CN102869944A - 用于蓄热的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于蓄热的装置，包括为蓄热而吸收热量并且为对所蓄热量加以利用而输出热量的蓄热介质和用于容纳蓄热介质的容器，其中所述容器被气密的盖件封闭，所述装置包括体积补偿单元，该体积补偿单元用于补偿由于温度升高引起的蓄热介质（3）体积增加和由于温度降低引起的蓄热介质体积减小。本发明还涉及一种用于蓄热的方法，在该方法中为蓄热而向蓄热介质传入热量或者为对热量加以利用而从蓄热介质向热载体排出热量，其中蓄热介质容纳在容器中，所述容器被气密的盖件封闭，其中通过使容器（1）的体积加大或者通过使蓄热介质（3）从容器（1）流到缓冲容器（21；63、65）中来对蓄热介质（3）的体积膨胀进行补偿，通过使容器（1）的体积变小或者通过使蓄热介质（3）从缓冲容器（21；63、65）流到容器（1）中来对蓄热介质（3）体积减小进行补偿。

Description

用于蓄热的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于蓄热的装置，包括为蓄热而吸收热量并且为对所蓄热量加以利用而输出热量的蓄热介质和用于容纳蓄热介质的容器，其中所述容器被气密的盖件封闭。本发明还涉及一种用于蓄热的方法，在该方法中在热交换器中从热载体向蓄热介质传入热量或者在热交换器中从蓄热介质向热载体排出热量，其中蓄热介质容纳在容器中，所述容器被气密的盖件封闭。
背景技术
用于蓄热的装置和方法例如在太阳能发电站中使用。通过使用用于蓄热的装置和方法能够使太阳能发电站即使在无太阳的时间——例如夜间——也无中断地运行。为了能够无中断地运行，大的太阳能发电站需要非常大的蓄热器。因此例如已知，在目前已经运行的50MW电功率的抛物线槽式太阳能发电站中使用盐蓄热器，它们含有直到28,000吨的盐作为蓄热介质。盐储存在两个双置（dual）的储器中。在太阳光下在阳光区中加热的蓄热介质被从冷储器移动到热储器中。在放电时从热储器取出蓄热介质并且使之在发电站中在获取电能的条件下冷却。经冷却的蓄热介质返回到冷储器中。
为了可以以更大的功率或者在更长的时间区间上无中断地运行太阳能发电站，需要一种比目前已知的蓄热装置大得多的蓄热器。在此一方面是可以使用大量的小蓄热器或者使用大的蓄热器，但这需要更大的空间需求。
为了避免由于不允许的大作用力作用于容器的外壳上而在容器中产生负压，在容器中未被占据的体积由气体来占据。对于能氧化的蓄热介质必需附加地避免氧化。为此，例如使用氮作为用于占据未被蓄热介质占据的体积的气体。此外对于不能氧化的蓄热介质也可以使用空气。
在蓄热系统中的温度波动时，由于蓄热介质的热膨胀由使蓄热介质占据的体积发生变化。在此气态储器容物的体积以特别显著的程度变化。所存在的高压力由于容器结构的原因而需要高费用。因此希望避免在容器外壳上的附加压力负荷。为此大容器优选在环境压力下运行。目前通过如下方式避免由于蓄热介质的热膨胀引起的体积波动：在体积增加时将气体排到环境中。在蓄热介质的温度降低时必需重新输入气体。这需要制备和提供气体才能补偿相应的波动。在使用具有高蒸发压力的蓄热介质时必需以特别大的气体交换量计算，这是由于在热的蓄热器状态中蒸发和在冷的蓄热器状态中的冷凝引起的。
对于易氧化的蓄热介质、例如油，气体承担钝化功能/惰化功能。氧气在低浓度下也有可能导致蓄热介质的氧化过程，其中可能形成有害的、例如不可溶解的产物。由此可能出现不期望的沉积物。此外由于形成不可溶解的产物而影响蓄热介质的蓄热能力。目前为了去除这种不期望的沉积可以执行高沸点物的蒸馏分离。也可以选择更换在其中形成沉积的蓄热介质。对于可燃的蓄热介质，足够大的氧浓度还可能由于显著的蒸发压力而产生爆炸隐患。在不易氧化的物质作为蓄热介质时，例如在使用硝酸盐熔体时装置也可以例如以空气作为用于补偿体积波动的气体。
尤其当需要以惰性气体实现气体覆盖时，运行成本高。目前在太阳能发电站中为了补偿体积使用液化氮，它被蒸发并且导引到蓄热介质。通过使用具有可变体积的大的等压储气罐、也称为储气柜/气量计可以建立气体缓冲系统。由于可变体积在加热时可以接纳多余气体并且在冷却时给出。但是在使用具有显著蒸发压力的蓄热介质时使用这种储气柜是有问题的，因为蓄热介质冷凝到储气柜中。为了防止冷凝，需要使气体中含有的已蒸发的蓄热介质有效冷凝并且使之循环的冷却器。但是这些装置在构造和运行方面是非常费事的。
此外也已知浮动盖储器。但是浮动盖一般不能完全气密地构成并且具有例如相对容器壁部的壁部密封件。例如通过使用第二密封系统改善气密性。但是在高温下使用蓄热器时这个解决方案是不够的。氧可能到达在高储存温度下易氧化的物质中并且由于氧化可能形成不期望的固体或者在含有碳的蓄热介质中也形成不期望的惰性气体如一氧化碳或二氧化碳。在使用含硫蓄热介质时可能形成二氧化硫或三氧化硫，它们可能通过腐蚀而损坏容器壁。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于蓄热的装置，它不具有由现有技术已知的缺陷并且在高温下也能可靠运行。
