ES2955944T3 - Procedimiento de control de termoclina - Google Patents
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Abstract
La presente invención proporciona un método para operar un dispositivo de almacenamiento de energía térmica que comprende un cuerpo de fluido de transferencia de calor, comprendiendo dicho cuerpo de fluido de transferencia de calor una región de temperatura superior que comprende fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura superior a una temperatura umbral superior, una región de temperatura inferior que comprende fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo de una temperatura umbral inferior y una región termoclina que separa las regiones de temperatura superior e inferior y que comprende fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima de una temperatura umbral inferior y por debajo de una temperatura umbral superior, en el que durante la carga de la energía térmica dispositivo de almacenamiento, el fluido de transferencia de calor se elimina de la región termoclina del cuerpo de fluido de transferencia de calor y cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor que se elimina de la región termoclina del cuerpo de fluido de transferencia de calor aumenta por encima de una temperatura máxima, dicha transferencia de calor el fluido que se elimina se lleva a una temperatura igual o inferior a dicha temperatura máxima, en el que la temperatura máxima está por encima de la temperatura umbral inferior y/o en el que durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor se elimina de la región termoclina del cuerpo de fluido de transferencia de calor y cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor que se elimina de la región termoclina del cuerpo de fluido de transferencia de calor cae por debajo de una temperatura mínima, dicho fluido de transferencia de calor que se elimina se lleva a una temperatura igual o superior a dicho mínimo temperatura, en donde dicha temperatura mínima está por debajo de la temperatura umbral superior. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de control de termoclina
SECTOR TÉCNICO
La presente invención se refiere a un procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de calor que comprende un cuerpo de un fluido de transferencia de calor mediante el control del flujo del fluido de transferencia de calor desde y hacia la capa caliente superior, la capa fría inferior y la zona intermedia de termoclina del cuerpo de transferencia de calor durante la carga y descarga.
TÉCNICA ANTERIOR
Los dispositivos de almacenamiento de calor permiten que la energía térmica sea distribuible a partir de energía solar intermitente, cuya energía térmica puede ser utilizada a demanda para accionar múltiples procesos útiles, como por ejemplo para proporcionar electricidad mediante un motor térmico acoplado a un generador o proporcionar energía térmica para otras aplicaciones, tales como la producción de combustibles de hidrocarburos termoquímicos. Por lo tanto, es de esperar que los dispositivos de almacenamiento de calor desempeñen un papel importante en el futuro.
Últimamente, en particular, los dispositivos de almacenamiento de calor de un único tanque, como por ejemplo los dispositivos de almacenamiento de calor que utilizan un lecho compacto de un material de relleno de bajo coste en combinación con un fluido de transferencia de calor, han atraído un interés significativo porque son menos costosos que los sistemas de dos tanques.
Si bien estos dispositivos son atractivos desde la perspectiva del coste, adolecen de varios inconvenientes, tales como la degradación de la temperatura. La degradación de la temperatura, también conocida como degradación por termoclina, se refiere al aplanamiento de los gradientes de temperatura en los dispositivos de almacenamiento de calor durante el funcionamiento, es decir, como consecuencia de sucesivos ciclos de carga y descarga. La degradación de la termoclina tiene varias consecuencias negativas. Una es un aumento de la temperatura de salida del fluido de transferencia de calor (HTF) durante la carga con respecto a la temperatura de entrada durante la descarga y una disminución de la temperatura de salida del fluido de transferencia de calor durante la descarga con respecto a la temperatura de entrada durante la carga. Sin embargo, es deseable proporcionar una temperatura de salida constante con el fin de hacer funcionar el equipo de manera más eficiente al utilizar la energía térmica como, por ejemplo, en un motor térmico. Del mismo modo, es deseable además establecer una situación estable lo más rápidamente posible en aras de un funcionamiento eficiente del equipo de generación de energía. Otra consecuencia negativa de la degradación la termoclina es un factor de utilización limitado. Cuanto mayor sea el ancho de la zona de la termoclina, menor será el factor de utilización y mayor será el coste material específico del almacenamiento, es decir, el costo material por capacidad utilizada. De este modo la degradación de la termoclina hace que los dispositivos de almacenamiento de calor sean menos eficientes y más costosos.
Por lo tanto, existe la necesidad, tanto de aumentar el factor de utilización como de disminuir la anchura de la zona de termoclina en los dispositivos de almacenamiento de calor y, al mismo tiempo, proporcionar rápidamente una temperatura de salida constante para hacer funcionar el equipo utilizando la energía térmica con la máxima eficiencia lo antes posible.
El documento de Patente US 8554377 B2 da a conocer un procedimiento para optimizar una zona de la termoclina en un fluido de almacenamiento de energía térmica en el interior de un tanque de almacenamiento térmico. El método se basa en la extracción del fluido de transferencia de calor desde el tanque en la ubicación de la zona de la termoclina, agregando energía térmica al fluido de transferencia de calor extraído de la zona de la termoclina utilizando un intercambiador de calor y luego devolviendo el fluido de transferencia de calor al tanque en la ubicación por encima de la zona de la termoclina. Al hacer esto, la anchura de la zona de la termoclina se reduce y se incrementa el factor de utilización.
La Patente US 2012/118554 A1 da a conocer un procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica que comprende un cuerpo de un fluido de transferencia de calor, comprendiendo dicho cuerpo de fluido de transferencia de calor una zona de temperatura elevada que comprende fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura, una zona de temperatura baja que comprende fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura y una zona de termoclina que separa las zonas de temperatura alta y baja, y comprende un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral inferior de temperatura y por debajo del umbral superior de temperatura, en el que el fluido de transferencia de calor es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor se eleva por encima de una temperatura máxima, dicho fluido de
transferencia de calor que es extraído es llevado a una temperatura igual o menor que dicha temperatura máxima, en la que la temperatura máxima está por encima del umbral inferior de temperatura
La Patente FR 3020666 A1 da a conocer un dispositivo de almacenamiento de energía térmica que comprende un tanque, cuyo tanque comprende, al menos, una abertura superior, comprendiendo el tanque al menos una abertura inferior, comprendiendo el tanque al menos una abertura intermedia, y en el que el dispositivo de almacenamiento de energía térmica comprende además una pluralidad de válvulas capaces de regular el caudal a través, al menos, de la abertura superior, de al menos la abertura inferior, y de la abertura intermedia durante la carga y la descarga, donde al menos, la abertura inferior y la abertura intermedia están conectadas de forma fluida entre sí mediante conductos que permiten que la combinación del fluido de transferencia de calor que es extraído tanto de la zona de termoclina como de la zona de temperatura baja del cuerpo del fluido de transferencia de calor en una intersección de dichos conductos durante la carga, y en la que al menos la abertura superior y la abertura intermedia están conectadas de manera fluida entre sí mediante conductos de modo que permiten que la combinación del fluido de transferencia de calor sea extraído tanto de la zona de termoclina como de la zona de temperatura superior del cuerpo del fluido de transferencia de calor en la intersección de dichos conductos durante la descarga.
CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓN
La presente invención da a conocer un procedimiento novedoso para el funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica según la reivindicación 1, mediante el cual la zona de la termoclina puede ser controlada y el factor de utilización de almacenamiento puede ser aumentado adicionalmente. El procedimiento permite además mejorar la eficiencia de un motor térmico que convierta el calor del almacenamiento de energía térmica en energía mecánica, eléctrica o química proporcionando un flujo de salida que tiene constantemente una temperatura determinada.
Se ha encontrado que cuando el procedimiento anterior es llevado a cabo en el contexto de un dispositivo de almacenamiento térmico, es posible controlar con más precisión la tensión térmica experimentada por los sistemas asociados térmicamente con el dispositivo de almacenamiento térmico, como por ejemplo, motores térmicos o sistemas termoquímicos, mientras se reduce también la anchura de la termoclina en el cuerpo del fluido de transferencia de calor para garantizar un factor de utilización más elevado del tanque de un dispositivo de almacenamiento térmico.
