ES2306628B2 - DEVICE AND PROCEDURE OF LOW ENTROPIA THERMAL STORAGE. - Google Patents

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ES2306628B2 ES200801916A ES200801916A ES2306628B2 ES 2306628 B2 ES2306628 B2 ES 2306628B2 ES 200801916 A ES200801916 A ES 200801916A ES 200801916 A ES200801916 A ES 200801916A ES 2306628 B2 ES2306628 B2 ES 2306628B2
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Abstract

Dispositivo y procedimiento de almacenamiento térmico de baja entropía.Device and storage procedure Low entropy thermal.

Dispositivo y método de almacenamiento térmico de baja entropía basado en el calor sensible que pueden absorbe diferentes compartimentos (1) de un fluido calorífico, estando dichos compartimentos (1) separados y aislados térmicamente entre sí mediante paredes internas (4) aislantes, de tal forma que el fluido calorífico fluye por los compartimentos (1) en circuitos paralelos, estableciéndose los flujos desde tuberías de impulsión (5) a los compartimentos (1), y desde dichos compartimentos (1) a tuberías de retorno (6) mediante la apertura y cierre de válvulas (7,8), transmitiendo el fluido calorífico calor sensible a los compartimentos (1), en los que queda almacenado, para que posteriormente dicho calor sensible sea transmitido de los compartimentos a un fluido a calentar.Thermal storage device and method Low entropy based on the sensible heat they can absorb different compartments (1) of a calorific fluid, being said compartments (1) separated and thermally insulated from each other through internal walls (4) insulators, so that the fluid calorific flows through the compartments (1) in parallel circuits, establishing the flows from supply pipes (5) to the compartments (1), and from said compartments (1) to pipes of return (6) by opening and closing valves (7.8), transmitting heat-sensitive fluid heat sensitive to compartments (1), in which it is stored, so that subsequently said sensible heat is transmitted from the compartments to a fluid to be heated.

Description

Dispositivo y procedimiento de almacenamiento térmico de baja entropía.Device and storage procedure Low entropy thermal.

Campo técnico de la invenciónTechnical Field of the Invention

La presente invención pertenece al campo técnico de los dispositivos y métodos para el almacenamiento de energía, más concretamente para el almacenamiento térmico basado en el calor sensible que puede absorber un conjunto de cuerpos, y más concretamente cuando el conjunto es de cuerpos sólidos, particularmente cerámicos, debido a las altas temperaturas que éstos pueden alcanzar. Este almacenamiento térmico es de baja entropía, y por tanto ofrece pocas pérdidas, y una maximización de la energía.The present invention belongs to the technical field of devices and methods for energy storage, more specifically for heat-based thermal storage sensitive that can absorb a set of bodies, and more specifically when the set is of solid bodies, particularly ceramic, due to the high temperatures that These can reach. This thermal storage is low entropy, and therefore offers few losses, and a maximization of energy.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

Cuando se dispone de una fuente de calor que no puede utilizarse apropiadamente de manera inmediata, se ha de recurrir a su almacenamiento, para no perder dicha energía. En la actualidad, el almacenamiento de energía es una actividad técnica realmente difícil, pues las leyes naturales tienden al incremento de la entropía, favoreciendo la eliminación de gradientes en las variables intensivas que son consustanciales con las altas densidades de energía como son la temperatura, la presión, o la tensión eléctrica. En concreto, en el caso de la energía térmica, las altas temperaturas que serían necesarias en un almacenamiento, respecto de la temperatura del ambiente circundante, tienden a decrecer por el calor transferido desde el almacenamiento hasta el ambiente, por conducción, convección y radiación. Contra esto cabe luchar con los aislantes térmicos adecuados, que inhiben en gran medida los mecanismos citados de transferencia térmica. Queda por señalar otra propiedad de los almacenamientos térmicos, y es que en el seno del material que los constituye, sea en fase fluida, en fase sólida o en fase de plasma, se tiende también a la isotermalización. De hecho, en ausencia de fuentes o sumideros de calor que actúen sobre el almacenamiento, la temperatura tiende a uniformizarse. Este es un efecto importante, pues la energía térmica disponible no se cuantifica sólo en función de su cantidad total, sino también por su temperatura, y en el caso de un fluido, también por su presión.When a heat source is available that does not can be used properly immediately, it must be resort to its storage, so as not to lose said energy. In the Currently, energy storage is a technical activity really difficult, since natural laws tend to increase entropy, favoring the elimination of gradients in intensive variables that are consubstantial with high energy densities such as temperature, pressure, or electric tension. Specifically, in the case of thermal energy, the high temperatures that would be necessary in a storage, regarding the temperature of the surrounding environment, they tend to decrease by heat transferred from storage to environment, by conduction, convection and radiation. Against this it fits fight with the appropriate thermal insulators, which greatly inhibit Measure the aforementioned thermal transfer mechanisms. Remains point out another property of thermal storage, and that is that in the sine of the material that constitutes them, be it in a fluid phase, in solid phase or plasma phase, it also tends to isothermalization In fact, in the absence of sources or sinks of heat acting on storage, the temperature tends to standardize This is an important effect, because energy Thermal available is not quantified only based on its quantity total, but also for its temperature, and in the case of a fluid, also for its pressure.