这个目的通过一种用于蓄热的装置实现，其包括为蓄热而吸收热量并且为对所蓄热量加以利用而输出热量的蓄热介质和用于容纳蓄热介质的容器，其中所述容器被气密的盖件封闭，所述装置包括体积补偿单元用以补偿由于温度升高引起的蓄热介质体积增加和由于温度降低引起的蓄热介质体积减小。
本发明的目的还通过一种用于蓄热的方法实现，在该方法中为蓄热而向蓄热介质传入热量或者为对热量加以利用而从蓄热介质向热载体输出热量，其中蓄热介质容纳在容器中，所述容器被气密的盖件封闭，其中，通过使容器的体积加大或者通过使蓄热介质从容器流到缓冲容器中来对蓄热介质的体积膨胀进行补偿，通过使容器的体积变小或者通过使蓄热介质从缓冲容器流到容器中来对蓄热介质体积减小进行补偿。
按照本发明的装置尤其适用于使用易氧化的和/或低沸点的物质作为蓄热介质的情况。
通过气密的容器盖件避免了，氧从外面接触到蓄热介质。另外避免了，系统中所含的气体可能逸出。但通过使用体积补偿单元特别有利的是，在容器中不必含有用以实现体积波动补偿的气体。仅通过容器的加大或缩小或者替代地通过蓄热介质流入（出）缓冲容器来对蓄热介质体积波动进行补偿。
在第一实施例中，体积补偿单元包括容器的柔性盖件。容器的柔性盖件例如可以通过适合的容器盖件来实现，该容器盖件在蓄热介质体积膨胀时抬起并且在蓄热介质体积减小时再下降，而不会取消在盖件边缘上的密封。尤其可能的是，所述柔性盖件包括柔性区，所述柔性区在蓄热介质体积增加时膨胀并且在蓄热介质体积减小时收缩。在此，盖件的柔性区可以替代地在整个盖件上延伸或者仅占据盖件的一部分。如果柔性区只包括盖件的一部分，则例如可以将盖件的一部分设计成可以在体积增加时膨胀的补偿器的形式。这种补偿器例如具有伸缩膜（Balgen）的形式。替代地也可能的是，通过使用设计成补偿器的区域实现容器盖件与蓄热介质体积相应的升降。通过在容器盖件中使用柔性区能够实现，使盖件与容器固定连接，尤其是使盖件与容器气密连接。该连接例如可以通过焊接实现。
为了避免由于在蓄热介质上方的气体而产生大的体积增加，在有利的实施例中设有气体分离器。通过该气体分离器可以从容器中除去低沸点物质和/或惰性气体。在此可以使用任意的、技术人员已知的气体分离器。
在一种替代实施例中，体积补偿单元包括缓冲容器，在蓄热介质体积增加时蓄热介质的一部分能流入所述缓冲容器中。在蓄热介质体积减小时相应的蓄热介质从缓冲容器流回到容器中。为了能使缓冲容器等压运行，可以如上面针对容器所述地给缓冲容器配有柔性盖件。或者也可能是，使缓冲容器在气体覆盖下运行，其中在给缓冲容器填充蓄热介质时从缓冲容器取出气体并且在从缓冲容器取出蓄热介质时使气体再流入缓冲容器中。为此例如可以设有独立的气体储器，该气体储器接纳流出的气体并且气体能从该气体储器再流回缓冲容器。或者也可能是如目前已知系统那样，在蓄热介质体积增加时使气体从缓冲容器流出并且气体能再从气体储器流回缓冲容器。与利用容器中的气体覆盖进行的体积补偿相比其优点是，缓冲容器的体积可以小得多、因此所需气体量少得多。另一优点是，只需对蓄热介质的热膨胀进行缓冲。而在现有技术的系统中由于气体空间的热膨胀引起的以及由于具有显著蒸发压力的蓄热介质的冷凝引起的、占主要地位的、待缓冲的体积波动则不是必须的。
如果使用缓冲容器，则在蓄热介质体积增加时优选在容器底部区域中将蓄热介质从容器中泵送出并且将其输送到缓冲容器中。相应地在容器中的蓄热介质体积减小时通过相同的管道将蓄热介质从缓冲容器再送回到容器中。
缓冲容器的使用使得用于蓄热的容器能够以恒定的蓄热介质体积运行。为了在体积增加时能从容器排出多余的蓄热介质或者在体积减小时能将必需量的蓄热介质输送到容器中，一适合的体积调节（方法/装置）是有利的。该体积调节（方法/装置）例如可以借助覆盖蓄热介质的支承板的位置获取（检测）来实现。一旦支承板下降，便将蓄热介质从缓冲容器输送到容器，在支承板抬起时使液体从容器被排出到缓冲容器中。蓄热介质被从缓冲容器输送到容器中或者被从容器排出到缓冲容器中例如可以通过具有可变泵送方向的泵系统来实现。在此泵系统优选由体积调节装置（方法/装置）控制。
支承板的位置变化例如可以借助于适合的传感器来检测。为此可使用的传感器例如是在测量技术中使用的位置传感器或力传感器。例如可以使用标准测量单元，必要时使用多个并联的单元，其中带有利用应变测量的的力测量装置。