La combinación de los fluidos de transferencia de calor se puede lograr, por ejemplo, combinando los fluidos de transferencia de calor en una intersección entre los conductos que transportan el respectivo fluido de transferencia de calor, es decir, en una unión en Y. El vórtice resultante en la intersección es en la mayoría de los casos suficiente para mezclar los fluidos de transferencia de calor que se combinan, pero se entiende que pueden estar dispuestos adicionalmente medios de mezclado en la intersección o más abajo de la intersección tales como, por ejemplo, elementos de mezcla estáticos.
Se ha hallado que cuando el procedimiento anterior es llevado a cabo en el contexto de un dispositivo de almacenamiento térmico, es posible controlar con mayor precisión la tensión térmica experimentada por los sistemas conectados térmicamente con el dispositivo de almacenamiento térmico, como por ejemplo motores térmicos o sistemas termoquímicos, al mismo tiempo que, también se reduce la anchura de la termoclina en el cuerpo del fluido de transferencia de calor para proporcionar una corriente de fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura predeterminada, es decir, una temperatura igual o inferior a la temperatura máxima para garantizar un factor de utilización más elevado del tanque de un dispositivo de almacenamiento térmico.
Se ha hallado que cuando el procedimiento anterior es llevado a cabo en el contexto de un dispositivo de almacenamiento térmico, es posible controlar con mayor precisión la tensión térmica experimentada por el dispositivo de almacenamiento térmico que contiene y hacer circular el fluido de transferencia de calor como un conjunto al mismo tiempo que también se reduce la anchura de la termoclina en el cuerpo del fluido de transferencia de calor para proporcionar una corriente de fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura predeterminada, es decir, una temperatura igual o inferior a la temperatura máxima para garantizar un factor de utilización más elevado del tanque de un dispositivo de almacenamiento térmico, ya que las corrientes del mismo cuerpo del fluido de transferencia de calor se combinan sin necesidad de utilizar fluido externo de transferencia de calor.
En una realización del procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica según un objetivo de la presente invención, durante la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y que tiene una temperatura por encima de la temperatura máxima es llevado a una temperatura igual o por debajo de dicha temperatura máxima combinando el fluido de transferencia de calor que se está extrayendo y que tiene una temperatura por encima de la temperatura máxima con el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo de la temperatura máxima mediante la
regulación del caudal de cualquiera de los flujos de transferencia de calor que están siendo combinados y/o durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y que tiene una temperatura por debajo de la temperatura mínima es llevado a una temperatura igual o superior a dicha temperatura mínima combinando el fluido de transferencia de calor que es extraído con el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima de la temperatura mínima mediante la regulación del caudal de cualquiera de los fluidos de transferencia de calor que se están combinando.
Se ha hallado que cuando el procedimiento anterior es llevado a cabo en el contexto de un dispositivo de almacenamiento térmico, es posible llevar la corriente combinada del fluido de transferencia de calor que se está extrayendo de la termoclina y el fluido de transferencia de calor que se está extrayendo de la zona de temperatura superior o inferior a la temperatura deseada únicamente regulando los caudales respectivos. Por lo tanto, permite reducir simultáneamente la anchura de la termoclina durante el ciclo del dispositivo de almacenamiento térmico y utilizar el fluido de transferencia de calor extraído de la termoclina y controlar la temperatura de la corriente combinada con el fin de mejorar la eficiencia global del dispositivo de almacenamiento térmico y de los sistemas asociados térmicamente como, por ejemplo, motores térmicos.
En una realización del procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica de según un objetivo de la presente invención, la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el caudal del fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de temperatura más baja que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de la temperatura es inferior al caudal del fluido de transferencia de calor que se agrega a la zona de temperatura elevada que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura, y/o la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el caudal del fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de temperatura elevada que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura es inferior al caudal del fluido de transferencia de calor que se agrega a la zona de temperatura baja que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura
Se ha hallado que cuando el procedimiento anterior es llevado a cabo en el contexto de un dispositivo de almacenamiento térmico, la anchura de la termoclina se puede reducir aún más (o se puede aumentar la inclinación de la termoclina) porque la parte de la termoclina por debajo de la abertura a través de la cual es extraído el fluido de transferencia de calor se desplazará más lentamente que la parte por encima de la abertura a través de la cual el fluido de transferencia de calor es extraído.
En una realización del procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica según un objetivo de la presente invención, durante la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de la termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y que tiene una temperatura por encima de la temperatura máxima es llevado a una temperatura que es igual o inferior a la temperatura máxima y es mantenido a dicha temperatura igual o inferior a la temperatura máxima, y/o durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de la termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y que tiene una temperatura por debajo de la temperatura mínima es llevado a una temperatura igual o por encima de la temperatura mínima y es mantenido a dicha temperatura igual o por encima de la temperatura mínima.
Se ha hallado que cuando el procedimiento anterior es llevado a cabo en el contexto del dispositivo de almacenamiento térmico, la tensión mecánica resultante de la expansión térmica de diferentes materiales puede ser reducida al nivel del dispositivo de almacenamiento térmico y, en particular, al nivel de los equipos de más abajo, tales como los conductos. Además, un suministro constante de fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura determinada aumenta la eficiencia de los sistemas que están conectados térmicamente al dispositivo de almacenamiento térmico.
En una realización del procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica según un objetivo de la presente invención, durante la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de la termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y que tiene una temperatura por encima de la temperatura máxima es llevado a una primera temperatura como punto de referencia que es igual o inferior a la temperatura máxima y a continuación es llevado a una segunda temperatura de referencia igual o inferior a la temperatura máxima, con la condición de que los primer y segundo puntos de referencia de la temperatura sean diferentes, y/o que durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y que tiene una temperatura por debajo de la temperatura mínima es llevado a una primera temperatura como punto de referencia que es igual o superior a la temperatura mínima y a continuación es llevado a una segunda temperatura de referencia que es igual o superior a la temperatura mínima, con la condición de que la primera y la segunda temperatura de referencia sean diferentes.
Se ha hallado que cuando el procedimiento anterior es llevado a cabo en el contexto de un dispositivo de almacenamiento térmico, es posible aumentar más la eficiencia de un sistema conectado térmicamente al dispositivo de almacenamiento de calor térmico, dado que existen sistemas que se basan en una temperatura no constante, sino en un cierto perfil de temperatura en el cual, por ejemplo, la temperatura varía entre dos temperaturas de referencia o incluso tres o más temperaturas de referencia. Se entiende que las dos temperaturas de referencia en una realización pueden corresponder a un valor máximo y un valor mínimo de la temperatura, respectivamente, de un perfil de temperatura oscilante.
En una realización del procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica según un objetivo de la presente invención, el cuerpo del fluido de transferencia de calor comprende o consiste esencialmente de un estado supercrítico o subcrítico. Un ejemplo de un fluido de transferencia de calor subcrítico son las sales fundidas, que son utilizadas habitualmente en dispositivos de almacenamiento térmico. En el caso de que el fluido de transferencia de calor sea un gas, tal como gas inerte, nitrógeno o aire, el factor de utilización se puede incrementar siete veces cuando se lleva a cabo el procedimiento según la presente invención en comparación con un procedimiento en el que no se realiza el control de la termoclina.
En una realización del procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica según un objetivo de la presente invención, durante la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor es extraído de la zona de la termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de la termoclina del cuerpo de fluido de transferencia de calor se eleva por encima de la temperatura máxima, dicho fluido de transferencia de calor que es extraído es llevado a una temperatura igual o por debajo de dicha temperatura , en el que la temperatura máxima está por encima del umbral inferior de temperatura y en el que dicho procedimiento es repetido posteriormente una o más veces durante la carga, y se repite preferentemente posteriormente una o varias veces hasta que el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura está esencialmente agotado y/o durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor es extraído de la zona de la termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de la termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor desciende por debajo de una temperatura mínima, dicho fluido de transferencia de calor que es extraído es llevado a una temperatura igual o por encima de dicha temperatura mínima, en que la temperatura mínima está por debajo del umbral superior de temperatura y en que dicho procedimiento es repetido posteriormente una o varias veces durante la descarga, y es repetido posteriormente preferentemente una o varias veces hasta que el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura es esencialmente agotado.
