Dispositivo y método para calentar un medio.

Dispositivo para calentar un medio (2, 8, 15), que comprende un depósito (1,

14) para el medio que se desea calentar (2, 8, 15) y con un elemento funcional (5), en el que

- el elemento funcional (5) se puede calentar eléctricamente de forma controlada, para lo cual cuenta con conexiones eléctricas (7) y

- el elemento funcional (5) se constituye para una transferencia de calor directa desde el elemento funcional (5) hasta el medio (2, 8, 15),

caracterizado por el hecho de que el elemento funcional (5) se compone esencialmente de un material plástico (9) reforzado con fibra de carbono.

Dispositivo y método para calentar un medio [0001] La invención se refiere a un dispositivo y un método para calentar un medio, en el cual el medio es preferentemente un medio como el que se utiliza en un acumulador tampón de un sistema de calentamiento.

En los sistemas de calentamiento se utilizan intercambiadores de calor para la alimentación y la recogida de energía térmica. Estos acumuladores intermedios que acumulan la energía térmica que no es necesaria se emplean especialmente en el campo de la energía solar térmica. Como medio de acumulación se utiliza a menudo agua. Sin embargo, también se conocen acumuladores intermedios que funcionan con acumuladores de calor latente. En este caso, los depósitos que almacenan los materiales de cambio de fase (PCM) se conservan normalmente en un medio de transferencia de calor, por ejemplo, agua. El calentamiento del material de cambio de fase se realiza en ese caso de forma que se transfiera energía térmica a los depósitos PCM a través del medio de transferencia de calor.

En la publicación DE 10 2009 044 697 A1 se describe un depósito de material plástico con elementos térmicos de carbono para el calentamiento del medio presente en el depósito. Este documento divulga un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1 y un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 13. En la publicación GB 2276082 A se menciona el uso de elementos de calentamiento hechos de un material plástico provisto de carbono para el calentamiento de bañeras.

Una tarea de la presente invención es proporcionar la posibilidad de un calentamiento especialmente eficiente de un medio. Esta tarea se resuelve mediante los objetos de la invención indicados en las reivindicaciones 1, 11, 12 y 13. En las reivindicaciones dependientes se especifican realizaciones ventajosas de la invención.

La ventajas y realizaciones expuestas a continuación en el contexto del dispositivo o del sistema se aplican igualmente por analogía al método de la invención y viceversa.

En lo sucesivo, los términos calor y energía térmica se utilizan como sinónimos. Dependiendo del sentido de desarrollo o de visualización del proceso termodinámico, cada proceso de calentamiento descrito, es decir, cada calentamiento descrito, puede también tratarse de un proceso de enfriamiento. Cada medio de recogida de calor en un momento dado puede utilizarse en otro momento como un medio emisor de calor y viceversa. En cuanto al medio que se desea calentar, se trata preferentemente de un fluido, especialmente de un líquido utilizable en el acumulador tampón de un sistema de calentamiento.

El dispositivo según la invención para el calentamiento de un medio comprende un depósito para el medio que se desea calentar y un elemento funcional, de forma que el elemento funcional consiste esencialmente en un material CFRP, o lo que es lo mismo, en un material plástico reforzado con fibra de carbono, el elemento funcional se puede calentar eléctricamente de forma controlable, para lo cual dispone de conexiones eléctricas, y el elemento funcional se diseña para una transferencia directa de calor desde el elemento funcional hasta el medio.

El método según la invención para el calentamiento de un medio a través de un elemento funcional hecho esencialmente de un material CFRP se caracteriza por el hecho de que se produce una transferencia directa de calor desde el elemento funcional hasta el medio y el elemento funcional se calienta eléctricamente de forma controlada.

Una idea básica de la invención consiste en utilizar un elemento funcional que se caracteriza por tres cualidades esenciales para el calentamiento de un medio. En primer lugar, el elemento funcional se hace esencialmente de un material CFRP. Este concepto designa un material compuesto en el cual se embeben capas de fibras de carbono en material plástico. En segundo lugar, el material CFRP dispone de conexiones eléctricas mediante las cuales se puede calentar de forma controlable. En tercer lugar, el elemento funcional se diseña y/o dispone de tal manera que se produzca una transferencia directa de calor al medio que se desea calentar. De este modo se minimizan las pérdidas por transferencia.

El hecho de que el elemento funcional se componga "esencialmente" de un material CFRP significa que se hace completamente o casi completamente de un material CFRP. Así, el elemento funcional puede comprender, por ejemplo, elementos estructurales que no se compongan de un material CFRP, como conexiones eléctricas, elementos de sujeción o fijación o similares. El elemento funcional puede presentar cualquier forma deseada. Así, el elemento funcional puede diseñarse para recubrir o alojar, al menos parcialmente, un depósito u otro componente. El elemento funcional puede también envolver completamente componentes tales como tubos o elementos similares, de forma que estos componentes estén embebidos al menos parcialmente en el elemento funcional.

Para una transferencia de calor especialmente eficaz hasta el medio que se desea calentar, ha resultado ser ventajoso el hecho de que el elemento funcional presente grandes áreas de superficies funcionales, o lo que es lo mismo, que presente, en particular, una superficie especialmente grande. Para este propósito, el elemento funcional presenta preferentemente una forma que ponga a disposición una superficie especialmente grande, como, por ejemplo, en forma de ondas, franjas o rejillas.

