EP3143351A1 - Vorrichtung zur speicherung einer flüssigkeit - Google Patents

Vorrichtung zur speicherung einer flüssigkeit

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EP3143351A1
EP3143351A1 EP15724565.5A EP15724565A EP3143351A1 EP 3143351 A1 EP3143351 A1 EP 3143351A1 EP 15724565 A EP15724565 A EP 15724565A EP 3143351 A1 EP3143351 A1 EP 3143351A1
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EP
European Patent Office
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liquid
cell
memory cell
gas
memory cells
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15724565.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen WORTMANN
Michael LADENBERGER
Katharina Federsel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of EP3143351A1 publication Critical patent/EP3143351A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
    • F28D2020/0082—Multiple tanks arrangements, e.g. adjacent tanks, tank in tank
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D2020/0086—Partitions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the invention is based on a device for storing a liquid with at least two storage cells connected in series, wherein hot liquid can be supplied or removed from a first storage cell via a first central line and a last one of the series-connected storage cells cold Liquid can be supplied or removed via a second central line, and wherein the temperature of the liquid in the series-connected memory cells from the first memory cell to the last memory cell decreases, and the individual memory cells each via a connection from the lower portion of the warmer memory cell to the upper Area of the colder memory cell are connected to each other, and wherein at least one memory cell is closed with a lid, so that forms a gas space between the liquid in the memory cells and the lid.
  • Devices for storing a liquid to which a hot liquid can be taken or supplied at one point and a cold liquid at another point are used, for example, in solar power plants. By using appropriate devices, it is possible to operate a solar power plant without interruption even in sun-free times, for example at night. To enable uninterrupted operation, large solar power plants require very large heat storage. It is known, for example, that in parabolic trough solar power plants with an electrical output of 50 MW that are already in operation, salt storages containing up to 28,000 t of salt as a heat storage medium are used. The salt is stored in two dual tanks. Under sunlight, heated heat transfer medium in the solar field is moved from the cold to the hot tank. When unloading the heat storage medium is removed from the hot tank and cooled in the power plant to produce electrical energy. The cooled heat storage medium is returned to the cold tank.
  • unused volume is occupied by a gas in the containers.
  • oxidation must also be avoided.
  • nitrogen is used as the gas for occupying the volume not occupied by the heat storage medium.
  • heat storage media that can not oxidize, air can also be used for this purpose.
  • temperature fluctuations due to thermal expansions of the heat storage medium and the superimposed gases, the volumes occupied by the heat storage medium and the superimposed gases change.
  • the volume change of the gaseous tank contents is dominated by the volume change of the liquid tank contents.
  • the control of the volume change can be done by removing gases, for example by release to the atmosphere.
  • the gases may contain substances that are foreign to the air and may need to be cleaned.
  • the gases can be supplied to a gas storage and removed from there again.
  • Another option is to partially operate the storage tank under increased pressure.
  • the control of high pressures through the construction of the container requires a lot of effort. For this reason, additional pressure loads on the shell of the container should be excluded.
  • large containers are preferably operated at ambient pressure.
  • stratified storage also referred to as thermokline storage. In a stratified storage tank, a vertical temperature gradient occurs in the heat storage medium.
  • the hot heat storage medium usually has a lower density than cold heat storage medium, is located in the upper part of the stratified storage hot heat transfer medium and the lower part of cold heat storage medium. This density effect stabilizes a temperature stratification in the container. This is hot at the top and cold at the bottom.
  • hot heat storage medium is fed into the stratified storage in the upper area and cold heat storage medium is removed from the lower area.
  • the total amount of heat storage medium in the container remains largely constant. Accordingly, when unloading the hot heat storage medium is removed at the top and fed to the cold heat storage medium in the lower area.
  • Another advantage of the stratified storage is that the temperature in the gas space remains largely constant, since the temperature at the surface of the heat storage medium usually corresponds to that of the hot heat storage medium.
  • Particularly suitable is the use of stratified storage in heat storage media with a small thermal conductivity, since this heat exchange in the heat storage medium within the stratified storage is reduced, so that the temperature stratification is maintained over a longer period of time.
  • a stratified storage has the disadvantage that a very high overall height is required.
  • the overall height is limited by the hydrostatic pressure of the stored liquid, for example the heat transfer medium.
  • the first, hot cherzelle the hot liquid removed or supplied and the last, cold storage cell, the cold liquid.
  • gases can accumulate that must be removed.
  • the gases can be formed, for example, by decomposition of the heat storage medium or else be inert gases dissolved in the heat storage medium.
  • the decomposition of the heat storage medium is preferably carried out in the memory cells at a high temperature.
  • Object of the present invention is to provide a device for storing a liquid with at least two series-connected memory cells, in which the gas stream to be removed can be reduced and also allows regeneration of the heat storage medium.
  • a device for storing a liquid having at least two memory cells connected in series hot liquid being able to be supplied or removed from a first memory cell via a first central line and cold liquid to a last of the series-connected memory cells via a second and wherein the temperature of the liquid in the series-connected memory cells decreases from the first memory cell to the last memory cell, respectively, and the individual memory cells in each case via a connection from the lower region of the warmer memory cell to the upper region of colder storage cell are connected to each other, and wherein at least one storage cell is closed with a lid, so that forms a gas space between the liquid in the storage cells and the lid, wherein at least one gas space branches off a gas line, which dips into the liquid of a colder storage cell or into the liquid in the connection of two adjacent storage cells, wherein at least one of the adjacent storage cells has a lower temperature than the temperature of the storage cell, from the gas space branches off the gas line.
  • the gas pipe which branches off from a gas space and into the liquid of
  • Memory cell or in the liquid in the connection of two adjacent memory cells, of which at least one has a lower temperature than the temperature of the memory cell from the gas space branches off the gas line, is discharged to a gas that accumulates in the gas space of the memory cell, as soon as Pressure is reached, which is greater than the pressure at the immersion point of the gas line, so that it is prevented that an overpressure arises.
  • the immersion of the gas line in the liquid has the further advantage that the gas escaping from the gas line is first brought into intensive contact with the liquid.
  • constituents of the gas may condense or chemically react with constituents of the liquid.
  • a regeneration of the liquid can be made possible thereby, in particular if the regeneration proceeds at lower temperatures than the decomposition.
  • the immersion of the gas line into the liquid and thus realized intensive contact of the warmer gas with the colder liquid has the further advantage that the contact time of the gas with the liquid is significantly increased compared to an addition in the gas space of a memory cell, so that slowly sufficient time is given to proceeding reactions, in particular for the regeneration of the liquid.
  • the embodiment in which the gas line dips into the liquid in the connection between two adjacent storage cells has the advantage that the temperature stratification in a storage cell is not disturbed by rising gas in the liquid.
  • any device through which a gas can be transported are used.
  • Suitable gas pipes are, for example, pipelines, gas-carrying channels or gas-tight hoses.
  • cold liquid is withdrawn from the apparatus, passed through a solar field where the liquid absorbs heat and then returns to the apparatus as hot liquid and hot during periods when there is no sunshine
  • the heat used to generate steam and then the liquid thus cooled is returned as a cold liquid back into the device, is generally in all memory cells liquid containing a proportion of thermally loaded heat transfer medium, which may have changed chemically.
  • the device according to the invention is particularly suitable as a heat store for solar power plants, for example linearly concentrating solar power plants, for example parabolic trough solar power plants or Fresnel power plants, or tower power plants in which a molten salt is used as the heat storage medium.
  • This molten salt is then as a liquid in the memory cells of the device.
  • Salts usually used as heat carriers in solar power plants contain, for example, alkali metal nitrates and / or nitrites.
  • nitrite salts however, have the property of reacting at high temperatures, generally at temperatures above 400 ° C, to form nitrates to form nitrogen monoxide and alkali metal oxides or alkaline earth metal oxides.
  • This reaction is reversible, at lower temperatures the resulting nitrate salts and oxides in the presence of nitrogen monoxide form nitrite salts again.
  • the reactivity and time required for the regeneration of the nitrite salts is achieved by feeding the gas into the liquid with a large gas-liquid interface in a large reaction volume.
  • the connection between two memory cells comprises a cell gap, wherein the cell gap is separated with an overflow from the colder memory cell and through a partition wall with an opening in the lower region of the warmer memory cell, so that when flowing through the memory cells of the the liquid flows through the opening in the lower part of the dividing wall into the cell interspace and via the overflow from the cell interspace to the colder storage cell or in the opposite direction via the overflow into the cell interspace and through the opening in the first cold storage cell bottom portion of the partition flows from the cell gap into the warmer memory cell.
  • the warmer liquid of the colder storage cell flows into the colder region of the warmer storage cell, so that the temperature of the warm liquid in the colder storage cell is the temperature of the cold liquid in the warmer storage cell essentially corresponds.
  • Temperature differences between the hot liquid of the colder storage cell and the cold liquid of the warm storage cell result in each case only from heat losses that may occur, for example, due to non-ideal isolation or prolonged storage due to heat exchange effects in a memory cell.
  • the design of the device such that in each case a cell gap is formed between two memory cells, is preferred, as a result of this a compact design is made possible.
  • gas lines which open from the gas space of a warmer storage cell into the liquid in a colder storage cell it is also possible to provide that from at least one gas space of a storage cell branches off a gas line which dips into the liquid of a warmer storage cell.
  • the additional gas lines that open from the gas space of a colder storage cell in the liquid of a warmer storage cell that pressure differences in the gas chambers can be compensated.
  • gas from a colder storage cell can get into the warmer.
  • the gas lines from the gas space of the warmer storage cell into the liquid of the colder storage cell it is possible by the gas lines from the gas space of the warmer storage cell into the liquid of the colder storage cell, to realize a pressure equalization when the pressure in the gas chambers of the colder storage cells is lower than in the warmer storage cells.
  • valves in one or more gas lines with which the gas lines can be opened or closed In order to allow gas to flow selectively only in one direction, it is possible, for example, to provide valves in one or more gas lines with which the gas lines can be opened or closed.
  • all the memory cells are closed with a lid and branches off from all memory cells except the coldest on the lid, a gas line in the adjacent colder memory cell or in the connection of the memory cell opens to the adjacent colder memory cell, and branches off from the lid of the coldest memory cell, a gas outlet.
  • the gas lines are provided by a gas space of a colder storage cell in the liquid of a warmer memory cell, it is further particularly preferred if all the memory cells are closed with a lid and branches off from all memory cells except the warmest of a gas line from the lid, in the liquid of the adjacent warmer memory cell is immersed.
  • the gas lines do not lead into the immediately adjacent memory cell but, for example, at least one memory cell is skipped in each case. In this case, then the gas lines from the gas chambers of the memory cells, for which there are no corresponding colder or warmer memory cells more, for example, each lead to the coldest or in the warmest memory cell.
  • a gas distributor is formed, is distributed with the flowing gas through the gas line in the form of small bubbles in the liquid. It is particularly preferred if a gas distributor is formed at all ends of the gas lines immersed in the liquid, with the gas flowing through the gas line being distributed in the form of small bubbles in the liquid.
