CONVERTIDOR TERMOACÚSTICO Y GENERADOR DE ENERGÍA ELÉCTRICA QUE COMPRENDE UN CONVERTIDOR TERMOACÚSTICO.

Convertidor termoacústico que comprende un foco caliente (1, 2,

7, 3), un foco frío (9, 10, 11), un bloque (5) de elementos térmicamente conductores espaciados entre sí y fijados entre sí, estando situado el bloque (5) entre el foco caliente y el foco frío de forma que se establezca un gradiente de temperatura entre unos primeros extremos de los elementos térmicamente conductores y unos segundos extremos de los elementos térmicamente conductores, situados en oposición a los primeros extremos, y un fluido termodinámico (F) que llena el espacio entre los elementos térmicamente conductores y un espacio que circunda los elementos térmicamente conductores de modo que se establecen ondas acústicas en el fluido termodinámico que llena el espacio que circunda los elementos térmicamente conductores, bajo el efecto del gradiente de temperatura, caracterizado porque el foco caliente comprende una pieza metálica monobloque constituida por una pared cilíndrica (1) en la que van taladrados unos caloductos (2) y por una pared transversal (7) que separa la pared cilíndrica en una primera parte de pared cilíndrica (1a) y una segunda parte de pared cilíndrica (1b), discurriendo los caloductos a uno y otro lado de la pared transversal, delimitando la pared transversal (7), la primera parte de pared cilíndrica y una pared suplementaria (3) en situación enfrentada a la pared transversal (7) con relación a la primera parte de pared cilíndrica (1a) un volumen que contiene una fuente de calor

Campo técnico y técnica anterior

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La invención se refiere a un convertidor termoacústico. La invención se refiere asimismo a un generador de energía eléctrica que comprende un convertidor termoacústico según la invención así como a una central eléctrica que comprende un generador de energía eléctrica según la invención.

De modo general, un generador de energía eléctrica según la invención puede ser utilizado en numerosas aplicaciones 10 (motores de coches, generadores de electricidad embarcados, centrales eléctricas, etc.).

La central eléctrica de la invención está destinada a equipar, por ejemplo, sitios aislados y/o zonas desérticas.

Los dispositivos de conversión termoacústica que generan ondas acústicas, acoplados a etapas que convierten la 15 energía mecánica de las ondas acústicas en energía eléctrica, son actualmente objeto de trabajos en cierto número de laboratorios de investigación. Los dispositivos hasta hoy conocidos utilizan, además del fenómeno conocido de la conversión termoacústica, convertidores que integran piezas en movimiento o membranas metálicas vibratorias, e incluso una asociación de ambas. Una utilización repetida de tales estructuras conduce a una reducción muy acusada de su fiabilidad y complica considerablemente su mantenimiento industrial. 20

El convertidor termoacústico de la invención y el generador de energía eléctrica de la invención no presentan estos inconvenientes.

Se conoce un dispositivo sin piezas en movimiento por el documento US2003/188541. 25

Exposición de la invención

Efectivamente, la invención se refiere a un convertidor termoacústico que comprende un foco caliente, un foco frío, un bloque de elementos térmicamente conductores espaciados entre sí y fijados entre sí, estando situado el bloque entre 30 el foco caliente y el foco frío de forma que se establezca un gradiente de temperatura entre unos primeros extremos de los elementos térmicamente conductores y unos segundos extremos de los elementos térmicamente conductores, situados en oposición a los primeros extremos, y un fluido termodinámico que llena el espacio entre los elementos térmicamente conductores y un espacio que circunda a los elementos térmicamente conductores de modo que se establecen ondas acústicas, en el fluido termodinámico que llena el espacio que circunda a los elementos 35 térmicamente conductores, bajo el efecto del gradiente de temperatura, caracterizado porque el foco caliente comprende una pieza metálica monobloque constituida por una pared cilíndrica en la que van taladrados unos caloductos y por una pared transversal que separa la pared cilíndrica en una primera parte de pared cilíndrica y una segunda parte de pared cilíndrica, delimitando la pared transversal, la primera parte de pared cilíndrica y una pared suplementaria en situación enfrentada a la pared transversal con relación a la primera parte de pared cilíndrica un 40 volumen que contiene una fuente de calor.

