CH703780A2

CH703780A2 - Heat storage.

Info

Publication number: CH703780A2
Application number: CH01414/10A
Authority: CH
Inventors: Andrea Pedretti
Original assignee: Airlight Energy Ip Sa
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2012-03-15
Also published as: AU2011298700C1; EP2612099A2; MA34542B1; AU2011298700A1; US20130206356A1; CN103140732A; CL2013000549A1; MX2013002034A; AU2011298700B2; ZA201300802B; WO2012027854A2; WO2012027854A3

Abstract

Bekannte Wärmespeicher mit einem Behälter für Wärme speicherndes Schüttgut wie Kies/Keramik-Kugeln besitzen eine Stahlwand, die für grössere Wärmespeicher bzw. die Speicherung von Wärme bei höheren Temperaturen konstruktiv äusserst aufwendig herzustellen ist. Erfindungsgemäss wird die Seitenwand (21) des Wärmespeichers (20) ihrerseits durch ein stützendes Schüttgut (23) gestützt und ist bevorzugt geneigt, mit der Folge, dass die Seitenwand (21) wesentlich geringer beansprucht ist und aus nicht metallischem Material, wie beispielsweise Beton hergestellt werden kann. Solch ein Wärmespeicher (20) ist einfach und kostengünstig herzustellen und erlaubt auch langfristige Speicherung von grossen Wärmemengen bei hohen Temperaturen.Known heat storage with a container for storing heat bulk material such as gravel / ceramic balls have a steel wall that is constructive extremely expensive to produce for larger heat storage or the storage of heat at higher temperatures. According to the invention, the side wall (21) of the heat accumulator (20) in turn by a supporting bulk material (23) is supported and is preferably inclined, with the result that the side wall (21) is much less stressed and made of non-metallic material, such as concrete can be. Such a heat storage (20) is simple and inexpensive to produce and also allows long-term storage of large amounts of heat at high temperatures.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmespeicher nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie einen Wärmespeicher nach Anspruch 16. The present invention relates to a heat accumulator according to the preamble of claim 1 and a heat accumulator according to claim 16.

[0002] Wärmespeicher finden unter anderem in Kraftwerken Verwendung, insbesondere in Solarkraftwerken. Bekannt sind kleinere oder grössere zylinderförmige Stahltanks, die auf Stützen ruhen und eine Füllung aus Kies oder Keramik besitzen. Heat storage find, inter alia, in power plants use, especially in solar power plants. Are known smaller or larger cylindrical steel tanks that rest on supports and have a filling of gravel or ceramic.

[0003] Eine Füllung aus Kies (oder, wie erwähnt, auch Keramik, wobei nachstehend der Einfachheit halber auf Kies Bezug genommen wird) besitzt eine vergleichsweise grosse Wärmekapazität und kann von einem Fluid durchströmt werden, da die Zwischenräume zwischen den einzelnen Steinen genügend zusammenhängen und eine gleichmässige Durchströmung über den ganzen Querschnitt der Kiesfüllung erlauben. Durch ein heisses Fluid wird die Kiesfüllung erwärmt, die dann später ihrerseits die Wärme wieder an ein kühleres Fluid abgeben kann. Im Ganzen sind Wärmespeicher mit einem Wärme speichernden Schüttgut geeignet, durch Sonnenenergie erzeugte Wärme zu speichern. A filling of gravel (or, as mentioned, also ceramic, hereinafter referred to simplicity for the sake of reference to gravel) has a comparatively large heat capacity and can be traversed by a fluid, since the spaces between the individual stones are sufficiently related and allow a uniform flow over the entire cross section of the gravel filling. By a hot fluid, the gravel filling is heated, which then later in turn can transfer the heat back to a cooler fluid. On the whole, heat accumulators with a heat-storing bulk material are suitable for storing heat generated by solar energy.

[0004] Insbesondere bei der Erzeugung von Wärme durch Solarenergie hängt aber die aktuell erzeugte Wärmemenge von den Witterungsbedingungen (und natürlich von der Tageszeit) ab, wobei die Schwankungen über Tag witterungsbedingt sehr gross sein können. Häufige Witterungsschwankungen oder Schlechtwetterperioden bringen Ausfälle an Wärmeproduktion mit sich, die so gravierend sein können, dass die Produktion von solarer Wärme wetterbedingt an Standorten nicht in Frage kommt, die sonst von der Sonneneinstrahlung her nicht zum Vornherein ausgeschlossen werden müssten. However, especially in the generation of heat by solar energy, the amount of heat currently generated depends on the weather conditions (and of course on the time of day), with the fluctuations over day can be very large due to weather conditions. Frequent weather fluctuations or bad weather periods result in heat production failures that can be so severe that the production of solar heat is not an option due to weather conditions at locations that otherwise would not have to be excluded from the sun's rays.

[0005] In Solarthermischen Kraftwerken wird die Strahlung der Sonne durch Kollektoren mit Hilfe des Konzentrators gespiegelt und gezielt auf einen Ort fokussiert, in welchem dadurch hohe Temperaturen entstehen. Die konzentrierte Wärme kann abgeführt und beispielsweise zum Betrieb von thermischen Kraftmaschinen wie Turbinen verwendet werden, die wiederum die Strom erzeugenden Generatoren antreiben. In solar thermal power plants, the radiation of the sun is mirrored by collectors with the help of the concentrator and focused specifically focused on a place in which thereby high temperatures. The concentrated heat can be dissipated and used, for example, to operate thermal engines such as turbines, which in turn drive the electricity generating generators.

[0006] Heute sind drei Grundformen von solarthermischen Kraftwerken im Einsatz: Dish-Sterling-Systeme, Solarturmkraftwerkssysteme und Parabolrinnensysteme. Today, three basic forms of solar thermal power plants are in use: Dish Sterling systems, solar tower power plant systems and parabolic trough systems.

[0007] Dish-Sterling-Systeme sind mit Paraboloidspiegeln ausgerüstet, die das Sonnenlicht auf einen Brennpunkt konzentrieren, wo ein Wärmeempfänger angeordnet ist. Die Spiegel sind zweiachsig drehbar gelagert, um dem aktuellen Sonnenstand nachgefahren werden zu können, und besitzen einen Durchmesser von wenigen Metern bis zu 10 m und mehr, womit dann Leistungen von bis zu 50 kW pro Modul erreicht werden. Ein beim Wärmeempfänger installierter Sterlingmotor wandelt die thermische Energie direkt in mechanische Arbeit um, durch die wiederum Strom erzeugt wird. Dish Sterling systems are equipped with paraboloid mirrors that focus the sunlight at a focal point where a heat receiver is located. The mirrors are rotatably mounted biaxially in order to be able to track the current position of the sun, and have a diameter of a few meters up to 10 m and more, which then achieves powers of up to 50 kW per module. A Sterling engine installed on the heat receiver converts the thermal energy directly into mechanical work, which in turn generates electricity.

[0008] An dieser Stelle sei auf die in US-PS 4,543,945 dargestellten Ausführungsformen und die installierten Anlagen Distal und Eurodish der EU in Spanien verwiesen. At this point reference should be made to the embodiments shown in US Pat. No. 4,543,945 and the installations installed Distal and Eurodish of the EU in Spain.

[0009] Solarturmkraftwerksysteme besitzen einen zentralen, erhöht (auf dem «Turm») montierten Absorber für das durch hunderte bis tausende von einzelnen Spiegeln mit zu ihm gespiegelte Sonnenlicht, womit die Strahlungsenergie der Sonne über die vielen Spiegel bzw. Konzentratoren im Absorber konzentriert und so Temperaturen bis zu 1300° C erreicht werden, was für den Wirkungsgrad der nachgeschalteten thermischen Maschinen (in der Regel ein Dampf- oder Fluidturbinenkraftwerk zur Stromerzeugung) günstig ist. Die Anlage «Solar two» in Kalifornien besitzt eine Leistung von mehreren MW. Solar tower power plant systems have a central, increased (on the "tower") mounted absorber for hundreds to thousands of individual mirrors with mirrored to him sunlight, so the radiation energy of the sun over the many mirrors or concentrators concentrated in the absorber and so Temperatures up to 1300 ° C can be achieved, which is favorable for the efficiency of the downstream thermal machines (usually a steam or fluid turbine power plant for power generation). California Solar has a capacity of several MW.