  • a corresponding gas distributor can be designed, for example, in the form of a closure plate with many small openings. In order to keep the pressure loss as low as possible, it is advantageous here to provide at the end of the gas line an enlargement of the diameter, which is closed with the plate.
  • any other gas distributor can be used, for example ring manifold or gas lines, in which small openings are provided through which the gas can escape.
  • a large gas / liquid interface can be created by conventional built, for example, structured or disordered packages are realized in the memory cells
  • the gas lines branching off from the cover penetrate at least into the lower third of the liquid when the storage cell is filled to overflow.
  • the gas must flow upwards through a long liquid path until it reaches the gas space of the storage cell.
  • the immersion of the hydraulic pressure in the liquid must be overcome, so that the gas from the gas line can flow into the liquid, it is further preferred to include in the gas line a compressor with which the gas in the liquid of the adjacent memory cell or the Cell space is transported.
  • the compressor is designed so that the hydraulic pressure of the liquid can be overcome at the gas line end, so that the gas flows through the gas line accordingly.
  • a device for conveying the liquid is arranged in the connection between two adjacent storage cells. By the device for conveying the liquid, it is possible to promote the liquid regardless of the hydrostatic pressure in an adjacent memory cell. This allows, for example, a transport even if two memory cells are filled to the same level or even if the memory cell is removed from the liquid has a lower level than the adjacent memory cell into which the liquid is transported.
  • the operation of the device is ensured regardless of the levels in the individual memory cells. This is particularly necessary when used as a heat storage in a solar power plant, so that the solar power plant can be operated independently of the filling state of individual memory cells.
  • a terrain slope can be compensated by the device for conveying the liquid. It is no longer absolutely necessary that all storage cells are at the same height and filled to the same height.
  • the device for conveying the liquid also makes it possible to place identically designed storage cells, which preferably each have the same filling level, at different ground levels.
  • a pump As a device for conveying the liquid usually a pump is used.
  • any pump can be used which can provide the desired liquid flow rate and can be used for the promotion of the liquid used, for example, a molten salt, when the device according to the invention is used as a heat storage in a solar power plant.
  • a cell interspace is formed between two adjacent storage cells, through which the liquid is transported, it is advantageous to use the device for conveying the liquid. to arrange in the opening in the lower part of the warmer memory cell.
  • two pumps each with opposite conveying direction and then each operate the pump, with the liquid in the desired direction is promoted.
  • a pump with which a delivery reversal is possible, so that with the same pump as needed liquid can be promoted from the colder to the warmer storage cell or from the warmer to the colder storage cell.
  • the device for conveying the liquid can be placed at any position in the pipeline.
  • a pump is used as the device for conveying the liquid, in which the conveying direction can be reversed.
  • a fill level control in the storage cells, which is set up so that liquid is conveyed to an adjacent storage cell when a maximum fill level is reached.
  • This makes it possible to deliberately remove liquid from a memory cell when the maximum level is exceeded. In this way it can be ensured, for example, that there is always a minimal gas space above the liquid.
  • an overfilling of the memory cell which can then lead to an increase in pressure, can be avoided.
  • a filling level control which is set up so that liquid is conveyed from an adjacent storage cell into the storage cell when the filling level falls below a minimum level. This may be necessary in particular for safe operation, for example to prevent pumps from running dry.
  • the device according to the invention is used as a heat storage in a solar power plant and the liquid stored in the device is a molten salt, even after a prolonged operation failure, for example, the temperature falls below the melting temperature of the salt, so that the salt begins to solidify , safe be set that a restart of the operation is possible.
  • each storage cell it is possible, for example, to equip each storage cell with a heat exchanger, wherein in each case the heat exchangers of adjacent storage cells are connected to each other and all heat exchangers are flowed through in series by a heat transfer medium.
  • a flow of the heat transfer medium through the heat exchanger in the opposite direction is possible.
  • the liquid in a storage cell as an additional heat carrier, in which case only one storage cell can be equipped with a heat exchanger.
  • the heat exchanger can then be used for example as a steam generator.
  • an arrangement in which all the memory cells are equipped with a heat exchanger is preferred.
  • the entire device in addition to the aspect of directly heating the salt in the storage cells by using the heat exchangers, it is also possible to use the entire device as a heat exchanger.
  • the medium flowing through the heat exchangers absorbs heat from the liquid from the storage cells.
  • the liquid is preferably conveyed through the memory cells in this case, wherein each cold liquid taken externally heated - for example, by solar radiation - and is returned as a warm liquid.
  • the memory cells are arranged helically around a center. In this case, warm storage cells are each in the immediate vicinity, so that insulation, as would be required to the environment, is not necessary. Complete insulation only needs to be applied around the outermost storage cells.
  • Another advantage of the helical arrangement is that the memory cells are mutually supported, since they are each filled substantially equally high. Thus, substantially equal pressures act on the walls of two adjacent memory cells, resulting in mechanical stabilization.
  • a pressure-bearing wall which provides the necessary mechanical and static stability.
  • the first memory cell is arranged in the middle of the helical configuration. th memory cells and the last memory cell are arranged on the outer edge. In this case, it is possible both for the first memory cell to be the coldest memory cell and the last memory cell to be the warmest memory cell, and for the first memory cell to be the warmest memory cell and the last memory cell to be the coldest.
  • each memory cell has a thermal compensation profile.
  • the thermal compensation profile can be realized in at least one wall, for example, in the form of a shaft running from top to bottom in the memory cell or in the memory cell protruding indentation.
  • the thermal compensation profile is formed on the sides at which the next memory cell adjoins in the circumferential direction in the helical arrangement.
  • a thermal compensation profile can also be formed in the other walls of the storage cell.
  • the memory cells and the housing are designed so that it is possible to remove the memory cells individually and exchange.
  • the memory cells in the housing are preferably immersed in a liquid bath. Due to the liquid bath, even when the storage cell is removed, the same pressures act on the walls of the remaining storage cells as in the case of completely contained storage cells. It is therefore not necessary to design the walls of the memory cells so that they can absorb large pressure differences due to the liquid in the interior of the memory cell relative to the environment. Due to the liquid bath, substantially equal pressures from the inside and outside act on the wall.
  • the liquid used for the liquid bath may be the same liquid as that contained in the storage cells.
  • liquid for the liquid bath a liquid which is suitable for the temperature range in which the storage cells are operated.
  • a liquid for example, a molten salt is suitable, which differs in composition from the liquid contained in the storage cells.
  • Suitable as liquid for the liquid bath is, for example, solar salt.
  • the liquid surrounding the storage cells in the housing is a standing liquid which is not involved in the heat exchange for the heat storage in the storage cells. In order to thermally insulate the memory cells from the liquid surrounding the memory cells in the housing, it is possible to provide the walls of the memory cells with suitable insulation.
  • FIG. 1 shows a plurality of memory cells connected in series, wherein a gas line branches off from the gas space of each memory cell and opens into the fluid of an adjacent memory cell;
  • FIG. 2 shows a memory cell from whose gas space branches off a gas line which opens into a cell gap between two memory cells
  • FIG. 3 shows a plurality of memory cells connected in series, wherein a gas line branches off from the gas space of each storage cell, which opens into the liquid of an adjacent, colder storage cell, and a gas line which opens into the liquid of an adjacent, warmer storage cell;
  • FIG. 4 shows a plurality of memory cells connected in series, in each of which a heat exchanger is accommodated
  • FIG. 5 shows a plan view of a helical arrangement of the memory cells
  • FIG. 6 is a plan view of a memory cell of a helical arrangement with thermal compensation profiles
  • Figure 7 is a sectional view through two adjacent memory cells with a thermal compensation profile in the ground.
  • a plurality of memory cells connected in series are shown, wherein from the gas space of each memory cell branches off a gas line, which opens into the liquid of an adjacent memory cell.
  • a device 1 for storing a liquid comprises a plurality of memory cells 3, which are each designed as a layer memory, so that in each memory cell 3 according to their density, the liquid is warmer at the top and colder below.
  • connection 5 which is designed such that the warmer, upper region of a colder memory cell 3 is connected to the lower, colder region of a warmer memory cell 3.
  • the temperature of the warmer liquid in the colder storage cell 3 corresponds to the temperature of the colder liquid in the warmer storage cell 3.
  • connection 5 is designed in the form of a cell gap 7. So that the liquid transport can be realized via the cell gap 7, the cell gap 7 is connected via a lower opening 9 to the lower area 11 of the warmer storage cell 3 and via an upper opening 13 to the upper area 15 of the cooler storage cell 3.
  • the cell gap 7 and the openings 9, 13 can be realized, for example, so that the cell gap 7 is delimited to the warmer memory cell 3 with a first wall 17 and to the colder memory cell 3 with a second wall 19.
  • the first wall 17 terminates above the bottom 21 of the warmer memory cell 3 and the cell gap 7, so that between bottom 21 and first wall 17, the lower opening 9 is formed.
  • the second wall 19 is on the ground between the cell gap 7 and the colder memory cell 3, wherein the second wall 19 below the maximum filling level of the colder memory cell 3 ends in an overflow 23, so that the liquid from the colder memory cell via the overflow 23rd flows into the cell gap 7.
  • the overflow 23 it is also possible to form an opening at the corresponding position in the second wall 19, through which the liquid can flow.
  • At least the second wall 19, but preferably both walls 17, 19 are made of a thermally insulating material or have thermal insulation.
  • each storage cell 3 there is a gas space 25 in each storage cell 3.
  • the gas space 25 and thus the storage cell 3 are closed by a cover 27.
  • From the gas space 25 branches off a gas line 29.
  • the gas line 29 is guided so that it opens into the liquid in a colder storage cell 3. So that no overpressure builds up in the coldest memory cell 3, the coldest memory cell 3 is provided with a gas outlet 31, through which the gas can be withdrawn.
  • the gas taken from the gas outlet 31 can either be discharged to the environment or, in particular if the gas in the gas spaces 25 of the storage cells is an inert gas or has a composition with which a regeneration of the liquid in the storage cells 3 is possible, be directed into a gas storage.
  • the stored liquid in the device can be used for example as a heat storage. This is particularly advantageous in solar power plants, so that they can be operated not only in sunlight but also at times when no solar radiation is available.
  • the liquid For heating the liquid, it is removed from the coldest storage cell 3 by a second central line 33, the second central line 33 being arranged in the lower region of the coldest storage cell 3.
  • the withdrawn liquid absorbs heat in a solar field and the liquid heated in this way is supplied to the warmest storage cell 3 via a first central line 35.
  • the first central line 35 is arranged in the upper region of the warmest memory cell.
  • the liquid is removed from the warmest storage cell 3 via the first central line 35, fed to a heat exchanger, in which the heat is delivered to a steam cycle and the thus cooled liquid is then returned via the second central line in the coldest memory cell 3.
  • liquid equalization then takes place between the individual storage cells 3, in that liquid flows from a colder storage cell 3 into the adjacent warmer storage cell 3 via the connection 5 of the adjacent storage cells 3.