为了能够向所用的蓄热介质输入热量或者能从蓄热介质取出热量，在第一实施例中将蓄热介质从容器导引到适合的热交换器，在该热交换器中蓄热介质从热载体吸收热量或者向热载体输出热量。在另一实施例中，蓄热介质直接被用作热载体。在这种情况下，例如在太阳能发电站中为蓄热而使蓄热介质在阳光区中被加热并且将其导引回容器中。为对热量加以利用，例如可以使蓄热介质在一用于产生过热蒸汽的热交换器中用于驱动涡轮机，该涡轮机驱动发电机以产生电流。为了取出蓄热介质一般使用伸入蓄热介质中的潜泵。在已知的系统中，潜泵居中设置在容器的中央。但是尤其在使用具有柔性盖件的容器时这种结构需要附加的、包围潜泵的柔性区。为了避免这一点，在一优选实施例中例如可以使潜泵从侧面伸入容器中。因此潜泵不穿通容器的运动部件。除从侧面伸入容器中以外替代地也可能是，设有与容器连接的腔室，在该腔室中设置潜泵。在此腔室有利地只通过壁部与容器分开，由此使容器和腔室总体上一体地构成。其优点是，不必隔绝两个独立的零部件而是用于容器和腔室的共同隔绝就足够了。通过适合的入口、例如壁部中的通口可以使蓄热介质流入腔室中并且借助于潜泵从腔室中取出。在此该通口有利地位于下部区域中。
在使用缓冲容器的情况下可能的是，使潜泵同样从侧面伸入容器中或者设有在其中设置潜泵的腔室。但在使用缓冲容器的情况下优选的是，使潜泵居中地设置在容器中，如由现有技术已知的那样。
在一特别优选的实施例中，用于蓄热的装置设计成分层储器、也称为温跃层储器（thermokliner Speicher）。通过将用于蓄热的装置设计成分层储器实现了，省去在现有技术中已知的第二空储器。无需将蓄热材料从热储器泵送到冷储器或者从冷储器泵送到热储器。
在分层储器中产生蓄热介质的温度梯度。因为热蓄热介质一般比冷蓄热介质更轻，所以热蓄热介质位于分层储器的上部区域中，而冷蓄热介质位于下部区域中。通过这种作用使容器中的温度梯度稳定。容器在上部区域中热而在下部区域中冷。在充装蓄热介质时在上部区域中将热蓄热介质输入分层储器中。将相同量的冷蓄热介质从分层储器的底部排出。相应地在蓄热器卸载时——即为了对在蓄热器中储存的热量加以利用——在蓄热器的上部区域取出热蓄热介质并且在底部输入冷蓄热介质。
特别有利地，在使用具有低导热性的蓄热介质时使用分层储器。在具有高导热性的蓄热介质的情况下，在分层储器中从热区域向冷区域进行非对流的导热并产生热平衡。对于导热性差的物质这种作用不强烈，因此即使在较长的时间区间上也在蓄热装置中保持温差。
如果设计成分层储器的蓄热装置的横截面保持较小，则在装置中储存的可用热量保持较多并由此改善效率。在此除了小横截面外，大容器高度也是有利的。但是容器的高度受到蓄热介质对容器壁部施加的静液压力的限制。例如通过串联多个设计成分层储器的蓄热装置，能够实现相应的大蓄热介质体积。在此特别有利的是，每个串联的用于容纳蓄热介质的容器都具有体积补偿单元。但是如果使用一缓冲容器作为体积补偿单元，也可以使所有的串联的用于容纳蓄热介质的容器都与该缓冲容器连接。
按照本发明的用于蓄热的装置和用于蓄热的方法尤其适用于太阳能发电站运行。在此在太阳能发电站中产生的热量被输入蓄热介质。在使用液态蓄热介质的情况下可能的是，蓄热介质同时也被用作热载体。或者也可能是，使用吸收在太阳能发电站中产生的热量并且在适合的热交换器中将热量输出给蓄热介质的热载体。
能使用按照本发明的装置和按照本发明的方法的太阳能发电站例如是抛物线槽式太阳能发电站（Parabolrinnensolarkraftwerke）。
为了能够吸收足够多的热量并且使蓄热装置能在足够高的温度——例如足以运行太阳能发电站中的涡轮机的温度——下运行，必须使用在相应温度下稳定的蓄热介质。作为蓄热介质例如可以使用盐熔体。但是尤其含有钾或锂的盐熔体是非常昂贵的并且在大量需要时导致可观的投资成本。此外由于大量需要可能使资源紧张，由此需要替代物。作为替代物例如可以使用含硫蓄热介质。硫在燃料脱硫中作为废物产品/副产品产生并且大量地以相对低的成本获得。作为含硫蓄热介质硫单质/元素硫（elementarer）是尤其适合的。为了匹配蒸发压力和熔点有利的是，对硫添加至少一种含阴离子的添加剂。
尤其适合作为含阴离子的添加剂的是：在运行温度下不使硫氧化成相应的氧化物、如硫氧化物、硫卤化物或硫卤氧化物的物质。此外有利的是，含阴离子的添加剂可良好地溶解在硫中。
优选的含阴离子的添加剂是元素周期表中金属与单分子或多分子的单次或多次负电阴离子的离子复合物。
离子复合物的金属例如是碱金属，优选是钠、钾；碱土金属，优选是镁、钙、钡；元素周期表第13族的金属，优选是铝；过渡金属，优选是锰、铁、钴、镍、铜、锌。
这种阴离子的示例是：这种阴离子的示例是：卤化物和多卤化物，例如氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、三碘化物；硫属元素化物和多硫属元素化物，例如氧化物、氢氧化物、硫化物、硫化氢、二硫化物、三硫化物、四硫化物、五硫化物、六硫化物、硒化物、碲化物；磷属元素化物，如酰胺、酰亚胺、氮化物、磷化物、砷化物；拟卤化物，如氰化物、氰酸盐、硫氰酸盐；复合阴离子、如磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、硫酸根、硫酸氢根、亚硫酸根、亚硫酸氢根、硫代硫酸根、六氰合铁酸根、四氯合铝酸根、四氯合铁酸根。