En la actualidad existen varios métodos concebidos para el almacenamiento térmico, basados en unos casos en cambios de fase, que implica calor latente, y en otros en calor sensible, que implica un aumento de la temperatura. En el documento "Survey Thermal Energy Storage for Parabolic Trough Power Plants", de Pilkington Solar International GmbH, NREL/SR-550-27925, (Septiembre 2000, htpp://www.ntis.gov/ordering.htm) hay una descripción sistemática de las alternativas identificadas. En él se menciona la posibilidad de uso de matrices sólidas o rellenos, por ejemplo en forma de lecho de bolas, retículos regulares o en laberintos, lecho de anillos y cilindros, etc., que son calentados por un fluido, ya sea líquido o gas, en la fase en la que se aporta calor al almacenamiento, y posteriormente refrigerados por ese mismo u otro fluido cuando se quiere extraer calor para usarlo donde sea propicio. Otras referencias son los documentos US 6374614 B2, US 2007/0220889 A1 y US 2008/0066736 A1; sin embargo, las soluciones técnicas descritas en todos estos documentos difieren notablemente de las planteadas en la presente invención.There are currently several methods designed for thermal storage, based on some cases in phase changes, which implies latent heat, and in others in heat sensitive, which implies an increase in temperature. In the document "Survey Thermal Energy Storage for Parabolic Trough Power Plants ", from Pilkington Solar International GmbH, NREL / SR-550-27925, (September 2000,  htpp: //www.ntis.gov/ordering.htm) there is a systematic description of the identified alternatives. It mentions the possibility of using solid or filled matrices, for example in the form of bed of balls, regular or labyrinth crosshairs, bed of rings and cylinders, etc., which are heated by a fluid, either liquid or gas, in the phase in which heat is supplied to the storage, and subsequently cooled by that same or another fluid when you want to extract heat to use it anywhere auspicious Other references are documents US 6374614 B2, US 2007/0220889 A1 and US 2008/0066736 A1; however, the solutions techniques described in all these documents differ markedly of those raised in the present invention.

El empleo de un lecho de matrices sólidas, o relleno, como almacenamiento de energía es, en principio, sencillo y barato, según estima el primer documento citado, aunque en estos momentos, en energía termosolar, la alternativa más usada es el circuito de sales fundidas, por tanto, fluidos, con un tanque de sales caliente y otro frío, y un intercambiador en cada una de las ramas del circuito. El de calentamiento se emplea lógicamente en la rama que va del depósito frío al caliente, y el de extracción de calor, en la rama que va desde el depósito caliente al frío.The use of a bed of solid matrices, or filling, as energy storage is, in principle, simple and cheap, as estimated by the first document cited, although in these moments, in solar thermal energy, the most used alternative is the circuit of molten salts, therefore, fluids, with a tank of hot and other cold salts, and an exchanger in each of the circuit branches The heating is logically used in the branch that goes from the cold tank to the hot one, and that of extraction of heat, on the branch that goes from the hot tank to the cold one.

A pesar de que actualmente éste sea el método preferido, el almacenamiento en un tanque convenientemente aislado, que está relleno de material sólido apropiadamente dispuesto, por ejemplo, en retículos de conformación de canales o en lechos de anillos, parece el más prometedor para abaratar costes, tanto de instalación como de operación y mantenimiento, que empiezan a ser un problema en los almacenamientos térmicos en circuitos de sales.Although this is currently the method preferred, storage in a conveniently insulated tank, which is filled with appropriately arranged solid material, by for example, in channel forming reticles or in beds of rings, seems the most promising to lower costs, both of installation as operation and maintenance, which begin to be a problem in thermal storage in circuits of you go out.

El mayor problema de estos almacenamientos de lechos de matrices sólidas, o mediante relleno, radica en la isotermalización interna que se produce cuando se ha aportado calor, lo cual resulta en que la temperatura del calor almacenado puede ser, y en general será, mucho menor que la temperatura del fluido que ha aportado el calor. Ello trae consigo una importante pérdida de energía, que es la variable relevante de cara a la producción del bien útil, como consecuencia del aumento de entropía, consustancial con la isotermalización.The biggest problem with these storage of beds of solid matrices, or by filling, lies in the internal isothermalization that occurs when it has been provided heat, which results in the stored heat temperature it can be, and in general will be, much lower than the temperature of the fluid that has brought heat. This brings with it an important loss of energy, which is the relevant variable for the production of the useful good, as a result of the increase in entropy,  consubstantial with isothermalization.

Este problema queda representado en una serie de documentos del estado de la técnica. En concreto, es muy representativa la solicitud de patente ya citada, US2008/0066736 A1, en cuya figura 4 puede verse un típico módulo de almacenamiento de energía térmica mediante una agregación de sólidos o relleno, por el seno del cual fluye el fluido calorífero, tanto en la fase de calentamiento del almacenamiento, como en la fase de extracción de calor. Dicho módulo puede ser utilizado en diversas localizaciones de una central solar, y eventualmente de una central multipropósito, como es la especificada en la solicitud de patente US2007/0220889 Al. Lo que es significativo es que dichos módulos de almacenamiento térmico comportan la redistribución, en toda la masa del relleno, de la energía térmica aportada por el gas, lo cual constituye el problema a resolver.This problem is represented in a series of State of the art documents. Specifically, it is very Representative patent application already cited, US2008 / 0066736 A1, in whose figure 4 a typical storage module can be seen of thermal energy through an aggregation of solids or filler, by  the sine from which the heating fluid flows, both in the phase of storage heating, as in the extraction phase of hot. This module can be used in various locations of a solar power plant, and eventually of a power plant multipurpose, as specified in the patent application US2007 / 0220889 Al. What is significant is that said modules of thermal storage involve redistribution, throughout the mass of the filling, of the thermal energy contributed by the gas, which It is the problem to solve.