  • connection 5 shown here between two storage cells 3 as cell intermediate space 7 it is also possible, for example, to design the connection 5 in the form of a pipeline.
  • a device for conveying the liquid for example a pump.
  • the pump is preferably positioned in the lower opening 17.
  • the pump can be used whose direction of conveyance can be reversed or, alternatively, two adjacent pumps which each convey in the opposite direction. If the connection 5 is a pipeline, the pump can be positioned at any suitable location in the pipeline.
  • FIG. 2 shows a memory cell from whose gas space a gas branch branches off, which opens into a cell gap between two memory cells.
  • the gas line 29 opens into the liquid in a colder storage cell 3
  • the gas line 29, according to the embodiment shown in FIG. 2 opens in the connection 5 between two adjacent storage cells 3.
  • the gas line 29 ends in the embodiment shown in Figure 2 deeper in the liquid. This has the further advantage that a longer contact of the liquid with the gas can be realized. This is particularly desirable when regeneration of the liquid can be effected by the contact of the liquid with the gas.
  • a good exchange between gas and liquid is necessary.
  • This can be realized for example by using a suitable gas distributor 37, with which the gas is fed in the form of small bubbles in the liquid.
  • a compressor 38 is additionally received in the gas line 29, with which the gas is sucked out of the gas space 25 and introduced into the liquid.
  • the immersion depth of the gas line and the use of a gas distributor to produce fine gas bubbles can of course also be used in the arrangement shown in FIG.
  • FIG. 3 a plurality of memory cells connected in series are shown, wherein from the gas space of each memory cell branches off a gas line which opens into the liquid of an adjacent colder memory cell and a gas line which opens in the liquid of an adjacent warmer memory cell.
  • the embodiment shown in Figure 3 differs from that shown in Figure 1 in that in addition from each gas space branches off a second gas line 39, which opens into the liquid of a warmer memory cell 3. As a result, a pressure equalization is made possible both in the direction of the colder memory cells 3 and in the direction of the warmer memory cells 3.
  • a heat exchanger is accommodated in each case in a plurality of storage cells connected in series.
  • a heat exchanger 41 can be accommodated in the storage cells 3 in each case.
  • each storage cell 3 is equipped with a heat exchanger 41.
  • the heat exchangers 41 are connected in series, so that the heat transfer medium flows through all the heat exchangers 41 in succession.
  • the heat exchangers can on the one hand provide additional security by allowing them to be used - especially when using the device in solar power plants - to reheat salt stored in the device after a longer standstill, and secondly, the liquid stored in the device can also be used directly as a heat transfer medium be used to heat the flowing through the heat exchanger 41 heat transfer medium.
  • the heat exchangers 41 are used as steam generators and for the heat transfer medium flowing through the heat exchangers 41 to be water, which is first heated, then vaporized and superheated.
  • the heat transfer medium can either in the direction of the coldest to the warmest memory cell 3 or in the opposite direction from the warmest to the coldest memory cell 3 by the heat exchangers 41 to flow.
  • the storage cells 3 In order to arrange the storage cells 3 designed in series as compactly as possible and also to be able to save on insulating material and building material, it is preferable to arrange the storage cells 3 in a spiral shape. Such a helical arrangement of the memory cells is shown in plan view in FIG.
  • the hottest storage cell 3 in the middle and the colder storage cells 3 are arranged at the edge.
  • the entire device needs to be isolated from the environment only with respect to the colder liquid.
  • the cell partition walls 43 can be designed in a lower stability as described above, since adjacent cells mutually stabilize themselves by the liquid contained therein. Only the outermost storage cells 3 must be supported by a pressure-bearing wall 45, which encloses the entire helical arrangement.
  • FIG. 7 shows a sectional illustration through two adjacent memory cells with a thermal compensation profile in the bottom.
  • the memory cells 3, as shown in FIG. 7, preferably have an insulation 51 on the bottom 49.
  • the resting on the insulation 51 bottom 49 of the memory cell 3 may be additionally configured with a thermal compensation profile 47 to compensate for thermally induced changes in length.
  • a wall insulation 53 is formed between two memory cells.
  • the wall insulation 53 is also preferably pressure-resistant, so that compression forces acting on the walls of the memory cells 3 can be compensated by the pressure forces acting on the wall of the adjacent memory cell 3.

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Abstract

Vorrichtung zur Speicherung einer Flüssigkeit mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Speicherzellen (3), wobei einer ersten Speicherzelle (3) über eine erste zentrale Leitung (35) heiße Flüssigkeit zugeführt oder entnommen werden kann und einer letzten der in Reihe geschalteten Speicherzellen (3) kalte Flüssigkeit über eine zweite zentrale Leitung (33) zugeführt oder entnommen werden kann, und wobei die Temperatur der Flüssigkeit in den in Reihe geschalteten Speicherzellen (3) von der ersten Speicherzelle (3) zur letzten Speicherzelle (3) jeweils abnimmt, und die einzelnen Speicherzellen (3) jeweils über eine Verbindung (5; 7) vom unteren Bereich (11) der wärmeren Speicherzelle (3) zum oberen Bereich (15) der kälteren Speicherzelle (3) miteinander verbunden sind, und wobei mindestens eine Speicherzelle (3) mit einem Deckel (27) verschlossen ist, so dass sich zwischen der Flüssigkeit in der Speicherzelle (3) und dem Deckel (27) ein Gasraum (25) ausbildet, wobei aus mindestens einem Gasraum (25) eine Gasleitung (29) abzweigt, die in die Flüssigkeit einer kälteren Speicherzelle (3) oder in die Flüssigkeit in der Verbindung (5; 7) zweier benachbarter Speicherzellen (3) eintaucht, wobei mindestens eine der benachbarten Speicherzellen (3) eine niedrigere Temperatur aufweist als die Temperatur der Speicherzelle (3), aus deren Gasraum (25) die Gasleitung (29) abzweigt.

Description

Vorrichtung zur Speicherung einer Flüssigkeit Beschreibung Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Speicherung einer Flüssigkeit mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Speicherzellen, wobei einer ersten Speicherzelle über eine erste zentrale Leitung heiße Flüssigkeit zugeführt oder entnommen werden kann und einer letzten der in Reihe geschalteten Speicherzellen kalte Flüssigkeit über eine zweite zentrale Leitung zugeführt oder entnommen werden kann, und wobei die Temperatur der Flüssigkeit in den in Reihe geschalteten Speicherzellen von der ersten Speicherzelle zur letzten Speicherzelle jeweils abnimmt, und die einzelnen Speicherzellen jeweils über eine Verbindung vom unteren Bereich der wärmeren Speicherzelle zum oberen Bereich der kälteren Speicherzelle miteinander verbunden sind, und wobei mindestens eine Speicherzelle mit einem Deckel verschlossen ist, so dass sich zwischen der Flüssigkeit in den Speicherzellen und dem Deckel ein Gasraum ausbildet.
Vorrichtungen zur Speicherung einer Flüssigkeit, denen an einer Stelle eine heiße Flüssigkeit entnommen oder zugeführt werden kann und an einer anderen Stelle eine kalte Flüssigkeit, werden zum Beispiel in Solarkraftwerken eingesetzt. Durch den Einsatz entsprechender Vor- richtungen ist es möglich, ein Solarkraftwerk unterbrechungsfrei auch in sonnenfreien Zeiten, beispielsweise nachts, zu betreiben. Um einen unterbrechungsfreien Betrieb zu ermöglichen, benötigen große Solarkraftwerke sehr große Wärmespeicher. So ist zum Beispiel bekannt, dass bei derzeit bereits betriebenen Parabolrinnensolarkraftwerken mit einer elektrischen Leistung von 50 MW Salzspeicher eingesetzt werden, die bis zu 28.000 t Salz als Wärmespeichermedi- um enthalten. Das Salz wird in zwei dual angeordneten Tanks aufbewahrt. Unter Sonnenlicht wird im Solarfeld erhitztes Wärmeträgermedium vom kalten in den heißen Tank gefahren. Beim Entladen wird das Wärmespeichermedium dem heißen Tank entnommen und im Kraftwerk unter Gewinnung elektrischer Energie abgekühlt. Das abgekühlte Wärmespeichermedium wird in den kalten Tank zurückgefahren.
Um Solarkraftwerke mit einer größeren Leistung oder über einen längeren Zeitraum unterbrechungsfrei betreiben zu können, sind gegenüber den derzeit bekannten Vorrichtungen zur Speicherung von Wärme deutlich größere Wärmespeicher erforderlich. Hierbei besteht einerseits die Möglichkeit, eine große Anzahl kleinerer Speicher einzusetzen, was jedoch einen gro- ßen Platzbedarf erfordert oder große Speicher zu verwenden.
Um zu vermeiden, dass in dem Behälter ein Unterdruck entsteht, durch den unzulässig große Kräfte auf die Hülle des Behälters wirken, wird in den Behältern nicht belegtes Volumen durch ein Gas belegt. Bei oxidierbaren Wärmespeichermedien muss zusätzlich eine Oxidation ver- mieden werden. Hierzu wird zum Beispiel Stickstoff als Gas zur Belegung des nicht vom Wärmespeichermedium belegten Volumens eingesetzt. Bei Wärmespeichermedien, die nicht oxidie- ren können, kann hierzu auch Luft verwendet werden. Bei Temperaturschwankungen ändern sich aufgrund von Wärmeausdehnungen des Wärmespeichermediums und der überlagernden Gase die vom Wärmespeichermedium und den überlagernden Gasen eingenommenen Volumina. Dabei dominiert die Volumenänderung des gas- förmigen Tankinhaltes über die Volumenänderung des flüssigen Tankinhaltes. Die Beherrschung der Volumenänderung kann durch Entnahme von Gasen, zum Beispiel durch Abgabe an die Atmosphäre, erfolgen. Die Gase können allerdings luftfremde Substanzen enthalten und müssen gegebenenfalls gereinigt werden. Alternativ können die Gase einem Gasspeicher zugeführt und von dort wieder entnommen werden. Eine weitere Möglichkeit ist, teilweise den Spei- cherbehälter unter erhöhtem Druck zu betreiben. Die Beherrschung hoher Drücke durch die Konstruktion des Behälters erfordert einen hohen Aufwand. Aus diesem Grund sollen zusätzliche Druckbelastungen auf die Hülle des Behälters ausgeschlossen werden. Hierzu werden große Behälter vorzugweise bei Umgebungsdruck betrieben. Um die Bereitstellung von zwei einzelnen Tanks zu vermeiden, ist es bekannt, Schichtenspeicher, auch als thermokline Speicher bezeichnet, einzusetzen. In einem Schichtenspeicher tritt ein vertikales Temperaturgefälle im Wärmespeichermedium auf. Da das heiße Wärmespeichermedium üblicherweise eine geringere Dichte aufweist als kaltes Wärmespeichermedium, befindet sich im oberen Bereich des Schichtenspeichers heißes Wärmeträgermedium und im unteren Bereich kaltes Wärmespeichermedium. Durch diesen Dichteeffekt stabilisiert sich eine Temperaturschichtung im Behälter. Dieser ist im oberen Bereich heiß und im unteren Bereich kalt. Beim Beladen des Wärmespeichermediums wird heißes Wärmespeichermedium im oberen Bereich in den Schichtenspeicher zugeführt und kaltes Wärmespeichermedium aus dem unteren Bereich entnommen. Die Gesamtmenge an Wärmespeichermedium im Behälter bleibt da- bei weitgehend konstant. Entsprechend wird beim Entladen das heiße Wärmespeichermedium am oberen Bereich entnommen und das kalte Wärmespeichermedium im unteren Bereich zugeführt.
