CN105026852A - 管道系统和用于接收流经管道系统的液体的排水容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道系统，该管道系统包括在一端与收集器(7)连接且在第二端与分配器(5)连接的至少一个管道回路(9)，其中收集器(7)和所述分配器(5)被彼此上下布置，并且当收集器(7)位于上部时，加压气体能被给送到收集器中且分配器(5)与排放容器(21)连接，而当分配器(5)位于上部时，加压气体能被给送到分配器(5)中且收集器(7)与排放容器(21)连接，该排放容器(21)的位置比所述收集器(7)和所述分配器(5)低。本发明还涉及一种用于接收流经管道系统(3)的液体的排放容器(21)，其中该排放容器(21)经由突出到排放容器(21)中的浸管(33)与管道系统(3)连接，其中虹吸管(41)在管道系统(3)与排放容器(21)之间形成在浸管(33)中，并且浸管(33)是可加热的，虹吸管(41)在管道系统(3)运行期间由凝固的材料(43)封闭。

Description

管道系统和用于接收流经管道系统的液体的排水容器

技术领域

本发明涉及一种管道系统，该管道系统包括在一端与收集器连接且在第二端与分配器连接的至少两个管道回路。

背景技术

包括在一端与收集器连接且在第二端与分配器连接的至少两个管道回路的管道系统例如用于线性集中的太阳能发电站、尤其菲涅尔型太阳能发电站和抛物线集中槽型太阳能发电站中。这种情况下，适合于太阳能发电站中出现的温度的传热流体流经管道回路。合适的传热液体例如为盐熔体。

在线性集中型太阳能发电站中，整个管道系统一般呈用于收集太阳能的网络形式构成。为此目的，太阳能的辐射能借助于抛物柱面镜或菲涅尔镜被集中到接收器上。镜和接收器组合被称为收集器。一排收集器被串联连接以形成所谓的太阳能环。为此目的，接收器分别与管道系统连接或构成管道系统的一部分。向其传递通过接收器收集的辐射能的传热液体流经管道系统。

目前，尤其采用联苯/二苯醚混合物作为传热液体，不过其最大工作温度受其约400℃的分解温度限制。为了实现允许更大效率的更高工作温度，需要其它传热液体。为此目的，尤其采用盐熔体，例如所谓的太阳盐，其是硝酸钠和硝酸钾的比例为60：40的混合物。

然而，盐熔体的一个缺点是它们具有高熔点。硝酸钠/硝酸钾混合物例如在218℃的温度下在共晶状态(也就是说混合比为44：56)下熔融。在例如在太阳能发电站中遇到的长管道系统中，具有高熔点的盐熔体难以可靠地工作。盐熔体的冻结会导致管道系统的极大经济损失。损失的原因之一例如是盐在它们熔融时的大体积膨胀。存在阀和管道将被置于压力下并大幅受损的风险。

当盐熔体冻结——这主要会发生在太阳能发电站的运行时间之外，也就是说太阳的辐照时间之外——时或当太阳辐照由于天气而被中断时，发生体积收缩，该体积收缩会导致不同凝固状态，取决于管道系统和运行状态。预期一般而言，疏散的泡沫将形成在管道中并合并而形成或多或少的颇大单元。当发生再熔融时，由于发生体积膨胀的熔融部位与疏散区域之间可能很大的空间距离，可能存在不足以解除压力积累的体积补偿。

为了防止管道系统中的盐熔体的冻结，通常在延长的脱机时间段排放管道系统。然而，在具有用于盐熔体的储存容器的当前管道系统的情况下，排放消耗的时间长并且无法被可靠地确保，尤其针对例如在停电的情况下的突然中断，使得尤其在这样的情况下会发生管道的损伤。

对于排放，当前提供排放容器，其安装在竖井(pit)中并且可在容器中的传热液体流出时经其接收传热液体。由管道系统形成的单独的太阳能环具有约0.3％的轻微梯度，使得在排放期间，容纳在管道中的液体由于该梯度而沿排放容器的方向被驱动。然而，由于收集器的更佳效率，希望在基本无梯度的情况下运行。

在过去已知的以盐熔体作为传热介质且仅具有一个排放容器的太阳能发电站中，所使用的轻微梯度对于尤其具有长管道——例如用于太阳能发电站中且通常可具有100km以上的总管道长度的管道——的管道系统的充分快速和彻底的排放而言一般是不够的。此外，不具有安全位置的阀和旋塞被使用。因此，在停电的情况下，阀例如无法将太阳能环置于安全排放状态下。这种情况下，要考虑被用作传热流体的盐的冻结。使用替代源作为备用电源的方案未充分确保免于系统中的所有功能问题。最后，排放到中央排放容器中需要长的流动路径和流动时间，存在传热盐将沿路线凝固的风险。此外，一个太阳能环中的问题会导致所有太阳能环脱机。

当前，一般采用熔点较低的盐以最大限度地减少管道中由于盐熔体而发生的问题。然而，这样的盐熔体具有相当多的缺点。已知的熔点较低的传热盐的示例是硝酸钠和硝酸钾以及亚硝酸盐的混合物，以及硝酸钾、硝酸钠和硝酸钙的混合物。

然而，这样的混合物具有比通常使用由硝酸钾和硝酸钠组成的太阳盐低的热稳定性，使得工作范围被限制在500℃以下的温度。其结果是不得不接受发电站的较低效率。盐还必须被保持在封闭系统中，这导致太阳能场区的附加开支，因为必须将惰化系统安装在太阳能场中。需要惰化是因为，一方面，在包含亚硝酸盐的盐的情况下，大气氧会使亚硝酸盐氧化成硝酸盐并且盐的熔点因此不可控地上升，而在包含钙的系统的情况下，二氧化碳与钙离子反应而形成不可溶的碳酸钙。

