Estructuras conectadas de conducción de calor en sistemas de almacenamiento de amoniaco sólido.

Un bloque de material compactado construido de una o más unidades compuestas por una materia que comprende un material saturado de amoniaco susceptible de desorber y ad - o absorber amoniaco de manera reversible rodeado por una envolvente permeable a los gases hecho de un material flexible,

el cual forma un conjunto completamente interconectado de superficies cerradas que actúan como estructuras de transferencia de calor y presenta una conductividad térmica de al menos cinco veces la conductividad térmica de dicho material saturado de amoniaco a una temperatura de entre - 70º C y 250º C.

Estructuras conectadas de conducción de calor en sistemas de almacenamiento de amoniaco sólido Campo de la invención La invención se refiere a un bloque de material compactado de un material que consiste en una o más unidades compuestas por una materia que comprende un material saturado de amoniaco rodeado por una envolvente permeable a los gases hecha de un material conductor de calor flexible y a un procedimiento para fabricarlo.

Antecedentes de la invención El amoniaco es una sustancia química ampliamente utilizada con muchas aplicaciones. Aplicaciones específicas incluyen la utilización del amoniaco como agente reductor para la reducción catalítica selectiva (SCR) de NOx del gas de escape derivado de los procesos de combustión o la utilización de amoniaco como combustible en los procesos de generación de energía, como por ejemplo en relación con celdas de combustible.

Para la mayoría de las aplicaciones y, en particular, en aplicaciones de automoción, el almacenamiento de amoniaco en forma de líquido presurizado dentro de un depósitoes demasiado peligroso. La urea es un procedimiento seguro, pero indirecto y escasamente práctico, para el transporte móvil de amoniaco, dado que requiere que la urea sea transformada en amoniaco mediante un proceso que implica la termólisis y la hidrólisis ( (NH2) 2 CO + H2O - 2 NH3 + CO2) .

Un procedimiento de almacenaje que implica la ad - absorción en un sólido, puede eludir el riesgo para la seguridad del amoniaco líquido anhidro y la descomposición de una materia prima.

Las sales de metal - amina de metal son materiales absorbentes y desorbentes del amoniaco, las cuales pueden ser utilizadas como medio de almacenamiento sólido del amoniaco (véase, por ejemplo, el documento WO 20061012903 A2) , el cual, a su vez, tal y como se indicó con anterioridad, puede ser utilizado como agente reductor en la reducción catalítica selectiva para reducir las emisiones de NOx.

La liberación del amoniaco procedente de los materiales de almacenamiento de amoniaco es un proceso endotérmico que requiere el suministro de calor. Un problema asociado es que los materiales de almacenamiento y especialmente los materiales de almacenamiento con amoniaco agotado presentan, en general, una conductividad térmica baja y, tras el agotamiento del amoniaco del material, se pueden formar porosidades, lo cual inhibe más aun la conducción de calor. Los efectos del deterioro de la conducción de calor son que la fuente de calentamiento tiene que ser calentada a una temperatura más alta y el tiempo de respuesta del sistema resulta más largo.

Otro problema surge debido a que las propiedades de los materiales cambian tras el empobrecimiento del amoniaco a partir de los materiales de almacenamiento del amoniaco. Debido a que el amoniaco es una parte sustancial de la estructura de los materiales, la mayoría de los sólidos que absorben amoniaco se encogen en todas las dimensiones tras el empobrecimiento. Si el material inicialmente llena completamente un recipiente, perderá contacto con las paredes del depósitodespués de la degasificación. El espacio libre existente entre la pared del depósitoy el material de almacenamiento actuará como capa aislante e impedirá que el calor sea transportado hasta el interior del material de almacenamiento si el depósitoes calentado desde el exterior. Tampoco resulta conveniente incorporar un gran bloque de material contenido de forma holgada en un depósitoque esté montado en un vehículo que se desplace y vibre, en cuanto ello puede comprometer la estabilidad mecánica del sistema.

K. Wang et al., en la publicación "Conductividad térmica eficaz del compuesto de grafito - CaCI2 expandido adsorbente para enfriadores de adsorción química ["·Effective Themal Conductivity of expanded graphite - CaCl2 composite adsorbent for chemical adsorption chillers"], Energy Conversion and Management 47, (2006) , 1902 - 1912, divulgan un adsorbente de material compuesto consolidado de grafito expandido de KP50 y CaCl2. El grafito expandido es primeramente intercalado con CaCl2 es una suspensión acuosa del grafito expandido y, a continuación, el compuesto de grafito expandido y el CaCl2 es moldeado por compresión y secado al vacío para formar el material compuesto consolidado. Se da a conocer que la consolidación puede proporcionar una vía de conducción de calor continua hecha de grafito expandido, conduciendo a una conductividad térmica más alta. M. Groll, en la publicación "Lechos de Reacción para Máquinas de Sorción Seca", ["Reaction Beds for Dr y Sorption Machines", ], Heat Recover y Systems y CHP, Vol. 13, No. 4 (1993) , 34.1 - 346, divulga una estructura similar con MnCl2 intercalado. El documento US 5, 441, 716 A divulga unos compartimientos cerrados que contienen una sal de metal - amina cuyas paredes no flexibles están parcialmente formadas por un material conductor del calor permeable a los gases.

