Adsorbente que contiene una estructura de soporte porosa, en el que las paredes porosas están recubiertas de al menos un polímero,

oligómero y/o sus mezclas y este recubrimiento muestra un cambio reversible inducido por la temperatura de las propiedades de humectación de comportamiento hidrófilo a hidrófobo, en el que la hidrofobia aumenta al aumentar la temperatura. LCST

La invención se refiere a un adsorbente con una estructura de soporte porosa cuyas paredes porosas están recubiertas de un material que muestra un cambio reversible inducido por la temperatura de las propiedades de humectación de comportamiento hidrófilo a hidrófobo, aumentando la hidrofobia al aumentar la temperatura. El adsorbente según la invención se usa en acumuladores de calor y bombas de calor, así como en máquinas frigoríficas. 5

Los acumuladores de calor por adsorción ofrecen la posibilidad de una acumulación de calor casi libre de pérdidas, especialmente en el intervalo de temperatura de hasta 250 ºC, durante largos periodos de tiempo. Una necesidad de tales acumuladores de calor a largo plazo radica especialmente en relación con la calefacción solar térmica de edificios en regiones de la Tierra con fuerte oscilación estacional de la radiación solar, es decir, en todas las regiones alejadas del ecuador. Aquí, el mayor suministro de calor solar en el transcurso del año a partir de colectores térmicos se 10 produce en el verano, pero la demanda de calor de calefacción principalmente en el invierno. En el sentido del diseño de un suministro de energía duradero que se basa cada vez más en fuentes de energía renovables, se desea la acumulación de calor estacional para la calefacción de edificios y es un requisito previo para conseguir altas proporciones de cobertura solar en la calefacción solar térmica de edificios.

La acumulación de calor en el intervalo de temperatura de hasta 250 ºC también es un asunto importante para 15 muchas otras aplicaciones. Así, por ejemplo, en la producción de electricidad descentralizada en plantas con acoplamiento termoenergético (KWK) normalmente existe el problema de diferentes perfiles de necesidad temporales de electricidad y calor. Para poder operar estas plantas produciendo energía y pudiendo aprovechar el calor generado, este calor debe almacenarse temporalmente hasta que se consuma. Para esto se necesitan acumuladores de calor con alta densidad de energía y alta eficiencia, es decir, bajas pérdidas de calor. 20

Una variante conocida por el estado de la técnica se basa en que la dependencia de la temperatura de la absorción de agua en materiales porosos se aprovecha para la acumulación de calor. No obstante, a este respecto, además de condiciones de presión inadecuadas, una evolución de la temperatura plana de las isóbaras de adsorción representa una limitación esencial para la aplicación industrial de esta variante. La causa para esto es la difuminación de la transición de condensación capilar/evaporación capilar, es decir, una transición de fase líquido-gas dentro de los poros 25 debida a una amplia distribución de tamaño de poro y a una alta heterogeneidad de la superficie porosa. Esto conduce además a que la condensación capilar o evaporación capilar tenga lugar a temperaturas y presiones que dependen fuertemente del tamaño de poro.

Para la aplicación en bombas de calor y máquinas frigoríficas por adsorción las exigencias al adsorbente son comparables a las existentes para los acumuladores de calor. Aquí también se desea, en comparación con adsorbentes 30 conocidos por el estado de la técnica, una mayor conversión de carga en un estrecho intervalo de temperatura (a presión constante).

En el documento US 2003/0153457 Al se da a conocer un adsorbente que presenta un material adsorbente y una cubierta porosa, conteniendo la cubierta polímeros.

Por tanto, el objetivo de la presente invención era proporcionar adsorbentes que no presentaran estas 35 desventajas conocidas por el estado de la técnica y que hicieran posible una transición de fase líquido-gas inducida por la temperatura en un estrecho intervalo de temperatura y presión. Para la aplicación en bombas de calor y máquinas frigoríficas por adsorción se proporcionarán además adsorbentes que hagan posible simplificaciones constructivas de las máquinas y permitan especialmente prescindir del condensador como componente separado.

Este objetivo se alcanza mediante el adsorbente con las características de la reivindicación 1. En las 40 reivindicaciones 14 y 17 se mencionan usos según la invención. Las otras reivindicaciones dependientes muestran variantes ventajosas.

Según la invención se proporciona un adsorbente que presenta una estructura de soporte porosa, estando las paredes porosas recubiertas de al menos un polímero, oligómero y/o mezclas de los mismos. El recubrimiento hace posible a este respecto un cambio reversible inducido por la temperatura de las propiedades de humectación de 45 comportamiento hidrófilo a hidrófobo, aumentando la hidrofobia al aumentar la temperatura.

La posibilidad de cambiar la hidrofilia o la hidrofobia de las paredes porosas abre un camino para una condensación y evaporación controladas de agua en materiales porosos. El cambio de las propiedades de humectación de las paredes porosas puede conseguirse mediante tratamiento químico, mediante radiación y mediante variación de la temperatura. Esto último puede alcanzarse dotando a las superficies de una delgada película de recubrimiento según la 50 invención que al aumentar la temperatura muestra una transición reversible que cambia las propiedades de la superficie de hidrófilas a hidrófobas.

El adsorbente según la invención muestra un cambio repentino del ángulo de contacto de una gota de agua que se encuentra encima cuando se supera una temperatura definida. Si se alcanza un ángulo de contacto de aproximadamente 90°, entonces se realiza el cambio de condensación capilar a evaporación capilar. 55

El adsorbente según la invención destaca en comparación con los materiales conocidos por el estado de la

técnica especialmente porque la transición de fase líquido-gas transcurre en los poros sincrónicamente en un estrecho intervalo de temperatura y presión a pesar de los diferentes tamaños de poro.