Ein weiterer Vorteil des Schichtenspeichers ist, dass die Temperatur im Gasraum weitgehend konstant bleibt, da die Temperatur an der Oberfläche des Wärmespeichermediums in der Regel der des heißen Wärmespeichermediums entspricht.
Besonders geeignet ist der Einsatz von Schichtenspeichern bei Wärmespeichermedien mit einer kleinen Temperaturleitfähigkeit, da hierdurch der Wärmeaustausch im Wärmespeicherme- dium innerhalb des Schichtenspeichers reduziert wird, so dass auch über einen längeren Zeitraum die Temperaturschichtung erhalten bleibt.
Insbesondere bei großen Mengen an Flüssigkeit und großen Temperaturdifferenzen zwischen der kalten und der heißen Flüssigkeit hat ein Schichtenspeicher jedoch den Nachteil, dass eine sehr große Bauhöhe erforderlich ist. Die Bauhöhe ist jedoch durch den hydrostatischen Druck der gespeicherten Flüssigkeit, beispielsweise des Wärmeträgermediums, begrenzt. Um diesem Nachteil entgegenzuwirken ist es aus der WO-A 201 1/138270 bekannt, mehrere als Schichtenspeicher gestaltete Speicherzellen in Reihe zu schalten. Hierbei wird der ersten, heißen Spei- cherzelle die heiße Flüssigkeit entnommen oder zugeführt und der letzten, kalten Speicherzelle die kalte Flüssigkeit. Um den Flüssigkeitsstand in den einzelnen Speicherzellen im wesentlichen konstant zu halten, erfolgt jeweils mit der direkt benachbarten in Reihe geschalteten Speicherzelle ein Flüssigkeitsaustausch, bei dem jeweils die kältere Flüssigkeit im unteren Bereich der wärmeren Speicherzelle der kälteren Speicherzelle im oberen Bereich zugeführt wird oder umgekehrt die Flüssigkeit au dem oberen Bereich der kälteren Speicherzelle der wärmeren Speicherzelle im unteren Bereich.
In der Gasphase einer jeden Speicherzelle können sich Gase ansammeln, die entfernt werden müssen. Die Gase können zum Beispiel durch Zersetzung des Wärmespeichermediums entstehen oder auch im Wärmespeichermedium gelöste Inertgase sein. Die Zersetzung des Wärmespeichermediums erfolgt dabei bevorzugt in den Speicherzellen mit einer hohen Temperatur.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Speicherung einer Flüssigkeit mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Speicherzellen bereitzustellen, bei der der zu entnehmende Gasstrom reduziert werden kann und die zudem eine Regeneration des Wärmespeichermediums ermöglicht.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Speicherung einer Flüssigkeit mit mindes- tens zwei in Reihe geschalteten Speicherzellen, wobei einer ersten Speicherzelle über eine erste zentrale Leitung heiße Flüssigkeit zugeführt oder entnommen werden kann und einer letzten der in Reihe geschalteten Speicherzellen kalte Flüssigkeit über eine zweite zentrale Leitung zugeführt oder entnommen werden kann, und wobei die Temperatur der Flüssigkeit in den in Reihe geschalteten Speicherzellen von der ersten Speicherzelle zur letzten Speicherzelle je- weils abnimmt, und die einzelnen Speicherzellen jeweils über eine Verbindung vom unteren Bereich der wärmeren Speicherzelle zum oberen Bereich der kälteren Speicherzelle miteinander verbunden sind, und wobei mindestens eine Speicherzelle mit einem Deckel verschlossen ist, so dass sich zwischen der Flüssigkeit in den Speicherzellen und dem Deckel ein Gasraum ausbildet, wobei aus mindestens einem Gasraum eine Gasleitung abzweigt, die in die Flüssig- keit einer kälteren Speicherzelle oder in die Flüssigkeit in der Verbindung zweier benachbarter Speicherzellen eintaucht, wobei mindestens eine der benachbarten Speicherzellen eine niedrigere Temperatur aufweist als die Temperatur der Speicherzelle, aus deren Gasraum die Gasleitung abzweigt. Durch die Gasleitung, die aus einem Gasraum abzweigt und in die Flüssigkeit einer kälteren
Speicherzelle oder in die Flüssigkeit in der Verbindung zweier benachbarter Speicherzellen, von denen mindestens eine eine niedrigere Temperatur aufweist als die Temperatur der Speicherzelle, aus deren Gasraum die Gasleitung abzweigt, wird zum einen Gas, das sich in dem Gasraum der Speicherzelle ansammelt abgeführt, sobald ein Druck erreicht ist, der größer ist als der Druck an der Eintauchstelle der Gasleitung, so dass hier verhindert wird, dass ein Überdruck entsteht. Das Eintauchen der Gasleitung in die Flüssigkeit hat den weiteren Vorteil, dass das Gas, das aus der Gasleitung entweicht zunächst in intensiven Kontakt mit der Flüssigkeit gebracht wird. Insbesondere, wenn das Gas durch Zersetzungsprodukte der Flüssigkeit ent- steht, besteht so die Möglichkeit einer Regeneration. In der kälteren Flüssigkeit, mit der das Gas in Kontakt gebracht wird, können Bestandteile des Gases kondensieren oder mit Bestandteilen der Flüssigkeit chemisch reagieren. Insbesondere, wenn flüssige Zersetzungsprodukte in der Flüssigkeit enthalten sind, kann hierdurch eine Regeneration der Flüssigkeit ermöglicht werden, insbesondere dann, wenn die Regeneration bei niedrigeren Temperaturen abläuft als die Zersetzung. Das Eintauchen der Gasleitung in die Flüssigkeit und der so realisierte intensive Kontakt des wärmeren Gases mit der kälteren Flüssigkeit hat den weiteren Vorteil, dass auch die Kontaktzeit des Gases mit der Flüssigkeit gegenüber einer Zugabe in den Gasraum einer Speicherzelle deutlich erhöht wird, so dass auch langsam ablaufenden Reaktionen, ins- besondere zur Regeneration der Flüssigkeit, ausreichend Zeit gegebenen wird.
Die Ausführungsform, bei der die Gasleitung in der Verbindung zweier benachbarter Speicherzellen in die Flüssigkeit eintaucht, hat den Vorteil, dass hier durch aufsteigendes Gas in der Flüssigkeit die Temperaturschichtung in einer Speicherzelle nicht gestört wird.
Als Gasleitung kann jede beliebige Einrichtung, durch die ein Gas transportiert werden kann, eingesetzt werden. Geeignet als Gasleitungen sind zum Beispiel Rohrleitungen, gasführende Kanäle oder gasdichte Schläuche. Da insbesondere in einem Solarkraftwerk zu Zeiten der Sonneneinstrahlung kalte Flüssigkeit aus der Vorrichtung entnommen wird, durch ein Solarfeld geleitet wird, in dem die Flüssigkeit Wärme aufnimmt und dann als heiße Flüssigkeit in die Vorrichtung zurückgeführt wird und während Zeiten, in denen keine Sonne scheint, heiße Flüssigkeit entnommen, die Wärme zur Dampferzeugung genutzt und anschließend die so abgekühlte Flüssigkeit als kalte Flüssigkeit wieder in die Vorrichtung zurückgeführt wird, befindet sich im allgemeinen in allen Speicherzellen Flüssigkeit, die einen Anteil an thermisch belastetem Wärmeträger, der sich chemisch verändert haben kann, enthält.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere als Wärmespeicher für Solarkraft- werke, beispielsweise linear konzentrierende Solarkraftwerke, beispielsweise Parabolrinnenso- larkraftwerke oder Fresnel-Kraftwerke, oder Turmkraftwerke, in denen als Wärmespeichermedium eine Salzschmelze eingesetzt wird. Diese Salzschmelze befindet sich dann als Flüssigkeit in den Speicherzellen der Vorrichtung. Üblicherweise als Wärmeträger in Solarkraftwerken eingesetzte Salze enthalten zum Beispiel Alkalimetallnitrate und/oder -nitrite. Insbesondere Nitritsalze haben jedoch die Eigenschaft bei hohen Temperaturen, im Allgemeinen bei Temperaturen oberhalb von 400°C unter Bildung von Stickstoffmonoxid und Alkalimetalloxiden oder Erdalkalimetalloxiden zu Nitraten zu reagieren. Diese Reaktion ist reversibel, wobei bei niedrigeren Temperaturen die entstandenen Nitratsalze und Oxide in Gegenwart von Stickstoffmonoxid wieder Nitritsalze bilden. Die für die Regeneration der Nitritsalze benötigte Reaktivität und Zeit wird durch eine Einspeisung des Gases in die Flüssigkeit mit großer Gasflüssiggrenzfläche in großem Reaktionsvolumen erzielt. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Verbindung zwischen zwei Speicherzellen einen Zellzwischenraum, wobei der Zellzwischenraum mit einem Überlauf von der kälteren Speicherzelle getrennt ist und durch eine Trennwand mit einer Öffnung im unteren Bereich von der wärmeren Speicherzelle, so dass bei einer Durchströmung der Speicherzellen von der heißen ersten Speicherzelle zur kalten letzten Speicherzelle die Flüssigkeit jeweils durch die Öffnung im unteren Bereich der Trennwand in den Zellzwischenraum strömt und über den Überlauf aus dem Zellzwischenraum in die kältere Speicherzelle oder bei Strömung in entgegengesetzter Richtung über den Überlauf in den Zellzwischenraum und durch die Öffnung im unteren Bereich der Trennwand aus dem Zellzwischenraum in die wärmere Speicherzelle fließt.
Alternativ zur Gestaltung mit einem Zellzwischenraum ist es auch möglich, die einzelnen Speicherzellen zum Beispiel jeweils mit einer Rohrleitung zu verbinden. Die Rohrleitungen verlaufen dabei jeweils vom unteren Bereich einer wärmeren Speicherzelle zum oberen Bereich einer kälteren Speicherzelle.
Durch die entsprechende Verbindung der Speicherzellen entweder über Zellzwischenräume oder über Rohrleitungen strömt jeweils die wärmere Flüssigkeit der kälteren Speicherzelle in den kälteren Bereich der wärmeren Speicherzelle, so dass die Temperatur der warmen Flüssigkeit in der kälteren Speicherzelle der Temperatur der kalten Flüssigkeit in der wärmeren Spei- cherzelle im Wesentlichen entspricht. Temperaturunterschiede zwischen der warmen Flüssigkeit der kälteren Speicherzelle und der kalten Flüssigkeit der warmen Speicherzelle resultieren dabei jeweils lediglich aus Wärmeverlusten, die beispielsweise aufgrund einer nicht idealen Isolierung oder bei längerer Speicherung aufgrund von Wärmeaustauscheffekten in einer Speicherzelle auftreten können.
