CN102132122B - 双热能存储罐 - Google Patents

Abstract

提出了一种温跃层存储罐，其包括阻隔件，所述阻隔件在不同温度下存储的两部分流体之间浮动，以在物理上将两部分流体分离和隔热。浮动的阻隔件包括扩大其应用范围的多个设计特征，使浮动的阻隔件能够在比如太阳能发电设备的热存储系统的领域中使用。

Description

双热能存储罐

技术领域

本发明一般地涉及热能存储系统的领域，并且更具体地涉及温跃层(thermocline)存储罐的设计的改进。 

背景技术

热能存储系统通常用在必须使能量收集与能量输送脱离的应用中。太阳能收集系统是该应用的典型示例，由于在没有太阳辐射的期间通常存在对于能量的需求，所以当不能收集能量时，仍然要输送能量以满足所述需求。 

太阳能收集系统的尺寸可以从用于加热水的小型家用收集器系统到大得多的收集器系统(如太阳能发电设备中的收集器系统)。 

存储热能的一种方式包括采用流体的显热。在太阳辐射期间，通过加热所述流体存储热能，以便在没有太阳辐射的期间，在冷却流体时输送热能以满足在能量收集不可用的期间的能量需求。 

太阳能发电设备中的显热存储系统的普通设计包括两个存储罐，这两个存储罐保持一定体积的热流体。每个罐都容纳处于不同温度的所述流体，以便使一个存储罐容纳一定体积处于给定“冷”温度的热流体，而另一个存储罐容纳一定体积处于给定较热温度的热流体。 

在设备工作时，在太阳辐射期间，热流体从冷罐取出并用来自太阳能收集器系统的热能来加热，继而将所述热流体倒入热罐中。在没有太阳辐射的期间，从热罐取出热流体，使其流过热交换器，在所述热交换器处冷却所述热流体，由此提供发电所需的热能。 

必须注意到，借助所述存储系统，每个罐的尺寸都必须设定成保持全部体积的热流体，以便使系统的总存储容量事实上是设备的热存储流体存量的总体积的两倍。 

在实践中，太阳能发电设备的存储系统的罐可以达到相当大的尺寸，并且对于上述的“冗余”存储体积的需求在额外的罐的制造成本、存储系统的增加的热损失、或者与额外的罐相关联的辅助设备、管道系统等的成本方面导致若干缺点。 

所以，期望的是从存储系统去除冗余的体积，并且当前有提供该问题的解决方案的若干途径。最普通的解决方案是温跃层罐，其中全部体积的热流体被保持在单个罐中。在该单个罐中，冷流体和热流体两部分流体存储成一种在另一种上面，并且由于流体在两个不同温度下的密度差异所导致的自然分层或者温跃层保持冷流体和热流体基本分离。就是说，通常比热流体密度更大的冷流体存储在热流体的下面，并且由于密度的差异所导致的浮力帮助维持分离的两部分热流体和冷流体，在两部分流体之间的界面中有相当陡峭的温度变化。 

当在收集热能时，从罐的底部取出冷流体，并且已加热的流体返回到罐的顶部，而当要输送热能时，从罐的顶部取回热流体，并且冷流体返回到罐的底部。 

由于正从罐取出的具有所述温度之一的流体的量总是基本上等于引入的具有另一温度的流体的量，罐中所存储的流体的总质量在存储系统的整个操作循环中基本上保持恒定。这样，单个温跃层罐总是在全容量下工作(即，充满或者几乎充满所存储的流体)，而使得存储效率最优。 

然而，诸如两部分流体之间的传导性的传热、或者由于罐的自然分层和边缘能量损失的组合效应所导致的对流等若干现象可以使容纳在罐中的流体的竖直热特性分布(thermal profile)显著地劣化，尤其当界面区域处于罐的底部或者顶部附近时。 

上述的温跃层罐的一种变型方案是混合介质的温跃层罐，其中罐不仅填充有热流体，而且填充有某种固体材料。固体材料有助于系统的总热容，并且固体材料通常比热流体便宜。此外，固体材料还帮助抑制冷流体和热流体之间的对流质量传递，使得温跃层效应比单个介质的存储罐的情况更加有效。 

