tubo de distribuição/distribuidor 55 é respectivamente conectado a uma linha 57, que conduz, por exemplo, a um trocador de calor.

25 Uma forma adequada para um tubo de distribuição/distribuidor é representada na Figura 7. Na forma de realização representada aqui, o tubo de distribuição/distribuidor 55 compreende três anéis concêntricos 59, que são respectivamente conectados à linha 5 7 em uma posição. Aléni da connguração com três anéis concêntricos 59 como representado na Figura 7,

mais do que 3 ou menos do que 3 anéis podem também ser providos.

Quaisquer outras confgurações desejadas, que permitam suprimento e extração unifomies do meio de armazenagem de calor, são também possíveis.

A fm de ser eapaz de suprir e extmir o meio de armazenagem de 5 calor unifonnemente, as aberturas 61 são formadas em cada um dos anéis concêntricos 59. Através das aberturas 61, o meio de armazenagem de calor pode ser tirado do recipiente 1 ou suprido dentro do recipiente 1. Aléni disso, a forina de realização com somente um recipiente de annazenagem temporária como representado na Figura 4, eomo uma lO alternativa, é tainbém possível para prover niais do que um recipiente de aimazenagem temporária, por exemplo, dois recipientes de annazenagein temporária.

Isto é representado por ineio do exemplo da Figura 8. Além da fõrma de realização com dois recipientes de armazenagem temporária como representado na Figura 8, mais do que dois recipientes de armazenagem temporária podem também ser conectados em série.

A vantagem de pelo menos dois recipientes de armazenagem temporária é que nenhuma convecção do meio de am)azenageIn de calor pode oconer no limite de fase fí"ia quando meio de arniazenagem de calor quente está sendo suprido em um primeiro recipiente de annazenagem temporária 63, o que evitaria a fonnação de um limite de fase hia.

A fim de evitar convecção de interrupção, é vantajoso que o tneio de arniazenagem de calor quente seja suprido na região superior do pritneiro recipiente de annazenagem ten]porária 63, como representado na Figura 8. Dentro do primeiro recipiente de arInazenageIn temporária 63, a temperatura diminui e.m direção à base 65. O meio de armazenagem de calor a frio da base 65 do primeiro recipiente de armazenagem temporária 63 é então alimentado em um segundo recipiente de armazenagem temporária 67. No segundo recipiente de armazenagein temporária 67, um limite de fase fria 69 é formado.

A fomiação do limite de fase Ma 69 pode ser auxiliada utilizando-se um trocador de ealor 71 dentro do segundo recipiente de armazenageIn temporária 67. Utilizando-se o trocador de calor 71, é possível manter a temperatura baixa no segundo recipiente de aimazenagem temporária 67 e, portanto, também manter a pressão de vapor dentro do recipiente de annazenagem teinporária 67 tão baixa quanto ¥ 5 possNel. tetrasulfeto m Como uma altemativa, é além disso possível, como representado na Figura 9, prover somente um recipiente, que é separado em regiões individuais por acessórios 73. Pelos acessórios 73, que são preferivehnente configurados como paredes verticais dentro do recipiente, o lO recipiente é dividido em regiões individuais com temperaturas diferentes. Neste caso, é pmicu].arInente vantajoso para uma região essenciahnente isotémica 77 ser formada respectivamente entre duas regiões 77 com estratitícação de teniperatura. A região isotémiica 77 é respectivamente provida nas vizinhanças da base com uma abertura 79 para a região mais 15 quente 75 com estratificação de teniperatura e uma abertura superior 8 l para a região mais fria 75 com estratificação de teniperatura. A região mais Hia 75 com estratiíicação de temperatura é conectada via uma abertura 79 para a zona fíia 83, em que o liinite de fase 69 é localizado. Como na foma de realização representada na Figura 8, a zona fi:ia 83 do segundo recipiente 20 intennediário 67 pode conter uni trocador de calor 71 a fiin de manter o limite de fase 69 em uma temperatura essenciahnente constante- As paredes 73 podem também ser configuradas de modo a sereín isolantes. A fim de ser capaz de extrair gás possivehnente contido no meio de armazenagem de calor, as regiões individuais 75 são respectivamente 25 providas com ventilações 85. O primeiro recipiente intermecliário 63, da fomia de realização representada na Figura 8, preferivelmente também tem uma ventilação correspondente 85.