Por ejemplo, si se supone que un gas aporta un millón de Julios a 500ºC, que el material del almacenamiento estaba inicialmente a 300ºC, que su calor específico es de 100 Julios por grado Celsius y kilogramo de masa, y que había mil kilogramos de material en total, al transferir el calor al material del almacenamiento, una vez finalizado el régimen transitorio de termotransferencia y alcanzado el equilibrio, la temperatura de éste sólo se habría incrementado en 10ºC, por lo que el almacenamiento quedaría a 310ºC, muy lejos de los 500ºC iniciales a los que estaba el gas. Aunque en toda fase de transferencia de calor se pierde temperatura, en estos casos se pierde demasiada.For example, if a gas is supposed to provide a million Joules at 500 ° C, that the storage material was initially at 300 ° C, its specific heat is 100 Joules per degree Celsius and kilogram of mass, and that there were a thousand kilograms of material in total, by transferring heat to the material of the storage, once the transitional regime of heat transfer and reached equilibrium, the temperature of this would only have increased by 10 ° C, so the storage would be at 310 ° C, far from the initial 500 ° C at the ones that was the gas. Although in every phase of transfer of heat is lost temperature, in these cases it is lost too much

Era por tanto deseable un dispositivo y un método que consiguiera un almacenamiento térmico de baja entropía basado en el calor sensible que puede absorber un conjunto de cuerpos, evitando los inconvenientes y las pérdidas existentes en los anteriores sistemas del estado de la técnica.A device and a device were therefore desirable. method that achieved low entropy thermal storage based on sensible heat that can be absorbed by a set of bodies, avoiding the inconveniences and losses existing in the prior art systems.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica mediante un procedimiento y un dispositivo de almacenamiento térmico de baja entropía, basado en el calor sensible que puede absorber un conjunto de cuerpos geométricos sólidos embebidos en un volumen acotado por el que puede fluir un fluido que transporta calor.The present invention solves the problems existing in the state of the art by a procedure and a low entropy based thermal storage device in the sensible heat that a set of bodies can absorb solid geometric embedded in a bounded volume by which you can flow a fluid that carries heat.

La invención consiste en compartimentar el almacenamiento de tal forma que la transferencia de calor no se haga al conjunto de la masa total disponible, sino a una fracción de ella, para no perder temperatura en exceso, y por ende perder mucha energía. El dispositivo de almacenamiento térmico de baja entropía objeto de la presente invención está basado en el calor sensible que puede absorber el citado conjunto de cuerpos geométricos sólidos embebidos en un volumen acotado por el que puede fluir el fluido calorífero.The invention consists in compartmentalizing the storage so that heat transfer is not make the whole of the total mass available, but to a fraction from it, so as not to lose excess temperature, and therefore lose Lots of energy. The low thermal storage device entropy object of the present invention is based on heat sensitive that can absorb the aforementioned set of bodies solid geometric embedded in a bounded volume by which The heating fluid can flow.

El dispositivo consta de tuberías colectoras de impulsión y retorno, y tuberías de conexión por las que fluye el fluido calorífico, más válvulas de apertura y cierre situadas en las tuberías de conexión, comprendiendo además compartimentos de almacenamiento de energía con su relleno, cuyo peso está soportado por un somier de apoyo del relleno, y estando además los compartimentos recubiertos por un material aislante.The device consists of collecting pipes of discharge and return, and connecting pipes through which the calorific fluid, plus opening and closing valves located in the connecting pipes, also comprising compartments of energy storage with its fill, whose weight is supported by a bed base of support of the filling, and being also the compartments covered by an insulating material.

El dispositivo de almacenamiento de energía se divide en compartimentos separados y aislados térmicamente entre sí, y con la rigidez de paredes que requieran las diferencias de presiones del caso en cuestión. De esta manera, el fluido calorífico fluye por los compartimentos en circuitos paralelos, pero no en serie, estableciéndose los flujos mediante la apertura o cierre de las válvulas de las tuberías de conexión de los compartimentos con los colectores generales de impulsión y retorno del fluido calorífero, teniendo registradores de temperaturas en ambos colectores del fluido, así como en el interior de cada compartimento, para aplicar el procedimiento que se explica después.The energy storage device is divide into separate and thermally insulated compartments between yes, and with the stiffness of walls that require the differences of pressures of the case in question. In this way, the calorific fluid flows through the compartments in parallel circuits, but not in series, establishing the flows by opening or closing the valves of the connection pipes of the compartments with general collectors of fluid delivery and return calorific, having temperature recorders in both fluid collectors, as well as inside each compartment, to apply the procedure explained after.