[0010] Parabolrinnenkraftwerke besitzen Kollektoren in hoher Anzahl, die lange Konzentratoren mit geringer Querabmessung aufweisen, und damit nicht einen Brennpunkt, sondern eine Brennlinie besitzen. Diese Linienkonzentratoren besitzen heute eine Länge von 20 m bis zu 150 m. In der Brennlinie verläuft ein Absorberrohr für die konzentrierte Wärme (bis gegen 500°C), das diese zum Kraftwerk transportiert. Als Transportmedium kommt beispielsweise Thermoöl oder überhitzter Wasserdampf in Frage. Parabolic trough power plants have collectors in high numbers, which have long concentrators with small transverse dimension, and thus do not have a focal point, but a focal line. These line concentrators today have a length of 20 m to 150 m. In the focal line runs an absorber tube for the concentrated heat (up to 500 ° C), which transports them to the power plant. As a transport medium such as thermal oil or superheated steam in question.

[0011] Die 9 SEGS-Parabolrinnen-Kraftwerke in Südkalifornien produzieren zusammen eine Leistung von ca. 350 MW. Das 2007 ans Netz gegangene Kraftwerk «Nevada Solar One» besitzt Rinnenkollektoren mit 182 400 gekrümmten Spiegeln, die auf einer Fläche von 140 Hektar angeordnet sind und produziert 65 MW. The 9 SEGS parabolic trough power plants in Southern California together produce an output of about 350 MW. The "Nevada Solar One" power plant, which went online in 2007, has trough collectors with 182,400 curved mirrors arranged over an area of 140 hectares and produces 65 MW.

[0012] Ein weiteres Beispiel für ein Parabolrinnenkraftwerk ist Andasol 1 in Andalusien, mit einer Konzentratorfläche von 510 ́000 m2 und 50 MW Leistung, wobei die Temperatur in den Absorberrohren ca. 400° C erreichen soll. Die Kosten beliefen sich auf dreihundert Millionen Euro. Ebenso Andasol 2, das Mitte 2009 den Testbetrieb aufgenommen hat, sowie Andasol 3, das Mitte 2011 den Betrieb aufnehmen soll. Another example of a parabolic trough power plant Andasol 1 is in Andalusia, with a concentrator area of 510 000 m2 and 50 MW power, the temperature in the absorber tubes should reach about 400 ° C. The cost amounted to three hundred million euros. And Andasol 2, which started testing in mid-2009, and Andasol 3, which is expected to go live in mid-2011.

[0013] Es ergibt sich, dass ein sehr breites Bedürfnis für die Speicherung von Wärme besteht: It turns out that there is a very broad need for the storage of heat:

[0014] Einerseits für die verschiedensten Wärmemengen von einzelnen kleinen Systemen wie z.B. Dish-Sterling Systemen bis hin zu im industriellen Massstab produzierter Wärme von Kraftwerken wie Andasol. On the one hand for the most different amounts of heat of individual small systems such. Dish-Sterling systems to heat produced on an industrial scale by power plants like Andasol.

[0015] Andererseits soll die Speicherung nur kurzzeitig stattfinden (Beschattung, Wartungsarbeiten, Wind etc.), dann mittelfristig, beispielsweise für den Gebrauch in der Nacht oder längerfristig während einer Schlecht-Wetterperiode. On the other hand, the storage should only take place for a short time (shading, maintenance, wind, etc.), then medium term, for example, for use at night or longer term during a bad weather period.

[0016] Schliesslich soll Wärme bei möglichst hoher Temperatur gespeichert werden können, da hohe Temperaturen bei der Umwandlung in eine andere Energieform (beispielsweise Strom) für einen hohen Wirkungsgrad notwendig sind und wie oben erwähnt zunehmend durch Parabolrinnenkraftwerke, insbesondere durch Solarturmsysteme aber auch durch kleine Parabolspiegel bereit gestellt werden können. Damit sind die Verluste bei der Wärmespeicherung nicht nur von der Isolation während der Speicherdauer und damit vom Temperaturabfall, sondern auch von der Temperatur der aus dem Speicher entnommenen Wärme bestimmt. Wie oben erwähnt, kann die im Konzentrator eines Parabolrinnenkraftwerks erzeugte Wärme 500 Grad erreichen, wobei durch die weitere Entwicklung noch höhere Temperaturen angestrebt werden. Finally, heat at the highest possible temperature can be stored because high temperatures in the conversion to another form of energy (such as electricity) are necessary for high efficiency and, as mentioned above increasingly by parabolic trough power plants, in particular by solar tower systems but also by small parabolic can be provided. Thus, the losses in the heat storage are determined not only by the insulation during the storage period and thus the temperature drop, but also by the temperature of the extracted heat from the memory. As mentioned above, the heat generated in the concentrator of a parabolic trough power plant can reach 500 degrees, with even higher temperatures being sought as a result of further development.

[0017] Die Kiesfüllung eines Wärmespeichers besitzt nun erhebliches Gewicht, so dass der Behälter eine entsprechend massive Stahlwand aufweisen muss, um dem Druck des Kieses zu widerstehen. Für kleine Wärmespeicher ist die Konstruktion einer Stahlwand auf den ersten Blick weniger anspruchsvoll, für grosse Wärmespeicher sicher nicht mehr trivial. The gravel filling a heat storage now has considerable weight, so that the container must have a correspondingly massive steel wall to withstand the pressure of the gravel. For small heat storage, the construction of a steel wall is less demanding at first glance, but certainly no longer trivial for large heat storage tanks.

[0018] Der Ruhedruck der Kiesfüllung (aktiver Druck) ist dabei weniger problematisch, da aufgrund der Leerräume zwischen den Steinen mit einem aktiven Druck von ca. 30 % einer Wassersäule gerechnet werden muss. Natürlich hängt der aktive Druck von der Dichte des Schüttguts ab und kann höhere Werte annehmen. In der Regel (aber keineswegs zwingend) wird die gewünschte Durchströmbarkeit des Schüttguts aber dazu führen, dass ein Schüttgut nicht allzu hoher Dichte verwendet wird. The static pressure of the gravel filling (active pressure) is less problematic, since due to the voids between the stones with an active pressure of about 30% of a water column must be expected. Of course, the active pressure depends on the density of the bulk material and can assume higher values. As a rule (but by no means necessarily), the desired flowability of the bulk material will mean that a bulk material that is not too dense is used.

[0019] Im Betrieb des Wärmespeichers muss der Natur der Sache nach die Kiesfüllung erwärmt und abgekühlt werden. Bei der Erwärmung dehnt sich die Kiesfüllung aus, was einen Expansionsdruck erzeugt, dem die Stahlwand widerstehen muss, so dass eine entsprechend massive Konstruktion notwendig ist. Ist nun eine Ausdehnung der Kiesfüllung durch die starre Wand nicht möglich, wird die Ausdehnung der einzelnen Steine kompensiert durch eine Verschiebung ihrer Anordnung gegeneinander, so dass sich der Leerraum zwischen den Steinen um das durch die Wärmedehnung der Steine konsumierte Volumen verringert. Der Expansionsdruck entspricht also in seiner Grössenordnung demjenigen Druck, der von aussen aufgebracht werden müsste, um eine Kiesfüllung durch eine vertikale Wand zusammenzuschieben (passiver Druck). In the operation of the heat storage of the nature of the thing after the gravel filling must be heated and cooled. During heating, the gravel filling expands, creating an expansion pressure that the steel wall must withstand, so that a correspondingly massive construction is necessary. If now expansion of the gravel filling by the rigid wall is not possible, the expansion of the individual stones is compensated by a displacement of their arrangement relative to one another, so that the empty space between the stones is reduced by the volume consumed by the thermal expansion of the stones. The expansion pressure thus corresponds in its magnitude to the pressure which would have to be applied from the outside in order to push together a gravel filling through a vertical wall (passive pressure).

[0020] Der passive (wie natürlich auch der aktive) Druck ist abhängig von der Art des Schüttguts und beträgt im Fall von locker geschüttetem Kies etwa das Dreifache des Drucks einer Wassersäule, oder mehr. Mit anderen Worten ist es so, dass der massgebende Betriebsdruck im konventionellen Wärmespeicher dem passiven Druck entspricht, der wesentlich höher ist als der aktive Druck der Kiesfüllung. The passive (as of course, the active) pressure is dependent on the nature of the bulk material and in the case of loose poured gravel is about three times the pressure of a column of water, or more. In other words, it is so that the decisive operating pressure in the conventional heat storage corresponds to the passive pressure, which is substantially higher than the active pressure of the gravel filling.