X Um recipiente para conter um meio de armazenagem de calor,

tendo os recipientes de armazenagem temporária, em uma segunda forma de realização, é representado na Figura 10. Ao contrário da forma de realização representada na Figura 4, na forma de realização representada na Figura lO o recipiente de - 5 armazenagein temporária 21 é posicionado de modo que o limite de fase 69 m no recipiente de armazenagein temporária esteja em um nívej hidrostático similar ao limite de fase 87 do meio de arinazenagem de calor 3 do recipiente

1. A fim de ser capaz de conipensar possíveis variações de volurne no recipiente 1,0 meio de armazenagem de calor 3 é preferivelmente coberto com 10 uma cobertura 89. A eobertura 89 é conectada estanque a gás ao recipiente 1. As setas da Figura lO simbolizaín pequenos movimentos dentro dos limites elásticos da cobertura 89, que são registrados e invertidos por meio de regulação de volume alimentando-se meio de armazenagem de calor dentro do recipiente de aI1nazenagem temporária 21 ou do recipiente de

15. armazenagem temporária 21 para dentro do recipiente l. Para este fim, quando uma elevação da cobertura 89 é registrada, o meio de armazenagem de calor é alimentado do recipiente 1 pra o recipiente de armazenagem te]11porária 2 1 e, quando a c.obertura 89 é abaixada, meio de annazenagem de calor é aliinentado do recipiente de armazenagem temporária 21 para dentro 20 do recipiente 1. Desta inaneira, um volume essencialmente constante é conseguido no recipiente 1. A vantagem de posicionar o recipiente de armazenagem te.inporária 21 de modo que a limite de fase 69 fique em um nível hidrostático similar ao limite de fase 87 do meio de armazenagem de calor 3 dentro do 25 recipiente 1 é que, mesmo durante uma paralisação das bombas de supíirnento e descarga, somente pequenas forças hidrostáticas atuam sobre os tanques de am1azel1age1n. Além disso, somente gasto niínimo de energia é necessário para operar as bombas para fms de compensação de. volume. É além- disso vmtajoso se, como representado na Figura 10, o recipiente de armazenagem temporária 21 tiver uma grande área de seção transversal.

Como resultado de uma grande área de seção transversal, mudanças de volume inevitáveis da fase líquida do meio de armazenagem de calor, devidas a uma mudança de temperatura, provocam somente pequenas mudanças no nível hidrostático da superfície Líquida 69 dentro do tanque de armazenagem temporária 21. Como resultado disto, as consequentes forças hidrostáticas permanecem pequenas.

Lista de Referências

I recipiente 3 meio de annazenagem de calor

5 cobertura 7 regiões flexíveis

9 parede do recipiente 1

11 bomba de imersão

13 região de absQrção

15 ^ camara 17 parede 19 abertura 21 recipiente de annazenagem temporária 23 linha de suprimento de gás 25 descarga de gás 27 linha inferior. 29 bomba 31 trocador de calor 33 linha superior 35 cobertura 37 tanque de annazenagem estratificado em série

39 liriha

41 linha

43 seção de primeira linha 45 seção de segunda linha 47 tanque de armazenagem estratihcado 49 região superior 5 51 região inferior "' 53 limite de temperatura 55 tubo de distribuição/distribuidor 57 linha 59 anel . 10 61 abertura 63 primeiro recipiente de armazenagem temporária 65 base 67 segundo recipiente de arinazenagem temporária 69 limite de fase fria 15 71 trocador de calor 73 acessórios 75 região com estratificação de temperatura 77 região isotérmica 79 abertura 20 81 abertura superior 83 zona fria 85 ventilação 87 limite de fase 89 cobertura 25