其它替代盐包含大量不易获得的贵元素，这使经济使用局限于工作量低的系统。这些盐中的昂贵成分的示例为锂、铷和铯。

盐以外的传热系统一般具有高蒸气压力或需要相当高的用于长管道系统的腐蚀保护的开支。

从化工行业得知用于加热盐浴反应器的系统，该系统位于存在覆盖有氮的排放罐的最低点。系统中的所有控制装置都处于安全位置，使得在未预期的运行状态的情况下，熔融的传热盐——一般为主要亚硝酸钠和硝酸钾组成的混合物——流入排放容器中。为此，所有管道都以一定梯度被布置在排放容器的方向上。管道具有足够大的直径，使得即使不提供进一步的通气管路也被排空。不能流动的区域，例如控制装置和下水管上方，具有它们自己的排放管线，即使在阀堵塞的情况下所述区域也可经由所述排放管线排放。熔融的传热盐借助于潜水泵从排放容器被输送到化工系统中。

然而，这些常用的盐浴反应器方案并非完全可用且由于其大尺寸而在太阳能场中是不充分的。例如，不适合对大型太阳能发电站使用一个排放容器，因为排放过程将太长而不能可靠地防止冻结。此外，需要限制管道系统中的故障如阀故障的影响范围。此外，盐浴反应器一般连续运行，也就是说该系统在反应器起动之后连续运行到下一次修正为止。此前，系统始终是热的且流动经系统的所有部分发生。由此尝试避免由于盐的凝固而发生的闭塞，这种闭塞即使可以也很难消除。然而，太阳能发电站经受有规律地改变的运行状态的恒定周期。例如，太阳能场在夜间不会被供给辐射能。所有系统部件的连续热运行将导致太阳能场中的高辐射损失。为了避免高辐射损失，因此权宜之计是使太阳能发电站间断地运行，尤其为了保持夜间能量损失低。

此外，太阳能发电站中的盐浴反应器和管道系统在它们的尺寸方面不同。例如，盐浴反应器通常具有最多几百米的管道长度，而太阳能发电站中的管道的长度会超过100千米。这也导致系统中的盐量相应更大。因此，仅仅由于它们的尺寸，太阳能发电站中的这些管道无法以与例如盐浴反应器中的管道系统相似的方式运行。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种包括至少两个管道回路的管道系统，所述管道回路可以用于太阳能发电站中并允许停机时段的可靠排放。

该目的通过一种管道系统来实现，所述管道系统包括在一端与收集器连接且在第二端与分配器连接的至少一个管道，其中收集器和分配器被布置在不同地理高度，并且当收集器位于上部时，加压气体可被送入收集器中且分配器与排放容器连接，而当分配器位于上部时，加压气体可被送入分配器中且收集器与排放容器连接，排放容器所处的位置比收集器和分配器低。

当系统包括大量管道和管道回路时，例如太阳能发电站的太阳能场，管道集合被分割成多个互相独立的管道系统，每个管道系统都包括在一端与收集器连接且在第二端与分配器连接的至少一个管道。通过这样分割系统如太阳能发电站的太阳能场的管道集合，可以排放一个管道系统，而其它管道系统的功能不受影响。

优选的是在一端与收集器连接且在第二端与分配器连接的管道被设计为管道回路，结果收集器和分配器彼此上下被布置。

这些系统中的每一个都优选被指派至少一个排放容器，可在该排放容器中执行排放。排放容器和它们对应的管道系统可被安装在不同地理高度。结果，能避免或最大限度地减少取决于场地的预定地貌的复杂的场地平整。排放容器的地理高度的差异受被送入主分配器中的容许泵压力限制。泵送操作分割成多个级扩大了相应管道系统的容许地理高差。

由于收集器和分配器布置在不同地理高度，容纳在管道系统中的液体在有必要从上方的分配器或收集器进行排放时经管道流入下方的收集器或分配器，并从其中流入排放容器中。可以通过给送加压气体来辅助该过程。通过加压气体，液体从管道系统被压出到排放容器中。液体因此比在它仅被重力驱动时更快地流走。此外，加压气体的给送还使得管道系统的管道能几乎水平地延伸。送入加压气体的另一个优点是管道或管道回路的长度可被选择成更大，而不会使管道系统的排放能力存在风险。

在本发明的一个实施例中，收集器和分配器分别以管道形式构成，并且管道分别以一端从收集器分支且以另一端从分配器分支。该构型使得多个管道能从收集器和分配器分支。

在太阳能发电站中，各管道回路通常包括多个收集器，所接收的太阳光在所述收集器中被集中到盐熔体上且盐熔体由此被加热。

还优选收集器和分配器在一端彼此连接，使得不从分配器流入管道回路中的液体在分配器的端部被传送到收集器中。收集器和分配器因此同样形成管道回路。此构型避免了盐熔体淤塞在分配器的端部处。收集器和分配器的连接在此情况下也可借助于管道回路形成。为此，分配器在其端部处进入管道回路中，该管道回路又在一端处通向收集器中。

定向在反方向上的两个管道回路也可以从分配器彼此相对地分支。相应地，相对的管道回路进而在相对的位置通向收集器中。

为了获得太阳能发电站的充分高的功率，还优选管道系统包括多个收集器和分配器，其分别与多个管道或管道回路连接，所有收集器都与主收集器连接且所有分配器都与主分配器连接。经由主分配器，盐熔体进入分配器中，并从这里进入管道或管道回路中。在管道或管道回路中，盐熔体通过阳光而吸热，然后从管道或管道回路流入收集器中，并从该收集器流入主收集器中。为了排放一个或多个管道系统，优选在收集器和分配器从主收集器和主分配器分支的区域中例如通过收集器和分配器中的入口阀和出口阀来关闭要向主收集器和主分配器排放的至少一个管道系统的通道。