Según una característica suplementaria de la invención, el foco caliente comprende un blindaje térmico insertado en la segunda parte de pared cilíndrica, más allá de un extremo de los caloductos y que aísla térmicamente el foco caliente del foco frío, estando constituido el blindaje térmico por una pared abierta por un agujero pasante en el que se ubica el 45 bloque de elementos térmicamente conductores, llenando el fluido termodinámico el espacio situado entre la pared transversal, la segunda parte de pared cilíndrica y la estructura constituida por el blindaje térmico y por el bloque de elementos térmicamente conductores.

Según una característica suplementaria de la invención, el bloque de elementos térmicamente conductores está 50 mantenido mediante una estructura que ciñe el bloque de elementos térmicamente conductores.

Según otra característica suplementaria de la invención, la estructura que ciñe el bloque de elementos térmicamente conductores se prolonga dentro del foco frío en una pared que determina un vaso por el que se propagan las ondas acústicas. 55

Según otra característica suplementaria de la invención, el foco frío comprende una pared cilíndrica vinculada a la pared cilíndrica del foco caliente y separada de la pared cilíndrica del foco caliente por un revestimiento térmicamente aislante.

60

Según otra característica suplementaria de la invención, el revestimiento térmicamente aislante es un revestimiento de cerámica.

Según otra característica suplementaria de la invención, la pared del foco frío lleva integrado un intercambiador evaporador por el que circula un fluido termodinámico. 65

Según otra característica suplementaria de la invención, el fluido termodinámico que circula por el intercambiador evaporador es alcohol o metanol.

Según otra característica suplementaria de la invención, el foco frío comprende un intercambiador condensador 5 enfriado en convección natural por el aire ambiental.

Según una segunda realización de la invención, el foco frío comprende un conjunto de caloductos de enfriamiento distribuidos, sobre la cara interior de la pared que delimita el vaso, entre un primero de sus extremos y un primer punto intermedio, llevando practicados unos agujeros la pared que delimita el vaso y la pared del foco frío para permitir la 10 introducción de los caloductos de enfriamiento del convertidor termoacústico, estando soldados los caloductos de enfriamiento sobre un radiador entre un segundo punto intermedio y un segundo de sus extremos, opuesto a sus primeros extremos.

Según una característica suplementaria de la segunda realización de la invención, las partes de caloductos de enfriamiento que quedan ubicadas en el interior del vaso están vinculadas por aletas. 15

Según otra característica suplementaria de la invención, los caloductos del foco caliente contienen un fluido termodinámico.

Según otra característica suplementaria de la invención, el fluido termodinámico contenido en estos caloductos es 20 sodio a presión atmosférica.

Según otra característica suplementaria de la invención, el interior de los caloductos está equipado con un recubrimiento que permite organizar flujos entre zonas de evaporación y zonas de condensación del fluido termodinámico que contienen. 25

Según otra característica suplementaria de la invención, el fluido termodinámico que llena el espacio entre los elementos térmicamente conductores y un espacio que circunda a los elementos térmicamente conductores es un metal alcalino fundido.

30

Según otra característica suplementaria de la invención, el metal alcalino fundido es sodio fundido, eutéctico Na-K fundido o litio fundido.

Según otra característica suplementaria de la invención, un calorífugo rodea el foco caliente y el foco frío.

35

Según otra característica suplementaria de la invención, el bloque de elementos térmicamente conductores es un conjunto de placas térmicamente conductoras fijadas entre sí por soldadura.

Según otra realización de la invención, el bloque de elementos térmicamente conductores es una bobina hecha de un fleje plisado y de un fleje liso uno arrollado en el otro. 40

Según otra característica suplementaria de la invención, un recinto de seguridad permite recuperar una fuga de fluido termodinámico que llena el espacio entre las placas y el espacio que circunda a las placas y destruir dicha fuga por medio de un dispositivo de neutralización preinstalado en un apéndice frío de dicho recinto.