然而，与混合流体-固体的存储介质的使用相关出现了一些问题，这些问题包括： 

(a)与热流体接触且受到热循环的固体介质的相容性和长期的物理/化学稳定性。 

(b)由于重复的操作循环所导致的固体介质在罐的底部上的沉积，导致在底部附近的罐壁中的应力增大，从而需要较厚的罐壁。 

若干专利已经说明了与这些类似的温跃层存储概念，例如美国专利No.4,124,061和5,197,513。 

在本专利申请中，说明了改进的温跃层存储系统的变型方案。在所说明的解决方案中，采用水平的物理阻隔件以分离和热隔离两部分流体。物理阻隔件具有在冷流体的较高密度和热流体的较低密度之间的中间密度，以便使物理阻隔件在两种流体之间的界面中浮动，并且使物理阻隔件与该界面一起在罐内部沿着竖直方向行进。 

由于该特征，阻隔件在罐内部跟随所存储的热流体和冷流体之间的界面竖直地行进，自然地得到与所述界面的位置一致的竖直位置。 

考虑作为太阳能发电设备的存储系统的典型日常工作循环的示例，在早晨的第一个小时，本发明中所考虑到的单个存储罐充满较冷的流体，可能仅有最小残留量的较热流体留在顶部上，并且阻隔件处于罐的顶部附近。 

在白天期间，随着从太阳区域收集热能，从罐取出较冷的流体，同时将较热的流体引入到罐中。随着罐中的较热的流体的量增加并且较冷的流体的量减少，较热的流体和较冷的流体之间的界面区域朝向罐的底部竖直地运动，阻隔件跟随所述界面运动。这样，在从太阳场收集热能期间的某个点处，存储罐充满较热的流体，可能仅有最小残留量的较冷流体留在底部上，并且物理阻隔件处于罐的底部附近。 

阻隔件从其在罐中的最高位置到其最低位置的移动在罐的充能周期中进行。以类似的方式发生完成罐的整个典型日常循环的释能周期，其中从罐的顶部取出较热的流体并且将较冷的流体引入到罐的底部，并且阻隔件从罐的底部竖直地运动到罐的上部。 

在两部分流体之间使用物理阻隔件防止了两个区域之间的质量转移，并且大大地减少了两部分流体之间的传导性的传热，从而显著地改进了温跃层的性能。同时，避免了与混合介质的存储溶液的使用相关的缺点。 

物理阻隔件的总体布置包括不透流体的外壳和放置在上述壳中的隔热材料。在美国专利No.4,523,629中已经说明了用于分离两部分流体的物理阻隔件的概念。在所述专利中，示出了阻隔件的一种特定实施例，其适于应用在100°F和175°F之间的水的存储中。该专利还提及该发明在太阳能发电设备存储系统中的可能应用，但是没有公开用于该应用的具体构造。 

然而，必须注意到，有若干问题会影响物理阻隔件且必须解决以便产生可行的和可靠的设计。这些问题在上述专利中说明的水存储应用的情况中不是关键，但是在太阳能发电设备存储系统中所见的要求更高的情况中变得更加严重，其中温度更高而且所存储的流体之间的温差更高。 

从对于这些问题的解释，应当理解，需要特定的解决方案，以便解决或者至少减轻这些问题。本专利所要做的正是提出这样的解决方案，其大大改进了发明的特征并且扩展了发明的应用范围。 

为了使物理阻隔件必须面对的问题更加清楚，将考虑真实的太阳能发电设备存储系统中常见的存储罐的某些操作条件作为示例。 

所考虑到的特定示例是在高度约15m和直径40m的竖直圆柱形罐中存储在292℃和386℃之间的熔融硝酸盐的混合物。 

影响物理阻隔件的问题之一属于其可能构造材料。美国专利No.4,523,629中说明的阻隔件包括：不透流体的壳，其由诸如聚碳酸酯和胶质玻璃 

的某种塑料制成；和封装到该壳中的某种隔热材料，例如聚氨酯泡沫或者玻璃纤维。如该专利中所阐述的，在所述阻隔件中的壳的功能是防止水吸收和提供结构刚度以维持阻隔件的预定构造。 