En otra configuración, los compartimentos del dispositivo de almacenamiento de energía, con su relleno, se disponen en una configuración concéntrica, embebidos uno dentro de otro, disponiendo cada compartimento de una pared interior y una pared exterior, excepto el primero, que sólo tiene la exterior, de modo que con carácter general la pared exterior de un compartimento más interior hace de pared interior del siguiente compartimiento exterior.In another configuration, the compartments of the Energy storage device, with its filling, will arranged in a concentric configuration, embedded one within another, each compartment having an interior wall and a exterior wall, except the first, which only has the exterior, of so that in general the outer wall of a compartment more interior makes interior wall of the next compartment Exterior.

Las paredes de los compartimentos de almacenamiento de energía constan de aislante térmico y tienen el espesor necesario en función de las presiones utilizadas. Cada compartimento de almacenamiento de energía está unido a los colectores de impulsión y retorno del fluido calorífero, al menos por una tubería en cada caso, con sus correspondientes válvulas de apertura y cierre del paso del fluido.The walls of the compartments of Energy storage consist of thermal insulator and have the thickness required depending on the pressures used. Every Energy storage compartment is attached to the supply and return manifolds of the heating fluid, at least for a pipe in each case, with its corresponding valves opening and closing of the fluid passage.

La eficacia de la invención mejora al aumentar el número de compartimentos de almacenamiento de energía, pero ello implica mayor coste de inversión, por las tuberías de conexión y las válvulas, lo cual se ha de valorar contra la mejora de prestaciones térmicas de la instalación ante un escenario previsible de transitorios de carga y descarga. En todo caso, la invención debe constar de, por lo menos, tres compartimentos, estando el primero de ellos destinado a acoger los transitorios más comunes, el segundo a suplementar el anterior de cara a los transitorios intermedios, y siendo el tercero para alcanzar la capacidad calorífica total que requiere el transitorio mayor, de diseño. En definitiva, el número de compartimentos del almacenamiento de energía debe aumentarse conforme se requieran mejores prestaciones térmicas del almacenamiento, y debe ser, por lo menos, igual a tres.The effectiveness of the invention improves with increasing the number of energy storage compartments, but it It implies higher investment cost, for the connection pipes and the valves, which must be assessed against the improvement of thermal performance of the installation in a predictable scenario of loading and unloading transients. In any case, the invention it must consist of at least three compartments, the first of them destined to host the most common transients, the second to supplement the previous one for the transitory intermediate, and being the third to reach capacity Total calorific required by the major transitory, design. In definitively, the number of storage compartments of energy should be increased as better performance is required thermal storage, and must be at least equal to three.

El procedimiento de almacenamiento térmico funciona con un transitorio de carga, un transitorio de descarga, y el periodo intermedio estacionario, salvo las pérdidas por fugas térmicas y la isotermalización interior.The thermal storage procedure works with a load transient, a download transient, and the intermediate stationary period, except for leakage losses thermal and internal isothermalization.

En el transitorio de carga, cuando se ha de acoger al fluido calorífero porque se ha de almacenar su energía térmica, se identifica cual es el compartimento de mayor temperatura, por debajo de la temperatura del fluido calorífero, y se han .de abrir sus válvulas de admisión y escape. Cuando dicho compartimento esté alcanzando una temperatura cercana a la del fluido, entre 10 y 20ºC por debajo de la del fluido, se han de abrir las válvulas del siguiente compartimento, y cerrar las del que había estado cargándose de calor, repitiéndose la operación tantas veces como sea necesaria mientras dure el transitorio.In the transitory load, when host the heating fluid because its energy has to be stored thermal, it is identified which is the largest compartment temperature, below the temperature of the heating fluid, and They have to open their intake and exhaust valves. When said compartment is reaching a temperature close to that of fluid, between 10 and 20ºC below that of the fluid, must be open the valves of the next compartment, and close those of the had been charging with heat, repeating the operation so many times as necessary for the duration of the transitory.

En la operación de descarga térmica del almacenamiento se parte de un fluido al cual hay que calentar, y se comienza por abrir las válvulas del compartimento que está a temperatura inmediatamente superior, al menos 10ºC por encima, que el fluido; operando así hasta que la temperatura del fluido se aproxime a esos 10ºC por debajo de la del compartimento, y se ha de abrir entonces el que esté a temperatura inmediatamente superior, cerrando el que estaba abierto, y repitiéndose la operación tantas veces como sea necesario mientras se requiere calentar el fluido, o hasta que el almacenamiento ya no pueda dar más calor, con las temperaturas que se requieren.In the thermal discharge operation of the storage is part of a fluid that must be heated, and start by opening the valves of the compartment that is at immediately higher temperature, at least 10 ° C above, that the fluid; operating like this until the fluid temperature is Approximately 10ºC below that of the compartment, and must be then open the one at an immediately higher temperature, closing the one that was open, and repeating the operation so many times as necessary while heating fluid is required, or until the storage can no longer give more heat, with the temperatures that are required.

Descripción de las figurasDescription of the figures

A continuación, para facilitar la comprensión de la invención, a modo ilustrativo pero no limitativo se describirá una realización de la invención que hace referencia a una serie de figuras.Then, to facilitate the understanding of the invention, by way of illustration but not limitation, will be described an embodiment of the invention that refers to a series of figures.