Se ha hallado que cuando el procedimiento anterior es llevado a cabo en el contexto de un dispositivo de almacenamiento térmico, es posible controlar esencialmente de forma continua la anchura de la termoclina y, por lo tanto, aumentar aún más el factor de utilización. Si bien el número de aberturas necesarias en el dispositivo de almacenamiento de energía térmica también debe ser aumentado para repetir posteriormente el procedimiento de control de la anchura de la termoclina durante la carga y la descarga a medida que la termoclina se desplaza hacia abajo y hacia arriba en el tanque del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, se ha hallado que cuando el procedimiento es llevado a cabo dos, tres o cuatro veces, es decir, repetido posteriormente una, dos o tres veces, el aumento del factor de utilización justifica fácilmente el coste añadido de más aberturas.
En una realización del procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica según un objetivo de la presente invención, el dispositivo de almacenamiento de energía térmica está conectado térmicamente, de manera que permite un intercambio de energía térmica, a un sistema capaz de utilizar al menos parcialmente y/o convertir la energía térmica comprendida en el fluido de transferencia de calor que tenga una temperatura igual o menor que la temperatura máxima de salida durante la carga y/o que tenga una temperatura igual o mayor que la temperatura mínima de salida durante la descarga en otra forma de energía, preferentemente un sistema capaz de convertir la energía térmica en energía mecánica o en energía química, o en un estado de mayor o menor energía térmica. En una realización, el almacenamiento de energía térmica puede ser conectado térmicamente a un sistema para la recuperación de la energía térmica, como por ejemplo en una planta siderúrgica o en una fábrica de papel. En una planta siderúrgica, se puede recuperar mucha energía almacenando la energía térmica liberada por un alto horno o por el metal incandescente, lo que reduce el consumo y el coste de la energía. En una realización, el dispositivo de almacenamiento de energía térmica puede estar conectado térmicamente a un colector solar térmico o un receptor solar. Durante la carga, el flujo resultante de la combinación del fluido de transferencia de calor que es extraído tanto de la zona de termoclina como de la zona de baja temperatura del cuerpo del fluido de transferencia de calor es dirigido a un colector solar térmico o un receptor solar para llevarlo a una temperatura superior al umbral superior de temperatura y devuelto a la zona de temperatura elevada del cuerpo del fluido de transferencia de calor en el dispositivo de almacenamiento de energía térmica.
Otro objetivo de la presente invención es dar a conocer un dispositivo de almacenamiento de energía térmica
según la reivindicación 10.
Es otro objetivo de la presente invención dar a conocer un dispositivo de almacenamiento de energía térmica según la reivindicación 11.
El dispositivo de almacenamiento de energía térmica según un objetivo de la presente invención puede ser utilizado de este modo para lograr una salida de fluido de transferencia de calor durante la carga y la descarga, cuya salida tendrá una temperatura constante debido a que el caudal está controlado en cada una de las aberturas. En concreto, en el caso en que el dispositivo de almacenamiento de energía térmica comprende una pluralidad de n tanques, siendo n el número de tanques y comprendiendo n-1 aberturas intermedias controladas mediante válvulas conectadas de manera fluida a los conductos entre tanques adyacentes, se considera que el fluido de transferencia de calor puede ser extraído sin provocar una significativa de turbulencia en el cuerpo del fluido de transferencia de calor, dado que la extracción del fluido de transferencia de calor de un conducto, que tiene un diámetro significativamente reducido con respecto al tanque da resultado y a través del cual el fluido de transferencia de calor es canalizado da como resultado menos turbulencia. Además, el uso de aberturas intermedias en los conductos es implementado más fácilmente que las aberturas intermedias en el tanque en términos de diseño del tanque.
En una realización del dispositivo de almacenamiento de energía térmica según un objetivo de la presente invención, el dispositivo de almacenamiento de energía térmica comprende además una unidad de control capaz de controlar la pluralidad de válvulas capaces de regular el caudal a través de, al menos, cada abertura superior, al menos una abertura inferior y al menos una abertura intermedia y configuradas para controlar dichas válvulas para llevar a cabo el procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica según cualquiera de los procedimientos de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica descritos anteriormente.
El dispositivo de almacenamiento de energía térmica según la realización anterior puede, por tanto, ser usado para implementar cualquiera de los procedimientos de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica descritos anteriormente, usando una unidad de control configurada para controlar en consecuencia el caudal hacia las intersecciones respectivas. Se entiende que para lograr el control de temperatura del fluido de transferencia de calor que sale de la intersección controlando el caudal a través de las aberturas, la temperatura más abajo de la intersección o en las respectivas aberturas o en ambos sitios es determinada y recibida por la unidad de control de modo que el caudal puede ser controlado en función de la temperatura determinada por los sensores.
En una realización del dispositivo de almacenamiento de energía térmica según un objetivo de la presente invención, el dispositivo de almacenamiento de energía térmica comprende además un conducto capaz de desviar el dispositivo de almacenamiento de energía térmica durante la carga y/o la descarga.
Por tanto, el dispositivo de almacenamiento de energía térmica según la realización anterior puede ser utilizado incluso después de que el dispositivo de almacenamiento de energía térmica haya sido llenado con fluido de transferencia de calor que tenga una temperatura por encima del umbral superior de temperatura o llenado con fluido de transferencia de calor que tenga una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura, desviando el dispositivo de almacenamiento de energía térmica y redireccionando más fluido de transferencia de calor que tenga una temperatura por encima del umbral superior de temperatura o fluido de transferencia de calor que tenga una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura directamente hacia un sistema conectado térmicamente al dispositivo de almacenamiento de energía térmica.
En una realización del dispositivo de almacenamiento de energía térmica según un objetivo de la presente invención, el tanque comprende al menos dos o más de dos, tres o más de tres, o cuatro o más de cuatro, aberturas intermedias para extraer un fluido de transferencia de calor de la zona del tanque correspondiente a la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la carga y/o la descarga, cuyas aberturas intermedias están preferentemente espaciadas uniformemente entre sí tanto a lo largo de la dirección del flujo del fluido de transferencia de calor durante la carga como a lo largo de una dirección vertical.
El dispositivo de almacenamiento de energía térmica según la realización anterior puede, por lo tanto, ser usado de manera más eficiente, dado que más aberturas intermedias para eliminar un fluido de transferencia de calor de la zona del tanque correspondiente a la zona de termoclina significan que la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor puede ser reducida en anchura a múltiples alturas del tanque a medida que se desplaza a través del tanque durante la carga/descarga, cuyo fluido puede luego ser combinado con el fluido de transferencia de calor de la zona del tanque correspondiente a la zona inferior durante la carga y con el fluido de transferencia de calor de la zona del tanque correspondiente a la región superior durante la descarga.
En una realización del dispositivo de almacenamiento de energía térmica según un objetivo de la presente
invención, el tanque comprende un lecho compacto de sólidos como por ejemplo grava o esferas de material inorgánico. Alternativamente, también se puede usar un lecho compacto de material de cambio de fase encapsulado.
Otras realizaciones de la invención se establecen en las reivindicaciones dependientes.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
A continuación se describen realizaciones preferentes de la invención con referencia a los dibujos, los cuales son para fines de ilustrar las realizaciones preferidas de la invención y no con el propósito de limitar la misma. En los dibujos:
La figura 1 muestra una representación esquemática del funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento térmico en el cual la termoclina es controlada mediante una extracción única de la termoclina usando una abertura situada a media altura entre la abertura superior e inferior. La línea negra continua representa la termoclina resultante del control por extracción de termoclina, mientras que la línea de trazos corresponde a la termoclina resultante de una falta de control en el mismo instante, (a) muestra la carga del dispositivo de almacenamiento térmico inmediatamente antes de cambiar a la extracción de la termoclina a través de la abertura intermedia, (b) muestra la carga del dispositivo de almacenamiento térmico inmediatamente después de cambiar a la extracción del fluido de transferencia de calor a través de la abertura inferior, (c) muestra la descarga del dispositivo de almacenamiento térmico inmediatamente antes de cambiar a la extracción de la termoclina a través de la abertura intermedia, (d) muestra la descarga del dispositivo de almacenamiento térmico inmediatamente después de cambiar a la extracción del fluido de transferencia de calor a través de la abertura superior.