然而，典型地存在于太阳能发电设备存储系统中的温度范围大大高于用于塑料的容许极限，所以必须考虑其它种类的材料用于构造阻 隔件。 

另外，对于普通的太阳能发电设备存储罐的静压力值，考虑到这些罐所需阻隔件的巨大尺寸，实际上外壳不可能单独承受该压力载荷，而维持几乎不变的体积。 

如在美国专利No.4,523,629中提及的，物理阻隔件需要满足的一条约束与其密度相关：为了在热流体和冷流体的界面中浮动，对于阻隔件的结构必须选择适当的材料组合，以便获得热流体的密度和冷流体的密度之间的中间密度。另外，阻隔件必须具有足够的结构强度，以便在由所存储流体施加的静载荷的全范围下维持其体积几乎不变。 

在所述专利中，所描述的调节阻隔件的重量的方式包括增加某些外部重量，以便获得期望的密度。虽然这可能对于小型阻隔件是适当的解决方案，但是就大型阻隔件而言，很可能所需的重量过大，至少对于总重调节来说成为不是那么有效的解决方案。 

影响物理阻隔件的另一个问题与其使用时的热变形相关。由于阻隔件的上表面处于所存储流体的热温度下，而下表面处于所存储流体的冷温度下，所以在阻隔件中形成弯曲变形的整体状态，以容许阻隔件的上部和下部之间的热膨胀差异。例如，当横过其厚度的温差是94℃时，由普通的碳钢制成的厚30cm且直径40m的平面盘将具有球形变形的形状，并且其最大挠曲量将在0.9m的量级。 

这些大的变形减小了存储罐的有效高度，并且另外还可以导致阻隔件中的结构问题。除此之外，弯曲的阻隔件改变两种存储的流体之间的自然的平面界面，从而很可能流体将从阻隔件的一侧流到另一侧，以便恢复界面的自然平面形状。这样，损失了相当多的阻隔件的隔离能力。 

在阻隔件的设计中也必须关心经济因素，以便生产节省成本的设计。必须考虑到，如果具有阻隔件的单个罐比两个罐更加昂贵，则传统的两个罐的选择将总是优选的。这意味着用于阻隔件的材料选择以及制造方法在阻隔件设计中是非常重要的。因此，非常重要的是考虑用于阻隔件的材料应是便宜的和广泛可得到的。 

在本专利申请中说明的阻隔件包括对所有这些提及的问题提供解决方案的设计特征，所述设计特征在本文中进行概述。 

本发明的说明本质上仅仅是示例性的，因此不脱离本发明要旨的变型方案都在本发明的范围内。这些变型方案不应认为脱离了本发明的精神和范围。 

发明内容

本发明涉及热能存储罐，并且更具体地涉及温跃层存储罐，所述温跃层存储罐包括阻隔件，所述阻隔件物理地分离在不同的温度下存储的两部分流体。 

本发明的阻隔件目标由于多个设计特征克服了先前提及的问题，所述多个设计特征对于领域和应用区域增强了阻隔件的使用并扩展了其可应用性，对于这些领域和应用区域迄今为止没有提供具体的设计方案或者构造，例如在太阳能发电设备中的热存储。 

本发明所考虑的存储罐优选地是竖直的圆柱形类型的，但是在本发明的应用的范围内也可以考虑到其它类型的罐，只要罐沿着其整个高度或纵向轴线具有基本上均匀的水平截面或者横截面(即，罐是棱柱形的)即可，以便使浮动的阻隔件可以在罐内部沿着其纵向轴线自由地行进。 

阻隔件基本上包括一个不透流体的外壳和放置在壳内部的某一(某些)填充材料。阻隔件具有在不同名义温度下所存储的流体的密度之间的中间密度，以便使阻隔件在两部分所存储的流体之间的界面中浮动。 

