Aparato de almacenamiento de energía térmica.

Un aparato de almacenamiento de energía térmica para descargar energía térmica a o de un PCM,

que comprende un recipiente alargado (10) conductor del calor que tiene un elemento insertable (25) de transmisión de energía térmica instalado en el mismo, caracterizado porque dicho elemento de transmisión de energía térmica está conformado en la forma de un polígono estrellado alargado que tiene una forma de sección transversal de polígono estrellado y un interior hueco, proporcionando de ese modo las puntas de vértice (28 a) de dicha estrella que se prensan contra la pared interior de dicho recipiente conductor del calor una pluralidad de caminos de transmisión de calor entre el centro de dicho recipiente y su pared.

Aparato de almacenamiento de energía térmica.

Campo de la Invención La presente invención se refiere al campo del almacenamiento de energía térmica. Más particularmente, la invención se refiere a un método y un aparato basado en materiales de cambio de fase (en adelante PCM) , con una conductividad térmica perfeccionada para almacenar y descargar energía térmica.

Antecedentes de la Invención Las tecnologías de almacenamiento de energía térmica (en adelante TES) proveen soluciones eficaces y rentables en diversas industrias de procesos térmicos (por ejemplo, sistemas de calor solar) . Las tecnologías TES comunes que se usan actualmente se podrían clasificar en tecnologías de calor sensible o de calor de fusión. La presente invención está dirigida a proveer un aparato eficaz de almacenamiento de calor de fusión basado en un material de cambio de fase.

El almacenamiento de energía térmica por cambio de fase se basa en la gran cantidad de calor de fusión de algunos materiales de cambio de fase (PCM) , por ejemplo, parafinas, ceras, sales inorgánicas. Típicamente, en este tipo de aplicaciones de almacenamiento de energía la fase de los PCM cambia del estado sólido al estado líquido durante el almacenamiento de energía térmica en los mismos, y del estado líquido de vuelta al estado sólido al mismo tiempo que se descarga la energía térmica almacenada en los mismos. El cambio de fase de líquido a vapor (por ejemplo, en un acumulador de calor) , y viceversa, se podría usar similarmente en tales aplicaciones para almacenar y descargar energía térmica. La adición, o la extracción, de energía térmica al -o del- PCM resulta en un cambio en su estado de fase con una correspondiente absorción - o expulsión - de energía térmica.

Aunque la siguiente descripción se refiere principalmente a PCM cuya fase se cambia entre sus fases sólida y líquida, estará claro que la presente invención pertenece también a otros tipos de PCM, por ejemplo, PCM con cambios de fase entre los estados líquido y gaseoso (por ejemplo agua) o entre los estados sólido y gaseoso.

Una solución preferida de los diseños de aparatos de almacenamiento de energía térmica basados en los PCM es construir el aparato de un recipiente cilíndrico que comprenda un PCM. La superficie exterior del recipiente está en contacto con un fluido circulante de intercambio de calor utilizado para almacenar o extraer energía térmica al (o del) PCM comprendido en el mismo. Durante el proceso de extracción de energía térmica del PCM (en la presente memoria después del proceso de congelación) la fase del PCM adyacente a la superficie interior del recipiente es la primera en congelarse (cambio del estado líquido al estado gaseoso) , lo cual reduce significativamente la conductividad térmica del aparato, y como resultado decelera sustancialmente el proceso de extracción de calor. Similarmente, el almacenamiento de energía térmica en el PCM (de ahora en adelante ciclo de fusión) es también sustancialmente lento debido a la poca conductividad del calor del aparato mientras el PCM está en su estado sólido.

En el documento US 4 200 148 se divulga un aparato de almacenamiento de energía térmica según el preámbulo de la reivindicación 1. El documento US 6 400 896 describe un intercambiador de calor que comprende unos elementos de transmisión de energía térmica que se extienden a través del PCM. El intercambiador de calor está constituido por un recipiente que contiene al PCM, y los elementos de transmisión de energía térmica situados en una parte inferior del recipiente. El fluido para intercambio de calor se hace correr en un espacio anular definido entre la superficie exterior del recipiente y un tubo que rodea al recipiente. Los elementos de transmisión de energía térmica que se extienden a través del PCM son varillas o bobinas calentadas por resistencia eléctrica, o unos tubos a través de los cuales se hace correr un fluido a temperatura elevada para iniciar la fusión del PCM durante los ciclos de fusión.

El documento US 5.220.954 describe también un intercambiador de calor que comprende un PCM contenido en un recipiente circundado por un tubo en el que se hace correr un fluido de intercambio de calor en el espacio anular definido entre la superficie exterior del recipiente y el tubo circundante .El espacio anular está dividido al menos por dos paredes divisorias en unos conductos de paso superior e inferior para permitir la circulación del fluido de intercambio de calor a través del conducto de paso inferior durante el ciclo de fusión, y a través del conducto de paso de fluido superior durante el ciclo de congelación. Una realización del intercambiador de calor comprende un tubo central que se extiende a través de la región central del recipiente y conectado al conducto superior de paso de flujo, en donde las aletas de conducción de calor se extienden radialmente hacia fuera del tubo central.

El documento EP 1455 155 describe un elemento de PCM que comprende una envuelta que incluye al PCM y un tubo interior dispuesto concéntricamente en la envuelta para encaminar una corriente de refrigeración de líquido o gas a través del mismo. El elemento de PCM comprende además unas aletas o un trenzado metálico fijadas al tubo interior para descargar rápidamente el calor externo absorbido a través de la superficie exterior de la envuelta al interior del elemento de PCM, que entonces podría descargarse por medio de un líquido de refrigeración que circule en el tubo interior.