[0021] Hier ist zu berücksichtigen, dass sich Stahl schneller erwärmt als Kies, mit der Folge, dass die Stahlwand des Kiesbehälters bei der Aufheizung des Kieses diesem in der Temperatur und damit auch in der Wärmedehnung voraneilt. Damit nimmt während dem Aufheizvorgang das Volumen des Behälters stärker zu als dasjenige der Kiesfüllung, welche damit etwas in sich zusammenfällt (d.h. ein etwas breiteres, aber weniger hohes Volumen einnimmt). Hat die Behälter-Stahlwand die Temperatur des wärmenden Fluids erreicht (die etwas über der Speichertemperatur liegen wird) folgt das Kies in seiner Temperatur erst nach und beginnt durch die entsprechende Volumenzunahme Expansionsdruck aufzubauen, der sein Maximum bei der Speichertemperatur erreicht. Dies kann dazu führen, dass die Streckgrenze der (heissen, und darum weniger beanspruchbaren) Stahlwand überschritten wird und der Behälter sich verformt, letztlich zerstört wird. Here it should be noted that steel heats up faster than gravel, with the result that the steel wall of the gravel container voraneilt in the heating of the gravel this in the temperature and thus in the thermal expansion. Thus, during the heating process, the volume of the container increases more than that of the gravel packing which collapses somewhat with it (i.e., occupies a slightly wider but less high volume). When the tank steel wall has reached the temperature of the warming fluid (which will be slightly above the tank temperature), the gravel will first follow its temperature and begin to build up expansion pressure through the corresponding increase in volume reaching its maximum at the tank temperature. This can lead to the yield point of the (hot, and therefore less stressable) steel wall being exceeded and the container being deformed, ultimately being destroyed.

[0022] Im Ganzen muss der Behälter insbesondere für grössere Wärmespeicher recht eigentlich gepanzert werden, um den im Betrieb auftretenden Drücken widerstehen zu können, was konstruktiv aufwendig und in der Herstellung kompliziert und teuer ist. On the whole, the container has to be armored, in particular for larger heat storage, in order to be able to withstand the pressures occurring during operation, which is structurally complex and complicated to manufacture and expensive.

[0023] Entsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfachen Wärmespeicher bereitzustellen, der die Speicherung kleiner, aber auch grosser Wärmemengen ermöglicht. Accordingly, it is the object of the present invention to provide a simple heat storage, which allows the storage of small, but also large amounts of heat.

[0024] Diese Aufgabe wird durch einen Wärmespeicher mit den Merkmalen von Anspruch 1 oder Anspruch 16 gelöst. This object is achieved by a heat accumulator having the features of claim 1 or claim 16.

[0025] Dadurch, dass die Seitenwand von aussen abgestützt ist, wird sie im Wesentlichen nur auf Druck beansprucht, ohne dass sie einer Umfangsdehnung auf Grund einer druckbedingten Durchmesserzunahme widerstehen muss, was eine erheblieh niedrigere Beanspruchung der Seitenwand zur Folge hat und eine entsprechend einfache Konstruktion erlaubt. Dadurch, dass die Abstützung durch ein Schüttgut erfolgt, lässt sich in einfachster Weise eine genügend widerstandsfähige Abstützung erzielen, da die Abstützung zum Vornherein einen aktiven Druck aufweist, der in der Grössenordnung des Betriebsdrucks (d.h. des aktiven Drucks) des Wärme speichernden Schüttguts liegt. Characterized in that the side wall is supported from the outside, it is essentially only subjected to pressure, without having to resist a circumferential expansion due to a pressure-induced diameter increase, resulting in a heheblieh lower stress on the side wall result and a correspondingly simple construction allowed. The fact that the support is provided by a bulk material makes it possible in the simplest manner to achieve sufficiently resistant support, since the support in the first place has an active pressure which is of the order of the operating pressure (i.e., the active pressure) of the heat-storing bulk material.

[0026] Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die die Seitenwand (oder mindestens Bereiche der Seitenwand) in einem Neigungswinkel geneigt, was dazu führt, dass sich das Wärme speichernde Schüttgut bei der während der Speicherung von Wärme erfolgenden Expansion etwas gegen oben verschiebt, so dass sich das Volumen der Schüttgutfüllung erhöht und damit der real auftretende Betriebsdruck kleiner wird als Expansionsdruck bei einer vertikal angeordneten Seitenwand. In a preferred embodiment, the side wall (or at least portions of the side wall) is inclined at an angle of inclination, which causes the bulk material storing heat to displace somewhat upward as the expansion takes place during the storage of heat, so that increases the volume of bulk filling and thus the real operating pressure is less than expansion pressure in a vertically arranged side wall.

[0027] Damit ist die Druckbelastung der Seitenwand noch einmal reduziert, mit der Folge, dass für die Seitenwand nicht nur Stahl eingesetzt werden, sondern diese einer weiteren Ausführungsform entsprechend auch aus Beton bestehen kann. Thus, the pressure load of the side wall is reduced again, with the result that not only steel can be used for the side wall, but this can also consist of a further embodiment of concrete.

[0028] Weitere bevorzugte Ausführungsformen weisen die Merkmale der abhängigen Ansprüche auf. Further preferred embodiments have the features of the dependent claims.

[0029] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren noch etwas näher beschrieben. The invention will be described below with reference to the figures even closer.

[0030] Es zeigt: <tb>Fig. 1<sep>schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung mit im Untergrund versenktem Behälter für das die Wärme speichernde Schüttgut <tb>Fig. 2<sep>schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit einer geneigten Seitenwand <tb>Fig. 3a bis c<sep>schematisch weitere Ausführungsformen, bei denen das stützende Schüttgut über dem Untergrund aufgeschüttet ist, und <tb>Fig. 4<sep>eine aus Betonsegmenten zusammengesetzte Betonwand für den Behälter von Wärme speicherndem Schüttgut <tb>Fig. 5a und 5b<sep>verschiedene Konfigurationen für einen erfindungsgemässen WärmespeicherIt shows: <Tb> FIG. 1 schematically shows a first embodiment of the invention with a submerged container for the heat-storing bulk material <Tb> FIG. Fig. 2 schematically shows a preferred embodiment of the invention with a sloping sidewall <Tb> FIG. FIGS. 3a to c show diagrammatically further embodiments in which the supporting bulk material is heaped up above the ground, and FIGS <Tb> FIG. 4 <sep> a concrete wall composed of concrete segments for the container of heat-storing bulk material <Tb> FIG. 5a and 5b <sep> different configurations for a heat storage device according to the invention

[0031] Fig. 1 zeigt schematisch einen Wärmespeicher 1, der in den Untergrund 2 eingelassen ist und einen Behälter 3 für eine Füllung aus Wärme speicherndem Schüttgut 4 aufweist. Der Behälter 3 besitzt eine Seitenwand 5, die das wärmespeichernde Schüttgut 4 umschliesst. Von einem Maschinenhaus 6 führt eine Fluidleitung 7 in den Bodenbereich 8 des Wärmespeichers 1, wo sich das Fluid verteilen und über einen Siebboden 9 gleichförmig verteilt in das Wärme speichernde Schüttgut 4 eintreten, dieses durchströmen, oben aus diesem austreten und über die Fluidleitung 10 in das Maschinenhaus 6 zurückgeführt werden kann. Fig. 1 shows schematically a heat storage 1, which is embedded in the substrate 2 and a container 3 for a filling of heat-storing bulk material 4 has. The container 3 has a side wall 5, which encloses the heat-storing bulk material 4. From a nacelle 6 leads a fluid line 7 in the bottom portion 8 of the heat accumulator 1, where distribute the fluid and uniformly distributed over a sieve tray 9 in the heat-storing bulk material 4, this flow through, emerge at the top of this and via the fluid line 10 in the Machine house 6 can be returned.

[0032] In der Figur nicht dargestellt sind die weiteren Komponenten, mit denen das Maschinenhaus 6 mit einer Wärmequelle wie einem Solarkraftwerk verbunden ist. Ebenfalls nicht dargestellt sind die Komponenten, zu denen hin die dem Wärmespeicher 1 entnommene gespeicherte Wärme vom Maschinenhaus 6 ausgeführt wird. Not shown in the figure, the other components with which the machine house 6 is connected to a heat source such as a solar power plant. Also not shown are the components to which the stored heat storage 1 stored heat from the machine house 6 is performed.