阻隔件的横截面的形状优选地与罐的横截面的形状相同，以便使阻隔件有效地覆盖在不同温度下存储在罐中的流体之间的接触面积，并且使阻隔件能够同时沿着罐的纵向轴线自由地行进。因而，在竖直的圆柱形罐的情况下，阻隔件将具有盘的形式，所述盘的直径与罐的直径大致相同，并且罐具有足够的厚度以将两部分存储的流体充分地分离和隔热。 

然而，阻隔件外边界和罐壳之间可以留有一些间隙或空隙，以便适应例如在制造中的公差或与理论形状不同的可能偏差、或者使用时的膨胀和变形。 

另外，可以在阻隔件中形成多个纵向通孔，以用于使管道系统或者仪器穿过、导引等。 

适于用在诸如太阳能发电设备中的热能存储的应用中的本发明的新颖特征包括： 

(a)提供松散且耐压缩的材料作为用于阻隔件的填充材料，这消除了与填充材料中的热变形相关的任何问题，并且使阻隔件能够容易地承受所存储的流体的压力载荷和在不必对其外壳添加复杂且昂贵的结构的情况下维持几乎不变的体积。 

(b)将阻隔件的内部填充材料分成两层，一层是隔热层而另一层是重量调节层，这样实现将阻隔件的密度容易调节到期望值的有效方式。 

(c)阻隔件的外壳在阻隔件的上表面和下表面中的一个或者两个中设有非平面的几何结构，这大大增加了阻隔件的刚度并且减少了其热变形。 

(d)在阻隔件壳的外部区域上添加波状或者直线的圆周凸起部(lobe)，以便使壳的上表面和下表面之间的连接更加有柔性，并且大大减少热变形和热应力。 

(e)将阻隔件拆分成多个较小的独立本体，这些独立本体排列成一个在另一个旁边以完成模块化的阻隔件，这在很大程度上减小了与热变形相关的问题以及在单个较大部件中存在的制造问题。 

将从以下提供的详细的说明更加完全理解包含有这些和其它新颖特征的本发明的使用和可应用性。 

附图说明

以下简要地说明了帮助更好理解本发明的某些附图。这些附图也说明了作为非限制性的示例的本发明的实施例： 

图1是本发明中考虑到的双热能存储罐的示意性的竖直剖视图，示出罐内的两部分流体和阻隔件的总体布置。 

图1示出热存储系统(1)的示意性布置，所述热存储系统可以是太阳能发电设备的存储系统。存储系统(1)包括温跃层存储罐(2)，所述温跃层存储罐存储处于不同温度的两部分流体。一部分较冷的流体(4)通常比一部分较热的流体(3)密度更大，并且一部分较冷的流体(4)存储在一部分较热的流体(3)下方。罐可以典型地是竖直的圆柱形类型的，其直径约40m且高度约15m。在许多普通的太阳能应用中，冷流体将通常处于约300℃的温度，并且热流体将处于约400℃的温度，而且在这两种温度下存储的流体将典型地是熔融硝酸盐的混合物。 

图1中示意性地表示的由附图标记(13)指示的本发明的阻隔件目标位于热流体和冷流体之间的界面中，以使热流体和冷流体物理地分离和隔热，以便最小化两部分流体之间的热传导。 

如先前所述，阻隔件基本上包括：不透流体的外壳，该壳基本上具有与罐的横截面相同的形状；和某一(某些)填充材料，所述填充材料放入所述壳内部以填充壳的内部空间。 

优选地以与罐壳的材料相同的材料制造阻隔件的外壳，所述材料对于在400℃-450℃以下的上操作温度可能是碳钢，并且对于在该值以上的上操作温度可能是不锈钢。 

对于所考虑到的特定情况，阻隔件的平均厚度在所有提出的实施例中将优选地在0.2m至0.4m之间的量级，以便实现流体之间的适当隔离，而不会在罐内部占据过多空间。 

图1也示出如何从罐取出或者收集热能。当收集热能时，借助冷泵(6)经由冷流体出口管路(5)从罐的底部取出冷流体。流体循环通过加热流体的热输入装置(7)，继而经由热流体进入管路(8)返回到罐的顶部。另一方面，当取出热能时，借助热泵(10)从罐的顶 部经由热流体出口管路(9)取出热流体，所述热泵迫使热流体通过冷却该热流体的热取出装置(11)，继而经由冷流体进入管路(12)返回到罐。 