含阴离子的添加剂示例是：三氯化铝、三氯化铁、硫化亚铁、溴化钠、溴化钾、碘化钠、碘化钾、硫氰酸钾、硫氰酸钠、硫化二钠（Na2S），四硫化二钠（Na2S4）、五硫化二钠（Na2S5）、五硫化二钾（K2S5）、六硫化二钾（K2S6）、四硫化钙（CaS4）、三硫化钡（BaS3）、硒化二钾（K2Se）、磷化三钾（K3P）、铁氰化钾（II）钾，六氰合铁（III）酸钾，硫氰酸铜（Ⅰ），三碘化钾，三碘化铯，氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化铯，氧化钠，氧化钾，氧化铯，氰化钾，氰酸钾，四氯合铝酸钠，硫化锰（Ⅱ），硫化钴（Ⅱ），硫化镍（Ⅱ），硫化铜（Ⅱ），锌，硫化锌，磷酸钠，磷酸氢钠，磷酸二氢钠，硫酸钠，硫酸氢钠，亚硫酸钠，亚硫酸氢钠，硫代硫酸钠，磷酸钾，磷酸氢钾，磷酸二氢钾，硫酸钾，硫酸氢钾，亚硫酸钾，亚硫酸氢钾，硫代硫酸钾。
含阴离子的添加剂在本申请的意义上另外还可以是两种或更多种化合物的混合物，所述化合物为元素周期表的金属与单原子或多原子的，通常为一价或多价带负电荷的阴离子，优选由非金属原子构成的阴离子形成的化合物分子或多分子形式单次或多次电的离子的化合物的混合物，优选由非金属原子构成阴离子。在此按照目前的知识状态各组分的含量比例不是严格关键性的。
按照本发明的混合物所含的单质硫占按照本发明的混合物总质量的50~99.999%重量百分比、优选80~99.99%重量百分比、特别优选90~99.9%重量百分比。
按照本发明的混合物所含的含阴离子的添加剂优选占按照本发明的混合物总质量的0.001~50%重量百分比、优选0.01~20%重量百分比、特别优选0.1~10%重量百分比。
按照本发明的混合物可以含有其它添加物，例如降低混合物熔点的添加剂。其它添加物的含量一般在混合物总质量的0.01~50%重量百分比的范围内。
此外也可以使用如下通式的碱金属多硫化物的混合物
（M1 xM2 （1-x））2Sy
其中M1,M2=Li,Na,K,Rb,Cs并且M1不等于M2并且0.05≤x≤0.95并且2.0≤y≤6.0。
在本发明的一优选实施例中M1=K,并且M2=Na。
在本发明的另一优选实施例中0.20≤x≤0.95。在本发明的特别优选的实施例中0.50≤x≤0.90。
在本发明的另一优选实施例中3.0≤y≤6.0。在本发明的特别优选的实施例中y=4.0,5.0或6.0。
在本发明的特别优选的实施例中M1=K,并且M2=Na，0.20≤x≤0.95并且3.0≤y≤6.0。
在本发明的极其特别优选的实施例中M1=K,并且M2=Na，0.50≤x≤0.90并且y=4.0,5.0或6.0。
如下通式的碱金属多硫化物和碱金属硫氰酸盐的混合物同样是适合的
（（M1 xM2 （1-x））2Sy）m（M3 zM4 （1-z）SCN）(1-m)
其中M1,M2,M3,M4=Li,Na,K,Rb,Cs并且M1不等于M2,M3不等于M4以及0.05≤x≤1，0.05≤z≤1，2.0≤y≤6.0并且m是0.05≤m≤0.95的物质含量。
在本发明的优选实施例中M1和M3=K并且M2和M4=Na。
在本发明的另一优选的实施例中0.20≤x≤1。在本发明的特别优选的实施例中0.50≤x≤1。
在本发明的另一优选的实施例中3.0≤y≤6.0。在本发明的特别优选的实施例中y=4.0,5.0或6.0。
在本发明的另一优选的实施例中0.20≤z≤1。在本发明的特别优选的实施例中0.50≤z≤1。
在本发明的另一优选的实施例中0.20≤m≤0.80。在本发明的特别优选的实施例中0.33≤m≤0.80。
在本发明的特别优选的实施例中M1和M3=K并且M2和M4=Na，0.20≤x≤1，0.20≤z≤0.95，3.0≤y≤6.0和0.20≤m≤0.95。
在本发明的极其特别优选的实施例中M1和M3＝K并且M2和M4=Na，0.50≤x≤1，0.50≤z≤0.95，y=4.0,5.0或6.0和0.33≤m≤0.80。
在本发明的另一特别优选的实施例中M1和M3=K，x=1，z=1，y=4.0,5.0或6.0和0.33≤m≤0.80。
在本发明的另一特别优选的实施例中M1和M3=K，x=1，z=1，y=4和m=0.5。
在本发明的另一特别优选的实施例中M1和M3=K，x=1，z=1，y=5和m=0.5。
在本发明的另一特别优选的实施例中M1和M3=K，x=1，z=1，y=6和m=0.5。