La figura 2 muestra una representación esquemática del funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento térmico en el cual la termoclina es controlada mediante una inyección única del fluido de transferencia de calor desde la zona de temperatura superior en la termoclina usando una abertura situada a media altura entre la abertura superior e inferior. La línea negra continua representa la termoclina resultante del control por inyección de la termoclina mientras que la línea de trazos corresponde a la termoclina resultante de una falta de control en el mismo instante, (a) muestra la carga del dispositivo de almacenamiento térmico inmediatamente antes de cambiar a la inyección en la termoclina a través de la abertura intermedia, (b) muestra la carga del dispositivo de almacenamiento térmico inmediatamente después de cambiar a la inyección de la termoclina a través de la abertura intermedia, (c) muestra la descarga del dispositivo de almacenamiento térmico inmediatamente antes de cambiar a la inyección en la termoclina a través de la abertura intermedia, (d) muestra la descarga del dispositivo de almacenamiento térmico inmediatamente después de cambiar a la inyección en la termoclina a través de la abertura intermedia.
La figura 3 muestra una representación esquemática del funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento térmico en el cual la termoclina es controlada mediante una mezcla de fluido de transferencia de calor de la zona de temperatura baja con fluido de transferencia de calor de la zona de termoclina mediante la extracción del fluido de transferencia de calor de la zona de termoclina utilizando una abertura situada a media altura entre la abertura superior e inferior y combinándolo con el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de temperatura baja. La línea negra continua representa la termoclina resultante del control por mezclado, mientras que la línea de trazos corresponde a la termoclina resultante de la falta de control en el mismo instante, (a) muestra la carga del dispositivo de almacenamiento térmico inmediatamente antes de cambiar a la extracción de fluido de transferencia de calor de la termoclina a través de la abertura intermedia, (b) muestra la carga del dispositivo de almacenamiento térmico inmediatamente después de cambiar a la extracción del fluido de transferencia de calor de la termoclina a través de la abertura intermedia y combinándolo con el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de temperatura baja en una intersección, (c) muestra la descarga del dispositivo de almacenamiento térmico inmediatamente antes de cambiar a la extracción del fluido de transferencia de calor de la termoclina a través de la abertura intermedia, (d) muestra la descarga del dispositivo de almacenamiento térmico inmediatamente después de cambiar a la extracción del fluido de transferencia de calor de la termoclina a través de la abertura intermedia y combinarlo con el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de temperatura elevada. La figura 4 muestra una representación esquemática del funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento térmico en el cual la termoclina no está controlada. La línea de trazos corresponde a la termoclina durante la carga (a) y la descarga (b).
La figura 5 muestra la evolución temporal de los caudales (línea de trazos) y la temperatura (línea negra continua) en las aberturas superior, intermedia e inferior de un dispositivo de almacenamiento térmico en el cual la termoclina es controlada mediante la mezcla de fluidos de transferencia de calor, que funciona durante la carga (izquierda) en el caso en que el dispositivo de almacenamiento térmico tenga una abertura intermedia situada a media altura entre la abertura superior e inferior. A medida que la termoclina descendente pasa por la abertura intermedia, la temperatura del fluido de transferencia de calor que es
extraído a través de la abertura intermedia aumenta y el caudal se reduce. Al mismo tiempo, el caudal del fluido de transferencia de calor que es extraído a través de la abertura inferior aumenta para proporcionar una salida combinada que tiene una temperatura constante y funciona durante la descarga (derecha) en el caso en que el dispositivo de almacenamiento térmico tenga una abertura intermedia situada a media altura entre la abertura superior e inferior. A medida que la termoclina ascendente pasa por la abertura intermedia, la temperatura del fluido de transferencia de calor que es extraído a través de la abertura intermedia baja y el caudal se reduce. Al mismo tiempo, el caudal del fluido de transferencia de calor que se extrae a través de la abertura superior aumenta para proporcionar un flujo de salida combinado que tiene una temperatura constante.
La figura 6 muestra la evolución temporal de los caudales (línea de trazos) y la temperatura (línea negra continua) en las aberturas superior, intermedia e inferior de un dispositivo de almacenamiento térmico en el cual la termoclina es controlada mediante la mezcla de fluidos de transferencia de calor, funcionando durante la carga (izquierda) y descarga (derecha) en el caso en que el dispositivo de almacenamiento térmico tenga tres aberturas intermedias situadas entre la abertura superior y la inferior.
La figura 7 muestra la evolución de la termoclina al final de sucesivos ciclos de carga y descarga en los que la termoclina es controlada mediante extracción, inyección y mezcla de fluidos de transferencia de calor utilizando tres aberturas intermedias espaciadas a lo largo de la dirección vertical, así como la evolución de la termoclina al final de sucesivos ciclos de carga y descarga en los que la termoclina no está controlada (Sin TCC) como comparación. Como se puede apreciar, no sólo se alcanza rápidamente un estado estable en el que el control de la termoclina es monitorizado mediante la mezcla de fluidos de transferencia de calor, sino que también la termoclina es mantenida más alta que en el control de la termoclina mediante extracción o inyección. En consecuencia, el factor de utilización se maximiza cuando el control de la termoclina es monitorizado mediante la mezcla de fluidos de transferencia de calor.
La figura 8 muestra la evolución temporal de la temperatura de salida durante la carga en el estado cuasi estacionario para cada una de las variantes de control de la termoclina (línea continua) en el caso en que el dispositivo de almacenamiento térmico tiene tres aberturas intermedias situadas entre la abertura superior e inferior. Como se puede apreciar, cuando el control de la termoclina es monitorizado mediante la mezcla de fluidos de transferencia de calor, se suprime la variación de temperatura y se puede mantener la temperatura establecida.
La figura 9 muestra la evolución temporal de la temperatura de salida durante la descarga en estado cuasi estacionario para cada una de las variantes de control de la termoclina (línea continua) en el caso en que el dispositivo de almacenamiento térmico tiene tres aberturas intermedias situadas entre la abertura superior e inferior. Como se puede apreciar, cuando la termoclina es controlada mediante la mezcla de fluidos de transferencia de calor, se suprime la variación de temperatura y se puede mantener una temperatura determinada.
La figura 10 muestra un dispositivo de almacenamiento de energía térmica durante la carga y la descarga según una realización de la presente invención, que comprende un tanque (1) para contener un cuerpo de fluido de transferencia de calor, que tiene una abertura superior (2) para agregar un fluido de transferencia de calor al cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la carga y para extraer fluido de transferencia de calor del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la descarga, teniendo una abertura inferior (3) para extraer un fluido de transferencia de calor de la zona de temperatura baja del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la carga y agregar un fluido de transferencia de calor al cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la descarga, teniendo tres aberturas intermedias (4, 4’, 4’’) para extraer un fluido de transferencia de calor del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la carga o la descarga y estando dispuestas entre la abertura superior (2) y la abertura inferior (3), y tres válvulas (5, 5’, 5’’) capaces de regular el caudal a través de las tres aberturas intermedias durante la carga y descarga, así como dos válvulas (6, 6’) que permiten conectar selectivamente de forma fluida las aberturas intermedias con la abertura superior o la inferior a través de los conductos o para desviar el tanque, y dos válvulas (7, 7’) capaces de regular el flujo a través de las aberturas superior e inferior (2, 3). Durante la carga, la válvula (7) está abierta, la válvula (6) está cerrada y la válvula (6’) está abierta, y las válvulas (5, 5’, 5”) se abren individual y sucesivamente a medida que la zona de termoclina se desplaza hacia abajo para extraer fluido de transferencia de calor de la zona de termoclina y combinarlo con el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de temperatura baja a través de la abertura inferior (3). Controlando el flujo a través de las válvulas (5, 5’, 5” y 7’), la temperatura del fluido de transferencia de calor más abajo de la intersección (8’) resultante de la combinación del fluido de transferencia de calor de la zona de termoclina y la zona de temperatura baja del cuerpo del fluido de transferencia de calor puede ser controlada. Durante la descarga, la válvula (7’) está abierta, la válvula (6’) está cerrada y la válvula (6) está abierta, y las válvulas (5, 5’, 5”’) se abren individual y sucesivamente a medida que la zona de la termoclina se desplaza hacia arriba y más allá de las aberturas intermedias (4, 4’, 4”) para eliminar el fluido de transferencia de calor de la zona de la termoclina y combinarlo con el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de temperatura elevada a través de la abertura superior (2). Controlando el flujo a través de las válvulas (5, 5’, 5” y 7), la
temperatura del fluido de transferencia de calor más abajo de la intersección (8) resultante de la combinación del fluido de transferencia de calor de la zona de termoclina y la zona de temperatura elevada del cuerpo del fluido de transferencia de calor puede ser controlada. En cada caso, las flechas indican la dirección del flujo del fluido de transferencia de calor.