La presente invención da respuesta a estos problemas.

Sumario de la invención En un primer aspecto, la invención se refiere a un bloque de material compactado que consiste en una o más unidades compuestas por una materia que comprende un material saturado de amoniaco susceptible de ad - o absorber y desorber amoniaco de manera reversible, de acuerdo con lo definido en la reivindicación 1.

En un segundo aspecto, la invención se refiere a unos procedimientos de fabricación del bloque de material compactado de acuerdo con lo definido en las reivindicaciones 15 y 16.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 ilustra un material de almacenamiento de amoniaco dentro de un depósito cada una de cuyas porciones está rodeada por una envolvente de un material conductor de calor flexible, permeable a los gases, formando de esta manera unas unidades o paquetes de contención del material de almacenamiento, formando las envolventes una estructura conectada de superficies cerradas.

La figura 2 ilustra un material de almacenamiento de amoniaco dentro de un depósito rodeado por una envolvente de un material conductor de calor, flexible, permeable a los gases en el que la envolvente , además del material de almacenamiento de amoniaco, encierra unas unidades secundarias de contención de material de almacenamiento, cuyas envolventes no forman una estructura completamente conectada de las superficies cerradas.

La figura 3 ilustra un procedimiento de formación de la estructura de la figura 1 que utiliza una fuerza o presión externa.

La figura 4 ilustra un procedimiento de formación de la estructura de la figura 1 que utiliza la saturación del material dentro de un depósito.

La figura 5 muestra de forma esquemática una cadena de producción para los paquetes de material de almacenamiento de amoniaco envueltos en un papel metalizado flexible de conducción de calor permeable a los gases.

Descripción de las formas de realización La presente invención resuelve los problemas mencionados con anterioridad mediante el cerramiento del material de almacenamiento de amoniaco susceptible de ad - o absorber y desorber amoniaco, de manera reversible, dentro de una o más envolventes. La envolvente se compone de un material de conducción de calor que es permeable para el transporte de gas pero no para el material de almacenamiento. Las envolventes actúan como estructuras de transferencia de calor paralelas a la superficie de las envolventes. Las envolventes están empaquetadas o compactadas para dejar unos vacíos evanescentes o esencialmente ningún vacío o intersticio entre las envolventes adyacentes. De esta manera, las envolventes están conectadas a las envolventes vecinas a lo largo de una gran área que no proporciona casi ninguna resistencia al flujo de calor entre las envolventes vecinas. En efecto, se consigue una estructura de conducción de calor compuesta por un conjunto completamente conectado de superficies cerradas con una capacidad de transferencia de calor máxima.

De esta manera, en un aspecto la invención se refiere a un bloque de material compactado de material consistente en una o más unidades compuestas por una materia que comprende un material saturado de amoniaco susceptible de ad - o absorber y desorber amoniaco de manera reversible rodeado por un material flexible, permeable a los gases que presenta una conductividad térmica de al menos cinco veces la conductividad térmica de dicho material saturado de amoniaco a una temperatura de - 70º C a 250º C.

Un "bloque compactado de material", tal como se utiliza en la presente memoria significa una masa de material... [Seguir leyendo]

1. Un bloque de material compactado construido de una o más unidades compuestas por una materia que comprende un material saturado de amoniaco susceptible de desorber y ad - o absorber amoniaco de manera reversible rodeado por una envolvente permeable a los gases hecho de un material flexible, el cual forma un conjunto completamente interconectado de superficies cerradas que actúan como estructuras de transferencia de calor y presenta una conductividad térmica de al menos cinco veces la conductividad térmica de dicho material saturado de amoniaco a una temperatura de entre - 70º C y 250º C.

2. El bloque de material compactado de la reivindicación 1, en el que dichas una o más unidades, además de dicho material saturado de amoniaco, contienen una o más unidades secundarias idénticas a las unidades de la reivindicación 1 excepto porque son más pequeñas.

3. El bloque de material compactado de las reivindicaciones 1 o 2, el cual ha sido compactado por medio de una presión de al menos cinco MPa.