必要的测量装置可以既添加到阻隔件，又添加到温跃层罐，以便适当地监测和控制存储系统的操作。该系统的仪器可以例如包括：一排竖直布置的热电偶，以获得罐的竖直的温度分布；和高度变送器(level transmitter)，以监测所存储流体的总高度、阻隔件在罐内部的竖直位置和阻隔件的水平状态。 

具体实施方式

即使热输入装置(7)和热取出装置(11)在图1中表示为分离的部件，但在商业化太阳能发电设备中这两个装置将通常是同一个装置，可能是油-熔盐热交换器。 

阻隔件的不透流体的外壳基本上包括顶板、底板以及连接顶板和底部的周边竖直封闭板。 

在正常操作中，垂直温度梯度将横过阻隔件的厚度发展，并且阻隔件壳的底板和顶板的温度将基本分别是所存储的冷流体和热流体的温度。由于该温度分布，在阻隔件的上部和下部的热膨胀之间将存在差异，并且将在阻隔件壳中形成热应力和热变形的状态。 

虽然如以下将说明的，由于填充材料的粒状或小砖块形式而解决了填充材料中的不同的热膨胀的问题，但是对于阻隔件的外壳仍然存在该问题。对于阻隔件提供某些设计特征，以便解决该问题，这些设计特征被引入到为阻隔件所提出的不同实施例中。 

在第一实施例中，阻隔件的顶板给定为非平面的形状，例如圆锥形或者球形。由于该特征，大大增大了阻隔件壳的刚度，从而大大减少了由于横过阻隔件的热梯度而导致的整个阻隔件的总体弯曲。 

上板的必要的锥形不必非常显著，并且在阻隔件的外边界上实现的上板和下板之间的最大分离将优选地在0.5m的量级。 

阻隔件的外壳中的另一个问题是在壳的竖直封闭板中有较高的应力，这是由于阻隔件应容纳的在上板和下板径向膨胀之间的差异而导致的。 

以两种方式解决该问题：首先，增大在周边中两个板之间的竖直距离，其次尽可能减小竖直板的厚度，以便增大该竖直板的柔性。竖直板的厚度减小具有减小从罐的热侧到罐的冷侧通过该板的热传导的额外优点。 

阻隔件内部的填充材料优选地分成两个不同的水平层。这两个层中的一层用于隔热目的，即，使阻隔件具有隔热能力，并且该层通常轻于另一层，而优选地位于第二层上面。第二层是密度调节层，其目的是调节阻隔件的总重，以便实现最终的期望密度。在两个层之间，可以增加金属箔，以便使两个填充层物理上保持分离，并且防止两层的材料之间的任何可能混合。 

两层的材料具有刚性和耐压缩的额外特征。这样，阻隔件的填充材料基本上负责承受所存储流体的压力载荷和维持阻隔件的几乎不变的体积。这样，避免了阻隔件的外壳在填充“软”材料时所需要的重且昂贵的结构。 

此外，为了消除与填充材料中的热变形相关的问题，两层的材料以粒状形式或者小单块(例如类似于砖块)形式供给，并且在阻隔件的结构中，填充材料以松散的形式位于外壳内部，而不会对不同部件之间的热生长带来任何限制。这样，避免与单个较大的单体元件会具有的不同的热膨胀相关的问题，并且另外地，填充材料可以在阻隔件内部的空间中流动，以便方便地填充所有内部空间和孔隙。 