为了甚至在无太阳热辐照或太阳热辐照减少时也能使用热，优选设置经加热的热盐熔体被储存在热区域中的储存系统。在无太阳热辐照时，利用储存的热盐熔体产生蒸汽，所述热盐熔体又驱动用于发电的发电机。在蒸汽发生和盐熔体的相关冷却之后，盐熔体被反馈到储存系统的较冷区域中。当存在充分的太阳辐射量时，经加热的热盐熔体可被直接用于获得电能。热盐熔体的余热可被储存在储存系统的热区域中。

当排放管道系统时液体被给送到其中的排放容器优选在主收集器和主分配器附近分别定位在当分配器位于上部时主收集器或当收集器位于上部时主分配器与分别从收集器或分配器分支的第一管道之间。这里，“在...附近”意味着排放容器就安装技术而言尽可能靠近分配器和收集器分别在主分配器或主收集器处的分支。借助于该定位，各管道系统，其包括收集器、分配器位于收集器与分配器之间的至少两个管道或管道回路，具有其自身的排放容器。此外，整个系统在必要时由于更大数量的排放容器而更快地排放。

排放容器的上述定位具有的又一个优点是在它们的截止阀之前通向主收集器和主分配器的供给管路中的盐熔体可排放到排放容器中。当截止阀打开时，主收集器和主分配器的内含物可被另外排放到排放容器中，但不借助于来自加压气体储器的驱动压力。

优选加压气体储器定位在排放容器附近且进而还定位在主收集器和主分配器附近。借助于这种定位，可以保持加压气体供给管路的长度短。

为使容纳在主收集器和主分配器中的熔体也能流入排放容器中，还优选主分配器和主收集器也与排放容器连接。排放容器自身位置比管道系统中的所有管道低，也就是说比主收集器和主分配器低，使得所有液体都可以流入排放容器中。主收集器和/或主分配器与排放容器连接例如可利用具有从收集器或分配器分支的管路并通向排放容器中的旁路形成。作为替代，还可提供从主收集器和/或主分配器到排放容器的单独连接管路。

加压气体可例如从分别与收集器或分配器连接的加压气体储器被送入收集器或分配器中。这种情况下利用加压气体管路执行连接，所述加压气体管路从加压气体储器分别通向收集器或分配器中。加压气体管路的长度和直径在此情况下以使得避免不希望地大的压降的方式被选择。为了仅在希望排放时将加压气体送入管道系统中，在打算排放管道系统时打开的通气阀设置在加压气体管路中。

为使液体仅在打算排出管道系统时流入排放容器中，例如可以在与收集器或分配器的连接部中设置排放阀，并且如果在与主分配器或主收集器的连接部中存在的话流入排放容器中。排放阀在打算排放管道系统时打开。

在一个特别优选的实施例中，每个排放阀和每个通气阀都是具有故障安全功能的阀，该阀非必要地利用继电器在发生需要排放的状况时打开。这些需要排放的状况例如是管道回路中发生升温或降温、管道回路中发生升压或减压、流经管道回路的量的偏差或断电。此外，也可例如通过自动控制来引发排放，例如在正在进行的操作中的夜间排放或在太阳辐射不足以使太阳能发电站安全地操作时的排放。此外，也可通过手动干预来进行排放。

例如可在整个太阳能场通过红外线光扫描系统来使管道回路中发生升温或降温或隔热问题局部化。这种扫描系统还可例如在测量出偏离标准的值时触发管道系统的排放。

在太阳能发电站的通常操作期间，被用作具有故障安全功能的阀的排放阀和通气阀关闭。当发生排放时，阀自动打开。因此，加压气体经打开的通气阀流入管道系统中且液体从管道系统经打开的排放阀流入排放容器中。排放容器的容积被选择成足够大，使得被分配给排放容器的要排放的位于管道系统中的所有液体都能被接收。

在一个实施例中，通气阀经由两相容器连接。这提供了阀的较低负载的优点。在不使用两相容器的情况下，管道的高温和直接的盐接触作用在阀上。这可以通过两相容器的方式来避免，结果能确保阀的更长的使用寿命和更可靠的工作。

通过连接的管道和容器的耐压性来限制该压力。这种情况下，当配置容器和管道的抗压强度时可利用加压气体储器中的压力在排放阀过程中降低的事实。优选从5至30bar的初始绝对压力。特别优选在10至20bar的范围内的绝对压力。可通过加压气体储器处的流量限制装置来控制排放速度。

所使用的加压气体优选是压缩空气。如果管道系统是太阳能发电站中的管道系统，并且盐熔体流经它，则当盐熔体不包含与空气的组分化学反应的成分时可采用加压空气。可借助于以下事实来防止可能的化学反应：仅在足够低以致于再也不会动态地发生可能的化学反应的温度下容许在排放的情况下的空气接触。如果盐熔体包含与空气的组分化学地反应的成分，则也可替代地使用惰性气体如压缩氮气作为加压气体。当盐熔体不包含与空气的组分化学地反应的成分时，当然也可使用惰性气体。然而，这种情况下，优选使用加压空气。此外，也可替代地通过例如可从储存系统的气相去除的压缩系统气体在加压气体储器中产生加压气体。

除向管道系统施加加压气体外，也可分别排空排放容器。这种情况下，当通气阀打开时，空气压力导致管道向排放容器中的加速排放。排放容器的排空还具有如下优点：即使当例如由于断电而未充分获得加压气体时，也可进行快速和可靠的排放。压力驱动的快速排放在此情况下相对于使通气阀与周围相通时的环境压力而言是可能的。