Die Gestaltung der Vorrichtung derart, dass jeweils zwischen zwei Speicherzellen ein Zellzwischenraum ausgebildet ist, ist bevorzugt, da hierdurch eine kompakte Bauweise ermöglicht wird. Zudem kann durch den Zellzwischenraum auf eine Isolierung auf den Seiten der Speicherzelle, an denen der Zellzwischenraum zur Verbindung mit einer benachbarten Speicherzel- le angeordnet ist, verzichtet werden.
Zusätzlich zu den Gasleitungen, die vom Gasraum einer wärmeren Speicherzelle in die Flüssigkeit in einer kälteren Speicherzelle münden, ist es auch möglich, vorzusehen, dass aus mindestens einem Gasraum einer Speicherzelle eine Gasleitung abzweigt, die in die Flüssigkeit einer wärmeren Speicherzelle eintaucht. Insbesondere beim Anfahren oder Abfahren des Solarkraftwerkes oder auch bei einem Betriebswechsel vom Tagbetrieb mit Sonneneinstrahlung zum Nachtbetrieb ohne Sonneneinstrahlung erlauben die zusätzlichen Gasleitungen, die aus dem Gasraum einer kälteren Speicherzelle in der Flüssigkeit einer wärmeren Speicherzelle münden, dass Druckdifferenzen in den Gasräumen ausgeglichen werden können. Bei einem geringeren Druck in den wärmeren Speicherzellen kann dann Gas aus einer kälteren Speicherzelle in die wärmere gelangen. Auf der anderen Seite ist es durch die Gasleitungen von dem Gasraum der wärmeren Speicherzelle in die Flüssigkeit der kälteren Speicherzelle möglich, einen Druckausgleich zu realisieren, wenn der Druck in den Gasräumen der kälteren Speicherzellen niedriger ist als in den wärmeren Speicherzellen.
Um zu ermöglichen, dass Gas gezielt nur in einer Richtung strömen kann, ist es zum Beispiel möglich, in einer oder mehreren Gasleitungen Ventile vorzusehen, mit denen die Gasleitungen geöffnet oder verschlossen werden können.
Um einen Gasausgleich in der gesamten Vorrichtung zu ermöglichen, ist es besonders bevorzugt, wenn alle Speicherzellen mit einem Deckel verschlossen sind und aus allen Speicherzel- len außer der kältesten am Deckel eine Gasleitung abzweigt, die in der benachbarten kälteren Speicherzelle oder in der Verbindung der Speicherzelle zur benachbarten kälteren Speicherzelle mündet, und aus dem Deckel der kältesten Speicherzelle ein Gasauslass abzweigt.
Wenn zusätzlich auch die Gasleitungen von einem Gasraum einer kälteren Speicherzelle in die Flüssigkeit einer wärmeren Speicherzelle vorgesehen sind, ist es weiterhin besonders bevorzugt, wenn alle Speicherzellen mit einem Deckel verschlossen sind und aus allen Speicherzellen außer der wärmsten eine Gasleitung aus dem Deckel abzweigt, die in die Flüssigkeit der benachbarten wärmeren Speicherzelle eintaucht. Neben dem Eintauchen der Gasleitungen in die jeweils benachbarte Speicherzelle ist selbstverständlich auch jede andere Ausgestaltung möglich. So ist es zum Beispiel möglich, dass die Gasleitungen nicht in die unmittelbar benachbarte Speicherzelle münden sondern zum Beispiel jeweils mindestens eine Speicherzelle übersprungen wird. In diesem Fall können dann die Gasleitungen aus den Gasräumen der Speicherzellen, für die keine entsprechenden kälteren oder wärmeren Speicherzellen mehr vorliegen, zum Beispiel jeweils in die kälteste oder in die wärmste Speicherzelle münden. Alternativ ist es auch möglich, mehrere Gasauslässe vorzusehen und das Gas aus den Speicherzellen, für die keine entsprechenden kälteren oder wärmeren Speicherzellen existieren, in die die Gasleitung münden kann, zu entnehmen. Um eine besonders gute Gasverteilung in der Flüssigkeit zu erzielen, insbesondere dann, wenn das Gas Abbauprodukte der Flüssigkeit enthalten kann, die durch eine reversible Reaktion in der Flüssigkeit wieder zur Regeneration genutzt werden können, ist es bevorzugt, wenn an mindestens einem in die Flüssigkeit eingetauchten Ende der Gasleitung ein Gasverteiler ausgebildet ist, mit dem durch die Gasleitung strömendes Gas in Form kleiner Bläschen in der Flüssigkeit verteilt wird. Besonders bevorzugt ist es, wenn an allen in die Flüssigkeit eingetauchten Enden der Gasleitungen ein Gasverteiler ausgebildet ist, mit dem durch die Gasleitung strömendes Gas in Form kleiner Bläschen in der Flüssigkeit verteilt wird. Ein entsprechender Gasverteiler kann zum Beispiel in Form einer Verschlussplatte mit vielen kleinen Öffnungen gestaltet sein. Um den Druckverlust möglichst gering zu halten, ist es hierbei vorteilhaft, am Ende der Gasleitung eine Durchmessererweiterung vorzusehen, die mit der Platte verschlossen wird. Alternativ können auch beliebige andere Gasverteiler eingesetzt werden, zum Beispiel Ringverteiler oder Gasleitungen, in denen kleine Öffnungen vorgesehen sind, durch die das Gas entweichen kann. Zusätzlich kann eine große Gas/Flüssig-Grenzfläche durch übliche Ein- bauten, beispielsweise strukturierte oder ungeordnete Packungen, in den Speicherzellen realisiert werden
Damit die Kontaktzeit des Gases in der Flüssigkeit möglichst groß ist, ist es weiterhin bevorzugt, wenn die aus dem Deckel abzweigenden Gasleitungen mindestens in das untere Drittel der Flüssigkeit eintauchen, wenn die Speicherzelle bis zum Überlauf befüllt ist. Hierdurch muss das Gas durch eine lange Flüssigkeitsstrecke nach oben strömen, bis es den Gasraum der Speicherzelle erreicht. Da durch das Eintauchen der hydraulische Druck in der Flüssigkeit überwunden werden muss, damit das Gas aus der Gasleitung in die Flüssigkeit einströmen kann, ist es weiterhin bevorzugt, in der Gasleitung einen Verdichter aufzunehmen, mit dem das Gas in die Flüssigkeit der benachbarten Speicherzelle oder den Zellzwischenraum transportiert wird. Der Verdichter ist dabei so auszulegen, dass der hydraulische Druck der Flüssigkeit am Gasleitungsende überwunden werden kann, damit das Gas entsprechend durch die Gasleitung strömt. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes eines Verdichters ist, dass ein gezielter Abzug von Gas aus einem Gasraum einer Speicherzelle möglich ist. Anders als bei der Ausführungsform ohne Verdichter kann Gas auch dann entnommen und einer benachbarten Speicherzelle zugeführt werden, wenn der Druck im Gasraum noch niedriger ist als der Druck an der Stelle, an der die Gasleitung in der Flüssigkeit mündet. In einer Ausführungsform der Erfindung ist in der Verbindung zwischen zwei benachbarten Speicherzellen eine Vorrichtung zur Förderung der Flüssigkeit angeordnet. Durch die Vorrichtung zur Förderung der Flüssigkeit ist es möglich, die Flüssigkeit unabhängig vom hydrostatischen Druck in eine benachbarte Speicherzelle zu fördern. Dies erlaubt zum Beispiel auch dann einen Transport, wenn zwei Speicherzellen gleich hoch gefüllt sind oder sogar dann, wenn die Speicherzelle, aus der Flüssigkeit entnommen wird, einen niedrigeren Füllstand hat als die benachbarte Speicherzelle, in die die Flüssigkeit transportiert wird. Hierdurch wird unabhängig von den Füllständen in den einzelnen Speicherzellen der Betrieb der Vorrichtung sichergestellt. Dies ist insbesondere bei Verwendung als Wärmespeicher in einem Solarkraftwerk notwendig, damit das Solarkraftwerk unabhängig vom Füllzustand einzelner Speicherzellen betrieben werden kann. Zudem kann durch die Vorrichtung zur Förderung der Flüssigkeit eine Geländeneigung ausgeglichen werden. Es ist nicht mehr zwingend erforderlich, dass alle Speicherzellen auf gleicher Höhe stehen und gleich hoch befüllt sind. Die Vorrichtung zur Förderung der Flüssigkeit erlaubt es auch, gleich gestaltete Speicherzellen, die vorzugsweise jeweils eine gleiche Füllhöhe haben, auf unterschiedlichem Bodenniveau zu platzieren.
Als Vorrichtung zur Förderung der Flüssigkeit wird üblicherweise eine Pumpe eingesetzt. Hierbei ist jede beliebige Pumpe einsetzbar, die den gewünschten Flüssigkeitsdurchsatz bereitstellen kann und für die Förderung der eingesetzten Flüssigkeit einsetzbar ist, beispielsweise einer Salzschmelze, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung als Wärmespeicher in einem Solar- kraftwerk eingesetzt wird.
Wenn zwischen zwei benachbarten Speicherzellen ein Zellzwischenraum ausgebildet ist, durch den die Flüssigkeit transportiert wird, ist es vorteilhaft, die Vorrichtung zur Förderung der Flüs- sigkeit in der Öffnung im unteren Bereich der wärmeren Speicherzelle anzuordnen. Um einen Transport der Flüssigkeit sowohl von der wärmeren in die kältere Speicherzelle als auch von der kälteren in die wärmere Speicherzelle gewährleisten zu können, ist es möglich, zwei Pumpen mit jeweils entgegengesetzter Förderrichtung einzusetzen und dann jeweils die Pumpe zu betreiben, mit der die Flüssigkeit in die gewünschte Richtung gefördert wird. Alternativ ist es auch möglich, eine Pumpe einzusetzen, mit der eine Förderumkehr möglich ist, so dass mit der gleichen Pumpe je nach Bedarf Flüssigkeit von der kälteren in die wärmere Speicherzelle oder von der wärmeren in die kältere Speicherzelle gefördert werden kann. Bei einer Verbindung von zwei Speicherzellen über eine Rohrleitung kann die Vorrichtung zur Förderung der Flüssigkeit an jeder beliebigen Position in der Rohrleitung platziert werden. Insbesondere bei Verbindung von zwei Speicherzellen über eine Rohrleitung ist es bevorzugt, wenn als Vorrichtung zur Förderung der Flüssigkeit eine Pumpe eingesetzt wird, bei der sich die Förderrichtung umkehren lässt. Alternativ ist es in diesem Fall auch möglich, die Rohrleitung mit einem Bypass zu gestalten, wobei eine Pumpe im Bereich des Bypasses in der Rohrleitung und eine zweite Pumpe im Bypass angeordnet sind, so dass je nach Förderrichtung die Flüssigkeit entweder durch die Rohrleitung oder durch den Bypass gefördert wird. Neben der Gestaltung mit einem Bypass ist es weiterhin selbstverständlich auch möglich, zwei benachbarte Speicherzellen jeweils mit zwei Rohrleitungen zu verbinden, wobei in einer Rohrleitung eine Vorrichtung zur Förderung der Flüssigkeit angeordnet ist, mit der ein Transport von der kälteren in die wärmere Speicherzelle erfolgt und in der zweiten Rohrleitung entsprechend in die andere Richtung der Transport von der wärmeren in die kältere Speicherzelle.