若干种耐火砖以及粒状形式的不同类型的膨胀粘土(例如珍珠岩、蛭石或者arlite)都被认为是用于阻隔件的隔热层的适当材料，只要保证大量填充材料的适当包装或者捣实，以便在阻隔件的操作期间没有沉积并因此不会出现显著的体积变化即可。这些材料具有较低的热导率，足够的刚度和耐压缩性，并且可以在高于太阳能发电设备存储罐中典型地存在的温度的温度下操作。另外，这些材料是用在构造中的非常普通的材料，而具有合理的低价格。 

至于阻隔件的其它层的材料，除了材料的刚度和耐压缩性以外，材料的最重要的物理特征是其密度。沙子、水泥和多种类型的岩石可 以是用于该层的适当材料。即使期望用单种隔热材料作为用于阻隔件的填充物，也可能无法得到满足足够密度和较低的导热率二者的适当材料。 

例如，考虑到所存储流体是在大约300℃和400℃之间的温度的熔融硝酸盐的混合物的典型实例，其中密度在冷温度和热温度下分别为大约1840kg/s和1900kg/s，阻隔件的填充材料所需要的密度可以较好地处于1000kg/m³或者更高的范围内。 

然而，上面提出的适当的隔热材料具有低于该范围很多的密度值，并且预见到如果用于太阳能发电设备中的普通的熔融盐存储罐的阻隔件的适当设计仅填充有这些隔热材料中的任何一种，则所述适当设计将具有过小的重量。 

为了解决该状况，如上所述，阻隔件内部的填充物被分成两层。两层中的一层负责向阻隔件提供隔离能力，而另一层提供必需的总重调节，以便获得阻隔件的期望密度。 

一旦阻隔件完成并且完全封闭，则通过将多个外部压载物(ballast)附装到阻隔件，可以对阻隔件进行额外的最终重量调节。这些外部压载物既可以刚性地附装到阻隔件，或者可以简单地放置到阻隔件上，以便一旦阻隔件处于操作中时就可以将重量添加到阻隔件或者从阻隔件去除，以进一步调节阻隔件的重量和密度。这样例如可以借助多个重物实现，所述多个重物放置在阻隔件的顶部上并且可以在任何时候从罐的顶部去除，以便用较重或者较轻的重物替换它们。 

这些外部压载物永久地固定到阻隔件的外壳，即固定到其底板或者固定到其顶板。焊接是将这些压载物附装到阻隔件壳的优选方法。另一方面，可调节的压载物简单地放置到阻隔件的顶面上，并且可以在任何时候借助绳索用其它较轻或较重的重物替换，所述绳索向上延伸到罐顶并且通过罐顶中形成的某些孔从罐出来。可调节的压载物也可以根据需要用于适当地平衡阻隔件。 

而且，阻隔件优选地添加有某些通孔。对于每个孔都添加有某些竖直封闭颈圈，这些颈圈焊接到顶板和底板二者。这些孔可以用于导 引阻隔件在罐内部的运动，这可以借助竖直柱来实现，所述竖直柱接合到这些孔中并且固定到罐。 

对于阻隔件孔的竖直封闭颈圈，必须考虑到竖直封闭颈圈要容纳阻隔件外壳的上板和下板之间的径向热膨胀的差异。因此，这些颈圈优选地设置成伸缩接头或者柔性金属软管的形式，并具有波状轮廓线，所述波状轮廓线使这些颈圈具有足够的柔性以容纳阻隔件外壳的上板和下板之间的所述热膨胀的差异。 

柱优选地具有管状截面，以便最小化从罐的热侧通过这些柱到冷侧的热通量。孔可以具有其它的额外功能，例如用于仪器、管线等通过。根据阻隔件壳的一个具体实施例，仅示出壳中的某些孔的示例性布置，其中与阻隔件的中心轴线偏移的孔在阻隔件的径向方向上是细长的，以便容纳其径向膨胀。 

阻隔件壳的上板和下板二者添加有由标准的挤塑型材制成的某些肋部结构。用于下板的肋部给下板提供足够的结构强度，以便在阻隔件开始使用之前承受阻隔件的自身重量。该结构优选地位于下板上方，从而处于阻隔件壳内部，具有将壳的内部空间分成分离的隔间的额外功能，目的是更好地导引填充材料在壳内部的放置。另一方面，用于上板的肋部增大了该板的刚度，以便避免板的屈曲。 