在本发明的一个实施例中，分散的加压气体储器分别被布置在通气阀附近。通过使用加压气体储器，即使当例如由于断电而不能充分产生加压气体时，也可实现管道系统的快速和可靠的排放。加压气体储器的压力-容积在此情况下优选是充气容器的容积与其气体压力的乘积。这里，还必须考虑加压气体在进入管道系统中主要呈现管道系统的压力。如果要排放的管道系统比加压气体储器中的加压气体热，则压力-容积上升。基本上通过导入压力-温度-容积来考虑该效应。压力-温度-容积在此情况下是充气容器的容积与其气体压力相乘再除以温度(单位为开尔文)。

优选地，加压气体储器具有大致对应于要排放的管道系统的压力-温度-容积的压力-温度-容积。这意味着加压气体储器的压力-温度-容积与管道系统的容积相差最多10％。在均匀的管道系统的压力驱动塞式排放的情况下的流动阻力与管道的润湿面积成比例。随着排放增加，管道的润湿面积减小且流动阻力下降。恒定的驱动压力将引起液体利用管道系统上的对应机械负荷而逐渐加速流动。然而，如果使用加压气体储器的驱动压力，则随着排放增加，气体从加压气体储器流出。与此相关的是从加压气体储器中的优选压力-容积开始的加压气体储器中降低的驱动压力在排放结束时达到排放容器中的压力值。排放的流动强度有利地通过该效应变得均匀。

不同流型引起很大程度上水平的长管道，取决于所施加的气体压力和通过该气体压力在管道中产生的两相流的强度。在高推动压力导致的非常高的气体流量的情况下，包括气相和液相的两相流基本是栓塞流，其中气垫挤压它前方的液体。在较低推动压力的情况下，流型变更为层流，其中气流在液流上分层。在该流型的情况下，加压气体对液体的驱动力相比于栓塞流大幅减小。其余驱动力仍仅经由快速流动的气相的摩擦作用在液相的表面上。

然而，在太阳能场中提供大量加压气体使得能在排放长管道直至彻底排放的情况下维持栓塞流非常复杂。在一个实施例中，借助于产生湍流的事实来解决该问题。例如，可通过以脉冲方式作用在长水平管道中的液体上的加压气体来产生湍流。通过作用加压气体脉冲以时间和空间受限的方式实现高加压气流密度，从而以时间和空间受限的方式实现用于栓塞流的条件。这样，明确地提高了加压气体对液体的驱动作用。

加压气体脉冲可例如通过在用于加压气体的给送点设置加压气体储器来产生。可借助于加压气体储器上的两个阀的交替打开而在液体传送管道的方向上循环地充入和排空加压气体储器。一个替代方案包括在加压气体储器与要排空的管道之间设置分相器以及定期从加压气体储器快速充填分相器的气体容积并等待分相器中的压力由于沿长管道的方向的外流而耗散，直至压力阈值由于分相器的充入而触发更新后的压力波动。

特别优选地，首先作用系统设计内的最大推动压力以彻底排放管道系统，且液体进而沿排放容器的方向被传送。只要推动压力到达排放容器或分散的加压气体储器被排空，就停止压力排放并在无推动压力的情况下进一步排放管道系统。如果借助于加压气体发生器重新充装加压气体储器，则可开始又一次压力排放。

作为替代，也可通过导入压力脉冲来排放管道系统，然而，该压力脉冲仅引起部分排放。这里，压力脉冲分别必须足够强且持续得足够久以致在管道中产生液体浪涌。

此外，也可组合两种排放类型。这里，优选首先执行利用最大推动压力的排放，直至推动压力到达排放容器或加压气体储器被排放阀且随后发生借助导入压力脉冲的排放。

压力脉冲的导入尤其适于甚至在管道稍微局部偏离水平或稍微下降的路线也能进行排放。

在排放的情况下，管道回路被并列排放。这里，流动阻力最低的管道回路首先被排放。在加压气体渗透到管道回路中之后，加压气体优选经所述管路排出且不再可以作为推进气体在其它回路中获得。相应地，要例如借助于控制阀或合适的离心孔板以使得发生充分均匀的排放的方式来设置管道中的流动阻力。还可以在渗透之后关闭排放后的管路中的阀，以防止气体突破已经排放的管道。

为了避免由于盐熔体凝固而在管道系统的较冷区域中形成栓塞，该栓塞会在排放期间分离且被夹带，并进而会导致管道系统中的损伤，在本发明的一个实施例中，液体流经的所有管道系统构件被保持在有益于排放的高温下。然而，这具有需要大量能量如电能以便维持温度的缺点。太阳能场的管路以及通向分配器和收集器的管路在运行期间是热的，并且利用充分的隔热，也能可靠地排出。然而，管道系统的较冷区域例如是在运行期间排空并且将管道系统与排放容器连接的排放管路。当盐熔体被输送到冷排放管路中时，盐凝固并且形成了上述无法接受地妨碍流动的栓塞。该风险随管道的长度增加且随着其截面尺寸降低。

除连续加热外，也可且优选仅在打算开始排放时加热排放构件。这避免了用于加热排放构件的永久能量支出。然而，这种情况下，管道系统的排放仅可延迟执行，也就是在加热时间之后执行。在能量中断的情况下，熔体在要排放的管道系统中凝固的风险在此情况下增加。

排放阀的加热尤其成问题，因为它们通常配备有比相连的管道更大的壁厚。一方面，这具有以下作用：阀具有高热容量，且相应地必须投入更多能量用于加热以便实现排放温度。另一方面，可经其导入热的面积特别小。还要指出的是，阀体中的过大温差会导致机械损伤。其结果是阀的加热时间特别长。可通过连续加热阀来避免加热时间。

还可将内部加热导体导入排放管路中用于加热。利用内部加热导体加热显著缩短了在适合排放之前的加热的时长。这种时间节省尤其通过内部加热导体的热容量大大小于管道的热容量、从而需要施加更少的热以便实现排放温度来实现。

