Uso de una sal de metal alcalino anhidra de ácidos carboxílicos C3-C18 o de una mezcla de tales sales como un medio para la acumulación y uso de energía térmica

Sales de carboxilatos en aplicaciones de acumulación de calor.

Esta invención se refiere a la aplicación de sales de carboxilatos para acumular energía térmica. Las sales fundidas se utilizan para la acumulación de calor debido a que dichas sales absorben calor durante la transición desde la fase sólida a la fase líquida. Este calor se acumula en forma latente en tanto que persista el estado líquido y es liberado de nuevo durante la transición desde la fase líquida a la fase sólida cuando solidifica la sal líquida.

Antecedentes de la invención

La energía térmica que se origina a partir de cualquier fuente de energía puede ser reutilizada en el caso de que pueda acumularse. Ejemplos de energía reutilizable son el calor en exceso procedente de motores de combustión interna tanto estacionarios como de automóviles, el calor generado por motores y generadores eléctricos, el calor de procesos y el calor de condensación (por ejemplo, en refinerías y plantas generadoras de vapor de agua). La energía generada en el tiempo de carga pico puede ser controlada y acumulada para su posterior uso. Ejemplos son el calentamiento solar y el calentamiento eléctrico en horas de tarifa baja.

El problema del arranque en frío de motores de automóviles en invierno es ya bien conocido. La escarcha y humedad sobre el parabrisas y ventanillas dificultan el arranque del motor y enfrían el habitáculo de pasajeros. Los fabricantes de automóviles son conocedores de este problema y hacen cada vez más esfuerzos para mejorar la comodidad del conductor bajo tales circunstancias. El calentamiento eléctrico del parabrisas, ventanillas traseras, volante de dirección y asientos de pasajeros se ofrece como una opción de comodidad. Sin embargo, estas soluciones imponen una carga extra sobre el sistema de energía eléctrica del vehículo. Los fabricantes de automóviles están buscando soluciones que hagan uso preferentemente del calor en exceso generado por el motor que pueda liberarse de manera controlada al medio ambiente. Las sales acumuladoras de calor o fluidos funcionales que contienen sales acumuladoras de calor pueden encontrar nuevas aplicaciones en las tecnologías emergentes. Por ejemplo, las sales acumuladoras de calor podrían aplicarse para mantener las pilas de combustible a temperatura constante.

Un aspecto de esta invención es que, en aplicaciones en motores de automóviles y motores de gran potencia, el exceso de calor del motor puede acumularse en sales carboxílicas o soluciones de sales carboxílicas integradas en el sistema de intercambio de calor del motor. El calor acumulado se puede utilizar para calentar rápidamente los componentes críticos del motor, fluidos del motor y catalizador de los gases de escape. El calentamiento de estos componentes críticos antes de la puesta en marcha del motor ayuda a evitar las incomodidades, el alto consumo de combustible, las altas emisiones de escape y un mayor uso del motor en relación con el arranque en frío del motor. El calor acumulado en sales carboxílicas o en soluciones de sales carboxílicas también se puede emplear para calentar el habitáculo de pasajeros y mejorar así la comodidad del conductor y de los pasajeros en climas fríos.

Estado de la técnica

Como medios de acumulación de calor se han descrito sales hidratadas de fluoruros, cloruros, sulfatos y nitratos o combinaciones de tales sales. La Patente US 4.104.185 describe un acumulador de calor en donde el medio de acumulación de energía térmica consiste esencialmente en una solución de fluoruro potásico/agua que tiene un contenido en fluoruro comprendido entre 44 y 48% en peso. La Patente US 5.567.346 se refiere a una composición de material acumulador de calor latente que comprende de 65 a 85% en peso de sulfato sódico decahidratado, de 1 a 20% en peso de cloruro amónico y de 1 a 20% en peso de bromuro sódico y, opcionalmente, de 1 a 20% en peso de sulfato amónico. La Patente US 5.728.316 se refiere a mezclas de sales acumuladoras de calor constituidas por nitrato de magnesio hexahidratado y nitrato de litio en una relación en peso de 86-41:14-19. La Patente US 5.755.988 se refiere a un procedimiento para moderar el contenido en energía térmica de recipientes cerrados que comprenden mezclas de ácidos orgánicos.