另外，上板和下板的肋部结构具有这样的功能，即：将阻隔件的周边区域中的填充材料保持成与竖直封闭板紧密接触，防止填充材料和竖直封闭板之间的任何分离，所述分离可能是由于阻隔件的外壳的径向热膨胀和内部填充材料的径向热膨胀之间的差异所产生的。 

为了在阻隔件开始使用之前充分地支撑阻隔件，并且也为了在阻隔件使用时限制阻隔件在罐内部的向下运动，多个支腿固定在阻隔件的下板下方。 

借助在阻隔件的周边区域中形成的周向波状凸起部，实现进一步改进外壳相对于热变形的性能的又一种方式。该特征给壳的上板和下板之间的联接添加柔性，以便使上板和下板彼此部分地脱离。这样，上板和下板之间的连接像柔性接头一样工作，从而使每个板都能够自 由地获得其相对应的膨胀尺寸。 

为了使制造更容易，所述周向凸起部可以由直段制成。 

在本发明的另一种构造中，阻隔件被分成多个分离且独立的本体，每个本体都具有自身的不透流体的金属外壳，在所述金属外壳内部具有相应的填充材料层。作为示例，分开阻隔件的一种方式可以将阻隔件破坏成一个圆形中心件和多个外部环形扇形。 

该构造的优点来自于以下事实，即，减小了每个独立本体的尺寸，从而大大地减小了与阻隔件中的不同的热膨胀相关的问题。另外，由于阻隔件的构造的模块化而增强了阻隔件的构造。 

为了避免不同本体的任何竖直分离，这些本体彼此组装，使得在这些本体之间允许某种相对自由度的同时确保它们的内聚力，以便使每个本体作为独立的部件工作。这可以通过在每个本体的外部边缘设置多个突出部而实现，以便使相邻本体的相邻边缘可以借助绳索或者链条或者其它类似的装置系到彼此。 

在所提出的用于阻隔件壳的构造中，通过竖直封闭金属板引导高的热通量，所述竖直封闭金属板具有高的导热率并且热连接处于不同温度的罐的两个区域。 

可以在阻隔件中引入一个额外特征，以设法减少通过竖直板的热通量。该特征包括使竖直板的轮廓线具有弯曲形状，而代替直线形状。该板具有波纹状的形状，在板上形成有多个竖直凸起部。通过这样，约束通过金属的传导路径，并且显著地减少经过该路径的热通量。 

此处说明的特征中的许多被实施用于阻隔件的不同实施例。然而，这些特征中的许多组合可以被实施用于单个阻隔件。例如，阻隔件外壳在其外周边附近的波状形状以及用于阻隔件壳的上板和下板中的任一个或者二者的非平面的几何结构可以同时添加到阻隔件。 

Claims (21)

1.一种双热能存储罐，所述双热能存储罐包括阻隔件，所述阻隔件由于在不同温度下存储的两部分流体的密度差异而在所述两部分流体的界面中浮动，并且所述阻隔件具有在不同名义温度下所存储的流体的密度之间的中间密度，

其特征在于，所述阻隔件至少包括：

不透流体的外壳，和

在所述不透流体的外壳内部的填充材料；

并且所述填充材料由刚性且耐压缩的材料制成，并以松散的形式放置于所述外壳内部，而不会对不同元件之间的热生长带来任何限制。

2.根据权利要求1所述的双热能存储罐，其特征在于，填充材料还至少包括：

第一水平隔热层；

第二水平密度调节层。

3.根据权利要求2所述的双热能存储罐，其特征在于，填充材料还包括在所述第一水平隔热层和所述第二水平密度调节层之间的分离层；所述分离层使得所述第一水平隔热层和所述第二水平密度调节层保持分离，以防止所述第一水平隔热层和所述第二水平密度调节层之间的任何可能的混合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的双热能存储罐，其特征在于，所述不透流体的外壳以与罐壳的构造材料相同的构造材料制成，并且所述材料对于低于400℃的最高操作温度是碳钢，而对于在450℃以上的最高操作温度是不锈钢。