内部加热导体优选延伸得尽可能远并延伸到排放容器中。此外，内部加热导体优选以这样的方式构成：它包括位于内部的通道，熔融的盐蓄积在其中并可被去除。例如可通过将至少三个电加热导体扭绞(绞合)在一起来形成所述通道。在绞合部的中间，形成了适合作为本发明的上下文中的通道的间隙。

适于排放管道系统以接收流经管道系统的液体的排放容器经由突出到排放容器中的浸管与管道系统连接，在管道系统与排放容器之间，浸管中形成虹吸管，并且浸管可加热，虹吸管由在管道系统运行期间凝固的材料的栓塞封闭。

在本发明的上下文中，虹吸管意图不仅指s形或u形的虹吸管，而且指管道的未弯曲区域，其中材料可凝固使得管道由凝固的材料封闭。

这种情况下，通过凝固的材料封闭的虹吸管实现了排放阀的功能。该虹吸可优选通过内部加热导体加热，并且只要即将发生排放虹吸管就被加热，使得容纳在虹吸管和通向排放容器中的路径中的材料因此被清除。通过采用内部加热导体，容纳在虹吸管中的材料可被快速加热，并以使得液体能从管道系统经虹吸管流入排放容器中的程度熔融。

由硝酸盐混合物组成的盐具有高熔融体积且非常硬。在不合适的熔融的情况下，这会导致周围管道系统上的高局部压力及其过度伸展。可通过使周围管道成形来提高虹吸管结构对局部膨胀的容忍度。例如，在材料凝固且形成栓塞的区域中，管道的截面可被配置成呈星形。更简单地，作为替代，管道可在形成栓塞的区域中设置有例如25％的明显椭圆度。

在虹吸管的区域中，内部加热导体优选以使得它可以发射增加的加热功率的方式构成，以便使加热功率适合所需的熔融焓。这例如可以通过在虹吸管的位置为内部加热导体配备其自身的可以接通的加热元件来实现。作为替代，加热导体可例如呈盘管形式集中在虹吸管的区域中。内部加热导体还具有机械地稳定容纳在虹吸管中的凝固材料的功能。该功能例如可通过使内部加热导体在非必要地具有多层的盘管中成形而很好地产生。这样为容纳在虹吸管中的凝固材料实现的机械稳定的作用在于，大块熔体不会分离并在流动的情况下导致机械损伤。

在虹吸管中，材料可通过充填有熔体的排放管路保持未加热而不在虹吸管的区域中流动而凝固。这种情况下，可能存在的系统压力可通过在凝固之前在排放容器中施加稳定背压而被补偿。熔体冷却，并且当它下降到凝固温度之下时，虹吸管被凝固的材料封闭。作为替代或另外，为了促进凝固，也可为虹吸管配备相比于其余隔热材料暂时减少的隔热材料。作为替代，也可控制虹吸管的区域中的受控冷却。

虹吸管以使得它足够靠近热管道系统的方式定位以便通过传热而被加热，且另一方面它的位置足够远，以便通过向冷的周边传热而到达足够低以便以机械稳定和密封的方式获得凝固的材料的温度。凝固材料的连续预热引起期望的短熔融时间。

借助于浸管，实现了升高的静液面，这导致了管道系统的排放时间的减少。浸管的另一个优点在于，它也可用于通过将来自排放容器的液体压入浸管中来再充填管道系统。作为替代或另外，可在排放容器中安装潜水泵，通过该潜水泵将液体从排放容器传送到管道系统或主收集器或主分配器中。

为了避免盐熔体尤其在排放过程开始时在最初冷的浸管中凝固，浸管优选包含用于加热的加热导体。该加热导体优选包括如上所述的通道，在加热期间熔融的液体可经所述通道流走。

除排出外，管道系统的充填对于有效的运行来说也是不可或缺的。

这里，充填能以这样的方式执行：加压气体被导入排放容器中，该加压气体压迫液体经浸管再次回到管道系统中。作为替代，也可借助于泵将液体传送回到管道系统中。从下方渗透到管道系统中的液体使容纳在管道系统中的气体移动。移动的气体可经由打开的通气阀离开管道系统。

在一个实施例中，在管道系统的最高点布置有一T形部件，该T形部件的分支通向定位在管道系统上方的两相容器中。所述两相容器可以容纳用于相位检测的充填液位测量装置，其形式例如是振动限位开关。在充填过程中可借助于充填液位测量装置来检测管道系统的充填的完成。只要液体进入两相容器且液位上升，就结束充填。如果相关的相位限制开关被触发，则通气阀关闭且充填操作因此停止。

连同用于通气阀和通风阀的致动器一起，充填液位测量装置可结合在充填液位控制装置中。

两相容器通常布置在管道系统的侧面分支中，结果该两相容器在流经管道期间也未被流经。在间距足够大的情况下，两相容器的温度与管道系统的温度脱钩。两相容器然后能独立于管道系统中的温度以定向方式被加热至仅刚好高于被引导通过管道系统的熔体的凝固温度的温度。由于测量系统实质上无法用于会高达550℃的管道系统中的使用温度，两相容器也容许测量系统的使用，测量系统的耐温性大大低于550℃。除充填液位测量外，因此也可在两相容器中执行压力测量或温度测量。

为了改善管道系统和两相容器的温度脱钩，可以将对流制动装置连接在其间。该类型的对流制动装置可例如以虹吸管的形式设计。作为替代，对流制动装置也可借助于通向两相容器的分支被设计成具有朝向下方的管路的事实来实现。

如上文已对排放容器描述的，也可利用凝固材料的栓塞来封闭虹吸管。这具有不必加热两相容器的优点。此外，免去了用于送入加压气体以便操作非必要的充填液位控制装置的开支。在排放之前，可例如借助于在内侧带有用于释放通气的熔体管道的内部加热导体来使栓塞熔融。此外，可保护虹吸管的区域以防管道由于由凝固材料组成的栓塞而过度膨胀，如上文对排放容器上的虹吸管所述。