45

Según otra característica suplementaria de la invención, la pared suplementaria es una ventanilla transparente a la luz, de modo que la fuente de calor constituye un horno solar desde el momento en que la luz del sol atraviesa la pared suplementaria.... [Seguir leyendo]

1. Convertidor termoacústico que comprende un foco caliente (1, 2, 7, 3), un foco frío (9, 10, 11), un bloque (5) de elementos térmicamente conductores espaciados entre sí y fijados entre sí, estando situado el bloque (5) entre el foco caliente y el foco frío de forma que se establezca un gradiente de temperatura entre unos primeros extremos de los 5 elementos térmicamente conductores y unos segundos extremos de los elementos térmicamente conductores, situados en oposición a los primeros extremos, y un fluido termodinámico (F) que llena el espacio entre los elementos térmicamente conductores y un espacio que circunda los elementos térmicamente conductores de modo que se establecen ondas acústicas en el fluido termodinámico que llena el espacio que circunda los elementos térmicamente conductores, bajo el efecto del gradiente de temperatura, caracterizado porque el foco caliente comprende una pieza 10 metálica monobloque constituida por una pared cilíndrica (1) en la que van taladrados unos caloductos (2) y por una pared transversal (7) que separa la pared cilíndrica en una primera parte de pared cilíndrica (1a) y una segunda parte de pared cilíndrica (1b), discurriendo los caloductos a uno y otro lado de la pared transversal, delimitando la pared transversal (7), la primera parte de pared cilíndrica y una pared suplementaria (3) en situación enfrentada a la pared transversal (7) con relación a la primera parte de pared cilíndrica (1a) un volumen que contiene una fuente de calor. 15

2. Convertidor termoacústico según la reivindicación 1, en el que el foco caliente comprende un blindaje térmico (4) insertado en la segunda parte de pared cilíndrica (1b), más allá de un extremo de los caloductos (2) y que aísla térmicamente el foco caliente del foco frío, estando constituido el blindaje térmico (4) por una pared abierta por un agujero pasante en el que se ubica el bloque (5) de elementos térmicamente conductores, llenando el fluido 20 termodinámico (F) el espacio situado entre la pared transversal (7), la segunda parte de pared cilíndrica (1b) y la estructura constituida por el blindaje térmico (4) y por el bloque (5) de elementos térmicamente conductores.

3. Convertidor termoacústico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el bloque (5) de elementos térmicamente conductores está mantenido mediante una estructura (6, Cm, bd) que ciñe el bloque (5) de elementos 25 térmicamente conductores.

4. Convertidor termoacústico según la reivindicación 3, en el que la estructura (6, Cm, bd) que ciñe el bloque (5) de elementos térmicamente conductores se prolonga en el interior de la pared cilíndrica (9) del foco frío en una pared (P) que determina un vaso (V) por la que se propagan las ondas acústicas. 30

5. Convertidor termoacústico según la reivindicación 4, en el que el foco frío comprende una pared cilíndrica (9) vinculada a la pared cilíndrica (1) del foco caliente y separada de la pared cilíndrica del foco caliente por un revestimiento térmicamente aislante (12).

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6. Convertidor termoacústico según la reivindicación 5, en el que el revestimiento térmicamente aislante (12) es un revestimiento de cerámica.

7. Convertidor termoacústico según una cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6, en el que la pared (9) del foco frío lleva integrado un intercambiador evaporador (10) por el que circula un fluido termodinámico. 40

8. Convertidor termoacústico según la reivindicación 7, en el que el fluido termodinámico que circula por el intercambiador evaporador (10) es alcohol o metanol.

9. Convertidor termoacústico según una de las reivindicaciones 7 u 8, que comprende un intercambiador condensador 45 (11) enfriado en convección natural por el aire ambiental.

10. Convertidor termoacústico según una de las reivindicaciones 5 ó 6, en el que el foco frío comprende un conjunto de caloductos de enfriamiento (q) distribuidos, sobre la cara interior de la pared (P) que delimita el vaso (V), entre un primero de sus extremos y un primer punto intermedio, llevando practicados unos agujeros la pared (P) que delimita el 50 vaso (V) y la pared del foco frío (9) para permitir la extracción de los caloductos de enfriamiento del convertidor termoacústico, siendo introducidos los caloductos de enfriamiento (q) en un radiador (Rd) entre un segundo punto intermedio y un segundo de sus extremos, opuesto a sus primeros extremos.

11. Convertidor termoacústico según la reivindicación 10, en el que las partes de caloductos de enfriamiento (q) que 55 quedan ubicadas en el interior del vaso (V) están vinculadas por aletas (w).

12. Convertidor termoacústico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los caloductos (2) contienen un fluido termodinámico.