易氧化并具有高蒸发压力的蓄热介质在分层储器中特别有利地运行。
在使用用于补偿体积的缓冲容器时优选的是，如果使用具有不可忽略的蒸发压力的蓄热介质，使缓冲容器冷运行并且以惰性气体覆盖。通过缓冲容器冷运行尽可能避免在缓冲容器中的蓄热介质蒸发。在这种情况下缓冲容器的冷运行意味着，缓冲容器中的温度远低于蓄热介质的沸点温度。通过缓冲容器冷运行实现了，省去用于阻止气态蓄热介质进入废气中的费事的装置或者使这个装置极简化地构成。
尤其必要的是：使缓冲容器中的相界保持在远低于蓄热介质沸点温度的温度上。“远低于沸点温度”在本发明的范围内意味着，温度为开尔文沸点温度的最大70%、优选最大60%。
在缓冲容器中的冷相界例如可以由以下方式实现：在串联有多个分层储器时使用各自完全充满的容器并且其中含有最低温度的蓄热介质的最后的容器被用作缓冲容器。或者也可能是，设有多个缓冲容器，除最后的缓冲容器外所述多个缓冲容器分别被完全充满。使用其中最后的缓冲容器含有与气体的相界的、多个串联的缓冲容器的优点是，可以使容器的热损失保持微小。缓冲容器的大小根据蓄热介质的膨胀系数和与所使用的蓄热介质相关的工作温度差选择。在使用含硫蓄热介质并且工作温度在290℃~390℃时缓冲容器的大小例如为至少是用于容纳蓄热介质容器体积的3.5%。
在使用缓冲容器时可能的是，在热蓄热介质进入冷缓冲容器中时、热的特别轻的蓄热介质能通过对流到达上部区域中并且防止形成冷相界。干扰性的对流例如可以通过如下方式来避免，在缓冲容器的上部区域中输入或排出热蓄热介质，并且在缓冲容器的下部区域中输入或排出冷蓄热介质。在此一方面可以设有相互分开的缓冲容器，或者也可以在缓冲容器中设有嵌件，所述嵌件分别在下部区域中含有开口用以能够输送冷蓄热介质或者替代地在上部区域中含有开口用以能够输送热蓄热介质。尤其对于向其中存在冷相界的缓冲容器的连接有利的是，在下部区域中设有入口和排出部并且连接导引到连接在前面（上游）的缓冲容器的下部区域中。由此使冷蓄热介质从设在前面的缓冲容器导引到具有相界的缓冲容器，或者使冷蓄热介质从具有相界的缓冲容器导引到设在前面的缓冲容器。
如果冷却不足以实现能够避免蓄热介质蒸发的相界温度，也可以例如设有内置的换热器，通过该换热器可以使在具有相界的缓冲容器中的蓄热介质冷却。通过这种方式能够防止蓄热介质蒸发。
在另一优选的实施例中将缓冲容器设置成，使该缓冲容器中的相界面位于与用于容纳蓄热介质的容器中的液面相似的静液高度上。由此，即使在输入/排出泵停止时只有微小的静液力作用于用于容纳蓄热介质的容器和缓冲容器。此外，使运行泵的能量消耗最低，这是因为在两个方向上、即不仅在用于从缓冲容器向容器输入蓄热介质的方向上而且在从容器向缓冲容器输送蓄热介质的方向上，蓄热介质的静液压力都起作用。
在另一有利的扩展结构中缓冲容器具有大横截面积。因为横截面积大，所以由于温度变化而不可避免的蓄热介质体积变化只引起缓冲容器中液体表面的静液高度很小的变化。由此，可以使起作用的静液力的效果保持微小。
附图说明
下面借助于附图示出本发明的实施例并且在下面的描述中对其进行详细解释。附图中：
图1.1示出用于容纳蓄热介质的容器，具有带冷蓄热介质的柔性盖件，
图1.2示出用于容纳蓄热介质的容器，具有带热蓄热介质的柔性盖件，
图2示出带潜泵并具有柔性盖件的、用于容纳蓄热介质的容器的第一实施例，
图3示出带潜泵并具有柔性盖件的、用于容纳蓄热介质的容器的第二实施例，
图4示出具有缓冲容器的蓄热装置，
图5示出作为串联分层储器的、用于容纳蓄热介质的容器，
图6示出设计成分层储器的、用于容纳蓄热介质的容器，
图7示出收集器的俯视图，该收集器嵌置在按照图6的分层储器中，
图8示出两个串联的缓冲容器，
图9示出用于容纳蓄热介质的容器，它与缓冲容器一体地组合，
图10示出具有缓冲容器的、用于容纳蓄热介质的容器的另一实施例。
具体实施方式
图1.1示出用于容纳蓄热介质的容器，该容器具有带冷蓄热介质的柔性盖件。容器1被填充有蓄热介质3。任意能够吸收并储存热量的介质都适合作为蓄热介质。通常使用的蓄热介质例如是盐熔体。特别优选地，图1所示的容器适用于容纳含硫蓄热介质。
在蓄热介质例如为了使太阳能发电站运行而给出热量以后，蓄热介质的温度低于在吸收了希望由蓄热介质储存的热量以后的温度。在此，经冷却的蓄热介质3的体积小于（如图1.2所示的）热蓄热介质3的体积。
为了避免在容器中产生过大的过压有利的是，在容器中不含气体或只含有少量的气体。为此容器1被盖件5覆盖。盖件5的另一作用、尤其对于易氧化的蓄热介质3是，避免蓄热介质3与在积聚的蓄热介质3上方的环境中含有的气体进行反应。在盖件5与蓄热介质3之间优选没有空隙。