附图说明

本发明的示例性实施例在附图中示出并且将在以下说明中更具体地说明。

图1示出了太阳能发电站的太阳能场的细节，

图2示出了太阳能发电站中包括管道回路的管道系统的一部分，

图3示出了包括浸管和虹吸管的排放容器，

图4示出了具有两相容器的管道系统的一部分，

图5示出了具有栓塞流的管件，

图6示出了具有层流的管件，

图7示出了具有涌流的管件，

图8示出了具有用于产生压力脉冲的装置的管道系统的一部分，以及

图9示出了替代实施例中的具有用于产生压力脉冲的装置的管道系统的一部分。

具体实施方式

图1示出了太阳能发电站的太阳能场的细节。

太阳能发电站的太阳能场1通常包括多个管道系统3，每个管道系统都包括分配器5、收集器7和至少两个管道回路9。多个管道系统3——优选全部管道系统3——的分配器5与主分配器11连接。此外，多个管道系统3——优选全部管道系统3——的收集器7与主收集器13连接。

为了容许各个管道系统3在需要时快速排放，在这里示出的实施例中，每个收集器7都与加压气体给送装置15连接。加压气体给送装置15包括通气阀17和加压气体储器19。在太阳能发电站1正常运行期间，通气阀17关闭。只要需要排放，通气阀17就打开。

通风阀(这里未示出)和通气阀17可经由两相容器与收集器7连接。

为了接收在排放期间在管道系统3中流动的液体，通常为盐熔体，收集器7与排放容器21连接。为了在太阳能发电站1正常运行期间封闭排放容器21，可以在排放管路23中设置排放阀(这里未示出)，排放容器21可通过所述排放阀与收集器7连接。该排放阀在太阳能发电站1正常运转期间关闭，且只要需要排放就打开。

为使整个管道系统3的内含物在需要排放的情况下能流入排放容器21中，优选加压气体给送装置15布置在管道系统3的主分配器11和第一管道回路9之间。相应地，排放容器21定位在主收集器13与最后一个通向收集器7中的开口之间。当在通气阀17打开之后向液体作用加压气体时，液体因此从分配器5被压入管道回路9中，并从管道回路9被压入收集器7中。从收集器7，液体然后经打开的排放阀进入排放容器21中。排放在关闭出口阀和入口阀(这里都为示出)之后发生。这些阀分别被布置在分配器5与主分配器11之间以及收集器7与主收集器13之间。

为了在再次开始操作时将液体再导入管道系统21中，该过程颠倒且液体利用关闭的出口阀和入口阀从排放容器21经收集器7流入管道回路9中，并从其中被压入分配器5中。

在太阳能发电站持续运行期间，传热流体——通常为盐熔体——从冷储存容器27被输送到主分配器11中。为此，例如，可以在冷储存容器27中设置浸管，传热液体经所述浸管被去除。分配器5从主分配器11分支，使得传热液体从主分配器11流入各个管道系统3的分配器5中。传热液体从分配器5流入管道回路9中，传热液体在所述管道回路9中通过在图2中示意性地示出的收集器29中的太阳辐射而被加热。经加热的传热液体流入管道回路9通向其中的收集器7中。管道系统3的收集器9在主收集器13中开放，经加热的传热液体经所述主收集器13被输送到储存容器25中。

为了产生电力，来自储器25的经加热的传热液体被用来产生蒸汽。该蒸汽又驱动用于产生电能的发电机。通过蒸汽的产生，传热液体放热且变得较冷。经冷却的传热液体然后被给送到冷储存容器27中。

通过使用传热液体和储存容器25、27，可以加热大量传热液体，使得甚至在未发生太阳辐射时传热液体依然可被用于蒸汽发生。

作为对这里示出的变型的替代，对于冷储存容器27和用于经加热的传热液体的储存容器25，也可以例如采用在上方容纳经加热的传热液体并在下方容纳冷传热液体的分层储罐。相应地，根据需要分别从上方取得热传热液体并从下方供给冷传热液体。

包括管道回路的管道系统的一部分在图2中通过示例的方式表示。

图2尤其示出了分配器5、收集器7、主分配器11和主收集器13的布置结构。根据本发明，分配器5被布置在收集器7的上方。这导致管道回路9中的轻微梯度，该梯度有利于沿收集器7的方向输送传热液体通过管道回路9。在排放容器21中开放的排放管路23从收集器7分支。管道系统3可经排放管路排放到排放容器21中。

为了确保管道系统3甚至在能量中断的情况下也可靠地排放，排放容器被布置得比所有管道低，也就是说比分配器5、收集器7、主分配器11和主收集器13低。这里，“布置得较低”意味着甚至当排放容器21被满充填时，排放容器21中的液位也比最下部的管道低，在这里示出的实施例中为主收集器13。

加压空气给送装置15位于管道系统3的最高点处，在这里表示的实施例中为分配器5上方，并且通向分配器5中。这样，在通过加压气体流入而排放期间，根据作用在传热液体上的重力来辅助传热液体输送通过管道系统3。

为了在排放的情况下也排放主收集器13和主分配器11，优选来自主收集器13和/或主分配器11的管路通向排放容器21中。因此，容纳在主收集器13和/或主分配器11中的传热液体也可流入排放容器21中。

作为对图2所示的实施例——其中分配器5的位置比收集器7高——的替代，也可以将收集器7定位成比分配器5高和/或将主收集器13定位成比主分配器11高。

排放容器21的有利构型在图3中示出。

为了盐熔体不会在管道系统3排放之后立即凝固，也优选为排放容器21设置隔热材料31。管道系统3可经其排放到排放容器21中的排放管路23以浸管33的形式通向排放容器21中。这使得在太阳能发电站的运行再次恢复时可以从排放容器21经浸管33再充填管道系统3。为使传热液体在排放期间在排放管路23中不凝固，该管路同样设置有隔热材料35。此外，优选排放管路23是可加热的。为此，在这里示出的实施例中，设置了在排放管路23内部延伸的内部加热导体37。内部加热导体37在此情况下经法兰堵头39被导入排放管路中。为了防止盐熔体在作为浸管33形成的排放管路23中凝固，特别优选使内部加热导体37延伸穿过整个排放管路23，以使得排放管路23可沿其全部长度被加热。