La figura 1 muestra un dispositivo de almacenamiento térmico de baja entropía según una realización particular de la invención, con cuatro compartimentos de almacenamiento, unidos a una tubería superior y a otra inferior, por donde circula el fluido calorífero que alimenta el almacenamiento y se nutre térmicamente de él, según los casos.Figure 1 shows a device of low entropy thermal storage according to one embodiment particular of the invention, with four compartments of storage, attached to an upper and a lower pipe, by where the heating fluid that feeds the storage circulates and It is thermally nourished by it, as appropriate.

La figura 2 muestra una realización alternativa del dispositivo de almacenamiento térmico objeto de la presente invención donde los distintos compartimentos de almacenamiento van embebidos uno dentro de otro, de forma concéntrica, estando la temperatura más alta en el compartimento más interno, y decreciendo hacia el exterior, de tal manera que se minimizan las pérdidas netas de calor.Figure 2 shows an alternative embodiment of the thermal storage device object of the present invention where different storage compartments go embedded inside each other, concentrically, the higher temperature in the innermost compartment, and decreasing outward, in such a way that losses are minimized net of heat.

La figura 3 representa una función de distribución estadística, anotándose en abscisas la energía térmica acarreada en un transitorio, y en ordenadas la frecuencia integrada.Figure 3 represents a function of Statistical distribution, thermal energy being recorded in abscissa carried in a transitory, and in ordinates the frequency integrated.

Esta función se emplea para guiar el dimensionamiento de los compartimentos, y escoger su número.This function is used to guide the compartment sizing, and choose their number.

En estas figuras se hace referencia a un conjunto de elementos que son:In these figures reference is made to a set of elements that are:

1.one.
compartimentos de almacenamiento de energíastorage compartments of Energy

2.2.
relleno del interior de los compartimentosfilling the inside of the compartments

3.3.
somier de apoyo del rellenosupport bed base

4.Four.
paredes internas de los compartimentosinternal walls of the compartments

5.5.
tubería de impulsión del fluido a los compartimentosfluid supply pipe to compartments

6.6.
tubería de retorno del fluidofluid return pipe

7.7.
válvulas de entradainlet valves

8.8.
válvulas de salidaoutlet valves

9.9.
tuberías de conexión de entradainlet connection pipes

10.10.
tuberías de conexión de salidaoutlet connection pipes

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Descripción de realizaciones preferentes de la invenciónDescription of preferred embodiments of the invention

Tal y como se puede apreciar en la figura 1, el dispositivo de almacenamiento térmico objeto de la presente invención consta de una tubería de conducción 5 que, en el modo de aportación de calor, conduce el fluido calorífico a los compartimentos 1 de almacenamiento de energía con un relleno 2. Unas tuberías de conexión 9 y unas válvulas 7 completan el circuito de entrada de fluido. El circuito se complementa con la tubería inferior 6, las tuberías de conexión 10 al colector inferior, y las válvulas 8 del colector inferior.As can be seen in Figure 1, the thermal storage device object of the present invention consists of a conduit pipe 5 which, in the mode of heat input, conducts the calorific fluid to the 1 energy storage compartments with a padding 2. Connecting pipes 9 and valves 7 complete the circuit fluid inlet The circuit is complemented with the pipe bottom 6, the connection pipes 10 to the bottom manifold, and the valves 8 of the lower manifold.

Los compartimentos 1 de almacenamiento de energía están provistos de un material de relleno 2, estando soportado su peso por un somier 3 de apoyo del relleno 2. Los compartimentos 1 están separados y aislados térmicamente entre sí por las paredes interiores 4, y con la rigidez de dichas paredes que requieran las diferencias de presiones del caso en cuestión.The storage compartments 1 of energy are provided with a filling material 2, being supported its weight by a base 3 of support of the filling 2. The compartments 1 are separated and thermally insulated from each other by the inner walls 4, and with the stiffness of said walls that require pressure differences of the case in question.

El fluido calorífico fluye por los compartimentos 1 en circuitos paralelos, pero no en serie, estableciéndose los flujos mediante la apertura o cierre de las válvulas 7, 8 de los compartimentos con los colectores generales de impulsión y retorno del fluido calorífero. En cada uno de los compartimentos 1 así como en los colectores del fluido existen dispositivos registradores de temperaturas para conocer el estado térmico del fluido en cada punto de la instalación; el conocimiento de este mapa térmico es básico para ver cómo se realiza el procedimiento de carga o descarga, según se verá posteriormente.The calorific fluid flows through the 1 compartments in parallel circuits, but not in series, establishing the flows by opening or closing the valves 7, 8 of the compartments with the general collectors of supply and return of the heating fluid. In each of the compartments 1 as well as in the fluid manifolds there are temperature recording devices to know the status thermal fluid at each point of the installation; knowledge of this thermal map is basic to see how the loading or unloading procedure, as will be seen later.