Insbesondere in Verbindung mit der Vorrichtung zum Transport der Flüssigkeit zwischen zwei Speicherzellen ist es bevorzugt, in den Speicherzellen eine Füllstandssteuerung zu installieren, die so eingerichtet ist, dass bei Erreichen eines maximalen Füllstandes Flüssigkeit in eine benachbarte Speicherzelle gefördert wird. Hierdurch ist es möglich, gezielt Flüssigkeit aus einer Speicherzelle zu entfernen, wenn der maximale Füllstand überschritten wird. Hierdurch kann zum Beispiel sichergestellt werden, dass immer ein minimaler Gasraum über der Flüssigkeit vorhanden ist. Zudem kann eine Überbefüllung der Speicherzelle, die dann zu einem Druckanstieg führen kann, vermieden werden.
Neben der Füllstandssteuerung, bei der bei Erreichen eines maximalen Füllstandes Flüssigkeit in eine benachbarte Speicherzelle gefördert wird, ist es auch möglich, eine Füllstandssteuerung vorzusehen, die so eingerichtet ist, dass bei Unterschreiten eines minimalen Füllstandes Flüssigkeit aus einer benachbarten Speicherzelle in die Speicherzelle gefördert wird. Dies kann insbesondere für einen sicheren Betrieb notwendig sein, um zum Beispiel zu vermeiden, dass Pumpen trockenlaufen können. Insbesondere, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung als Wärmespeicher in einem Solarkraftwerk eingesetzt wird und die in der Vorrichtung gespeicherte Flüssigkeit eine Salzschmelze ist, muss auch nach einem längeren Betriebsausfall, bei dem beispielsweise die Temperatur unter die Schmelztemperatur des Salzes fällt, so dass das Salz beginnt zu erstarren, sicherge- stellt werden, dass ein erneutes Anlaufen des Betriebs möglich ist. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, jede Speicherzelle mit einem Wärmeübertrager auszustatten, wobei jeweils die Wärmeübertrager benachbarter Speicherzellen miteinander verbunden sind und alle Wärmeübertrager in Reihe von einem Wärmeträgermedium durchströmt werden. In diesem Fall ist es vor- teilhaft, das Wärmeträgermedium durch die Wärmetauscher in Richtung von der wärmsten zur kältesten Speicherzelle zu transportieren. Selbstverständlich ist aber auch eine Strömung des Wärmeträgermediums durch die Wärmetauscher in entgegengesetzter Richtung möglich. Weiterhin ist es auch möglich, die Flüssigkeit in einer Speicherzelle als zusätzlichen Wärmeträger zu nutzen, wobei in diesem Fall auch nur eine Speicherzelle mit einem Wärmetauscher ausge- stattet sein kann. Der Wärmetauscher kann dann beispielsweise als Dampferzeuger genutzt werden. Bevorzugt ist jedoch eine Anordnung, bei der alle Speicherzellen mit einem Wärmetauscher ausgestattet sind.
Neben dem Aspekt, das Salz in den Speicherzellen durch den Einsatz der Wärmetauscher di- rekt zu erwärmen, ist es auch möglich, die gesamte Vorrichtung als Wärmetauscher zu nutzen. In diesem Fall nimmt das durch die Wärmetauscher strömende Medium Wärme von der Flüssigkeit aus den Speicherzellen auf. Gleichzeitig wird in diesem Fall vorzugsweise auch die Flüssigkeit durch die Speicherzellen gefördert, wobei jeweils kalte Flüssigkeit entnommen, extern aufgeheizt - beispielsweise durch Sonneneinstrahlung - und als warme Flüssigkeit wieder zurückgeleitet wird.
Um nicht jede einzelne Speicherzelle vollständig an allen Wandungen thermisch aufwändig isolieren zu müssen und um zudem die Speicherzellen möglichst platzsparend zu positionieren, ist es bevorzugt, wenn die Speicherzellen schneckenförmig um einen Mittelpunkt angeordnet sind. In diesem Fall befinden sich warme Speicherzellen jeweils in unmittelbarer Nachbarschaft, so dass eine Isolierung, wie sie zur Umgebung hin erforderlich wäre, nicht notwendig ist. Eine vollständige Isolierung muss lediglich um die äußersten Speicherzellen angebracht werden. Ein weiterer Vorteil der schneckenförmigen Anordnung ist, dass die Speicherzellen sich jeweils gegenseitig abstützen, da diese jeweils im Wesentlichen gleich hoch befüllt sind. Somit wirken auf die Wandungen zweier aneinander angrenzender Speicherzellen im Wesentlichen gleiche Drücke, was zu einer mechanischen Stabilisierung führt. Um die äußersten der schneckenförmig angeordneten Speicherzellen ist dann vorteilhafterweise eine drucktragende Wand aufgebaut, die für die notwendige mechanische und statische Stabilität sorgt. Um einen Temperaturausgleich zwischen zwei benachbarten Speicherzellen zu verhindern und thermische Ausdehnungen aufgrund von Temperaturwechseln auszugleichen, ist es selbstverständlich auch möglich, zwischen die Speicherzellen temperatur- und druckbeständiges Dämmmaterial einzubringen. Hierbei ist es insbesondere bevorzugt, wenn zwischen benachbarten Speicherzellen in der schneckenförmigen Anordnung, die nicht über einen Zellzwischen- räum miteinander verbunden sind, eine thermische Isolierung aufgenommen ist.
Für eine einfache Konstruktion der Vorrichtung mit schneckenförmig angeordneten Speicherzellen ist es bevorzugt, wenn die erste Speicherzelle in der Mitte der schneckenförmig angeordne- ten Speicherzellen und die letzte Speicherzelle am äußeren Rand angeordnet sind. Hierbei ist es sowohl möglich, dass die erste Speicherzelle die kälteste Speicherzelle und die letzte Speicherzelle die wärmste Speicherzelle ist, als auch, dass die erste Speicherzelle die wärmste Speicherzelle und die letzte Speicherzelle die kälteste ist.
Um thermische Spannungen und unterschiedliche thermische Ausdehnungen, die sich aufgrund von Temperaturunterschieden in einer Speicherzelle ergeben können, ausgleichen zu können, ist es weiterhin bevorzugt, wenn jede Speicherzelle ein thermisches Kompensationsprofil aufweist. Das thermische Kompensationsprofil kann dabei zum Beispiel in Form einer von oben nach unten in der Speicherzelle verlaufenden Welle oder in die Speicherzelle ragende Einbuchtung in mindestens einer Wandung realisiert werden. Bevorzugt ist bei einer schneckenförmigen Anordnung der Speicherzellen, wenn das thermische Kompensationsprofil auf den Seiten ausgebildet ist, an denen sich bei der schneckenförmigen Anordnung die nächste Speicherzelle in Umfangsrichtung anschließt. Selbstverständlich kann zusätzlich oder alternativ auch in den an- deren Wandungen der Speicherzelle ein thermisches Kompensationsprofil ausgebildet sein. Weiterhin ist es auch möglich und vorteilhaft, am Boden der Speicherzelle ein thermisches Kompensationsprofil vorzusehen.
Durch das thermische Kompensationsprofil können insbesondere bei einer Anordnung, bei der die Speicherzellen unmittelbar benachbart angeordnet sind, beispielsweise bei der schneckenförmigen Anordnung, Längendehnungen der Wandungen kompensiert werden, so dass diese keine Kraft auf benachbarte Speicherzellen ausüben.
Weiterhin ist es möglich, mehrere Speicherzellen in ein Gehäuse einzubringen. Hierbei sind die Speicherzellen und das Gehäuse so gestaltet, dass es möglich ist, die Speicherzellen jeweils einzeln zu entnehmen und auszutauschen. Hierzu sind die Speicherzellen im Gehäuse vorzugsweise in einem Flüssigkeitsbad eingetaucht. Durch das Flüssigkeitsbad wirken auch bei entnommener Speicherzelle die gleichen Drücke auf die Wandungen der noch verbliebenen Speicherzellen wie bei vollständig enthaltenen Speicherzellen. Es ist somit nicht notwendig, die Wandungen der Speicherzellen so auszulegen, dass diese große Druckdifferenzen durch die Flüssigkeit im Inneren der Speicherzelle gegenüber der Umgebung aufnehmen können. Durch das Flüssigkeitsbad wirken im Wesentlichen gleiche Drücke von innen und außen auf die Wandung. Die Flüssigkeit, die für das Flüssigkeitsbad genutzt wird, kann die gleiche Flüssigkeit sein wie die, die in den Speicherzellen enthalten ist. Es ist jedoch auch möglich, als Flüssigkeit für das Flüssigkeitsbad eine Flüssigkeit einzusetzen, die für den Temperaturbereich, in dem die Speicherzellen betrieben werden, geeignet ist. Als Flüssigkeit eignet sich zum Beispiel eine Salzschmelze, die in ihrer Zusammensetzung von der in den Speicherzellen enthaltenen Flüssigkeit abweicht. Geeignet als Flüssigkeit für das Flüssigkeitsbad ist zum Beispiel Solarsalz. Die die Speicherzellen umgebende Flüssigkeit im Gehäuse ist dabei eine stehende Flüssigkeit, die am Wärmeaustausch für die Wärmespeicherung in den Speicherzellen nicht beteiligt ist. Um die Speicherzellen gegenüber der die Speicherzellen umgebende Flüssigkeit im Gehäuse thermisch zu isolieren ist es möglich, die Wandungen der Speicherzellen mit einer geeigneten Isolierung zu versehen. Bei einem schneckenförmigen Aufbau, bei dem außen die kälteren Speicherzellen und in der Mitte die heißen Speicherzellen angeordnet sind, ergibt sich neben dem Vorteil der besseren Wärmeverteilung beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Wärmespeicher in ei- nem Solarkraftwerk zusätzlich der Vorteil, dass für den Aufbau des Außenmantels hochfeste Stähle eingesetzt werden können, die im Innenraum bei den dort herrschenden hohen Temperaturen keine ausreichende Festigkeit mehr besitzen würden. Im Inneren können weniger feste Werkstoffe genutzt werden, da sich die Wände der Speicherzellen jeweils an den Nachbarzellen abstützen können und durch die in der Regel gleiche Füllhöhe, Druckkräfte ausgeglichen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 mehrere in Reihe geschaltete Speicherzellen, wobei aus dem Gasraum jeder Speicherzelle eine Gasleitung abzweigt, die in der Flüssigkeit einer benachbarten Speicherzelle mündet,
Figur 2 eine Speicherzelle, aus deren Gasraum eine Gasleitung abzweigt, die in einem Zellzwischenraum zwischen zwei Speicherzellen mündet,
Figur 3 mehrere in Reihe geschaltete Speicherzellen, wobei aus dem Gasraum jeder Spei- cherzelle eine Gasleitung abzweigt, die in der Flüssigkeit einer benachbarten kälteren Speicherzelle mündet und eine Gasleitung, die in der Flüssigkeit einer benachbarten wärmeren Speicherzelle mündet,
Figur 4 mehrere in Reihe geschaltete Speicherzellen, in denen jeweils ein Wärmetauscher aufgenommen ist,
Figur 5 eine Aufsicht auf eine schneckenförmige Anordnung der Speicherzellen,
Figur 6 eine Aufsicht auf eine Speicherzelle einer schneckenförmigen Anordnung mit ther- mischen Kompensationsprofilen,
Figur 7 eine Schnittdarstellung durch zwei benachbarte Speicherzellen mit einem thermischen Kompensationsprofil im Boden. In Figur 1 sind mehrere in Reihe geschaltete Speicherzellen dargestellt, wobei aus dem Gasraum jeder Speicherzelle eine Gasleitung abzweigt, die in der Flüssigkeit einer benachbarten Speicherzelle mündet. Eine Vorrichtung 1 zur Speicherung einer Flüssigkeit umfasst mehrere Speicherzellen 3, die jeweils als Schichtenspeicher ausgebildet sind, so dass in jeder Speicherzelle 3 entsprechend ihrer Dichte die Flüssigkeit oben wärmer und unten kälter ist.