En EP 0.229.440, EP 4.251.484, EP 0.308.037 y EP 0.564.721, cedidas de manera conjunta, se describe el uso de sales de carboxilatos como inhibidores de la corrosión en fluidos acuosos de intercambio de calor o formulaciones anticongelantes inhibidas en cuanto a la corrosión. La EPA No. 99930566.1 describe soluciones acuosas de carboxilatos que aportan protección frente a la escarcha y corrosión. Se comprobó que las soluciones acuosas de sales de ácidos carboxílicos de bajo contenido en carbono (C1-C2), en combinación con sales de ácidos carboxílicos de mayor contenido en carbono (C3-C5), proporcionan protección frente a la congelación eutéctica. Se comprobó una protección mejorada frente a la corrosión por el hecho de añadir uno o más ácidos carboxílicos C6-C16. La ventaja de estos fluidos de refrigeración a base de sales carboxílicas, con respecto a los fluidos de refrigeración de etilenglicol o propilenglicol, es una transferencia térmica mejorada como consecuencia de un mayor calor específico y una fluidez mejorada resultante del mayor contenido en agua y con la misma protección frente a la escarcha. Otro objeto de esta invención consiste en incorporar capacidad de acumulación de calor en los fluidos de intercambio de calor anteriores y en otros fluidos funcionales y jabones tales como lubricantes y grasas.

En Chemical Abstracts XP002150250 se describe un medio de acumulación de calor que comprende al menos una sal de un ácido graso C8-C20 y agua.

En Chemical Abstracts XP002150251 se describe un tanque acumulador de calor que comprende un medio de acumulación de calor que incluye al menos una sal de un ácido graso C8-C20 y agua.

La DE 3208254 describe un material acumulador de calor consistente en acetato sódico trihidratado como principal componente y un agente nucleante que comprende acetato sódico anhidro y al menos otra sal seleccionada del grupo consistente en fosfato, boratos y algunos carboxilatos.

La WO91/05976 describe un dispositivo de refrigeración que incluye un material de sumidero de calor identificado como acetato sódico.

La JP53-014173 describe un material acumulador de calor que incluye una solución acuosa de acetato sódico y al menos uno de los componentes: NaCl, NaBr, formato sódico y acetato de Li, K o NH₄.

Un objeto de la presente invención consiste en proporcionar combinaciones de sales acumuladoras de calor que son menos tóxicas y menos gravosas para el medio ambiente que las sales de fluoruros, cloruros, sulfatos y nitratos o que las combinaciones de sales ácidas utilizadas en el estado de la técnica. Otro objeto de la invención consiste en proporcionar combinaciones de sales acumuladoras de calor que son menos corrosivas para los metales y materiales utilizados en instalaciones de transferencia de calor y acumulación de calor.

Campo de la invención

Uno de los aspectos de la invención se refiere al uso de una o una mezcla de sales anhidras de metales alcalinos tal como se reivindica en la reivindicación 1 como medios de acumulación de calor latente. Las sales de carboxilatos acumuladoras de calor de esta invención son menos tóxicas y más respetuosas con el medio ambiente que las sales de fluoruro, cloruro, sulfato y nitrato o combinaciones de sales empleadas en el estado de la técnica. También son menos corrosivas para los metales y materiales utilizados en instalaciones de transferencia de calor y acumulación de calor. Las mismas son similares a los carboxilatos utilizados como inhibidores de la corrosión en fluidos de intercambio de calor a base de agua y glicol. También son compatibles con los carboxilatos (formatos y/o acetatos) empleados como depresores del punto de congelación en fluidos acuosos de intercambio de calor.

En las aplicaciones de acumulación de calor es importante encontrar medios con temperaturas de fusión que se encuentren en línea con el intervalo de temperaturas operativas de la fuente de calor y que tengan una alta capacidad de calor latente. Otro aspecto de esta invención consiste en mezclas de sales carboxílicas que pueden ser sintonizadas para producir temperaturas de fusión que se adaptan a las temperaturas de aplicación. Similarmente, se pueden seleccionar combinaciones con alta capacidad térmica para optimizar la capacidad de acumulación. Esto se puede efectuar mezclando...

1. Uso de una sal de metal alcalino anhidra de ácidos carboxílicos C₃-C₁₈ o de una mezcla de tales sales como un medio para la acumulación y uso de energía térmica.

2. Uso según la reivindicación 1, en donde la mezcla es una combinación de una sal de metal alcalino anhidra de uno o más ácidos carboxílicos C₃-C₅ y una sal de metal alcalino anhidra de uno o más ácidos carboxílicos C₆-C₁₆.

3. Uso según la reivindicación 1 o 2 en un intervalo de temperatura de 20ºC a 180ºC.

4. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la mezcla comprende además una sal de metal alcalino anhidra de un ácido carboxílico C₁.