为了补偿蓄热介质3的体积波动，使盖件5柔性地构成。为此例如如同在图1.1和1.2中所示那样，在盖件5上形成柔性区7。替代图1.1和1.2所示的实施例，也可以使整个盖件5都设计成柔性的。柔性区7例如可以构造成补偿器、例如伸缩膜的形式。在图1.1和1.2所示的实施例中，盖件5利用柔性区7固定在容器1的壁部9上。在此，优选形状锁合地、例如通过焊接方法利用柔性区7将盖件5固定在容器1的壁部9上。由此避免了，蓄热介质3经由容器1的壁部9与盖件5之间的泄漏而逸出或者气体能进入容器1中。
由于柔性区7，不仅在如图1.1所示的冷蓄热介质3的情况下，而且在如图1.2所示的热蓄热介质3的情况下，盖件5都齐平地顶靠在蓄热介质3上。通过由于蓄热介质3的升温而引起的膨胀，盖件5被蓄热介质3抬起。柔性区7使得盖件5能够在不损坏容器1的密封性的情况下被抬起。
为了使蓄热介质3能够吸收热量，例如能够从容器1中取出蓄热介质3并且引导其通过热交换器，在该热交换器中蓄热介质3吸收热量。接着可以将蓄热介质3再放入到容器1中。由此，连续地在容器1中含有相同质量的蓄热介质3。相应地，为了使蓄热介质3放热而通过热交换器将热量释放给其它介质。
为了吸收热量，也可以使蓄热介质3例如被导引到太阳能发电站的阳光区中并且使之在其中吸收热量。
或者也可以例如在容器1中接纳有热交换器，通过该热交换器可以将热量传给蓄热介质或者通过该热交换器可以使蓄热介质3将热量传给流过热交换器的热载体。
如果蓄热介质3被输送到位于容器1外部的热交换器，则为此例如使用潜泵。在图2和3中示出潜泵的可能位置。在此图2示出带潜泵并具有柔性盖件的、用于容纳蓄热介质的容器的第一实施例。
在此容器1在其结构上对应于在图1.1和1.2中所示的容器。
为了使盖件5能够无干扰地运动，经侧壁部9将潜泵11引导到容器1中。在此这样构造潜泵11，使潜泵11的抽吸区13位于容器1的底部。借助于潜泵11可以从容器1中取出蓄热介质3。
在图3中示出带潜泵并具有柔性盖件的、用于容纳蓄热介质的容器的第二实施例。
与图2所示的实施例不同，在图3所示的实施例中在容器1的侧面设有一腔室15。在此，潜泵11位于腔室15中。其优点是，潜泵11不必穿通容器1的壁部9。
通过在图2和图3中未示出的入口以相同质量将蓄热介质引回到容器1中，由此在容器1中含有恒定质量的蓄热介质。
为了给腔室15填充蓄热介质并由此能够借助于潜泵11从容器1取出蓄热介质，优选在将腔室15与容器1分开的容器壁17的下部区域中形成一开口19，通过该开口使蓄热介质3能从容器1流到腔室15中。这样，借助于潜泵11可以从容器1取出蓄热介质，并且通过一在图3中也未示出的入口能将经受热或冷却的蓄热介质输送到容器1中，从而使容器1中的蓄热介质3的质量保持恒定。在此优选在上部区域中将经冷却或受热的蓄热介质输送到容器1中。
通过如图2和3所示地设置潜泵11，能够将潜泵11布置成使之在对容器1中的蓄热介质3进行体积补偿时不妨碍盖件5。
在图4中示出具有缓冲容器的蓄热装置。
替代于图1.1至1.2中所示的、其中容器1被带柔性区7的盖件5覆盖从而能通过盖件5补偿蓄热介质3的体积波动的实施例，也可以设有缓冲容器21。
为了补偿体积波动，在蓄热介质的体积增加时，将蓄热介质的一部分导入缓冲容器21中。由此能够在容器1中保持恒定体积的蓄热介质3。在缓冲容器21中例如可以设有如图1.1至3所示的柔性盖件用以补偿由于蓄热介质的体积变化产生的填充差。但替代且优选的是，在缓冲容器21中设有气体盖件。为此在缓冲容器21中的填充量减小时，通过气体输入管23向缓冲容器21中输入气体。在此导入到缓冲容器21中的气体是与蓄热介质3相比是惰性的气体用以防止气体与蓄热介质3反应。尤其是氮适合于作为该气体。但是例如也可以使用稀有气体。但是优选使用氮。气体的输入和排出装置可以是一使缓冲容器中的气体压力和/或容器1中的体积保持恒定的调节段的组成部分。
如果由于蓄热介质的体积增加而将蓄热介质导入到缓冲容器21中并由此使缓冲容器21中的填充水平升高，则通过气体排出部25从缓冲容器21取出气体。在此一方面可以将气体输出到环境中，这在使用氮时是优选的，或者替代地将气体导入到一气体储器中。尤其是对于不同于氮的气体优选将其回收到气体储器中。
为了蓄热，通过位于容器1的底部区域中的下管道27从容器1取出蓄热介质。为了取出蓄热介质而使用一泵29。通过该泵29将蓄热介质导入到热交换器31中。在热交换器31中蓄热介质3吸收热量。接着通过一上管道33将这样受热的蓄热介质3引回到容器1中。在此在容器1中建立一温度梯度，其中热蓄热介质3在上部区域中而冷蓄热介质在容器1的下部区域中。在此，上管道33在容器1的上部区域中——优选紧接在上部界定容器的盖件35的下方——通到容器中。
为了能够再从蓄热器取出热量，通过上管道33从容器1取出蓄热介质3并且将其导引到热交换器31中。在热交换器31中蓄热介质例如将热量传给热载体。在此蓄热介质3冷却。然后借助于泵29通过下管道27将经冷却的蓄热介质引回到容器1中。替代在这里所示的、其中通过相同的回路来输入或输出热量的实施例，也可以设有用以加热蓄热介质3的第一热交换器和在其中蓄热介质3再输出热量的第二热交换器。为此例如可以使用第二回路。