[0033] In der Figur dargestellt ist eine Durchströmung mit Fluid von unten nach oben. Damit kann das Wärme speichernde Schüttgut 4 durch heisses, von der Wärmequelle stammendes Fluid aufgeheizt werden. Nach Bedarf kann später kaltes Fluid durch das Wärme speichernde Schüttgut 4 geleitet werden, das sich entsprechend aufheizt und dann zur Umwandlung von Energie nutzbar ist, etwa zur Dampferzeugung, wobei der Dampf dann seinerseits eine Turbine für die Produktion von Strom antreiben kann. Shown in the figure is a flow with fluid from bottom to top. Thus, the heat-storing bulk material 4 can be heated by hot, derived from the heat source fluid. As needed, later cold fluid can be passed through the bulk material 4 storing heat, which heats up accordingly and is then usable to convert energy, such as to generate steam, which in turn can then drive a turbine for the production of electricity.

[0034] Als Fluid wird vorzugsweise ein Gas wie Luft eingesetzt. Andere Fluide, auch flüssige, sind ebenfalls denkbar. Als Wärme speicherndes Schüttgut 4 dient bevorzugt Kies. Andere Schüttgüter sind ebenfalls denkbar. Schliesslich sind für die Führung des Fluids durch das Wärme speichernde Schüttgut 4 verschiedenste Lösungen möglich, z.B. derart, dass sich im Wärme speichernden Schüttgut 4 eine Temperaturschichtung ergibt und die Durchströmung im Gleichstrom oder im Gegenstrom erfolgt. As the fluid, a gas such as air is preferably used. Other fluids, including liquids, are also conceivable. As a heat-storing bulk material 4 is preferably gravel. Other bulk materials are also conceivable. Finally, 4 different solutions are possible for the passage of the fluid through the heat-storing bulk material 4, e.g. in such a way that a temperature stratification results in the bulk material 4 storing in the heat and the throughflow takes place in cocurrent or countercurrent.

[0035] Der Fachmann kann die oben erwähnten Elemente auslegen bzw. modifizieren um eine optimale Wärmespeicherung nach den Gegebenheiten vor Ort zu erzielen. Insbesondere kann der Wärmespeicher 1 für die Speicherung der Wärme einer kleinen Einheit oder für die Speicherung von Wärme im industriellen Massstab ausgelegt und entsprechend ausgebildet werden. The skilled person can interpret or modify the above-mentioned elements in order to achieve optimum heat storage according to the local conditions. In particular, the heat accumulator 1 can be designed for the storage of the heat of a small unit or for the storage of heat on an industrial scale and designed accordingly.

[0036] Der in der Figur dargestellte Untergrund 2 weist eine unterschiedliche Struktur auf. Einerseits eine feste Struktur, wie z.B. Felsen 13 und andererseits eine schüttgutartige Struktur 14, wie z.B. Erde oder Kies. The substrate 2 shown in the figure has a different structure. On the one hand, a solid structure, such as Rock 13 and on the other hand, a bulk-like structure 14, such. Earth or gravel.

[0037] Im Betrieb wird die Seitenwand 5 durch das sich erhitzende, die Wärme speichernde Schüttgut durch gegen aussen gerichteten, im Fall eines zylindrischen Behälters 3 durch radialen Betriebsdruck belastet, wobei die Seitenwand 5 ihrerseits gegen aussen am sie stützenden Schüttgut 14 abgestützt ist. Dadurch wird die Seitenwand 5 im Wesentlichen nur auf Druck beansprucht. Besteht die Seitenwand 5 aus Stahl, wird durch die Wärmedehnung der Durchmesser des Behälters 3 grösser, mit der Folge, dass sich das stützende Schüttgut seinem aktiven Druck entsprechend Gegendruck aufbaut, so dass bei der nachfolgenden Zunahme des Durchmessers der Füllung aus Wärme speicherndem Schüttgut die Seitenwand 5 bereits stabil durch das stützende Schüttgut abgestützt ist und eine weitere Durchmesserzunahme der Seitenwand weitgehend oder ganz unterdrückt wird: es bleibt erfindungsgemäss bei der grundsätzlichen nur Druck-Beanspruchung der Seitenwand, was eine entsprechend leichte und einfache Ausführung ermöglicht. Hier ist anzufügen, dass bevorzugt für das stützende Schüttgut 14 ein dichteres Material (gegenüber dem Wärme speichernden Material) verwendet wird, da dieses nicht von einem Fluid durchströmt werden muss. Dies wird bei Verwendung von Aushub aus der Grube, in die der erfindungsgemässe Wärmespeicher 1 gelegt wird, in der Regel der Fall sein. Damit ist der passive Druck des stützenden Schüttguts 14 zum Vornherein grösser als derjenige des Wärme speichernden Schüttguts 4, mit dem entsprechenden Vorteil einer stabilen Abstützung der Seitenwand 5. In operation, the side wall 5 is charged by the heating, the heat-storing bulk material by directed against outside, in the case of a cylindrical container 3 by radial operating pressure, the side wall 5 in turn is supported against the outside on the supporting bulk material 14. As a result, the side wall 5 is essentially subjected to pressure only. If the side wall 5 is made of steel, the diameter of the container 3 becomes larger as a result of the thermal expansion, with the result that the supporting bulk material builds up its active pressure corresponding to backpressure, so that during the subsequent increase in the diameter of the filling of heat-storing bulk material, the side wall 5 is already stably supported by the supporting bulk material and a further increase in diameter of the side wall is largely or completely suppressed: it remains according to the invention in the principle only compressive stress of the side wall, which allows a correspondingly lightweight and simple design. It should be added here that preferably a denser material (compared to the heat-storing material) is used for the supporting bulk material 14, since this does not have to be flowed through by a fluid. This will be the case when using excavation from the pit, in which the heat storage 1 according to the invention is placed, as a rule. Thus, the passive pressure of the supporting bulk material 14 is at the outset greater than that of the heat-storing bulk material 4, with the corresponding advantage of a stable support of the side wall fifth

[0038] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das stützende Schüttgut 14 gegenüber dem lockeren Füllzustand verdichtet, was bei gewissen Schüttgütern vorteilhaft sein kann, aber beispielsweise bei groben, aus harten Einzelteilen bestehenden Schüttgütern wie grobem Kies kaum notwendig ist. Hier ist anzumerken, dass der Fachmann bei der Auswahl des stützenden Schüttguts insbesondere dessen passiven Druck berücksichtigen wird, aber in der Bestimmung des Materials des Schüttguts grundsätzlich frei ist und dieses auf die Bedürfnisse vor Ort abstimmen kann. In a preferred embodiment, the supporting bulk material 14 is compressed compared to the loose filling state, which may be advantageous for certain bulk materials, but is hardly necessary, for example, in coarse, consisting of hard individual bulk materials such as coarse gravel. It should be noted that the expert in the selection of the supporting bulk material will take into account in particular its passive pressure, but in the determination of the material of the bulk material is basically free and this can vote on the needs on site.

[0039] Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Wärmespeichers 20, dessen Seitenwand 21 in einem Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen geneigt ist, derart, dass sich der Behälter 22 des Wärmespeichers 20 gegen oben erweitert. In der Ausführungsform gemäss Fig. 2 besitzt der Behälter 22 die Form eines umgekehrten Kegelstumpfs. Der Behälter 22 ist ganz von einem stützenden Schüttgut 23 wie beispielsweise Kies umgeben, das eine in der Figur gestrichelt angedeutete Grube 25 ausfüllt, die aus dem Untergrund 24 ausgehoben worden ist. Grundsätzlich ist es so, dass der Raum zwischen der ausgehobenen Grube 25 und dem in dieser eingesetzten Behälter 22 durch das Material des Untergrunds wieder zugeschüttet werden kann, das dann das stützende Schüttgut 23 bildet. Je nach der Materialbeschaffenheit kann der Fachmann auch vorsehen, eine anderes Schüttgut 23 dafür vorzusehen, das die gewünschten Eigenschaften, insbesondere den gewünschten aktiven Druck aufweist. Fig. 2 shows a preferred embodiment of a heat accumulator 20, whose side wall 21 is inclined at an inclination angle relative to the horizontal, such that the container 22 of the heat accumulator 20 widens against the top. In the embodiment according to FIG. 2, the container 22 has the shape of an inverted truncated cone. The container 22 is completely surrounded by a supporting bulk material 23, such as gravel, which fills a pit 25, indicated by dashed lines in the figure, which has been dug out of the ground 24. Basically, it is so that the space between the excavated pit 25 and the container used in this 22 can be filled up again by the material of the substrate, which then forms the supporting bulk material 23. Depending on the nature of the material, the person skilled in the art can also provide for another bulk material 23 to be provided for this, which has the desired properties, in particular the desired active pressure.