作为对内部加热导体的替代，当然也可对排放管路23使用任何其它管道加热。例如，可采用在内部或外部靠在排放管路23的管壁上的隔热导体，或管道自身包含导电材料以使得管壁可被直接加热。然而，优选内部加热导体37。

为了在太阳能发电站持续运行期间封闭排放容器21，可以在排放管路23中设置排放阀。然而，如图3所示，优选为排放管路23设置虹吸管41，该虹吸管优选不是很隔热，或者不隔热。由于隔热的缺乏或减少，管道在虹吸管的区域中是冷的，使得盐熔体在虹吸管中凝固。由此形成了凝固材料的栓塞43，且该栓塞43封闭来自管道系统3的排出管路，使得盐熔体在持续运行期间不能流入排放容器21中。

当需要排放时，栓塞43的凝固材料熔融且通向排放容器21中的通路由此打开。为了使栓塞43的凝固材料熔融，排放管路23至少在虹吸管41的区域中被加热。特别优选利用内部加热导体37执行加热，内部加热导体37也延伸穿过凝固材料的栓塞43。

内部加热导体优选包括位于内部的通道，直接封闭内部加热导体的材料——其因此是首先熔融的材料——在加热开始后不久已经能流动。这样，产生了流动通道，盐熔体可经该流动通道流入排放容器21中。形成栓塞43的凝固材料的熔融通过与热盐熔体接触而加速，并且流动截面因此进一步快速扩大。

为了在虹吸管41的区域中封闭排放管路23，除不存在如这里所示的隔热材料外，作为替代或另外，也可进行受控冷却。为此目的，例如，可在虹吸管周围安设供给送用于冷却的冷却剂的冷却盘管。也可设想虹吸管的区域中的位于内部的冷却盘管。如果提供利用冷却剂执行的附加冷却，则在需要排放的情况下，因此也可以使传热介质经过冷却盘管并因此提供附加热源。然而，优选仅为了产生凝固材料的栓塞43而进行冷却且随后不进行进一步的冷却。

为了容许形成栓塞43的凝固材料尤其在需要排放的能量中断的情况下的熔融，特别优选从独立的能量供给源为内部加热导体37供电。甚至在一般能量中断的情况下，后者也随即能提供用于加热排放管路23的充分电能。独立的能量供给源例如可由紧急发电单元或非必要地通过可充电电池产生。

图4示出了具有两相容器的管道系统的一部分。

在图4所示的实施例中，通向管道系统3的分支47经由T形部件45被布置在最高点。两相容器51经由虹吸管49与分支47连接以用于温度脱钩。例如用于测量充填液位、温度和压力的热敏测量系统可与该两相容器连接。

在管道系统3的充填过程中，例如，可借助于充填液位测量系统53来检测时间终点。管道系统因此在两相容器51中的流动液位上升时充满。

在两相容器51的气体空间55处布置有至少一个通气阀17。此外，还可设置单独的通风阀57。在这里所示的布置结构中，通气阀17和通风阀57不与所使用的热交换介质如盐熔体发生任何接触，并且由于温度脱钩——其使得可以将两相容器51保持在仅仅刚好比传热介质的凝固温度高的温度下——也仅仅暴露于该温度，因此能显著提高阀17、57的使用寿命。

两相容器51的加热可借助于内部加热导体59特别有效地实现。这里，内部加热导体59优选具有例如沿轴向延伸的沟槽形式的内熔体管道，或内部加热导体被构造为具有放射状开口的中空体部。还可以通过采用针织物或绞绳形式的内部加热导体来实现熔融管道。

内部加热导体59优选一直延伸到虹吸管49中。这允许热交换介质在虹吸管中凝固，以由此形成栓塞并封闭虹吸管。如果需要的话，例如，如果要排放管道系统3，可借助于内部加热导体59来使凝固的热交换介质的栓塞熔融，结果虹吸管51经由通气阀17释放气体以使气体经两相容器51和虹吸管49直流到管道系统3中。

图5示出了在气体利用高推动压力流经管道系统3的情况下可以调节的栓塞流。

在这里示出的管道系统3的细节中，推进气体63从右侧进入。推进气体63使容纳在管道系统3中的液体65的大部分呈在推进气体63前方被推动的栓塞的形式移动。

图6示出了在推进气体的低压力下被调节的层流。

这里，同样，推进气体63从左侧进入管道系统3的被示出的部件中。然而，考虑到低压力，推进气体63不能推动其前方的栓塞形式的整个液体65。产生了层流，其中推进气体63使上部中的液体65移动且液体65在下部保留在管道中。液体输送仅借助于推进气体63在液体65的表面上的摩擦发生。

图7示出了可以利用推进气体63借助于压力脉冲实现的涌流。这里利用推进气体63借助于压力脉冲来产生通过推进气体的压力而被传送通过管道系统的液体涌流67。

图8通过示例的方式示出了可行的装置，可借助于该装置产生压力脉冲。

在图8所示的用于产生压力脉冲的装置中，加压气体借助于加压气体发生器69如压缩机被连续导入分散的加压气体储器19中。从加压气体储器19，借助于交替地切换的两个阀71.1、71.2，在第一阀71.1打开且第二阀71.2关闭的情况下，气体从分散的加压气体储器19被导入缓冲储器73中。随后，第一阀71.1关闭且第二阀71.2打开。结果，气体从缓冲储器73经管道75流入管道系统3(这里未示出)的分配器5中。