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13. Convertidor termoacústico según la reivindicación 12, en el que el fluido termodinámico contenido en los caloductos (2) es sodio a presión atmosférica.

14. Convertidor termoacústico según una cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13, en el que el interior de los caloductos (2) está equipado con un recubrimiento que permite organizar flujos entre zonas de evaporación y zonas de 65 condensación del fluido termodinámico que contienen.

15. Convertidor termoacústico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el fluido termodinámico que llena el espacio entre los elementos térmicamente conductores y un espacio que circunda a los elementos térmicamente conductores es un metal alcalino fundido.

16. Convertidor termoacústico según la reivindicación 15, en el que el metal alcalino fundido es sodio fundido, eutéctico 5 Na-K fundido o litio fundido.

17. Convertidor termoacústico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que un calorífugo (13) rodea el foco caliente y el foco frío.

10

18. Convertidor termoacústico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el bloque (5) de elementos térmicamente conductores es un conjunto de placas térmicamente conductoras fijadas entre sí por soldadura.

19. Convertidor termoacústico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el que el bloque (5) de 15 elementos térmicamente conductores es una bobina (B) hecha de un fleje plisado (fp) y de un fleje liso (fl) uno arrollado en el otro.

20. Convertidor termoacústico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que un recinto de seguridad permite recuperar una fuga de fluido termodinámico que llena el espacio entre las placas y el espacio que 20 circunda a las placas y destruir dicha fuga por medio de un dispositivo de neutralización preinstalado en un apéndice frío del convertidor.

21. Convertidor termoacústico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la pared suplementaria (3) es una ventanilla transparente a la luz, de modo que la fuente de calor constituye un horno solar 25 desde el momento en que la luz (L) del sol atraviesa la pared suplementaria (3).

22. Generador de energía eléctrica que incorpora un convertidor termoacústico que produce ondas acústicas a partir de un gradiente de calor y un convertidor magnetohidrodinámico que produce electricidad a partir de las ondas acústicas estacionarias creadas por el convertidor termoacústico, caracterizado porque el convertidor termoacústico es un 30 convertidor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21.

23. Generador de energía eléctrica según la reivindicación 22, en el que el convertidor magnetohidrodinámico comprende:

35

- un vaso (V) en el que oscilan las ondas acústicas,

- un circuito magnético (A1, C1, A2, C2) capaz de hacer que reine en el vaso (V) un campo magnético perpendicular a la dirección de flujo de las ondas acústicas,

40

- dos electrodos (E1, E2) situados a uno y otro lado del vaso (V), aislados eléctricamente del vaso (V) y alineados según un eje perpendicular a la dirección de flujo de las ondas acústicas y a la dirección del campo magnético, y

- dos cables colectores (k1, k2) eléctricamente aislados del vaso (V) e interconectados, respectivamente, a los dos electrodos (E1, E2). 45

24. Generador de energía eléctrica según la reivindicación 23, en el que los electrodos (E1, E2) son bloques prismáticos de metal amagnético y están aislados eléctricamente del vaso (V) mediante depósitos de cerámica (d1, d2) que recubren los electrodos.

50

25. Generador de energía eléctrica según la reivindicación 22, en el que el convertidor magnetohidrodinámico comprende:

- un vaso (V) en el que oscilan las ondas acústicas,

55

- unos sensores inductivos (16) y una cadena de medida (17) que determinan la pulsación (ω) y la velocidad de desplazamiento respecto al tiempo (v(t)) de las ondas acústicas,

- un procesador (18) que genera una información de control (I) a partir de las mediciones de pulsación y de velocidad de desplazamiento, 60

- un generador de corriente (19) gobernado mediante la información de control (I), y

- un conjunto de bobinas (20) situadas a uno y otro lado del vaso (V) e interconectadas con el generador de corriente.

65

26. Central eléctrica que comprende un generador de electricidad, caracterizada porque el generador de electricidad es un generador (21) según una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 25, en caso de ser el convertidor termoacústico un

convertidor según la reivindicación 21, y porque comprende una superficie parabólica de concentración de la luz solar (22), estando entonces posicionada la ventanilla de la fuente de calor (3) sensiblemente a nivel de la zona focal de la superficie parabólica de concentración.

27. Central eléctrica según la reivindicación 26, que comprende un dispositivo de almacenamiento de energía (23). 5