La figura 11 muestra un dispositivo de almacenamiento de energía térmica durante la carga y descarga de acuerdo con una realización de la presente invención, que comprende tres tanques (1) para contener un cuerpo de fluido de transferencia de calor, que tienen una abertura superior (2) para agregar un fluido de transferencia de calor al cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la carga y para extraer un fluido de transferencia de calor del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la descarga, teniendo una abertura inferior (3) para extraer un fluido de transferencia de calor de la zona de baja temperatura del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la carga y añadir un fluido de transferencia de calor al cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la descarga, teniendo tres aberturas intermedias (4, 4’, 4”) para extraer un fluido de transferencia de calor del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la carga o descarga y estando cada una dispuesta entre dos tanques contiguos, y tres válvulas (5, 5’, 5”) capaces de regular el caudal a través de las tres aberturas intermedias durante la carga y la descarga, así como dos válvulas ( 6, 6’) que permiten conectar selectivamente de forma fluida las aberturas intermedias con la abertura superior o inferior a través de los conductos o desviar los tanques, y dos válvulas (7, 7’) capaces de regular el caudal a través de las aberturas superior e inferior (2, 3). Durante la carga, la válvula (7) está abierta, la válvula (6) está cerrada y la válvula (6’) está abierta, y las válvulas (5, 5’, 5”) se abren individual y sucesivamente a medida que la zona de la termoclina se desplaza hacia abajo y más allá de las aberturas intermedias (4, 4’, 4”) para extraer fluido de transferencia de calor de la zona de la termoclina y combinarlo con fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de baja temperatura a través de la abertura inferior (3). Mediante el control del flujo a través de las válvulas (5, 5’, 5”) y la válvula (7’), la temperatura del fluido de transferencia de calor más abajo de la intersección (8’) resultante de la combinación del fluido de transferencia de calor de la zona de la termoclina y la zona de baja temperatura del cuerpo del fluido de transferencia de calor puede ser controlada. Durante la descarga, la válvula (7’) está abierta, la válvula (6’) está cerrada y la válvula (6) está abierta, y las válvulas (5, 5’, 5”’) se abren individual y sucesivamente a medida que la zona de la termoclina se desplaza hacia arriba y más allá de las aberturas intermedias (4, 4’, 4”) para extraer el fluido de transferencia de calor de la zona de la termoclina y combinarlo con fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de temperatura elevada a través de la abertura superior (2). Mediante el control del flujo a través de las válvulas (5, 5’, 5”) y la válvula (7), la temperatura del fluido de transferencia de calor más abajo de la intersección (8) resultante de la combinación del fluido de transferencia de calor de la zona de la termoclina y la zona de temperatura elevada del cuerpo del fluido de transferencia de calor puede ser controlada. En cada caso, las flechas indican la dirección del flujo del fluido de transferencia de calor.
DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES PREFERENTES
En el contexto de la presente invención, el término “carga” del dispositivo de almacenamiento de energía térmica significa que el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura es añadido al cuerpo del fluido de transferencia de calor, y a la inversa, el término “descarga” del dispositivo de almacenamiento de energía térmica significa que el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura es añadido al cuerpo del fluido de transferencia de calor.
Es un objetivo de la presente invención dar a conocer un procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica que comprende un cuerpo de fluido de transferencia de calor, comprendiendo dicho cuerpo del fluido de transferencia de calor una zona de temperatura elevada que comprende un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura, una zona de baja temperatura que comprende un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura y una zona de termoclina que separa las zonas de temperatura elevada y baja y comprende fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral inferior de temperatura y por debajo del umbral superior de temperatura, en que durante la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor sube por encima de una temperatura máxima, dicho fluido de transferencia de calor que es extraído es llevado a una temperatura igual o por debajo de dicha temperatura máxima combinando el fluido de transferencia de calor que se extrae y que tiene una temperatura por encima de una temperatura máxima con el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral de temperatura inferior, cuyo fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura proviene de la zona de temperatura baja del cuerpo del fluido de transferencia de calor, en el que la temperatura máxima está por encima del umbral inferior de temperatura y/o en el que durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y cuando la temperatura del fluido de
transferencia de calor que es extraído de la zona de a termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor desciende por debajo de una temperatura mínima, dicho fluido de transferencia de calor que es extraído es llevado a una temperatura igual o por encima de dicha temperatura mínima combinando el fluido de transferencia de calor que es extraído y que preferentemente tiene una temperatura por debajo de una temperatura mínima con el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura, cuyo fluido de transferencia de calor es obtenido de la zona de temperatura elevada del cuerpo del fluido de transferencia de calor, en que dicha temperatura mínima está por debajo del umbral superior de temperatura. En la mayoría de casos, la zona de temperatura elevada que comprende el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura y la zona de temperatura baja que comprende el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura están separados por una zona de termoclina, en dirección vertical, es decir, la zona de temperatura elevada está situada por encima de la zona de termoclina y la zona de temperatura baja está situada por debajo la zona de termoclina. Durante la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina es llevado a una temperatura igual o por debajo de dicha temperatura máxima, por ejemplo, dirigiendo dicho fluido a un intercambiador de calor, por ejemplo, es decir, sin combinar o mezclar dicho fluido con un fluido que tenga una temperatura baja y se alcanza una temperatura igual o inferior a dicha temperatura máxima, entonces dicho fluido entra en contacto térmico con un sistema capaz de convertir la energía térmica en otro tipo de energía como, por ejemplo, un motor térmico.
Se entiende que en general, las aberturas en el dispositivo de almacenamiento de energía térmica pueden ser de cualquier forma y preferentemente en forma de puertos, y más preferentemente son puertos que pueden ser controlados con respecto al caudal. Los puertos pueden ser controlados con respecto al caudal dotando los puertos directamente con válvulas o colocando válvulas más abajo del puerto. Además, se entiende que en general, el dispositivo de almacenamiento de energía térmica puede estar equipado con uno o más sensores de temperatura, ya sea colocados separadamente en la dirección vertical del tanque del almacenamiento de energía térmica o integrados en las aberturas del dispositivo de almacenamiento de energía térmica.
Además, se entiende que en general, las aberturas que pueden ser controladas con respecto al caudal, y los sensores de temperatura están conectados y pueden ser controlados mediante una unidad de control del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, cuya unidad de control es capaz de llevar a cabo el procedimiento según la presente invención.
Además, se entiende que en general, el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la carga y/o la descarga puede o no ser devuelto al cuerpo del fluido de transferencia de calor, y puede ser devuelto tanto directa como indirectamente. En algunas realizaciones, el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina durante la carga puede ser devuelto a la zona de temperatura elevada del cuerpo del fluido de transferencia de calor mientras que el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina durante la descarga puede ser devuelto a la zona de temperatura baja del cuerpo del fluido de transferencia de calor. En general, antes de que el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de la termoclina sea devuelto al cuerpo del fluido de transferencia de calor, el fluido de transferencia de calor puede ser dirigido a un dispositivo capaz de utilizar o mejorar la energía térmica comprendida en el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina, como por ejemplo un colector solar térmico o un receptor solar en el caso de carga.