图9示出了用于产生压力脉冲的装置的一个替代实施例。

在图9所示的实施例中，加压气体借助于加压气体发生器69被连续导入分散的加压气体储器19中。利用分相器77借助于通气阀17将压力脉冲从加压气体储器19导入要排放的管道系统3中，利用了所述分相器77的缓冲功能。为此目的，在图9中示出的装置同样优选与管道系统3的分配器5连接。

如果要利用分相器77送入压力脉冲，则有利的是从加压空气储器19到分相器77的管道79具有比管道系统3和从加压气体发生器69到分散压力储器19的管道81低得多的流动阻力。

附图标记清单

1    太阳能场

3    管道系统

5    分配器

7    收集器

9    管道回路

11   主分配器

13   主收集器

15   挤压气体给送装置

17   通气阀

19   加压气体储器

21   排放容器

23   排放管路

25   储存容器

27   冷储存容器

29   收集器

31   隔热材料

33   浸管

35   隔热材料

37   内部加热导体

39   法兰堵头

41   虹吸管

43   凝固材料的栓塞

45   T形部件

47   分支

49   虹吸管

51   两相容器

53   充填液位测量系统

55   气体空间

57   通风阀

59   内部加热导体

61   管件

63   推进气体

65   液体

67   液体涌流

69   加压气体发生器

71.1 第一阀

71.2 第二阀

73   缓冲储器

75   管道

77   分相器

Claims (19)

1.一种管道系统，包括在一端与收集器(7)连接且在第二端与分配器(5)连接的至少一个管道(9)，其特征在于，所述收集器(7)和所述分配器(5)被布置在不同地理高度，并且当所述收集器(7)位于上部时，加压气体能被给送到所述收集器中且所述分配器(5)与排放容器(21)连接，而当所述分配器(5)位于上部时，加压气体能被给送到所述分配器(5)中且所述收集器(7)与排放容器(21)连接，其中，所述排放容器(21)的位置比所述收集器(7)和所述分配器(5)低。

2.根据权利要求1所述的管道系统，其特征在于，所述收集器(7)和所述分配器(5)分别以管道形式构成，并且在一端与所述收集器(7)连接且在另一端与所述分配器(5)连接的管道(9)分别在一端从所述收集器(7)分支并且在另一端从所述分配器(5)分支。

3.根据权利要求1或2所述的管道系统，其特征在于，所述收集器(7)和所述分配器(5)在一端彼此连接，使得不从所述分配器(5)流入管道(9)中的液体在所述分配器(5)的端部处被输送到所述收集器(7)中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的管道系统，其特征在于，所述管道系统(3)包括分别与多个管道(9)连接的多个收集器(7)和分配器(5)，其中，全部的收集器(7)都与主收集器(13)连接且全部的分配器(5)都与主分配器(11)连接。

5.根据权利要求4所述的管道系统，其特征在于，当所述分配器(5)位于上部时，所述排放容器(21)定位在所述主收集器(13)与第一分支管道(9)之间，当所述收集器(7)位于上部时，所述排放容器(21)定位在所述主分配器(11)与第一分支管道(9)之间。

6.根据权利要求4或5所述的管道系统，其特征在于，当所述收集器(7)位于上部时，加压气体给送装置(15)定位在所述主收集器(13)与第一分支管道(9)之间，当所述分配器(5)位于上部时，加压气体给送装置(15)定位在所述主分配器(11)与第一分支管道(9)之间。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的管道系统，其特征在于，所述排放容器(21)的位置比所述主分配器(11)和所述主收集器(13)低，且所述主分配器(11)和/或所述主收集器(13)与所述排放容器(21)连接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的管道系统，其特征在于，所述加压气体从与所述收集器(7)或所述分配器(5)连接的加压气体储器(19)被送入。

9.根据权利要求8所述的管道系统，其特征在于，所述加压气体为压缩空气或压缩氮气或压缩系统气体。

10.根据权利要求8所述的管道系统，其特征在于，所述加压气体是通过蓄热系统的气相的压缩而获得的。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的管道系统，其特征在于，分相器(77)被接纳在加压气体储器(19)与所述收集器(7)或分配器(9)之间。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的管道系统，其特征在于，交替地切换的两个阀(71.1，71.2)和位于两个阀(71.1，71.2)之间的缓冲容器(73)被接纳在所述加压气体容器(19)与所述收集器(7)或分配器(9)之间。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的管道系统，其特征在于，两相容器(51)经由虹吸管(49)与管道系统(3)的最高点连接，其中，所述两相容器(51)的气体空间与通气阀(17)连接。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的管道系统，其特征在于，管道系统(3)是线性集中太阳能发电站(1)中的管道系统。

15.一种用于接收流经管道系统(3)的液体的排放容器，其中，所述排放容器(21)经由突出到所述排放容器(21)中的浸管(33)与所述管道系统(3)连接，其特征在于，虹吸管(41)在所述管道系统(3)与所述排放容器(21)之间形成在所述浸管(33)中，并且所述浸管(33)是可加热的，其中，所述虹吸管(41)在所述管道系统(3)运行期间由固化的材料(43)封闭。

16.根据权利要求15所述的排放容器，其特征在于，所述虹吸管由管道形成，所述虹吸管的截面以这样的方式成形：形成所述虹吸管的管道在使所述固化的材料熔融的过程中能耐受局部膨胀。

17.根据权利要求15或16所述的排放容器，其特征在于，用于加热的内部加热导体(37)被接纳在所述浸管(33)中。

18.根据权利要求17所述的排放容器，其特征在于，所述内部加热导体(37)包括通道，在加热期间熔融的液体能经所述通道流走。

19.根据权利要求1至14中任一项所述的管道系统，其特征在于，所述排放容器(21)是根据权利要求15至18中任一项所构成的排放容器。