Otra solución propuesta descrita en "Aplicaciones del calor en procesos industriales con tecnología de almacenamiento de energía térmica", Procedimientos de la conferencia internacional de energía solar ISEC 2005:2005, agosto 6-12, 005, Orlando, Florida, por Rainer T y colaboradores, sugiere reducir la resistencia de conducción de calor de los aparatos de almacenamiento de PCM embutiendo el PCM en una matriz construida de un material con gran conductividad térmica, Los métodos anteriormente descritos no han aportado todavía soluciones satisfactorias para almacenar eficazmente energía térmica en un aparato de almacenamiento de energía térmica basado en los PCM y extraer rápidamente del mismo la energía térmica almacenada. Tampoco se ha introducido un método rentable. Por tanto, se necesita un aparato perfeccionado para el almacenamiento de energía térmica que solucione los problemas anteriormente expuestos.

Por tanto, un objeto de la presente invención es proveer un método y un aparato basados en los PCM que proporcione una conductividad del calor perfeccionada y por tanto que permita rápidamente almacenar y extraer energía térmica de mucha energía.

Un objeto adicional de la presente invención es proveer un método y un aparato simplificados y rentables para almacenar y extraer rápidamente energía térmica de mucha energía.

Otro objeto de la presente invención es proveer una unidad genérica de almacenamiento de energía térmica que sea adecuada para una amplia gama de aplicaciones (por ejemplo, gestión del calor (regulación) en cualquier proceso de la industria térmica) .

Sumario de la invención Se ha averiguado ahora que es posible construir un aparato de almacenamiento de energía capaz de descargar rápidamente energía térmica a/de un PCM contenido en un recipiente de conducción de calor que comprende un elemento de transmisión de energía térmica que provee una pluralidad de caminos de transmisión de calor entre el espacio central del recipiente de conducción de calor y su pared interior. Esta nueva construcción permite descargar rápidamente energía térmica al /del aparato por medio de un fluido de intercambio de calor que circule en contacto con la pared del recipiente de conducción de calor sin requerir que el fluido de intercambio de calor se haga correr dentro de dicho aparato de almacenamiento de energía.

Por tanto, la presente invención está dirigida a un aparato de almacenamiento de energía térmica para descargar energía térmica o de un PCM según la reivindicación1.

El elemento de transmisión de energía térmica se podría fijar a un miembro central de soporte construido de una varilla, tubo, conducto o hilos conductores del calor.

El elemento insertable de transmisión de energía térmica se podría conformar en la forma de un polígono estrellado alargado cuyas puntas de vértice se prensen contra la pared interior de dicho recipiente de conducción del calor, proporcionando de ese modo una pluralidad de... [Seguir leyendo]

1.Un aparato de almacenamiento de energía térmica para descargar energía térmica a o de un PCM, que comprende un recipiente alargado (10) conductor del calor que tiene un elemento insertable (25) de transmisión de energía térmica instalado en el mismo, caracterizado porque dicho elemento de transmisión de energía térmica está conformado en la forma de un polígono estrellado alargado que tiene una forma de sección transversal de polígono estrellado y un interior hueco, proporcionando de ese modo las puntas de vértice (28 a) de dicha estrella que se prensan contra la pared interior de dicho recipiente conductor del calor una pluralidad de caminos de transmisión de calor entre el centro de dicho recipiente y su pared.

2. El aparato de almacenamiento de energía térmica de la reivindicación 1, que comprende además un miembro central (20) de soporte, en el que la puntas de base (26b) de la estrella alargada están en contacto con él.

3. El aparato de almacenamiento de energía térmica de las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende además unas

aberturas (27) de transmisión practicadas en los lados de la pieza de inserción estrellada alargada, o (23) en el miembro central (20) de soporte, para permitir el desplazamiento del PCM a través de las mismas.

4. El aparato de almacenamiento de energía térmica según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el miembro central (20) de soporte se ha construido de un conducto térmicamente conductor adecuado para hacer pasar un fluido de 20 intercambio de calor a través del mismo.

5. Un sistema de almacenamiento de energía térmica para descargar energía térmica a o de un PCM, que comprende una vasija (500) aislada térmicamente en la que están instalados los aparatos de almacenamiento de energía térmica (10-1, 10-2, ...) en donde dicha vasija aislada térmicamente comprende al menos una admisión (504) y al menos una descarga (503) para hacer correr un fluido de intercambio de calor (509) a través del interior de dicha vasija, de tal manera que el fluido de intercambio de calor que se ha hecho correr a través de las mismas contacte con las superficies exteriores de dichos aparatos de almacenamiento de energía térmica, y en donde algunos o todos los aparatos de almacenamiento de energía térmica responden a la reivindicación 1.

6. Un sistema de almacenamiento de energía térmica según la reivindicación 5, en el que los aparatos (73) de almacenamiento de energía térmica comprenden unos conductos centrales (73c) a los que están fijados los elementos de transmisión de energía térmica, sobresaliendo hacia fuera de dichos aparatos de almacenamiento de energía térmica las extremidades de dichos conductos centrales, y en donde la vasija aislada térmicamente comprende además dos cámaras auxiliares (70b) cada una de las cuales está en comunicación para paso de fluidos con dichos conductos centrales a través de sus extremidades sobresalientes para hacer correr otro fluido (78) de intercambio de calor a través de las mismas.