[0040] Durch die Neigung der Seitenwand 21 kann das unter Expansionsdruck stehende Wärme speichernde Schüttgut 4 sich etwas nach oben verschieben, da die Reaktion der Wand auf dessen einzelne Steine dank der Schräglage eine nach oben gerichtete Komponente besitzt: Due to the inclination of the side wall 21, the standing under expansion pressure heat storing bulk material 4 can move slightly upwards, since the reaction of the wall on the individual stones thanks to the inclined position has an upward component:

[0041] Eine Flächeneinheit der Seitenwand 21 übt eine Reaktionskraft gemäss dem Vektor 25 der Reaktionskraft auf, wobei dieser Vektor 25 eine horizontal nach innen gerichtete Komponente 26 sowie die oben genannte, vertikal nach oben gerichtete Komponente 27 besitzt, welche wiederum eine Bewegung der einzelnen Steine des Wärme speichernden Schüttguts 4 nach oben zur Folge hat. A surface unit of the side wall 21 exerts a reaction force according to the vector 25 of the reaction force, this vector 25 has a horizontally inwardly directed component 26 and the above, vertically upward component 27, which in turn movement of the individual stones the heat-storing bulk material 4 has up to the episode.

[0042] Verschieben sich Steine nun etwas nach oben, erfolgt durch die gleichzeitige Zunahme des Volumens eine Druckentlastung. Dieser Effekt spielt über die ganze Höhe des Behälters 20. Zwar spielt dieser Effekt auf Grund der Reibung der einzelnen Steine unter sich und mit der Seitenwand 21 nur beschränkt, aber dennoch so weit, dass sich der reale Betriebsdruck gegenüber dem aktiven Druck entsprechenden Expansionsdruck bei vertikaler Seitenwand merklich verringert. Dies wiederum führt zu einer Entlastung der Seitenwand, da eben der auf sie wirkende Betriebsdruck kleiner ist als bei einer vertikal ausgerichteten Seitenwand. Moving stones now slightly upwards, takes place through the simultaneous increase in the volume pressure relief. This effect plays over the entire height of the container 20. Although this effect is due to the friction of the individual stones below and with the side wall 21 only limited, but still so far that the real operating pressure compared to the active pressure corresponding expansion pressure at vertical Sidewall noticeably reduced. This in turn leads to a relief of the side wall, since just the operating pressure acting on it is smaller than in a vertically oriented side wall.

[0043] Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Wärme speichernde Schüttgut im Betrieb des Wärmespeichers einen passiven Druck auf, der höher ist als die Soll-Betriebsdrucksfestigkeit (ohne Sicherheitsreserve) der Seitenwand des Behälters, der das Wärme speichernde Schüttgut 4 enthält. Dies ist möglich, weil der Neigungswinkel der Seitenwand 21 gegenüber der Horizontalen einen Wert derart aufweist, dass der Betriebsdruck des Wärme speichernden Schüttguts 4 kleiner ist als als die Betriebsdruckfestigkeit der Seitenwand 21. In one embodiment of the present invention, the heat-storing bulk material during operation of the heat accumulator on a passive pressure which is higher than the desired operating pressure resistance (without safety reserve) of the side wall of the container containing the heat-storing bulk material 4. This is possible because the inclination angle of the side wall 21 relative to the horizontal has a value such that the operating pressure of the heat-storing bulk material 4 is smaller than the operating pressure resistance of the side wall 21.

[0044] Die Neigung der Seitenwand 21 ergibt nicht nur die oben beschriebene vorteilhafte Wirkung auf das Wärme speichernde Schüttgut 4, sondern zugleich auch die anhand des Kraftvektors 40 beschriebene vorteilhafte Wirkung auf das stützende Schüttgut: Eine Flächeneinheit der Seitenwand 21 wird durch den Betriebsdruck belastet und übt auf den entsprechenden Bereich des stützenden Schüttguts 23 eine Kraft gemäss dem Vektor 40 aus, der eine nach aussen gerichtete horizontale Komponente 41 und eine nach unten gerichtete vertikale Komponente 42 besitzt. The inclination of the side wall 21 not only gives the above-described advantageous effect on the heat-storing bulk material 4, but at the same time the described with reference to the force vector 40 advantageous effect on the supporting bulk material: A unit area of the side wall 21 is loaded by the operating pressure and exerts on the corresponding area of the supporting bulk material 23 a force according to the vector 40, which has an outwardly directed horizontal component 41 and a vertical component 42 directed downwards.

[0045] Durch die horizontale Komponente 42 allein könnte das stützende Schüttgut 23 an der Oberfläche 43 teilweise nach oben weggedrückt werden, wie dies durch den Umriss einer Anhäufung 44 angedeutet ist. Dadurch würde im Bereich der Oberfläche 43 die Wirkung des stützenden Schüttguts vermindert, mit der Gefahr, dass sich dieser Effekt gegen unten fortsetzt und sich das stützende Schüttgut 23 im Bereich der Seitenwand 23 lockert, mit der Folge, dass die Seitenwand 21 auf eine entsprechend höhere Beanspruchung ausgelegt werden müsste. By virtue of the horizontal component 42 alone, the supporting bulk material 23 on the surface 43 could be pushed away partially upwards, as indicated by the outline of an accumulation 44. As a result, the effect of the supporting bulk material would be reduced in the region of the surface 43, with the risk that this effect continues towards the bottom and the supporting bulk material 23 loosens in the region of the side wall 23, with the result that the side wall 21 reaches a correspondingly higher level Stress would have to be interpreted.

[0046] Durch die vertikal nach unten gerichtete Komponente 42 jedoch wird die Gefahr einer Anhäufung 44 vermieden, da das unter Druck stehende stützende Schüttgut 23 nicht nur horizontal nach aussen weg, sondern auch gleichzeitig gegen unten gedrückt wird. By the vertically downwardly directed component 42, however, the risk of accumulation 44 is avoided because the pressurized supporting bulk material 23 is not only horizontally outward away, but also pressed simultaneously against the bottom.

[0047] Zusammenfassend kann einerseits die Seitenwand durch ein stützendes Schüttgut gestützt werden, was überhaupt grössere Wärmespeicher (d.h. Wärmespeicher, deren Füllung ein grosses Volumen besitzen) erlaubt, da ohne solche Stützung die Seitenwand aufgrund der aufzufangenden Kräfte kaum wirtschaftlich herzustellen wäre. Zudem kann der Betriebsdruck durch die geschilderte Neigung der Seitenwand merklich gesenkt werden, was die Konstruktion einer konventionellen Seitenwand erleichtert. In Kombination ermöglichen diese beiden Bauprinzipien, die Beanspruchung der Seitenwand derart zu reduzieren, dass dann auch für grosse Wärmespeicher auf andere Materialien als Stahl, wie beispielsweise Beton zurückgegriffen werden kann, was wiederum die erfindungsgemässen, weiteren, erheblichen Vorteile mit sich bringt, wie es im Zusammenhang mit der Fig. 4 beschrieben ist. In summary, on the one hand, the side wall can be supported by a supporting bulk material, which allows larger heat storage (i.e., heat storage, the filling of which have a large volume), since without such support the side wall would be difficult to produce economically due to the forces to be absorbed. In addition, the operating pressure can be markedly lowered by the described inclination of the side wall, which facilitates the construction of a conventional side wall. In combination, these two design principles make it possible to reduce the stress on the side wall such that other materials than steel, such as concrete, can be used even for large heat accumulators, which in turn brings with it further, considerable advantages, as in the present invention Related to Fig. 4 is described.