由于向容器1的上部区域输入热蓄热介质并且从下部区域输出冷蓄热介质而形成热分层，由此使该（蓄热）装置设计成分层储器。
在图5中示出设计成串联分层储器的、用于容纳蓄热介质的容器。
替代于图4所示的仅具有一个容器的实施例，也可以例如使用一串联分层储器。串联分层储器可以包括任意多的容器。在图5所示的实施例中，串联分层储器37包括三个容器。通过使用串联分层储器37能够减小横截面积。通过这种方式可以进一步降低由于蓄热介质内部的导热引起的损失。因此，例如可用热的损失随着容器高度的增加而降低。通过串联分层储器37可以模拟增加的容器高度。使用串联分层储器的优点是，不必将单个容器设计得这样高从而使得——尤其在下部区域——作用于容器壁部上的压力降低。因此容器可以以更低的稳定性/坚固性制成。
为了运行串联分层储器使各个容器1通过管道39、41相互连接。在此，第一管道段43分别伸进容器1的含有较热蓄热介质的底部区域中，而第二管道段45伸进容器1的含有略冷的蓄热介质的上部区域中。在此尤其有利的是，在含有较热蓄热介质3的容器下部区域中的蓄热介质温度大致等于在含略冷蓄热介质的容器1上部区域中的蓄热介质3温度。通过前后串联两个或多个容器1使容器上部区域与底部之间的温差比只使用一个容器的情况更小。
为了能够运行串联分层储器37，向最热容器的上部区域输入热蓄热介质并且在最冷容器的底部处取出冷蓄热介质，和/或在最冷容器的底部处输入冷蓄热介质并且在最热容器的上部区域中取出热蓄热介质。以从串联分层储器37的容器之一取出蓄热介质相同的程度，通过管道39、41从一个容器向相邻容器泵送蓄热介质用以补偿在容器1中的体积变化。
在图6中示出设计成分层储器的、用于容纳蓄热介质的容器。如上所述，在设计成分层储器47的用于容纳蓄热介质3的容器中，热蓄热介质3位于在容器的上部区域49中，而较冷蓄热介质位于下部区域51中。在分层储器47中形成温度边界53，所述温度边界在取出冷蓄热介质和输入热蓄热介质时向下移位并且在取出热蓄热介质和输入冷蓄热介质时向上移位。为了避免在向容器1中输入蓄热介质时产生对流，使用了一适合的收集器/分配器55。在取出热蓄热介质时，上部的收集器/分配器55起到用于取出蓄热介质的收集器的作用，而下部的收集器/分配器55起到用于将蓄热介质输入到容器1中的分配器的作用。相应地，在取出冷蓄热介质时，下部的收集器/分配器55起收集器的作用，而上部的收集器/分配器55起分配器的作用。在此，收集器/分配器55各与一管道57连接，所述管道例如导引到热交换器。
在图7中示出收集器/分配器的适合的形式。在这里所示的实施例中，收集器/分配器55包括三个同心环件59，这三个环件各自在一位置处与管道57连接。除如图7所示的具有三个同心环件59的结构以外，也可以设有多于3个或少于3个的环件。任意其它的使得能够均匀地输入和/或取出蓄热介质的结构也是可行的。
为了能够均匀地输入和/或取出蓄热介质，在每个同心环件59中形成多个开口61。通过这些开口61可以从容器1取出蓄热介质，也可以向容器1中输入蓄热介质。
除了如图4所示的仅具有一个缓冲容器的实施例外，替代地也可以设有多于一个的缓冲容器、例如两个缓冲容器。这种解决方案在图8中示例地示出。除了如图8所示的具有两个缓冲容器的实施例外，也可以串联多于两个缓冲容器。至少设两个缓冲容器的优点是，在向第一缓冲容器63中输入热蓄热介质时，不会发生从热蓄热介质向冷相界的对流，由此避免形成冷相界。对于避免干扰性的对流有利的是，如图8所示地在第一缓冲容器63的上部区域中输送热蓄热介质。在第一缓冲容器63内部温度朝向底部65降低。来自第一缓冲容器63底部65的冷蓄热介质被输送到第二缓冲容器67中。在第二缓冲容器67中形成冷相界69。通过使用热交换器71可以支持在第二缓冲容器67中形成冷相界69。通过使用热交换器71实现了，在第二缓冲容器67中保持低温，并由此使缓冲容器67中的蒸发压力保持尽可能地低。
此外替代可行的是，如图9所示地仅设有一个被嵌件73分隔成单个区域的容器。通过优选设置成在容器内的竖立壁部的嵌件73将容器分成具有不同温度的单个区域。在此尤其有利的是，分别在具有温度分层的两个区域77之间形成基本等温的区域77。等温的区域77分别在底部附近设有通向具有温度分层的较热区域75的开口79，等温的区域具有通向带温度分层的较冷区域中75的上部开口81。具有温度分层的最冷区域75通过开口79与一相界69位于其中的冷区83连接。如图8所示的实施例中在第二缓冲容器67中可以在冷区83中容纳有一热交换器71以使相界69保持基本恒定的温度。壁部73也可以设计成绝热的。
为了必要时能取出蓄热介质中所含的气体，为各单个区域75分别设有通风装置85。