En una realización preferente, el dispositivo de almacenamiento térmico adecuado para ser utilizado en un procedimiento para hacer funcionar un dispositivo de almacenamiento de energía térmica comprende un tanque para contener el cuerpo del fluido de transferencia de calor, cuyo tanque está equipado con, al menos, una abertura superior para permitir que el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura sea añadido a la zona de temperatura elevada del cuerpo del fluido de transferencia de calor que comprende el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura, por ejemplo, durante la carga del dispositivo de almacenamiento térmico. En consecuencia, durante la descarga del dispositivo de almacenamiento térmico, al menos la abertura superior es utilizada para permitir que el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura sea extraído de la zona de temperatura elevada del cuerpo de fluido de transferencia de calor que comprende el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura. El tanque también puede comprender una pluralidad de aberturas superiores, cuyas aberturas superiores pueden estar dispuestas preferentemente a la misma altura en dirección vertical o en la dirección del flujo del fluido de transferencia de calor que está siendo añadido o extraído.
En una realización preferente, el dispositivo de almacenamiento térmico adecuado para ser utilizado en un procedimiento para hacer funcionar un dispositivo de almacenamiento de energía térmica comprende un tanque para contener el cuerpo del fluido de transferencia de calor, cuyo tanque está equipado con, al menos,
una abertura inferior para permitir que el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura sea extraído de la zona de baja temperatura del cuerpo del fluido de transferencia de calor que comprende un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura, por ejemplo, durante la carga del dispositivo de almacenamiento térmico. En consecuencia, durante la descarga del dispositivo de almacenamiento térmico, al menos, una abertura inferior es utilizada para permitir que el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura sea añadido a la zona de baja temperatura del cuerpo del fluido de transferencia de calor que comprende fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura. El tanque también puede comprender una pluralidad de aberturas inferiores, cuyas aberturas inferiores pueden estar dispuestas preferentemente a la misma altura en dirección vertical o en la dirección del flujo del fluido de transferencia de calor que está siendo añadido o extraído.
En una realización preferente, el dispositivo de almacenamiento térmico adecuado para ser utilizado en un procedimiento para hacer funcionar un dispositivo de almacenamiento de energía térmica comprende un tanque para contener el cuerpo del fluido de transferencia de calor, cuyo tanque está equipado con, al menos, una abertura intermedia para permitir que el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral superior de temperatura y por encima del umbral inferior sea extraído de la zona de la termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor. El tanque también puede comprender una pluralidad de aberturas intermedias entre las aberturas superior e inferior, preferentemente, una, dos, tres o cuatro aberturas intermedias que están dispuestas preferentemente en dirección vertical o en la dirección del flujo del fluido de transferencia de calor que está siendo añadido o extraído y más preferentemente están espaciadas uniformemente. Cuando el tanque comprende una pluralidad de aberturas intermedias, es posible extraer fluido de transferencia de calor a diferentes niveles en dirección vertical a medida que la termoclina se desplaza de un lado del tanque al otro durante la carga y la descarga, aumentando así la eficiencia con la que se puede controlar la anchura de la termoclina.
La presente invención no está limitada a un procedimiento para hacer funcionar un dispositivo de almacenamiento de energía térmica que comprende un tanque único que comprende el cuerpo del fluido de transferencia de calor. En dispositivos de almacenamiento de energía térmica que comprenden una pluralidad de tanques, los tanques individuales están conectados de forma fluida entre sí a través de conductos y las aberturas intermedias están situadas preferentemente en los conductos que conectan de forma fluida los tanques contiguos. En una realización del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, las aberturas intermedias en los conductos que conectan de manera fluida los tanques contiguos son uniones en T y/o también lo son las intersecciones.
La presente invención no está limitada a un procedimiento para hacer funcionar el dispositivo de almacenamiento de energía térmica de un tipo concreto. Por ejemplo, tanto el tanque como el fluido de transferencia de calor pueden variar dependiendo de la necesidad concreta del sistema asociado térmicamente con el dispositivo de almacenamiento de energía térmica. Los fluidos de transferencia de calor pueden ser, a modo de ejemplo, agua, soluciones acuosas, sales fundidas y gases tales como nitrógeno, dióxido de carbono o aire. El fluido de transferencia de calor puede estar en cualquier estado, siempre que pueda fluir, es decir, el fluido de transferencia de calor puede ser un líquido, un gas o incluso un fluido en un estado supercrítico como, por ejemplo, dióxido de carbono supercrítico. A modo de ejemplo, los tanques pueden estar fabricados de metal, cerámica o piedra o pueden ser cavidades en formaciones rocosas. El tanque puede estar o no equipado con una capa aislante térmica. El umbral superior de temperatura y el umbral inferior de temperatura no están particularmente limitados y pueden ser escogidos libremente según lo requiera el sistema concreto conectado térmicamente al dispositivo de almacenamiento de calor dentro de las limitaciones térmicas del dispositivo de almacenamiento de calor y del fluido de transferencia de calor.
Por ejemplo, en el caso en que el sistema sea un sistema capaz de convertir la energía térmica en energía química, como por ejemplo un sistema de síntesis de combustible termoquímico basado en un sistema redox, y preferentemente en un sistema redox de óxidos metálicos como el ciclo de óxido de cerio (IV)-óxido de cerio (III) o el ciclo de óxido de hierro o el ciclo de zinc-óxido de zinc, el fluido de transferencia de calor es preferentemente un gas tal como un gas inerte, dióxido de carbono, vapor de agua, nitrógeno o aire o un fluido supercrítico. El uso de un gas o de un fluido supercrítico que pueda fluir fácilmente sin una contrapresión significativa en un sistema de síntesis de un combustible termoquímico permite lograr un mayor rendimiento de combustible porque el óxido metálico a menudo está en forma de una estructura porosa, como lechos compactos de elevada superficie, o espumas sólidas, o el óxido metálico está encapsulado, por ejemplo, en tubos. Las temperaturas de reducción típicas están comprendidas entre 1.100 °C y 1.500 °C y las temperaturas de oxidación típicas están comprendidas entre 800 °C y 1.100 °C.