La figura 2 ilustra otra disposición geométrica preferente de la invención, según la cual los distintos compartimentos 1, de almacenamiento de energía, con su relleno 2 pueden `configurarse como tanques a presión cuando las condiciones del fluido así lo requieran, embebiendo los tanques uno dentro de otro, como solución óptima para reducir la entropía generada al almacenar el calor. Obsérvese que esta disposición es similar a la estructura de una cebolla con sus distintas capas. En esta disposición cada compartimento posee una pared interior y una pared exterior, excepto el primero, que carece de pared interior. En la realización de la figura 2 sólo se han representado tres compartimentos 1, pero se puede hacer una extrapolación para una invención de n compartimentos (n>3); se aprecia fácilmente que la pared exterior de un compartimento 1 más interior hace de pared interior del siguiente compartimiento 1 exterior. Las paredes de los distintos compartimentos 1 de almacenamiento de energía disponen del aislante térmico apropiado para minimizar las fugas térmicas y tienen el espesor necesario para soportar las presiones utilizadas en cada aplicación. Cada compartimento 1 está unido a los colectores de impulsión y retorno del fluido calorífero, al menos, por una tubería en cada caso, 9, 10, y cada una posee sus correspondientes válvulas 7, 8 de apertura y cierre del paso del fluido.Figure 2 illustrates another geometric arrangement preference of the invention, according to which the various compartments 1, energy storage, with its filling 2 They can be `configured as pressure tanks when conditions of the fluid as required, embedding the tanks one inside another, as an optimal solution to reduce the entropy generated by Store heat Note that this provision is similar to the structure of an onion with its different layers. In this layout each compartment has an interior wall and a wall exterior, except the first, which lacks interior wall. In the embodiment of figure 2 only three have been represented compartments 1, but extrapolation can be done for a invention of n compartments (n> 3); it is easily appreciated that the outer wall of an innermost compartment 1 acts as a wall inside of the next outer compartment 1. The walls of the different 1 energy storage compartments they have the appropriate thermal insulator to minimize leaks thermal and have the necessary thickness to withstand the pressures used in each application. Each compartment 1 is attached to the collectors of impulsion and return of the heating fluid, to the less, for a pipe in each case, 9, 10, and each one has its own corresponding valves 7, 8 opening and closing the passage of the fluid.

La invención se optimiza compartimentando el almacenamiento con tanques de tamaño apropiado a las dimensiones térmicas de la instalación y a los transitorios que se prevean en ésta, para evitar que la energía de muchos de esos transitorios se pierda por reducción de temperatura. La compartimentación debe hacerse con volúmenes dispuestos en paralelo, nunca en serie, respecto del flujo del fluido, y con las pertinentes válvulas para guiar dicho flujo exclusivamente por donde corresponda.The invention is optimized by compartmentalizing the storage with appropriate size tanks thermal of the installation and the transients that are foreseen in this one, to prevent the energy of many of these transients from lose by temperature reduction. The compartmentalization must be done with volumes arranged in parallel, never in series, regarding fluid flow, and with the relevant valves to guide said flow exclusively where appropriate.

El procedimiento de almacenamiento térmico funciona con un transitorio de carga, un transitorio de descarga, y el periodo intermedio estacionario, salvo las pérdidas por fugas térmicas y la isotermalización interior.The thermal storage procedure works with a load transient, a download transient, and the intermediate stationary period, except for leakage losses thermal and internal isothermalization.

El transitorio de carga está señalado por las flechas en negro en las figuras, y las flechas sin relleno señalan la dirección del fluido en la descarga térmica del almacenamiento.The transitory load is indicated by the black arrows in the figures, and the arrows without padding point the direction of the fluid in the thermal discharge of the storage.

Todos los compartimentos 1 del almacenamiento han de tener su registrador de temperatura. Cuando se ha de acoger al fluido calorífero porque se ha de almacenar su energía térmica, se ha de identificar cual es el compartimento 1 de mayor temperatura, por debajo de la temperatura del fluido calorífero, y se han de abrir sus válvulas de admisión y escape. Cuando dicho compartimento 1 esté alcanzando una temperatura cercana a la del fluido, entre 10 y 20ºC por debajo de la del fluido, se han de abrir las válvulas del siguiente compartimento, y cerrar las del que había estado cargándose de calor. La operación se repite tantas veces como es necesario mientras dure el transitorio.All storage compartments 1 They must have their temperature recorder. When to welcome to the heating fluid because its thermal energy has to be stored, It is necessary to identify which compartment 1 is the largest temperature, below the temperature of the heating fluid, and their intake and exhaust valves must be opened. When said compartment 1 is reaching a temperature close to that of fluid, between 10 and 20ºC below that of the fluid, must be open the valves of the next compartment, and close those of the He had been charging heat. The operation is repeated so many times as necessary while the transitory lasts.

En la operación de descarga térmica del almacenamiento se parte de un fluido al cual hay que calentar, y se comienza por abrir las válvulas del compartimento 1 que está a temperatura superior, al menos, 10ºC por encima, que el fluido. Cuando la temperatura del fluido se aproxime a esos 10ºC por debajo de la del compartimento 1, se ha de abrir el que esté a temperatura inmediatamente superior, cerrando el que estaba abierto. Así se repite la operación mientras se requiere calentar el fluido, o hasta que el almacenamiento ya no pueda dar más calor, con las temperaturas que se requieren. La invención se ha de dimensionar de acuerdo con los transitorios térmicos a los que haya que hacer frente en la instalación. Estos han de determinarse por especificaciones del diseño general de la instalación, o por hipótesis de su funcionamiento.In the thermal discharge operation of the storage is part of a fluid that must be heated, and start by opening the valves of compartment 1 that is at higher temperature, at least 10 ° C above, than the fluid. When the temperature of the fluid approaches those 10ºC below from that of compartment 1, the one at temperature must be opened immediately superior, closing the one that was open. Thus repeat the operation while it is required to heat the fluid, or until that the storage can no longer give more heat, with the temperatures that are required. The invention must be sized agreement with the thermal transients to be done front in the installation. These must be determined by specifications of the overall design of the installation, or by hypothesis of its operation.