[0048] Da der konkrete, optimale Neigungswinkel der Seitenwand davon abhängt, welche Schüttgüter verwendet werden, sei an dieser Stelle angefügt, dass ein Neigungswinkel zwischen 50 und 85 Grad ermöglicht, den erfindungsgemässen Effekt bei praktisch alle möglichen Kombinationen von Schüttgutmaterialien zu realisieren. Ein Neigungswinkel zwischen 60 und 80 Grad ist für die meisten gängigen Schüttgüter geeignet (Kies oder Keramik in Verbindung mit Material des Untergrunds), während ein Neigungswinkel von 70 Grad als Mittelwert dienen mag, wenn sich Unsicherheiten im Hinblick auf den Reibungswinkel der Materialien ergeben bzw. nicht homogene Materialien verwendet werden. Since the concrete, optimum angle of inclination of the side wall depends on which bulk materials are used, it should be added at this point that an angle of inclination between 50 and 85 degrees makes it possible to realize the inventive effect in virtually all possible combinations of bulk materials. An inclination between 60 and 80 degrees is suitable for most common bulk materials (gravel or ceramics in combination with substrate material), while an inclination angle of 70 degrees may serve as an average, if uncertainties arise with respect to the friction angle of the materials or not homogeneous materials are used.

[0049] Beispielsweise ergibt sich bei der Wahl eines Wärme speichernden Schüttguts wie abgerundetem Kies mit einer Granulometrie von 28 bis 32 mm, einem spezifischen Gewicht von 15 kN/m3 und einem Reibungswinkel von 40 Grad in Kombination mit einem stützenden Schüttgut wie lockerer, nicht koesiver «Standardboden» mit einem spezifischen Gewicht von 22 kN/m3 und einem Reibungswinkel von 30 Grad bei einem Neigungswinkel der Seitenwand von 80 Grad gegenüber der Horizontalen ein passiver Druck des Kieses von ca. 269 kN/m2, während der passive Druck des stützenden «Standardbodens» 420 kN/m2 beträgt. For example, results in the choice of a heat-storing bulk material such as rounded gravel with a granulometry of 28 to 32 mm, a specific gravity of 15 kN / m3 and a friction angle of 40 degrees in combination with a supporting bulk such as loose, non-koesiver "Standard soil" with a specific weight of 22 kN / m3 and a friction angle of 30 degrees with an inclination angle of the side wall of 80 degrees to the horizontal a passive pressure of the gravel of about 269 kN / m2, while the passive pressure of the supporting «standard soil »420 kN / m2.

[0050] Die Fig. 3a bis 3c zeigen verschiedene mögliche Konfigurationen im Aufbau des stützenden Schüttguts. 3a to 3c show various possible configurations in the structure of the supporting bulk material.

[0051] Fig. 3a zeigt einen teilweise im Untergrund versenkten Behälter 30 eines Wärmespeichers, wobei die dazu gehörenden Fluidleitungen und weiteren Komponenten zur Entlastung der Figur weggelassen sind. Ein Schüttgut 31 umgibt die Seitenwand 32 über deren ganze Höhe, füllt einerseits die Grube 33 und bildet andererseits eine Aufschüttung 34. Die Flanke der Aufschüttung 34 ist flacher als der Reibungswinkel des stützenden Schüttguts 31, womit die Aufschüttung stabil bleibt und die erheblichen Kräfte des Betriebsdrucks aufnehmen kann. Die Stabilität der Flanke der Aufschüttung 34 wird unterstützt durch die Neigung der Seitenwand 32, die unter Betriebsdruck über die nach unten gerichtete Kraftkomponente (s. Fig. 2, nach unten gerichtete Kraftkomponente 42) die Aufschüttung 34 noch stabilisierend verdichtet. Fig. 3a shows a partially sunk in the underground tank 30 of a heat storage, the associated fluid lines and other components to relieve the figure are omitted. A bulk material 31 surrounds the side wall 32 over its entire height, on the one hand fills the pit 33 and on the other hand forms a landfill 34. The flank of the landfill 34 is shallower than the angle of friction of the supporting bulk material 31, whereby the landfill remains stable and the considerable forces of the operating pressure can record. The stability of the flank of the landfill 34 is aided by the inclination of the side wall 32 which, under operating pressure, compresses the landfill 34 in a stabilizing manner via the downwardly directed force component (see Fig. 2, downwardly directed force component 42).

[0052] Fig. 3b zeigt einen teilweise im Untergrund versenkten Behälter 35, wobei der Untergrund genügend aktiven Druck erzeugt, um die Seitenwand 36 zu stützen. Fig. 3b shows a partially submerged container 35, wherein the substrate generates sufficient active pressure to support the side wall 36.

[0053] Die Aufschüttung 37 aus stützendem Schüttgut wird ihrerseits aussen durch eine äussere Endwand 38 gestützt. Dadurch ergibt sich eine Durchmesserreduktion der Anordnung, da die in Fig. 3a dargestellte Flanke des stützenden Schüttguts entfällt. Die äussere Endwand wird aufgrund der inneren Reibung im stützenden Schüttgut 37 durch den auf die Seitenwand 36 wirkenden Betriebsdruck vergleichsweise wenig belastet, und kann durch den Fachmann leicht in konventioneller Art ausgeführt werden. Bevorzugt wird der Aushub für die Grube, in welcher der Behälter 35 liegt, für die Aufschüttung 37 verwendet. The landfill 37 from supporting bulk material is in turn supported by an outer end wall 38 outside. This results in a diameter reduction of the arrangement, since the flank of the supporting bulk material shown in FIG. 3a is eliminated. The outer end wall is relatively little loaded due to the internal friction in the supporting bulk material 37 by the operating pressure acting on the side wall 36, and can be easily performed by the skilled person in a conventional manner. Preferably, the excavation for the pit, in which the container 35 is located, is used for the landfill 37.

[0054] Fig. 3c zeigt einen auf dem Untergrund (oder auch über dem Untergrund, beispielsweise auf einem Gerüst) stehenden Behälter 40, wobei das Stützende Schüttgut 42 um die Seitenwand 41 herum angehäuft ist, so dass dessen Seitenwand 41 durch eine Aufschüttung 42 aus stützendem Schüttgut gestützt ist, wobei eine äussere Endwand 43 die Aufschüttung 42 umgibt und begrenzt. Fig. 3c shows a standing on the ground (or even above the ground, for example on a scaffold) container 40, wherein the supporting bulk material 42 is piled around the side wall 41 around, so that its side wall 41 by a land 42 from supporting bulk material is supported, wherein an outer end wall 43 surrounds the land 42 and limits.

[0055] Die Anordnungen der Fig. 3abis 3c, oder Mischformen davon, können durch den Fachmann bevorzugt nach den vor Ort herrschenden Verhältnissen ausgewählt werden. The arrangements of FIGS. 3 a to 3 c, or mixed forms thereof, can be selected by the person skilled in the art, preferably according to the local conditions.

[0056] Fig. 4 zeigt eine aus Betonelementen 50 bestehende Seitenwand 51 eines erfindungsgemässen Wärmespeichers (s. Fig. 2). Alle Betonelemente 50 besitzen gleiche Form, können also in Serie hergestellt werden. Über die Länge sind die Betonelemente 50 leicht konisch ausgebildet, so dass sich der vom Fachmann im konkreten Fall bestimmte Neigungswinkel der Seitenwand 51 ausbildet, wenn die Betonelemente 50 zu dieser zusammengefügt werden. Hier sei angefügt, dass die Seitenwand auch aus einem anderen nicht-metallischen Material gefertigt werden kann. Der Begriff «nicht-metallisch» oder «Beton» schliesst jedoch nicht aus, dass der Fachmann aufgrund der vorgesehenen Beanspruchung der Seitenwand bzw. der die Seitenwand bildenden Elemente metallische Verstärkungen vorsehen kann. Zwar ist erfindungsgemäss die Seitenwand im Grundsatz nur auf Druck beansprucht. Aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten im realen ausgeführten Wärmespeicher gemäss der vorliegenden Erfindung ist eine gewisse weitere Beanspruchung nicht auszuschliessen, die vom Fachmann neben der Nutzung der erfindungsgemässen Vorteile durchaus gewollt sein kann. 4 shows a side wall 51 consisting of concrete elements 50 of a heat accumulator according to the invention (see FIG. 2). All concrete elements 50 have the same shape, so they can be produced in series. Over the length, the concrete elements 50 are slightly conical, so that the angle of inclination of the side wall 51 determined by the person skilled in the specific case is formed when the concrete elements 50 are joined together to form this. It should be noted that the side wall can also be made of another non-metallic material. However, the term "non-metallic" or "concrete" does not exclude that the skilled artisan may provide metallic reinforcements due to the intended stress of the sidewall or members forming the sidewall. Although according to the invention the side wall in principle only claimed on pressure. Due to the structural conditions in real running heat storage according to the present invention, a certain further stress can not be excluded, which may well be desired by the skilled person in addition to the use of the inventive advantages.