En consecuencia, en un procedimiento preferente para hacer funcionar un dispositivo de almacenamiento de energía térmica que comprende un cuerpo del fluido de transferencia de calor, dicho cuerpo de fluido de transferencia de calor que comprende una zona de temperatura elevada que comprende el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura, una zona de baja temperatura que comprende el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del
umbral inferior de temperatura y una zona de termoclina que separa las zonas de temperatura baja y elevada y que comprende fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral inferior de temperatura y por debajo del umbral superior de temperatura, el fluido de transferencia de calor es un gas tal como gas inerte o aire, en estado subcrítico, critico o supercrítico, en el que durante la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor se eleva por encima de una temperatura máxima, dicho fluido de transferencia de calor que es extraído es llevado a una temperatura igual o por debajo de dicha temperatura máxima, en la que la temperatura máxima está por encima del umbral inferior de temperatura y en el que la temperatura igual o inferior a dicha temperatura máxima corresponde a una temperatura en la que se logra la oxidación de un óxido metálico que participa en un ciclo termoquímico, como por ejemplo para disociar agua o dióxido de carbono, y/o en que durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de la termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor desciende por debajo de una temperatura mínima, dicho fluido de transferencia de calor que es extraído es llevado a una temperatura igual o superior a dicha temperatura mínima, en la que dicha temperatura mínima está por debajo del umbral superior de temperatura y en la que la temperatura igual o superior a dicha temperatura mínima corresponde a una temperatura en la que se logra una reducción de un óxido metálico que participa en un ciclo termoquímico como por ejemplo para liberar oxígeno y reducir el óxido metálico a un estado no estequiométrico. Como una realización a modo de ejemplo, en la que el ciclo termoquímico está basado en el ciclo óxido de cerio (IV)-óxido de cerio (III), las temperaturas de reducción típicas están comprendidas entre 1.100 °C y 1.500 °C y las temperaturas de oxidación típicas están comprendidas entre 800 °C y 1.100 °C. En concreto, en el caso de ciclos termoquímicos que utilizan estructuras porosas tales como espumas de óxidos metálicos como sustrato, que son monolíticas en oposición a los sustratos de lecho compacto, es ventajoso reducir las fluctuaciones de temperatura para reducir la tensión mecánica resultante de la expansión térmica. Cuando se usa el procedimiento de la presente invención, la tensión mecánica puede ser reducida al mínimo porque la temperatura del fluido de transferencia de calor que se extrae puede ser controlada mientras que al mismo tiempo se aumenta el factor de utilización del dispositivo de almacenamiento de energía térmica. Cabe señalar que el fluido de transferencia de calor que está a una temperatura a la que se puede lograr una oxidación de un óxido metálico y/o una reducción del óxido metálico puede estar en contacto directo con una estructura porosa que comprende un óxido metálico capaz de la síntesis termoquímica de un combustible, siempre que comprenda agua o dióxido de carbono o ambos, que luego son disociados usando la estructura porosa que comprende un óxido metálico capaz de la síntesis termoquímica de combustible. Alternativamente, la energía térmica puede ser transferida a través de una envoltura metálica tal como un tubo que encierra monolitos individuales de estructura de óxido metálico poroso e impide el contacto directo de los monolitos individuales de estructura de óxido metálico poroso con el fluido de transferencia de calor. Para llevar a cabo la síntesis termoquímica de combustible, se guía un flujo de fluido que comprende agua o dióxido de carbono o ambos a través del lumen del tubo cuando la temperatura se corresponde con la temperatura de oxidación del óxido metálico para disociar el agua o el dióxido de carbono.
LISTA DE SIGNOS DE REFERENCIA
1 Tanque 5 Válvula
2 Abertura superior 6 Válvula
3 Abertura inferior 7 Válvula
4 Abertura intermedia 8 Intersección
Claims (12)
1. Procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica, que comprende un cuerpo de fluido de transferencia de calor, comprendiendo dicho cuerpo de fluido de transferencia de calor una zona de temperatura elevada que comprende un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura, una zona inferior de temperatura que comprende fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura y una zona de termoclina que separa las zonas de temperatura alta y baja, y comprende un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral inferior de temperatura y por debajo del umbral superior de temperatura;
en el que durante la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor es extraído de la zona de termoclina del cuerpo de fluido de transferencia de calor y cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo de fluido de transferencia de calor sube por encima de una temperatura máxima, dicho fluido de transferencia de calor que es extraído es llevado a una temperatura igual o inferior a dicha temperatura máxima combinando el fluido de transferencia de calor que es extraído y que tiene una temperatura superior a la temperatura máxima con el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura, cuyo fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura proviene de la zona de temperatura baja del cuerpo del fluido de transferencia de calor, en el que la temperatura máxima está por encima del umbral inferior de temperatura; y/o
en el que durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor es extraído de la zona de termoclina del cuerpo de fluido de transferencia de calor y cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo de fluido de transferencia de calor desciende por debajo de la temperatura mínima, dicho fluido de transferencia de calor que es extraído es llevado a una temperatura igual o por encima de dicha temperatura mínima combinando el fluido de transferencia de calor que es extraído y que preferentemente tiene una temperatura por debajo de la temperatura mínima con el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura, cuyo fluido de transferencia de calor es obtenido de la zona de temperatura elevada del cuerpo del fluido de transferencia de calor, en donde dicha temperatura mínima está por debajo del umbral superior de temperatura.
2. Procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica, que comprende un cuerpo de un fluido de transferencia de calor según la reivindicación 1,
en el que durante la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y que tiene una temperatura por encima de la temperatura máxima es llevado a una temperatura igual o inferior a dicha temperatura máxima combinando el fluido de transferencia de calor que es extraído y que tiene una temperatura superior a la temperatura máxima con fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura regulando el caudal de los fluidos de transferencia de calor que se combinan; y/o
en el que durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y que tiene una temperatura por debajo de la temperatura mínima es llevado a una temperatura igual o superior a dicha temperatura mínima combinando el fluido de transferencia de calor que es extraído con el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura regulando el caudal de cualquiera de los fluidos de transferencia de calor que se combinan.
3. Procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica, según la reivindicación 1 o 2,
en el que durante la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el caudal del fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de baja temperatura que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura es inferior al caudal del fluido de transferencia de calor que es añadido a la zona de temperatura elevada que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura; y/o en el que, durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el caudal del fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de temperatura elevada que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura es inferior al caudal del fluido de transferencia de calor que es añadido a la zona de baja temperatura que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura.
4. Procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica, que comprende un cuerpo de un fluido de transferencia de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que durante la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de
calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y que tiene una temperatura por encima de la temperatura máxima es llevado a un primer punto de ajuste de temperatura que es igual o inferior a la temperatura máxima y a continuación es llevado a un segundo punto de ajuste de temperatura igual o inferior a la temperatura máxima, con la condición de que el primer y el segundo puntos de ajuste de temperatura sean diferentes; y/o
en el que durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y que tiene una temperatura por debajo de una temperatura mínima es llevado a un primer punto de ajuste de temperatura igual o superior a la temperatura mínima y a continuación es llevado a un segundo punto de ajuste de temperatura igual o superior a la temperatura mínima, con la condición de que el primer y el segundo punto de ajuste de temperatura sean diferentes.
5. Procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica, que comprende un cuerpo de un fluido de transferencia de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que durante la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y que tiene una temperatura por encima de una temperatura máxima es llevado a una temperatura que es igual o inferior a la temperatura máxima y es mantenido a dicha temperatura igual o inferior a la temperatura máxima; y/o en el que durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y que tiene una temperatura por debajo de una temperatura mínima es llevado a una temperatura igual o superior a la temperatura mínima y es mantenido a dicha temperatura igual o superior a la temperatura mínima.
6. Procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica, que comprende un cuerpo de un fluido de transferencia de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que durante la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, fluido de transferencia de calor es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor sube por encima de una temperatura máxima, dicho fluido de transferencia de calor que es extraído es llevado a una temperatura igual o inferior a dicha temperatura máxima, en la que la temperatura máxima está por encima del umbral inferior de temperatura y en el que dicho procedimiento es repetido posteriormente una o más veces durante la carga, y es repetido preferentemente posteriormente una o más veces hasta que el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura ,se agota esencialmente; y/o
en el que durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, fluido de transferencia de calor es extraído de la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor y cuando la temperatura del fluido de transferencia de calor que es extraído de la zona de termoclina del cuerpo de fluido de transferencia de calor desciende por debajo una temperatura mínima, dicho fluido de transferencia de calor que es extraído es llevado a una temperatura igual o por encima de dicha temperatura mínima, en el que la temperatura mínima está por debajo del umbral superior de temperatura y en el que dicho procedimiento es repetido posteriormente una o más veces durante la descarga, y es repetido preferentemente posteriormente una o más veces hasta que el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura se agota esencialmente.
7. Procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica, que comprende un cuerpo de un fluido de transferencia de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el fluido de transferencia de calor es un fluido en estado gaseoso, líquido o supercrítico.
8. Procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el almacenamiento de energía térmica está conectado térmicamente, de manera que permite un intercambio de energía térmica,
a un sistema capaz de convertir, al menos parcialmente, la energía térmica comprendida en un fluido de transferencia de calor que tenga una temperatura igual o menor a la temperatura máxima de salida durante la carga y/o que tenga una temperatura igual o por encima de la temperatura mínima de salida durante la descarga en otra forma de energía, preferentemente un sistema capaz de convertir la energía térmica en energía mecánica o en energía química; y/o
a un sistema capaz de aumentar la energía térmica comprendida en el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura igual o menor que la temperatura máxima de salida durante la carga y/o disminuir la energía térmica comprendida en el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura igual o mayor a la temperatura mínima de salida durante la descarga.
9. Procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica, que comprende un cuerpo de un fluido de transferencia de calor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
en el que durante la carga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima de la temperatura máxima a la que es extraído del cuerpo del fluido de transferencia de calor, es llevado a una temperatura igual o menor a la temperatura máxima antes de entrar en contacto térmico con el sistema capaz de convertir, al menos parcialmente, la energía térmica o aumentar la energía térmica comprendida en el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura igual o menor a la temperatura máxima; y/o
en el que durante la descarga del dispositivo de almacenamiento de energía térmica, el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo de la temperatura mínima que es extraído del cuerpo del fluido de transferencia de calor es llevado a una temperatura igual o mayor a la mínima antes de entrar en contacto térmico con el sistema capaz de convertir, al menos parcialmente, la energía térmica o disminuir la energía térmica comprendida en el fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura igual o por encima de la temperatura mínima.
10. Dispositivo de almacenamiento de energía térmica, que comprende:
un tanque (1) para contener un cuerpo de fluido de transferencia de calor, comprendiendo dicho cuerpo de fluido de transferencia de calor una zona de temperatura elevada que comprende un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima de un umbral superior de temperatura, una zona de temperatura baja que comprende un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo de un umbral inferior de temperatura y una zona de termoclina que separa las regiones de temperatura alta y baja y que comprende un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral inferior de temperatura y por debajo del umbral superior de temperatura;
comprendiendo el tanque: al menos una abertura superior (2) para añadir un fluido de transferencia de calor que tenga una temperatura por encima del umbral superior de temperatura a la zona del tanque correspondiente a la zona de temperatura elevada del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la carga y para extraer fluido de transferencia de calor que tenga una temperatura por encima del umbral superior de temperatura de la zona del tanque correspondiente a la región de temperatura elevada del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la descarga;
comprendiendo el tanque, al menos, una abertura inferior (3) para extraer un fluido de transferencia de calor que tenga una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura de la zona del tanque correspondiente a la zona de temperatura baja del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la carga y añadiendo un fluido de transferencia de calor que tenga una temperatura por encima del umbral inferior de temperatura a la zona del tanque correspondiente a la zona de temperatura baja del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la descarga;
comprendiendo el tanque, al menos, una abertura intermedia (4) para extraer un fluido de transferencia de calor de la zona del tanque correspondiente a la zona de termoclina del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la carga o descarga, estando dispuesta, al menos, dicha abertura intermedia entre la abertura superior y la abertura inferior; y
en el que el dispositivo de almacenamiento de energía térmica comprende además una pluralidad de válvulas (5, 6, 7) capaces de regular el caudal a través de cada una de, al menos, una abertura superior, al menos, una abertura inferior y, al menos, una abertura intermedia durante la carga y descarga; y caracterizado por que al menos, una abertura inferior y, al menos, una abertura intermedia están conectadas de manera fluida entre sí mediante conductos de modo que permiten la combinación del fluido de transferencia de calor que es extraído tanto de la zona de termoclina como de la zona de temperatura baja del cuerpo de fluido de transferencia de calor en una intersección de dichos conductos durante la carga, estando situada la intersección en concreto más arriba de un dispositivo de intercambio de calor o entre, al menos, una abertura inferior, al menos, una abertura intermedia y un dispositivo de intercambio de calor; caracterizado por que al menos, una abertura superior y, al menos, una abertura intermedia están conectadas de manera fluida entre sí mediante conductos que permiten la combinación del fluido de transferencia de calor que es extraído tanto de la zona de termoclina como de la zona de temperatura elevada del cuerpo de fluido de transferencia de calor en una intersección de dichos conductos durante la descarga, estando situada la intersección en concreto más arriba de un dispositivo de intercambio de calor o entre, al menos, una abertura superior, al menos, una abertura intermedia y un dispositivo de intercambio de calor; en el que el dispositivo de almacenamiento de energía térmica comprende además una unidad de control capaz de controlar la pluralidad de válvulas y configurada para controlar la pluralidad de válvulas para llevar a cabo en el procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
11. Dispositivo de almacenamiento de energía térmica, que comprende:
una pluralidad de n tanques (1) para contener un cuerpo de fluido de transferencia de calor, comprendiendo dicho cuerpo de fluido de transferencia de calor una zona de temperatura elevada que comprende fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura superior al umbral superior de temperatura, una zona de temperatura baja que comprende un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura más baja que el umbral de temperatura inferior y una zona de termoclina que separa las zonas de temperatura superior e
inferior y que comprende un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral inferior de temperatura y por debajo del umbral superior de temperatura;
un primer tanque que comprende, al menos, una abertura superior (2) para añadir un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por encima del umbral superior de temperatura con respecto a la zona de temperatura elevada del cuerpo de fluido de transferencia de calor durante la carga y para extraer un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura superior al umbral superior de temperatura de la zona de temperatura elevada del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la descarga;
un último tanque que comprende, al menos, una abertura inferior (3) para extraer un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura de la zona de temperatura baja del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la carga y añadir un fluido de transferencia de calor que tiene una temperatura por debajo del umbral inferior de temperatura a la zona de temperatura baja del cuerpo del fluido de transferencia de calor durante la descarga;
en el que los tanques contiguos están conectados de manera fluida entre sí a través de una pluralidad de n-1 conductos, conectando cada uno de los n-1 conductos de manera fluida dos tanques contiguos;
cada conducto de la pluralidad de n-1 conductos comprende al menos una abertura intermedia (4, 4', 4'') para extraer un fluido de transferencia de calor de la zona de termoclina del cuerpo de fluido de transferencia de calor durante la carga o descarga; y
en el que el dispositivo de almacenamiento de energía térmica comprende además una pluralidad de válvulas (5, 5', 5'', 6, 6') capaces de regular el caudal a través de, al menos, una abertura superior del primer tanque, al menos, una abertura inferior del último tanque y cada una de las aberturas intermedias durante la carga y descarga; y
caracterizado por que, al menos, una abertura inferior del último tanque y cada una de las aberturas intermedias están conectadas de forma fluida entre sí mediante conductos que permiten que la combinación de fluido de transferencia de calor sea extraída tanto de la zona de termoclina como de la zona de temperatura baja del cuerpo de fluido de transferencia de calor en una intersección de dichos conductos durante la carga, estando situada la intersección, en concreto, más arriba de un dispositivo de intercambio de calor o entre, al menos, una abertura inferior, al menos, una abertura intermedia y un dispositivo de intercambio de calor;
caracterizado por que al menos una abertura superior del primer tanque y cada una de las aberturas intermedias están conectadas de forma fluida entre sí mediante conductos que permiten que la combinación del fluido de transferencia de calor sea extraída tanto de la zona de termoclina como de la zona de temperatura elevada del cuerpo del fluido de transferencia de calor en una intersección de dichos conductos durante la descarga, estando situada la intersección, en concreto, más arriba de un dispositivo de intercambio de calor o entre, al menos, una abertura superior, al menos, una abertura intermedia y un dispositivo de intercambio de calor , en el que el dispositivo de almacenamiento de energía térmica comprende además una unidad de control capaz de controlar la pluralidad de válvulas y configurada para controlar la pluralidad de válvulas para llevar a cabo el procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía térmica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
12. Dispositivo de almacenamiento de energía térmica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, en el que el dispositivo de almacenamiento de energía térmica, comprende además,
un conducto capaz de desviar el tanque o la pluralidad de n tanques durante la carga y/o la descarga, y/o el tanque comprende, al menos, dos o más de dos, tres o más de tres, o cuatro o más de cuatro aberturas intermedias para extraer un fluido de transferencia de calor de la zona de termoclina del cuerpo de fluido de transferencia de calor durante la carga y/o la descarga, cuyas aberturas intermedias están conectadas de forma fluida y preferentemente espaciadas uniformemente entre sí a lo largo de la dirección del flujo del fluido de transferencia de calor durante la carga o a lo largo una dirección vertical.
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