El adsorbente según la invención hace posible una absorción y emisión de calor eficiente en un estrecho intervalo de temperatura y presión técnicamente ventajoso mediante el aprovechamiento de la transición de fase líquido-gas en materiales porosos suficientemente duros. La posición de la repentina transición de condensación/evaporación 5 capilar con respecto a la temperatura y la presión puede ajustarse mediante una elección correspondiente del material de recubrimiento.

Mediante la superficie modificable de las paredes porosas al aumentar la temperatura del comportamiento hidrófilo a hidrófobo se consigue el vaciado de los poros ya a una temperatura de calentamiento más baja y, por tanto, un menor salto de temperatura. Aquí también puede ajustarse la temperatura del vaciado mediante la elección del material 10 de recubrimiento.

Otra ventaja importante es que el efecto de los acumuladores de calor en el adsorbente según la invención se basa esencialmente en la entalpía de condensación y no en la energía de interacción con las paredes porosas.

En una forma de realización preferida de la presente invención, el recubrimiento de las paredes porosas contiene al menos un polímero LCST. Éste se selecciona con especial preferencia del grupo constituido por 15 poli(met)acrilamidas N-sustituidas, poli(N-vinilcaprolactama), poli(óxidos de alquileno), polialquilenglicoles, poli(éteres vinilalquílicos), hidroxialquilcelulosas, así como sus copolímeros o mezclas.

En otra forma de realización preferida, el recubrimiento contiene al menos un biopolímero desnaturalizable, especialmente del grupo de los péptidos.

El material de recubrimiento puede elegirse de forma que la hidrofobia aumente continuamente al aumentar la 20 temperatura. Pero igualmente también es posible que la hidrofobia ascienda repentinamente en un estrecho intervalo de temperatura.

El espesor de capa del recubrimiento depende fuertemente del material de recubrimiento usado. El espesor de capa se determina a este respecto mediante las cadenas de polímeros u oligómeros usadas. Mediante la hidratación puede aumentarse el espesor de capa aproximadamente en un factor de 2. El espesor de capa mínimo se encuentra a 25 este respecto en el estado seco, es decir, anhidro a 15 Å (= 15·10-10 m), por ejemplo, en el caso que se utilicen péptidos pequeños como material de recubrimiento. El espesor de capa máximo se limita por el tamaño de poro del material de soporte usado. Por tanto, el espesor de capa superior se encuentra a 200 Å (= 200 · 10-10 m).... [Seguir leyendo]

1. Adsorbente que contiene una estructura de soporte porosa, en el que las paredes porosas están recubiertas de al menos un polímero, oligómero y/o sus mezclas y este recubrimiento muestra un cambio reversible inducido por la temperatura de las propiedades de humectación de comportamiento hidrófilo a hidrófobo, en el que la hidrofobia aumenta al aumentar la temperatura. 5

2. Adsorbente según la reivindicación 1, caracterizado porque el recubrimiento contiene al menos un polímero LCST.

3. Adsorbente según la reivindicación precedente, caracterizado porque el polímero LCST se selecciona del grupo constituido por poli(met)acrilamidas N-sustituidas, poli(N-vinilcaprolactama), poli(óxidos de alquileno), polialquilenglicoles, poli(éteres vinilalquílicos), hidroxialquilcelulosas, así como sus copolímeros o mezclas. 10

4. Adsorbente según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el recubrimiento contiene al menos un biopolímero desnaturalizable.

5. Adsorbente según la reivindicación precedente, caracterizado porque el biopolímero se selecciona del grupo de los péptidos.

6. Adsorbente según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la hidrofobia aumenta 15 continuamente con el aumento de temperatura.

7. Adsorbente según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la hidrofobia aumenta repentinamente en un estrecho intervalo de temperatura.

8. Adsorbente según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el recubrimiento presenta un espesor de capa en el intervalo de 15·10-10 m (15 Å) a 200·10-10 m (200 Å). 20

9. Adsorbente según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la estructura de soporte se selecciona del grupo constituido por vidrios de sílice porosos y carbonos porosos.

10. Adsorbente según la reivindicación precedente, caracterizado porque la estructura de soporte es carbón activo.

11. Adsorbente según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la estructura de soporte 25 presenta un tamaño de poro medio en el intervalo de 50·10-10 m (50 Å) a 2000·10-10 m (2000 Å).

12. Adsorbente según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la estructura de soporte presenta una porosidad en el intervalo de 0,2 a 0,6 cm3/g.

13. Adsorbente según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la estructura de soporte presenta una superficie específica de al menos 100 a 1000 m2/g. 30

14. Uso del adsorbente según una de las reivindicaciones precedentes en bombas de calor y acumuladores de calor.

15. Uso según la reivindicación precedente para la adsorción de agua.

16. Uso según una de las reivindicaciones 12 ó 13, caracterizado porque mediante la funcionalización de al menos un polímero se ajusta la temperatura para el cambio y/o el ángulo de contacto. 35

17. Uso del adsorbente según una de las reivindicaciones precedentes en máquinas frigoríficas.

18. Uso del adsorbente según la reivindicación 17, caracterizado porque las máquinas frigoríficas trabajan sin condensador.

19. Uso del adsorbente según la reivindicación precedente, caracterizado porque el adsorbente se introduce en un intercambiador de calor que puede condensar el vapor desorbido en la superficie del adsorbente dentro de la unidad 40 intercambiadora de calor y el condensado puede escurrirse e introducirse a un reflujo de condensado hacia el evaporador.