相应的通风装置85优选也具有图8所示实施方式的第一缓冲容器63。
在图10中示出具有缓冲容器的、用于容纳蓄热介质的容器的第二实施例。
与图4所示的实施例不同，在图10所示的实施例中缓冲容器21定位成，使相界69在缓冲容器中位于与容器1中蓄热介质3的相界87相似的静液高度上。为了能够补偿在容器1中可能的体积波动，蓄热介质3优选被盖件89覆盖。在此盖件89气密地与容器1连接。通过图10中的箭头表示在盖件89的弹性界限内的很小的运动，该运动被检测出并且通过体积调节而被复位，所述体积调节通过将蓄热介质导入到缓冲容器21中或者将其从缓冲容器21导入到容器1中来进行。为此在检测出盖件89抬起时将蓄热介质从容器1导入到缓冲容器21中，而在盖件89下降时将蓄热介质从缓冲容器21导入到容器1中。通过这种方式在容器1中实现基本保持不变的体积。
缓冲容器21定位成使相界69处在与容器1中的蓄热介质3相界87相似的液静高度上的优点是，在输入\输出泵停止时仅对储器作用很小的静液力。此外用于体积补偿的泵运行成本最低。
此外有利的是，如图10所示地使缓冲容器21具有大横截面积。由于横截面积大，由于温度变化而不可避免的蓄热介质液相体积波动仅引起缓冲容器21中液体表面69的静液高度的微小变化。结果，使静液力的影响保持微小。
附图标记清单
1容器
3蓄热介质
5盖件
7柔性区
9容器1的壁部
11潜泵
13抽吸区
15腔室
17壁部
19开口
21缓冲容器
23气体输入管
25气体排出部
27下管道
29泵
31热交换器
33上管道
35盖件
37串联分层储器
39管道
41管道
43第一管道段
45第二管道段
47分层储器
49上部区域
51下部区域
53温度边界
55收集器/分配器
57管道
59环
61开口
63第一缓冲容器
65底部
67第二缓冲容器
69冷相界
71热交换器
73嵌件
75具有温度分层的区域
77等温区域
79开口
81上开口
83冷区
85通风装置
87相界
89盖件

Claims (11)

1.一种用于蓄热的装置，包括为蓄热而吸收热量并且为对所蓄热量加以利用而输出热量的蓄热介质和用于容纳蓄热介质的容器，其中所述容器被气密的盖件封闭，其特征在于，所述装置包括体积补偿单元用以补偿由于温度升高引起的蓄热介质（3）体积增加和由于温度降低引起的蓄热介质体积减小。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述体积补偿单元包括容器（1）的柔性盖件（5）。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述柔性盖件（5）包括柔性区（7），所述柔性区在蓄热介质（3）体积增加时抬起并且在蓄热介质（3）体积减小时下降。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述体积补偿单元包括缓冲容器（21；63、67），在蓄热介质（3）体积增加时蓄热介质（3）的一部分能流入所述缓冲容器中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述用于蓄热的装置设计成分层储器（47）。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述蓄热介质（3）含有硫。
7.一种用于蓄热的方法，在该方法中为蓄热而向蓄热介质传入热量或者为对热量加以利用而从蓄热介质向热载体输出热量，其中蓄热介质容纳在容器中，所述容器被气密的盖件封闭，其特征在于，通过使容器（1）的体积加大或者通过使蓄热介质（3）从容器（1）流到缓冲容器（21；63、65）中来对蓄热介质（3）的体积膨胀进行补偿，通过使容器（1）的体积变小或者通过使蓄热介质（3）从缓冲容器（21；63、65）流到容器（1）中来对蓄热介质（3）的体积减小进行补偿。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过使柔性盖件（5）的柔性区（7）膨胀实现容器（1）的体积加大。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在上部区域中向容器（1）输入热蓄热介质（3），在下部区域中取出冷蓄热介质（3）。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，向蓄热介质（3）输入太阳能发电站的热量。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述太阳能发电站是抛物线槽式太阳能发电站。
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