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo para armazenar calor, caraeterizado pelo fàto de compreen'der um meio de amazenagem de calor que absorve calor a fim de armazenar calor e liberar calor a fm de empregar o calor armazenado, e uin . 5 recipiente para conter o ineio de armazenagem de calor, o recipiente sendo u fechado por uma cobertura estanque a gás, ern que o dispositivo compreende meio de coinpensação de volume a fim de compensar um aumento de volume do meio de annazenagem de calor (3) devido a uma elevação de temperatura e uma diminuição de volume devida a uma redução de temperatura.

lO 2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o meio de compensação de voluine compreender uma cobertura flexível (5) do recipiente (1)4

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a cobertura flexível (5) compreender regiões flexíveis (7), que 15 são elevadas quando há um aumento de volume do meio de arinazenagem de calor (3) e que são abaixadas quando há uma diminuição de volume do meio de armazenagein de calor (3)·

4. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de o meio de compensação de volume 20 compreender uin recipiente de armazena.gem temporária (21; 63, 67) para dentro do qual uma parte do meio de armazenagem de calor (3) pode escoar quando houver um aumento de volume do meio de armazenagem de calor (3).

5. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de o dispositivo de armazenagem de calor ser 25 formado como um tanque de armazenagem estratificado (47).

6. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de o meio de armazenagem de calor (3) conter enxofí"e.

7. Método para armazenar calor, earacterizado pelo fato de o calor ser transferido para um meio de armazenagem de calor, a fiin de armazenar calor, ou o calor ser descarregado do meio de armazenagem de calor para o portador de calor, a fini de utilizar o calor, o meio de armazenagem de calor sendo mantido em um recipiente que é fechado por 5 uma cobertura estanque a gás, em que uina expansão de volume do meio de ' annazenagem de calor (3) é compensada por um aumento de volume do recipiente (1) ou pelo meio de annazenagem de calor (3) escoando para fora do recipiente (I) para dentro de uin recipiente de armazenagem temporária (21; 63, 65) e uma diminuição de volume do meio de annazenagem de calor lO (3) ser compensada por uma diminuição de volume do recipiente (1) ou pelo meio de amazenagem de calor (3) escoando para fora do recipiente de armazenagem temporária (21, 63, 65) para dentro do recipiente (1).

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de um aumento de volume do recipiente (1) ser conseguido pelas regiões 15 flexíveis (7) de uma cobeitura flexível (5) se expandindo.

9. Método de acordo COlll a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de o meio de an1]azenageIn de calor quente (3) ser suprido para o recipiente (1) na região superior e meio de armazenagein de calor a hio (3) ser tirado dele na região inferior.

20 10. Método de acordo com qualquer urna das reivindica.ções 7 a 9, caracterizado pelo fato de calor de uma estação de energia solar ser suprido para o meio de armazenagem de calor (3j

11. Método de acordo com a reivindicação lO, caracterizado pelo fato de a estação de energia solar ser uma estação de energia soIar de 25 calha parabÓlica.

" FlG.1.1 , FlG.1.2 » Ç { 7 5 '- --~—A '\" m- k' ) A-' C' FIG.2 FlG.3 t 7 N .

"\ P' ') ,))J':" 13Í '\Í9

FlG.4 .

I

I ( VC) ))

9.

,1 ! " A'J, ,) ! 1

I l l l l l l____-jjjp i 3 21 27 29 FlG.5 (L' 4,, (;j) 39 37 '<1('\ il / 1 Fa 43 '1 43

FlG.6 55 ,//

49

57\

^ _ _ _ _ _ _ _._ _ _ _ _ _+3,)" / q--p / ~_> " "" " " " " " " " "" "

,A! !---_____-____ J" 55

FlG.7 57 Áíj"' o lo 0( 0[—|° o<_^ °O\ \°,0 ° Jd o° o o o q qo 59

'=;'j',

FIG.8 23 Ç5 t 85

Q 'j' k/ " 69 \ t=== \71 Y 65 FlG.9 23 85 j5 85 81 / 77 73 73 81 73 85 69 - r ))" ' ), 1) \\ !) ) |^/ \jj "' 83 71 79 75 79 75 79 75

FlG.lO 23 jjj5 :µ 87 89 69 .

r~ " ! —3