[0057] Die Längsränder 52,53 der Betonelemente 50 weisen eine Stufe 54 auf, so dass eine breitere Oberfläche 55 und eine schmalere Oberfläche 56 entsteht. Die Betonelemente 50 werden nun neben einander positioniert, wobei abwechselnd die breitere Oberfläche 55 und dann die schmalere Oberfläche 56 gegen aussen gerichtet ist, mit der Folge, dass sich die gestuften Längsränder 52,53 auf einander abstützen, so dass die Seitenwand 51 geschlossen ist. The longitudinal edges 52,53 of the concrete elements 50 have a step 54, so that a wider surface 55 and a narrower surface 56 is formed. The concrete elements 50 are now positioned next to each other, alternately the wider surface 55 and then the narrower surface 56 is directed outwards, with the result that the stepped longitudinal edges 52,53 are supported on each other, so that the side wall 51 is closed.

[0058] Der Fachmann kann auch eine andere Geometrie der Ränder 52,53 vorsehen, so dass die Betonelemente 50 geeignet ineinander greifen. Durch dieses in einander greifen ergibt sich eine gegenseitig definierte Lage der jeweils angrenzenden Betonelemente. Zugleich wird durch die Stufenform eine leichte Relativbewegung der angrenzenden Elemente 50 in verbautem Zustand nach wie vor möglich sein, indem die Flanken der Stufen etwas auf einander gleiten, so dass verbleibende, geringste Verschiebungen der Elemente aufgrund des Betriebs des Wärmespeichers möglich sind. The person skilled in the art can also provide a different geometry of the edges 52, 53 so that the concrete elements 50 fit together in a suitable manner. By engaging in each other results in a mutually defined position of each adjacent concrete elements. At the same time by the step shape, a slight relative movement of the adjacent elements 50 in the installed state still be possible by the edges of the steps slide slightly on each other, so that remaining, the slightest displacements of the elements due to the operation of the heat storage are possible.

[0059] Im Einzelnen ist ein Betonelement 50 als langgestreckte, flache Platte ausgebildet, deren beide gerade verlaufende Längsränder 52,53 als Stufe 54 ausgebildet sind, die mit der Stufe 54 eines benachbarten Betonelements 50 zum Eingriff gebracht werden kann. Die Breite eines Betonelements 50 am unteren Ende 62 ist kleiner als die Breite am oberen Ende 63. Zudem sind die untere Breite 62, die obere Breite 63 sowie das Verhältnis der Breiten 62,63 derart ausgebildet, dass eine Anzahl von Betonelementen 50 mit im Eingriff stehenden Längsrändern zu einem geschlossenen Mantel eines Kegelstumpfs zusammengefügt werden kann, wie dies in der Figur dargestellt ist. In detail, a concrete element 50 is formed as an elongated, flat plate, both of which straight longitudinal edges 52,53 are formed as a step 54 which can be brought into engagement with the step 54 of an adjacent concrete element 50. The width of a concrete element 50 at the lower end 62 is smaller than the width at the upper end 63. In addition, the lower width 62, the upper width 63 and the ratio of the widths 62,63 are formed such that a number of concrete elements 50 with engaged standing longitudinal edges can be joined together to form a closed shell of a truncated cone, as shown in the figure.

[0060] Bevorzugt kann der Körper eines Betonelements 50 in Richtung seiner Breite (dies aber über seine ganze Länge) gekrümmt sein, wobei der Krümmungsradius vom breiteren Ende her gegen das schmalere Ende kleiner wird und derart ausgebildet ist, dass er dem Krümmungsradius des Kegelstumpfs im Wesentlichen entspricht. Preferably, the body of a concrete element 50 in the direction of its width (but this over its entire length) to be curved, the radius of curvature of the wider end against the narrower end is smaller and is designed such that it corresponds to the radius of curvature of the truncated cone in Essentially corresponds.

[0061] In der Figur sind noch die gestrichelt dargestellten Stützen 57 vorgesehen, welche erlauben, die Betonelemente 50 während dem Bau des Wärmespeichers in der vorbereiteten Grube gegeneinander anzuordnen und auszurichten, so dass dann die Grube mit dem stützenden Schüttgut gefüllt werden kann. Im Betrieb des erfindungsgemässen Wärmespeichers ist die Stützwirkung dieser Stützen 57 jedoch von untergeordneter Bedeutung. In the figure, the supports 57 shown in dashed lines are still provided, which allow the concrete elements 50 during the construction of the heat storage in the prepared pit against each other to arrange and align, so that then the pit can be filled with the supporting bulk material. During operation of the heat accumulator according to the invention, however, the supporting action of these supports 57 is of subordinate importance.

[0062] Weiter ersichtlich ist ein Boden 65 des Behälters 51. Further apparent is a bottom 65 of the container 51st

[0063] Die Wärmeleitfähigkeit von Beton ist massiv kleiner als diejenige von Stahl, was die zeitlich längere Speicherung von Wärme hoher Temperatur ohne grösseren zusätzlichen Isolationsaufwand ermöglicht. Um eine kühlende Konvektion von Luft zu unterbinden, wird eine Seitenwand gemäss der Ausführungsform von Fig. 4 bevorzugt aussen mit einer Dichtfolie umschlossen, die ihrerseits dann am stützenden Schüttgut aufliegt. Zwischen der Seitenwand 51 und dem stützenden Schüttgut ist auch eine spezielle Isolationsschicht erfindungsgemäss, die jedoch druckbelastbar sein muss, da sie zwischen der Seitenwand 51 und dem stützenden Schüttgut (das zur Entlastung der Figur nicht eingezeichnet ist) liegt. The thermal conductivity of concrete is massively smaller than that of steel, which allows the temporally longer storage of heat high temperature without major additional insulation effort. In order to prevent a cooling convection of air, a side wall according to the embodiment of Fig. 4 is preferably outside with a sealing film enclosed, which in turn then rests on the supporting bulk material. Between the side wall 51 and the supporting bulk material is also a special insulation layer according to the invention, but which must be pressure resistant, since it is between the side wall 51 and the supporting bulk material (which is not shown to relieve the figure).

[0064] Solche Behälter können beispielsweise einen Durchmesser von 5 m bis 25 m und eine Höhe von 4 m bis 9,5 m aufweisen. Such containers may for example have a diameter of 5 m to 25 m and a height of 4 m to 9.5 m.

[0065] Fig. 5a zeigt eine weitere, erfindungsgemässe Konfiguration für einen erfindungsgemässen Wärmespeicher. Die Seitenwand 70 ist als Ganzes in verschiedene Segmente 71, 72 aufgeteilt. Dabei ist nur das Segment 71 gegenüber der Horizontalen geneigt, und das Segment 72 vertikal angeordnet, was aber genügt, um den Betriebsdruck des darin vorhandenen (und zur Entlastung der Figur weggelassenen) Wärme speichernden Schüttguts derart zu reduzieren, dass die Seitenwand aus nicht-metallischen Materialien, wie die oben beschriebenen Betonelemente 50, ausgebildet werden kann. Der Fachmann wird eine solche Konfiguration beispielsweise dann wählen, wenn auf der einen Seite der für den Wärmespeicher vorgesehenen Grube der zur Verfügung stehende Raum knapp ist. Hier sei angemerkt, dass beispielsweise am Ort des vertikalen Segments 72 felsiger Untergrund vorliegen könnte, so dass der Fachmann nur das geneigte Segment 72 durch ein stützendes Schüttgut stützen müsste, während das vertikale Segment 71 direkt durch den Fels abgestützt würde. Solche Mischformen liegen zwar im Bereich der vorliegenden Erfindung, sind aber selten, und in der Regel durch spezielle Bodenformationen motiviert. In der Regel wird die gesamte Seitenwand 70 rund, als Kegelstumpf ausgebildet und rundum durch stützendes Schüttgut umgeben sein. 5a shows another configuration according to the invention for a heat accumulator according to the invention. The side wall 70 is divided as a whole into different segments 71, 72. In this case, only the segment 71 is inclined relative to the horizontal, and the segment 72 arranged vertically, but this is sufficient to reduce the operating pressure of existing therein (and to relieve the figure omitted) heat-storing bulk material such that the side wall of non-metallic Materials, such as the concrete elements 50 described above, can be formed. The person skilled in the art will choose such a configuration, for example, if the available space is scarce on one side of the pit provided for the heat accumulator. It should be noted that, for example, 72 rocky ground could be present at the location of the vertical segment, so that the expert would only support the inclined segment 72 by a supporting bulk material, while the vertical segment 71 would be supported directly by the rock. While such hybrids are within the scope of the present invention, they are rare and usually motivated by specific soil formations. As a rule, the entire side wall 70 is round, formed as a truncated cone and surrounded all around by supporting bulk material.