En la figura 3 se representa una función de distribución estadística, anotándose en abscisas la Energía térmica acarreada en un transitorio, y en ordenadas la frecuencia integrada. En esta función, la curva da, para cada energía E, un valor de probabilidad, que es precisamente la probabilidad de que el transitorio acarree una Energía igual o inferior a la escogida. En tal sentido, hay una energía acarreada máxima, E_{M}, que es el tope de la función, y límite de los transitorios, y que sirve para dimensionar el total del almacenamiento, que está caracterizado por la masa M del relleno 2 total, de todos los compartimentos 1. Para determinar ésta hace falta conocer el calor específico C del material, y los valores de temperatura entre los que ha de operar el almacenamiento, que llamaremos T_{m} al mínimo, y T_{M} al máximo. Estos valores lógicamente vienen dados por el diseño de la instalación que se ha de atender con el almacenamiento. Especificado todo ello, la masa M es la que cumple la ecuación siguienteA function of Statistical distribution, thermal energy being recorded in abscissa carried in a transitory, and in ordinates the frequency integrated. In this function, the curve gives, for each energy E, a probability value, which is precisely the probability that the transitory one carries an Energy equal or inferior to the chosen one. In that sense, there is a maximum energy carried, E_ {M}, which is the  top of the function, and limit of the transients, and that serves to dimension the total storage, which is characterized by the mass M of the total filling 2, of all compartments 1. For determine this one needs to know the specific heat C of the material, and the temperature values between which the storage, which we will call T_ {m} to the minimum, and T_ {M} to maximum. These values are logically given by the design of the installation to be taken care of with storage. Specified all this, the mass M is the one that meets the equation next

E_{M} = C M (T_{M} - T_{m})E_ {M} = C M (T_ {M} - T_ {m})

El número de compartimentos 1 puede escogerse a voluntad, bajo el principio termodinámico de que, cuantos más compartimentos 1 se usen, menos energía se pierde, pues menos entropía se genera.The number of compartments 1 can be chosen at will, under the thermodynamic principle that, how many more 1 compartments are used, less energy is lost, less Entropy is generated.

En la figura 3, a título de mero ejemplo, se considera que hay cuatro compartimentos 1. En tal caso, se definen cuatro tramos de probabilidad, acotados por 25%, 50%, 75% y 100%, que a través de la función de distribución dan los valores correspondientes que indicamos a continuación:In figure 3, by way of example, considers that there are four compartments 1. In this case, they are defined four tranches of probability, bounded by 25%, 50%, 75% and 100%, that through the distribution function give the values corresponding as indicated below:

E_{1} = dimensionado térmico del primer compartimento.E_ {1} = thermal sizing of the first compartment

E_{2} = dimensionado de la suma de los dos primerosE_ {2} = dimensioning of the sum of the two first

E_{3} = dimensionado de la suma de los tres primerosE_ {3} = dimensioning of the sum of the three first

E_{M} = dimensionado total, ya especificado por la ecuación anterior.E_ {M} = total dimensioning, already specified by the previous equation.

Para el primer compartimento, su masa M_{1} vendría dada porFor the first compartment, its mass M_ {1} would be given by

E_{1} = C M_{1} (T_{M} - T_{m})E_ {1} = C M_ {1} (T_ {M} - T_ {m})

Y para el segundo, de masa M_{2}And for the second, of mass M_ {2}

E_{2} = C (M_{1} + M_{2}) (T_{M} - T_{m})E_ {2} = C (M_ {1} + M_ {2}) (T_ {M} - T_ {m})

Y así sucesivamente.And so on.

Queda por aclarar que este método de dimensionamiento no es obligado para que funcione la invención, que será asimismo útil si se elige otro criterio, como el de masas iguales de relleno en todos los compartimentos. No obstante, de conocerse la incidencia de los transitorios térmicos a los cuales atender, éste es el método aconsejado.It remains to be clarified that this method of sizing is not required for the invention to work, which it will also be useful if another criterion is chosen, such as mass Filling equals in all compartments. However, of know the incidence of thermal transients at which attend, this is the recommended method.

No deben confundirse las configuraciones descritas en esta invención con la cascada de almacenamientos térmicos por cambio de fase de diversas sustancias a diversas temperaturas, como las expuestas por ejemplo en el documento NREUSR-550-27925, ya citado, y en la cual cada almacenamiento es independiente, y están en serie todos ellos respecto del fluido que los calienta o enfría (según la fase de carga o descarga en la que se encuentren).The configurations should not be confused. described in this invention with the storage cascade thermal by phase change from various substances to various temperatures, such as those described for example in the document NREUSR-550-27925, already cited, and in which each storage is independent, and all are in series them with respect to the fluid that heats or cools them (depending on the phase of loading or unloading in which they are).