Jeweils zwei benachbarte Speicherzellen 3 weisen eine Verbindung 5 auf, die so gestaltet ist, dass der wärmere, obere Bereich einer kälteren Speicherzelle 3 mit dem unteren, kälteren Bereich einer wärmeren Speicherzelle 3 verbunden ist. Hierdurch entspricht jeweils die Temperatur der wärmeren Flüssigkeit in der kälteren Speicherzelle 3 der Temperatur der kälteren Flüssigkeit in der wärmeren Speicherzelle 3.
In der hier dargestellten Ausführungsform ist die Verbindung 5 in Form eines Zellzwischenraumes 7 gestaltet. Damit der Flüssigkeitstransport über den Zellzwischenraum 7 realisiert werden kann, ist der Zellzwischenraum 7 über eine untere Öffnung 9 mit dem unteren Bereich 1 1 der wärmeren Speicherzelle 3 und über eine obere Öffnung 13 mit dem oberen Bereich 15 der käl- teren Speicherzelle 3 verbunden. Der Zellzwischenraum 7 und die Öffnungen 9, 13 können zum Beispiel so realisiert werden, dass der Zellzwischenraum 7 zur wärmeren Speicherzelle 3 mit einer ersten Wandung 17 und zur kälteren Speicherzelle 3 mit einer zweiten Wandung 19 abgegrenzt ist. Die erste Wandung 17 endet dabei oberhalb des Bodens 21 der wärmeren Speicherzelle 3 und des Zellzwischenraumes 7, so dass zwischen Boden 21 und erster Wandung 17 die untere Öffnung 9 ausgebildet wird. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, eine ausreichend große Öffnung in der ersten Wandung 17 auszubilden. Demgegenüber steht die zweite Wandung 19 auf dem Boden zwischen dem Zellzwischenraum 7 und der kälteren Speicherzelle 3, wobei die zweite Wandung 19 unterhalb der maximalen Füllhöhe der kälteren Speicherzelle 3 in einem Überlauf 23 endet, so dass die Flüssigkeit aus der kälteren Speicherzelle über den Überlauf 23 in den Zellzwischenraum 7 strömt. Alternativ zum Überlauf 23 ist es allerdings auch möglich, an der entsprechenden Position in der zweiten Wandung 19 eine Öffnung auszubilden, durch die die Flüssigkeit strömen kann.
Um einen Wärmeübergang der Flüssigkeit aus dem Zellzwischenraum 7 an die Flüssigkeit in den Speicherzellen 3 zu minimieren, ist es bevorzugt, wenn zumindest die zweite Wandung 19, bevorzugt aber beide Wandungen 17, 19 aus einem thermisch isolierenden Material gefertigt sind oder eine thermische Isolierung aufweisen.
Oberhalb der Flüssigkeit befindet sich in jeder Speicherzelle 3 ein Gasraum 25. Erfindungsge- mäß ist der Gasraum 25 und damit die Speicherzelle 3 mit einem Deckel 27 verschlossen. Aus dem Gasraum 25 zweigt eine Gasleitung 29 ab. Die Gasleitung 29 ist dabei so geführt, dass diese in der Flüssigkeit in einer kälteren Speicherzelle 3 mündet. Damit sich in der kältesten Speicherzelle 3 kein Überdruck aufbaut, ist die kälteste Speicherzelle 3 mit einem Gasauslass 31 versehen, durch den das Gas abgezogen werden kann. Das aus dem Gasauslass 31 ent- nommene Gas kann entweder an die Umgebung abgegeben werden oder - insbesondere, wenn das Gas in den Gasräumen 25 der Speicherzellen ein Inertgas ist oder eine Zusammensetzung aufweist, mit der eine Regeneration der Flüssigkeit in den Speicherzellen 3 möglich ist - in einen Gasspeicher geleitet werden. Die in der Vorrichtung gespeicherte Flüssigkeit kann zum Beispiel als Wärmespeicher genutzt werden. Dies ist besonders in Solarkraftwerken vorteilhaft, damit diese nicht nur bei Sonneneinstrahlung betrieben werden können sondern auch zu Zeiten, in denen keine Sonneneinstrah- lung verfügbar ist.
Zur Aufheizung der Flüssigkeit wird diese aus der kältesten Speicherzelle 3 durch eine zweite zentrale Leitung 33 entnommen, wobei die zweite zentrale Leitung 33 im unteren Bereich der kältesten Speicherzelle 3 angeordnet ist. Die entnommene Flüssigkeit nimmt in einem Solarfeld Wärme auf und die so aufgeheizte Flüssigkeit wird über eine erste zentrale Leitung 35 der wärmsten Speicherzelle 3 zugeführt. Die erste zentrale Leitung 35 ist dabei im oberen Bereich der wärmsten Speicherzelle angeordnet. Zum Flüssigkeitsausgleich zwischen den einzelnen Speicherzellen strömt Flüssigkeit durch die Verbindungen 5 zwischen zwei Speicherzellen von der wärmsten Speicherzelle 3 in Richtung der kältesten Speicherzelle 3. Zu Zeiten, zu denen keine Sonneneinstrahlung verfügbar ist, kann die gespeicherte Wärme genutzt werden. Hierzu wird die Flüssigkeit aus der wärmsten Speicherzelle 3 über die erste zentrale Leitung 35 entnommen, einem Wärmetauscher zugeführt, in dem die Wärme an einen Dampfkreislauf abgegeben wird und die so abgekühlte Flüssigkeit wird dann über die zweite zentrale Leitung in die kälteste Speicherzelle 3 zurückgeführt. In diesem Fall erfolgt dann ein Flüssigkeitsausgleich zwischen den einzelnen Speicherzellen 3, indem Flüssigkeit jeweils aus einer kälteren Speicherzelle 3 in die benachbarte wärmere Speicherzelle 3 über die Verbindung 5 der benachbarten Speicherzellen 3 strömt.
Alternativ zu der hier dargestellten Verbindung 5 zwischen zwei Speicherzellen 3 als Zellzwi- schenraum 7 ist es zum Beispiel auch möglich, die Verbindung 5 in Form einer Rohrleitung zu gestalten. Zusätzlich ist es möglich, in der Verbindung 5 zwischen zwei Speicherzellen 3 eine Vorrichtung zur Förderung der Flüssigkeit, beispielsweise eine Pumpe, aufzunehmen. Bei der hier dargestellten Ausführungsform mit Zellzwischenraum 7 wird die Pumpe dabei vorzugsweise in der unteren Öffnung 17 positioniert. Hierbei kann entweder eine Pumpe eingesetzt wer- den, deren Förderrichtung sich umkehren lässt oder alternativ zwei benachbarte Pumpen, die jeweils in entgegengesetzte Richtung fördern. Wenn die Verbindung 5 eine Rohrleitung ist, kann die Pumpe an jeder beliebigen geeigneten Stelle in der Rohrleitung positioniert werden.
Figur 2 zeigt eine Speicherzelle, aus deren Gasraum eine Gasleitung abzweigt, die in einem Zellzwischenraum zwischen zwei Speicherzellen mündet.
Alternativ zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform, bei der die Gasleitung 29 in der Flüssigkeit in einer kälteren Speicherzelle 3 mündet, mündet die Gasleitung 29 gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform in der Verbindung 5 zwischen zwei benachbarten Spei- cherzellen 3. Dies hat den Vorteil, dass die Temperaturschichtung der Flüssigkeit in einer Speicherzelle 3 nicht durch einströmendes Gas gestört wird. Zusätzlich endet die Gasleitung 29 bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform tiefer in der Flüssigkeit. Dies hat den weiteren Vorteil, dass ein längerer Kontakt der Flüssigkeit mit dem Gas realisiert werden kann. Dies ist insbesondere dann gewünscht, wenn durch den Kontakt der Flüssigkeit mit dem Gas eine Regeneration der Flüssigkeit bewirkt werden kann.
Für eine verbesserte Regeneration ist ein guter Austausch zwischen Gas und Flüssigkeit notwendig. Dieser kann zum Beispiel durch Einsatz eines geeigneten Gasverteilers 37 realisiert werden, mit dem das Gas in Form kleiner Bläschen in die Flüssigkeit eingespeist wird. Um den hydrodynamischen Druck zu überwinden und das Gas in die Flüssigkeit einspeisen zu können, ist in der Gasleitung 29 zusätzlich ein Verdichter 38 aufgenommen, mit dem das Gas aus dem Gasraum 25 abgesaugt und in die Flüssigkeit eingebracht wird.
Die Eintauchtiefe der Gasleitung und die Verwendung eines Gasverteilers zur Erzeugung feiner Gasblasen kann selbstverständlich auch bei der in Figur 1 dargestellten Anordnung eingesetzt werden.
In Figur 3 sind mehrere in Reihe geschaltete Speicherzellen dargestellt, wobei aus dem Gasraum jeder Speicherzelle eine Gasleitung abzweigt, die in der Flüssigkeit einer benachbarten kälteren Speicherzelle mündet und eine Gasleitung, die in der Flüssigkeit einer benachbarten wärmeren Speicherzelle mündet.
Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten dadurch, dass zusätzlich aus jedem Gasraum eine zweite Gasleitung 39 abzweigt, die in der Flüssigkeit einer wärmeren Speicherzelle 3 mündet. Hierdurch wird ein Druckausgleich sowohl in Richtung der kälteren Speicherzellen 3 als auch in Richtung der wärmeren Speicherzellen 3 ermöglicht.
Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform ist in mehreren in Reihe geschalteten Spei- cherzellen jeweils ein Wärmetauscher aufgenommen.
In den Speicherzellen 3 kann zusätzlich jeweils ein Wärmetauscher 41 aufgenommen sein. In der hier dargestellten Ausführungsform ist jede Speicherzelle 3 mit einem Wärmetauscher 41 ausgerüstet. Die Wärmetauscher 41 sind dabei in Reihe geschaltet, so dass das Wärmeträger- medium alle Wärmetauscher 41 der Reihe nach durchströmt. Die Wärmetauscher können zum einen eine zusätzliche Sicherheit bieten, indem diese genutzt werden können - insbesondere bei Einsatz der Vorrichtung in Solarkraftwerken - um nach einem längeren Stillstand in der Vorrichtung gespeichertes Salz wieder vorzuerhitzen, zum anderen kann auch die in der Vorrichtung gespeicherte Flüssigkeit direkt als Wärmeträger genutzt werden, um das durch die Wär- metauscher 41 strömende Wärmeträgermedium zu erwärmen. Hierbei ist es zum Beispiel auch möglich, dass die Wärmetauscher 41 als Dampferzeuger eingesetzt werden und das durch die Wärmetauscher 41 strömende Wärmeträgermedium Wasser ist, das zunächst erwärmt, dann verdampft und überhitzt wird. Das Wärmeträgermedium kann dabei entweder in Richtung von der kältesten zur wärmsten Speicherzelle 3 oder in entgegengesetzter Richtung von der wärmsten zur kältesten Speicherzelle 3 durch die Wärmetauscher 41 strömen.
Um die in Reihe gestalteten Speicherzellen 3 möglichst kompakt anzuordnen und um zudem Isoliermaterial und Baumaterial einsparen zu können, ist es bevorzugt, die Speicherzellen 3 schneckenförmig anzuordnen. Eine solche schneckenförmige Anordnung der Speicherzellen ist in Figur 5 in Aufsicht dargestellt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn bei der schneckenförmigen Anordnung die heißeste Spei- cherzelle 3 in der Mitte und die kälteren Speicherzellen 3 am Rand angeordnet sind. Hierdurch braucht die gesamte Vorrichtung gegen die Umgebung nur hinsichtlich der kälteren Flüssigkeit isoliert werden. Durch die schneckenförmige Anordnung können die Zellzwischenwände 43 wie vorstehend beschrieben in einer geringeren Stabilität ausgelegt werden, da sich benachbarte Zellen durch die darin enthaltene Flüssigkeit gegenseitig stabilisieren. Lediglich die äußersten Speicherzellen 3 müssen von einer drucktragenden Wand 45, die die gesamte schneckenförmige Anordnung umschließt, abgestützt werden.
Um aufgrund von Temperaturschwankungen auftretende Geometrieänderungen auszugleichen, ist es vorteilhaft, wenn die Speicherzellen mit thermischen Kompensationsprofilen 47 ausgestat- tet werden. Eine Aufsicht auf eine Speicherzelle 3 einer schneckenförmigen Anordnung mit thermischen Kompensationsprofilen 47 ist in Figur 6 dargestellt. Das thermische Kompensationsprofil kann dabei zum Beispiel wie hier dargestellt in Form einer von oben nach unten in der Wandung der Speicherzelle 3 verlaufenden Einbuchtung ausgebildet sein. In Figur 7 ist eine Schnittdarstellung durch zwei benachbarte Speicherzellen mit einem thermischen Kompensationsprofil im Boden dargestellt.
Damit von der Anordnung keine Wärme an den Boden abgegeben wird, weisen die Speicherzellen 3 wie in Figur 7 dargestellt vorzugsweise am Boden 49 eine Isolierung 51 auf. Der auf der Isolierung 51 aufliegende Boden 49 der Speicherzelle 3 kann zusätzlich mit einem thermischen Kompensationsprofil 47 zum Ausgleich von thermisch bedingten Längenänderungen ausgestaltet sein.
Damit keine Wärme von einer Speicherzelle zur daran anschließenden Speicherzelle abgege- ben wird, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn zwischen zwei Speicherzellen eine Wandisolation 53 ausgebildet ist. Die Wandisolation 53 ist zudem vorzugsweise druckfest, damit auf die Wandungen der Speicherzellen 3 wirkende Druckkräfte durch die auf die Wandung der benachbarten Speicherzelle 3 wirkenden Druckkräfte kompensiert werden können. Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zur Speicherung von Flüssigkeit
3 Speicherzelle
5 Verbindung zweier Speicherzellen 3
7 Zellzwischenraum
9 untere Öffnung
1 1 unterer Bereich
13 obere Öffnung
15 oberer Bereich
17 erste Wandung
19 zweite Wandung
21 Boden
23 Überlauf
25 Gasraum
27 Deckel
29 Gasleitung
31 Gasauslass
33 zweite zentrale Leitung
35 erste zentrale Leitung
37 Gasverteiler
38 Verdichter
39 zweite Gasleitung
41 Wärmetauscher
43 Zellzwischenwände
45 drucktragende Wand
47 thermisches Kompensationsprofil
49 Boden
51 Isolierung
53 Wandisolation

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur Speicherung einer Flüssigkeit mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Speicherzellen (3), wobei einer ersten Speicherzelle (3) über eine erste zentrale Leitung (35) heiße Flüssigkeit zugeführt oder entnommen werden kann und einer letzten der in Reihe geschalteten Speicherzellen (3) kalte Flüssigkeit über eine zweite zentrale Leitung (33) zugeführt oder entnommen werden kann, und wobei die Temperatur der Flüssigkeit in den in Reihe geschalteten Speicherzellen (3) von der ersten Speicherzelle (3) zur letzten Speicherzelle (3) jeweils abnimmt, und die einzelnen Speicherzellen (3) jeweils über eine Verbindung (5; 7) vom unteren Bereich (1 1 ) der wärmeren Speicherzelle (3) zum oberen Bereich (15) der kälteren Speicherzelle (3) miteinander verbunden sind, und wobei mindestens eine Speicherzelle (3) mit einem Deckel (27) verschlossen ist, so dass sich zwischen der Flüssigkeit in der Speicherzelle (3) und dem Deckel (27) ein Gasraum (25) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens einem Gasraum (25) eine Gasleitung (29) abzweigt, die in die Flüssigkeit einer kälteren Speicherzelle (3) oder in die Flüssigkeit in der Verbindung (5; 7) zweier benachbarter Speicherzellen (3) eintaucht, wobei mindestens eine der benachbarten Speicherzellen (3) eine niedrigere Temperatur aufweist als die Temperatur der Speicherzelle (3), aus deren Gasraum (25) die Gasleitung (29) abzweigt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (5; 7) zwischen zwei Speicherzellen (3) einen Zellzwischenraum (7) umfasst, wobei der Zellzwischenraum (7) mit einem Überlauf (23) von der kälteren Speicherzelle (3) getrennt ist und durch eine Trennwand (17) mit einer Öffnung (9) im unteren Bereich (1 1 ) von der wärmeren Speicherzelle (3), so dass bei einer Durchströmung der Speicherzellen (3) von der heißen ersten Speicherzelle (3) zur kalten letzten Speicherzelle (3) die Flüssigkeit jeweils durch die Öffnung (9) im unteren Bereich (1 1 ) der Trennwand (17) in den Zellzwischenraum (7) strömt und über den Überlauf (23) aus dem Zellzwischenraum (7) in die kältere Speicherzelle (3) oder bei Strömung in entgegengesetzter Richtung über den Überlauf (23) in den Zellzwischenraum (7) und durch die Öffnung (9) im unteren Bereich (1 1 ) der Trennwand (17) aus dem Zellzwischenraum (7) in die wärmere Speicherzelle (3) fließt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens einem Gasraum (25) einer Speicherzelle (3) eine Gasleitung (39) abzweigt, die in die Flüssigkeit einer wärmeren Speicherzelle (3) eintaucht.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Speicherzellen (3) mit einem Deckel (27) verschlossen sind und aus allen Speicherzellen (3) außer der kältesten am Deckel (27) eine Gasleitung (29) abzweigt, die in der benachbarten kälteren Speicherzelle (3) oder in der Verbindung (5; 7) der Speicherzelle (3) zur benachbarten kälteren Speicherzelle (3) mündet, und aus dem Deckel (27) der kältesten Speicherzelle (3) ein Gasauslass (31 ) abzweigt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Speicherzellen (3) mit einem Deckel (27) verschlossen sind und aus allen Speicherzellen (3) außer der wärmsten eine Gasleitung (39) aus dem Deckel (27) abzweigt, die in die Flüssigkeit der benachbarten wärmeren Speicherzelle (3) eintaucht.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem in die Flüssigkeit eingetauchten Ende der Gasleitung (29; 39) ein Gasverteiler (27) ausgebildet ist, mit dem durch die Gasleitung (29; 39) strömendes Gas in die Schmelze eintritt.
7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Deckel (27) abzweigenden Gasleitungen (29; 39) mindestens in das untere Drittel der Flüssigkeit eintauchen, wenn die Speicherzelle (3) bis zum Überlauf (23) befüllt ist.
8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gasleitung (29; 39) ein Verdichter (38) aufgenommen ist, mit dem das Gas in die Flüssig- keit der benachbarten Speicherzelle (3) oder den Zellzwischenraum (7) transportiert wird.
9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung (5; 7) zwischen zwei benachbarten Speicherzellen (3) eine Vorrichtung zur Förderung der Flüssigkeit angeordnet ist.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Speicherzellen (3) eine Füllstandssteuerung installiert ist, die so eingerichtet ist, dass bei Erreichen eines maximalen Füllstandes Flüssigkeit in eine benachbarte Speicherzelle (3) gefördert wird.
1 1 . Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Speicherzelle (3) mit einem Wärmeübertrager (41 ) ausgestattet ist, wobei jeweils die Wärmeübertrager (41 ) benachbarter Speicherzellen (3) miteinander verbunden sind und alle Wärmeübertrager (41 ) in Reihe von einem Wärmeträgermedium durchströmt werden.
12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen (3) schneckenförmig um einen Mittelpunkt angeordnet sind.
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Speicherzelle (3) in der Mitte der schneckenförmig angeordneten Speicherzellen (3) und die letzte Speicherzelle (3) am äußeren Rand angeordnet sind.
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass um die äußersten der schneckenförmig angeordneten Speicherzellen (3) eine drucktragende Wand (45) aufgebaut ist.
15. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Speicherzellen (3) in der schneckenförmigen Anordnung, die nicht über einen Zellzwischenraum (7) miteinander verbunden sind, eine thermische Isolierung (53) aufgenommen ist.
16. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass jede Speicherzelle (3) ein thermisches Kompensationsprofil (47) aufweist.
17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Kompensationsprofil (47) mindestens eine in die Speicherzelle (3) ragende Einbuchtung aufweist.
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