5.根据权利要求2或3所述的双热能存储罐，其特征在于，所述第一水平隔热层的材料和所述第二水平密度调节层的材料以粒状形式或者以小的单块形式供给。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的双热能存储罐，其特征在于，所述阻隔件还包括多个外部压载物，以便一旦所述阻隔件完成或者完全封闭，则提供额外的重量调节或者平衡所述阻隔件。

7.根据权利要求6所述的双热能存储罐，其特征在于，所述外部压载物是从以下选择的至少一个：

外部能调节的压载物；

外部不能调节的压载物。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的双热能存储罐，其特征在于，所述阻隔件的不透流体的外壳包括单个本体，所述单个本体包括：

第一上板；

第二底板；

第三竖直板，所述第三竖直板封闭所述第一上板和第二底板之间的周边空间。

9.根据权利要求8所述的双热能存储罐，其特征在于，所述第一上板和第二底板中的至少一个具有非平面的几何结构。

10.根据权利要求9所述的双热能存储罐，其特征在于，所述非平面的几何结构是从以下选择的至少一个：

圆锥几何结构；

多边形几何结构；

球形几何结构。

11.根据权利要求8所述的双热能存储罐，其特征在于，对于所述第三竖直板的圆周横截面轮廓线，所述第三竖直板具有波状的形状。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的双热能存储罐，其特征在于，所述阻隔件的不透流体的外壳包括第一上板和第二底板，所述阻隔件的不透流体的外壳的圆周横截面轮廓线在其外周边附近具有多个波状的或者直的凸起部，以便增大所述不透流体的外壳的第一上板和第二底板之间的连接中的柔性，从而减少所述不透流体的外壳的热变形。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的双热能存储罐，其特征在于，所述阻隔件分成多个分离且独立的本体，每个本体都包括：

不透流体的外壳；和

在所述不透流体的外壳内部的填充材料；

并且所述填充材料由刚性且耐压缩的材料制成，并以松散的形式放置于所述外壳内部，而不会对不同元件之间的热生长带来任何限制。

14.根据权利要求13所述的双热能存储罐，其特征在于，所述阻隔件的不同的本体彼此组装，使得由于组装相邻本体的绳索或链条，而在允许本体之间相对自由度的同时确保它们的内聚力。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的双热能存储罐，其特征在于，所述阻隔件还包括至少一个水平通孔。

16.根据权利要求15所述的双热能存储罐，其特征在于，所述阻隔件的不透流体的外壳包括第一上板和第二底板，用于所述阻隔件的所述至少一个水平通孔的至少一个封闭颈圈设置成伸缩接头或者柔性金属软管的形式，以便具有足够的柔性以适当地容纳所述阻隔件的不透流体的外壳的第一上板和第二底板之间的热膨胀差异。

17.根据权利要求15所述的双热能存储罐，其特征在于，所述至少一个水平通孔与固定到所述罐的一个柱接合。

18.根据权利要求17所述的双热能存储罐，其特征在于，所述柱具有管状截面，以便最小化通过所述柱的热传导，并允许将其用于仪器通过或者流体传输。

19.根据权利要求1至3中任一项所述的双热能存储罐，其特征在于，所述阻隔件的不透流体的外壳包括第一上板和第二底板，所述阻隔件还包括多个肋部，所述多个肋部附装到所述不透流体的外壳的第一上板和第二底板二者，以便提供结构强度。

20.根据权利要求19所述的双热能存储罐，其特征在于，所述肋部具有防止所述填充材料和所述不透流体的外壳之间的任何径向分离的额外目的。

21.根据权利要求1至3中任一项所述的双热能存储罐，其特征在于，所述阻隔件增加有多个支腿，以便支撑所述阻隔件的重量并限制所述阻隔件在所述罐内部向下运动。

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