[0066] Fig. 5b zeigt eine zusätzliche, erfindungsgemässe Konfiguration für einen Erfindungsgemässen Wärmespeicher. Die Seitenwand 80 ist als Ganzes in verschiedene Segmente 81 bis 84 aufgeteilt. Eines der Segmente 81 ist dabei vertikal ausgerichtet, die anderen Segmente 82 bis 84 sind gegenüber der Horizontalen erfindungsgemäss geneigt, was genügt, um den Betriebsdruck des darin vorhandenen (und zur Entlastung der Figur weggelassenen) Wärme speichernden Schüttguts derart zu reduzieren, dass die Seitenwand aus nicht-metallischen Materialien, wie die oben beschriebenen Betonelemente 50, ausgebildet werden kann. Zusätzlich ist das Segment 84 eben ausgebildet. FIG. 5 b shows an additional configuration according to the invention for a heat store according to the invention. The side wall 80 as a whole is divided into different segments 81 to 84. One of the segments 81 is vertically aligned, the other segments 82 to 84 are inclined relative to the horizontal according to the invention, which is sufficient to reduce the operating pressure of the existing therein (and to relieve the figure omitted) heat-storing bulk material such that the side wall of non-metallic materials, such as the concrete elements 50 described above can be formed. In addition, the segment 84 is flat.

[0067] Solche geometrischen Mischformen wird der Fachmann nach den Verhältnissen vor Ort bestimmen, die Neigung und den Flächenanteil der geneigten Segmente jedoch derart vorsehen, dass der erfindungsgemässe Effekt der geneigten Seitenwand wirksam ist. Such geometrical mixing forms will determine the person skilled in the art according to the conditions on the ground, but the inclination and the area ratio of the inclined segments provide such that the inventive effect of the inclined side wall is effective.

[0068] Im Ganzen wird durch die vorliegende Erfindung ein Wärmespeicher bereitgestellt, der für kleine Systeme und für die Speicherung grosser Wärmemengen, wie sie in grossen Solarkraftanlagen erzeugt werden, geeignet ist. Für grosse Wärmemengen kann ein einziger grosser oder mehrere geeignet zusammengeschaltete kleinere Wärmespeicher vorgesehen werden, da der erfindungsgemässe Wärmespeicher, insbesondere in einer Ausführung mit einer aus Betonelementen hergestellten Seitenwand, kostengünstig und vor Ort in Serie produziert werden kann. Durch die Isolationswirkung des stützenden Schüttguts und einer aus Beton bestehenden Seitenwand (natürlich kann der Fachmann auch den Boden und den Deckel des Behälters aus einem Material wie Beton vorsehen) sind ist eine langfristige Speicherzeit möglich, auch von Wärme mit hoher Temperatur, die bei 500 Grad C oder höher liegt, z.B. bei 650 Grad C. On the whole, the present invention provides a heat accumulator which is suitable for small systems and for the storage of large amounts of heat, such as those generated in large solar power plants. For large amounts of heat, a single large or more suitably interconnected smaller heat storage can be provided, since the inventive heat storage, especially in a version with a sidewall made of concrete elements, can be produced inexpensively and on-site in series. By the insulating effect of the supporting bulk material and a concrete side wall (of course, the skilled person can also provide the bottom and the lid of the container made of a material such as concrete) is a long-term storage time possible, including high-temperature heat at 500 degrees C or higher, eg at 650 degrees C.

Claims

1. Heat storage with a container for heat-storing bulk material (4) having a bulk material (4) enclosing side wall (5), characterized in that the side wall (5,21,32,36,41,51,70,80 ) for receiving the operating pressure of the heat-storing bulk material (4) in turn against the outside of a supporting bulk material (14,23,33,37,42) is supported.

2. Heat storage according to claim 1, wherein the supporting bulk material (14,23,33,37,42) is compacted relative to the loose filling state.

3. A heat accumulator according to claim 1, wherein at least segments of the side wall (21,32,36,41,51,70,80) is inclined at an inclination angle relative to the horizontal, such that the container (22,30,35,40 ) extended upwards

4. Heat accumulator according to claim 1, wherein the inclination angle between 50 to 85 degrees, preferably between 60 to 80 degrees, more preferably 70 degrees.

5. Heat storage according to claim 3, wherein the heat-storing bulk material (4) in operation has a passive pressure which is higher than the operating pressure resistance of the side wall (21,32,36,41,51,70, 80) and wherein the angle of inclination the horizontal has a value such that the operating pressure of the heat-storing bulk material (4) is smaller than the operating pressure resistance of the side wall (21,32,36,41,51,70,80).

6. Heat storage according to one of claims 1 to 5, wherein this is sunk in the ground (24) and the material of the substrate (23) at least partially forms the supporting bulk material.

7. Heat storage device according to one of claims 1 to 5, wherein this is sunk partially underground and the substrate itself at least partially the supporting bulk material (33) for the sunk arranged portion of the side wall (32), and wherein the surface of the projecting area of the Sidewall supported by a piled up supporting bulk material (31).

8. A heat accumulator according to any one of claims 1 to 5, wherein it is arranged on or above the ground and the supporting bulk material (42) around the side wall (43) piled around.

9. Heat storage according to one of claims 1 to 8, wherein the supporting bulk material (42) by an outer end wall (43) is surrounded.

10. A heat accumulator according to claim 1, wherein the side wall (51) consists of one of a non-metallic material and preferably comprises metallic reinforcing elements.

11. Heat storage according to claim 8, wherein the side wall (51) consists of preferably prefabricated segments (50) which engage at the edge.

12. Heat accumulator according to claim 10 or 11, wherein the side wall (51) consists of concrete.

13. A heat accumulator according to claim 12, wherein the side wall (51) consists of compacted lightweight concrete or air concrete.

14 concrete segment for the side wall of a heat accumulator according to claim 1, characterized in that it is formed as an elongated, flat plate (50), both of which straight longitudinal edges (53,54) are formed as a step, with the step of an adjacent concrete segment (50) can be engaged, wherein the width of the concrete segment at the lower end (62) is smaller than at the upper end (63) and the lower width (62), the upper width (63) and the ratio of the widths (62 , 63) is predetermined such that a number of the concrete segments (50) can be joined together with engaging longitudinal edges (53, 54) to form a closed jacket of a truncated cone.

The concrete segment of claim 14, wherein its body is curved along its length in the width direction, the radius of curvature becoming smaller towards the narrower end (62) from the wider end (63) and adapted to correspond to the radius of curvature of the truncated cone essentially corresponds.

16. Concrete segment according to claim 14 or 15, wherein the angle of inclination of the jacket of the truncated cone relative to the horizontal between 50 to 85 degrees, preferably between 60 to 80 degrees, particularly preferably 70 degrees.

17. Concrete segment according to claim 14, wherein the side wall (51) consists of concrete, preferably lightweight concrete or air concrete.

18. Concrete segment according to claim 17, wherein the concrete is compacted.

19. Heat storage with a container for heat-storing bulk material (4) having a bulk material (4) enclosing side wall (5), characterized in that at least segments of the side wall (21,32,36,41,51,70,80 ) are inclined at an inclination angle relative to the horizontal, such that the container (22,30,35,40) widens against the top.

20. Heat storage according to claim 1, wherein the inclination angle between 50 to 85 degrees, preferably between 60 to 80 degrees, more preferably 70 degrees.

21. A heat accumulator according to claim 3, wherein the heat-storing bulk material (4) has a passive pressure during operation, which is higher than the operating pressure resistance of the side wall (21,32,36,41,51,70, 80) and wherein the angle of inclination the horizontal has a value such that the operating pressure of the heat-storing bulk material (4) is smaller than the operating pressure resistance of the side wall (21,32,36,41,51,70,80).

22. A heat accumulator according to claim 1, wherein the side wall (51) consists of one of a non-metallic material and preferably comprises metallic reinforcing elements.

23. A heat accumulator according to claim 8, wherein the side wall (51) consists of preferably prefabricated segments (50) which engage at the edge, wherein the segments (50) are particularly preferably made of concrete.