4. El bloque de material compactado de la reivindicación 3, en el que dicho bloque de material compactado es autoportante.

5. El bloque de material compactado de la reivindicación 4, en el que dicho bloque de material compactado está contenido dentro de un depósito, el cual puede, de manera opcional, ser calentado.

6. El bloque de material compactado de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho bloque de material compactado está contenido en un depósito el cual, puede, de manera opcional, ser calentado.

7. El bloque de material compactado de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicho material saturado de amoniaco es seleccionado entre una sal compleja de metal - amina de la fórmula Ma (NH3) n Xz, en la que M es uno o más cationes seleccionados entre metales alcalinos, como por ejemplo Li, Na, K o Cs, metales alcalinos térreos, como por ejemplo Mg, Ca, Sr, o Ba, y / o metales de transición, como por ejemplo V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, o Zn o combinaciones de éstos, como por ejemplo Na Al, KAL, K2Zn, CsCu, o K2Fe; X es uno o más aniones seleccionados entre iones fluoruro, cloruro, bromuro, yoduro, nitrato, tiocianato, sulfato, molibdato, y fosfato; a es el número de cationes por molécula de sal; z es el número de aniones por molécula de sal; y n es el número de coordinación de 2 a 12, de modo preferente 6 a 8.

8. El bloque de material compactado de la reivindicación 7, en el que el material saturado de amoniaco se selecciona entre Mg (NH3) 6 Cl2, Ca (NH3) 8 Cl2, Mn (NH3) 6 Cl2 y Sr (NH3) 8 Cl2 o cualquier mezcla de éstos.

9. El bloque de material compactado de las reivindicaciones 7 u 8, el cual ha sido compactado hasta tal punto que la densidad de material saturado de amoniaco es de al menos un 70% de su densidad máxima a temperatura y presión normales.

10. El bloque de material compactado de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la conductividad térmica de dicho material flexible es al menos diez veces la conductividad térmica de dicho material saturado de amoniaco.

11. El bloque de material compactado de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicho material flexible se selecciona entre metal, aleaciones metálicas, grafito, materiales compuestos, plásticos modificados, caucho modificado y cualquier mezcla de éstos.

12. El bloque de material compactado de la reivindicación 11, en el que dicho material flexible se selecciona entre el aluminio o una aleación de aluminio.

13. El bloque de material compactado de cualquiera de las reivindicaciones 5 a 12, en el que dicho material flexible comprende de 0, 1 a 20% en masa de la masa del bloque compactado.

14. El bloque de material compactado de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que las unidades del bloque compactado de material presentan una forma tal que al menos un 60% y, de modo preferente, un 80% del área superficial total de dicho material flexible es paralelo dentro de ± 20º a la dirección deseada de transporte de calor y, de modo más preferente, al menos un 80% del área superficial total de dicho material flexible es paralelo dentro de ± 10% a la dirección deseada del transporte de calor.

15. Un procedimiento de producción del bloque de material compactado de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 que comprende:

la envuelta de dicha materia que comprende un material saturado de amoniaco susceptible de ad -o absorber y desorber amoniaco de manera reversible dentro de una envolvente permeable a los gases hecho de un material flexible que presenta una conductividad térmica de al menos cinco veces la conductividad térmica de dicho material saturado de amoniaco a una temperatura de entre - 70º C y 250º C de manera que se obtengan una o más unidades de la materia envuelta dentro de las superficies cerradas, y la compresión de dichas una o más unidades mediante una presión externa de al menos 5 MPa, en el que, de manera opcional, dichas una o más unidades son situadas en un depósito o molde que presenta uno o dos extremo (s) abierto (s) y, de manera opcional, una o más paredes amovibles y dicha presión externa es ejercida de forma uniaxial a través del (de los) extremo (s) abierto (s) de modo opcional por medio de una placa.

16. Un procedimiento de producción del bloque de material compactado de cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 y 5 a 14 que comprende:

la envuelta de una materia que comprende un material con amoniaco agotado susceptible de ad - o absorber y desorber amoniaco de manera reversible dentro de una envolvente permeable a los gases hecha de un material flexible que presenta una conductividad térmica de al menos cinco veces la conductividad térmica de dicho material saturado de amoniaco a una temperatura de entre - 70º C y 250º C, de manera que se contengan una o más unidades de la materia envuelta dentro de las superficies cerrados, el llenado de las una o más unidades dentro de un depósito, de tal manera que la (s) unidad (es) queden inmovilizadas dentro del depósito, y el tratamiento del material con amoniaco agotado susceptible de ad - o absorber y desorber amoniaco de manera reversible con amoniaco, saturando y compactando de esta manera el material susceptible de adsorber - o absorber y desorber amoniaco de manera reversible.