Tampoco cabe confundirlos con los almacenamientos de calor sensible, independientes entre sí, que se hacen en algunas instalaciones de cogeneración y poligeneración, con objeto de dedicar la energía térmica, a diversas temperaturas, a distintos fines, como puede ser generación de vapor, producción de frío por absorción, desalación y otros, pues en dicho caso, como se aprecia en la solicitud de patente US 2007/0220889 A1, donde los almacenamientos son independientes entre sí, no compartimentados interiormente, y ubicados en distintas partes de los circuitos de energía de la instalación general. Para cada uno de estos módulos de almacenamiento se puede y se debe aplicar la invención presentada, con objeto de reducir la entropía generada al transferir el calor del fluido calorífero al relleno.Nor can they be confused with sensible heat storage, independent of each other, which they do in some cogeneration and polygeneration facilities, in order to dedicate thermal energy, at various temperatures, to  different purposes, such as steam generation, production of cold by absorption, desalination and others, because in that case, as appreciate in the patent application US 2007/0220889 A1, where the storages are independent of each other, not compartmentalized internally, and located in different parts of the circuits of General installation energy. For each of these modules storage can and should be applied the presented invention, in order to reduce the entropy generated by heat transfer of the heating fluid to the filling.

Una vez descrita de forma clara la invención, se hace constar que las realizaciones particulares anteriormente descritas son susceptibles de modificaciones de detalle siempre que no alteren el principio fundamental y la esencia de la invención.Once the invention has been clearly described, notes that the particular realizations above described are subject to modifications of detail provided that do not alter the fundamental principle and the essence of the invention.

Claims (1)

1. Procedimiento para el almacenamiento térmico de baja entropía, que comprende1. Procedure for thermal storage low entropy, which includes - una primera etapa transitoria de carga térmica en un dispositivo de almacenamiento térmico de baja entropía que comprende al menos tres compartimentos (1) con relleno (2) que comprende un conjunto de cuerpos geométricos sólidos, los cuales absorben calor sensible de un fluido calorífico,- a first transitory stage of thermal load in a low entropy thermal storage device that comprises at least three compartments (1) with padding (2) that It comprises a set of solid geometric bodies, which absorb sensible heat from a calorific fluid, - una segunda etapa sustancialmente estacionaria, de almacenamiento térmico en los compartimentos (1),- a second stage substantially stationary, thermal storage in compartments (one), - y una tercera etapa transitoria de descarga térmica sobre un fluido a calentar por el relleno (2) de los compartimentos (1),- and a third transitory stage of discharge thermal over a fluid to be heated by the filling (2) of the compartments (1), dicho procedimiento para el almacenamiento térmico de baja entropía caracterizado porquesaid process for thermal storage of low entropy characterized in that - la primera etapa transitoria de carga térmica comprende a su vez las sub-etapas de- the first transitory stage of thermal load in turn includes the sub-stages of
--
identificación del compartimento (1) de mayor temperatura, por debajo de la temperatura del fluido caloríferocompartment identification (1) of higher temperature, below the fluid temperature heater
--
apertura de la válvula de entrada (7) y la válvula de salida (8) del compartimento (1) de mayor temperatura para el paso del fluido a través de éste,inlet valve opening (7) and the outlet valve (8) of the highest temperature compartment (1) for the passage of the fluid through it,
--
cierre de la válvula de entrada (7) y la válvula de salida (8) de dicho compartimento (1) cuando éste alcanza una temperatura situada entre 10 y 20ºC por debajo de la temperatura del fluido calorífero, y apertura de la válvula de entrada (7) y la válvula de salida (8) del siguiente compartimento (1), repitiéndose esta sub-etapa tantas veces como compartimentos (1) existen,closing of the inlet valve (7) and the outlet valve (8) of said compartment (1) when it reaches a temperature between 10 and 20 ° C below the temperature of the heating fluid, and opening of the inlet valve (7) and the outlet valve (8) of the next compartment (1), repeating this sub-stage as many times as compartments (1) exist,
- y porque la tercera etapa transitoria de descarga térmica comprende a su vez las sub-etapas de- and because the third transitory stage of thermal discharge includes the sub-stages from
--
identificación del compartimento (1) de menor temperatura, que esté al menos 10ºC por encima de la temperatura del fluido a calentar,compartment identification (1) of lower temperature, which is at least 10 ° C above the temperature of the fluid to be heated,
--
apertura de la válvula de entrada (7) y la válvula de salida (8) del compartimento (1) de menor temperatura que esté al menos 10ºC por encima de la temperatura del fluido a calentar, para el paso de dicho fluido a través de éste,inlet valve opening (7) and the outlet valve (8) of the lower temperature compartment (1) that is at least 10 ° C above the temperature of the fluid at heating, for the passage of said fluid through it,
--
cierre de la válvula de entrada (7) y la válvula de salida (8) del compartimento (1) cuando el fluido alcanza una temperatura de 10ºC menos que dicho compartimento (1), y apertura de la válvula de entrada (7) y la válvula de salida (8) del siguiente compartimento (1), que esté a temperatura superior, repitiéndose esta sub-etapa tantas veces como sea necesario para calentar el fluido, o hasta qué el dispositivo de almacenamiento térmico no pueda transmitir más calor al fluido.closing of the inlet valve (7) and the outlet valve (8) of the compartment (1) when the fluid reaches a temperature of 10 ° C less than said compartment (1), and opening of the valve inlet (7) and outlet valve (8) of the next compartment (1), which is at a higher temperature, repeating this sub-stage as many times as necessary to heat the fluid, or until the storage device thermal cannot transmit more heat to the fluid.
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