La "transferencia directa de calor" quiere decir que la transferencia de calor se realiza directamente desde el elemento funcional hasta el medio que se desea calentar o, dicho de otra forma, directamente al medio que se desea calentar. Es decir, la transferencia de calor se realiza sin necesidad de un medio de transferencia de calor adicional o elemento intermedio, a excepción de una posible pared del depósito que separe el medio del elemento funcional. Dicho de otra forma, la transferencia de calor se lleva a cabo sin la utilización o sin la intercalación de otro medio móvil o en movimiento o medio intermedio. Preferentemente, la transferencia de calor tiene lugar por conducción. Una parte de la transferencia de calor puede tener lugar a través de la radiación térmica. No se produce ninguna transferencia de calor por convección.

El elemento funcional se puede calentar eléctricamente y puede servir como única fuente de calor para el calentamiento del medio. En otra forma de realización de la invención, la transferencia de calor en el medio tiene lugar directamente a través del elemento funcional. En este caso, el elemento funcional sirve para la transferencia de la energía térmica desde una fuente de calor separada del medio que se desea calentar y dispuesta fuera del elemento funcional hasta el medio que se desea calentar. También en este caso, la transferencia de calor se realiza directamente desde el elemento funcional hasta el medio que se desea calentar y sin el uso de un elemento intermedio.

El calentamiento del elemento funcional se realiza según el principio básico de una forma de calentamiento por resistencia eléctrica. El material CFRP presenta una buena conductividad eléctrica en situaciones de baja resistencia eléctrica. Los experimentos han demostrado que, en un flujo de corriente a través del material CFRP, la energía eléctrica total se convierte en potencia calorífica.

Las conexiones eléctricas del elemento funcional se diseñan preferentemente en forma de conductos de cobre flexibles y aislados. Estos se disponen preferentemente solo en la zona del borde del elemento funcional. De forma más ventajosa, los conductos de cobre están embebidos en el material CFRP.

El elemento funcional se diseña como un componente de una sola pieza, preferentemente sólido, en forma de bloque. De esta forma, el componente se puede sustituir en cualquier momento, por ejemplo, en caso de reparación. De forma alternativa, el elemento funcional puede componerse de una pluralidad de componentes, preferentemente sólidos, que dispongan cada uno de conexiones eléctricas y se conecten entre sí en un circuito en paralelo o en serie para formar el elemento funcional. Como resultado, en una realización particularmente ventajosa pueden definirse varias zonas de calentamiento para un elemento funcional, las cuales puedan controlarse o ajustarse en función de la demanda y el consumo.

En otra forma de realización de la invención, se combinan las dos posibilidades de transferencia nombradas anteriormente. En este caso, no sólo se introduce calor en el medio desde una fuente de calor externa a través del elemento funcional, con lo que el elemento funcional sirve como medio de transferencia, por ejemplo, para la transferencia de energía... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para calentar un medio (2, 8, 15) , que comprende un depósito (1, 14) para el medio que se desea calentar (2, 8, 15) y con un elemento funcional (5) , en el que el elemento funcional (5) se puede calentar eléctricamente de forma controlada, para lo cual cuenta con conexiones eléctricas (7) y el elemento funcional (5) se constituye para una transferencia de calor directa desde el elemento funcional (5) hasta el medio (2, 8, 15) , caracterizado por el hecho de que el elemento funcional (5) se compone esencialmente de un material plástico (9) reforzado con fibra de carbono.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el elemento funcional (5) se aplica al menos por secciones, en la pared (6, 17) del depósito (1, 14) en forma de envoltura.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2, en el que el elemento funcional (5) sirve al menos parcialmente como pared del depósito (6, 17) .

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el elemento funcional (5) se dispone al menos parcialmente en el interior (3) del depósito (1, 14) .

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, con una fuente de calor (2, 8, 15) separada del medio que se desea calentar (2, 8, 15) y fuera del elemento funcional (5) , en el que el elemento funcional (5) se configura para una transferencia directa de calor desde la fuente de calor (2, 8, 15) hasta el medio (2, 8, 15) por medio del elemento funcional (5) .

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el elemento funcional (5) asociado al depósito (1, 14) del medio (2, 8, 15) que se desea calentar se asocia al mismo tiempo a un segundo depósito (1, 14) de un medio (2, 8, 15) emisor de calor.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, en el que el elemento funcional (5) se aplica al menos por secciones a la pared del depósito (6, 17) del segundo depósito (1, 14) en forma de envoltura.

8. Dispositivo según la reivindicación 6 o 7, en el que el elemento funcional (5) sirve, al menos por secciones, de pared (6, 17) de depósito del segundo depósito (1, 14) .

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el elemento funcional (5) se dispone, al menos parcialmente, en el interior (3) del segundo depósito (1, 14) .

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el medio (2, 8, 15) que se desea calentar y/o emisor de calor es un medio apropiado para su utilización en un acumulador tampón o con un acumulador tampón de un sistema de calentamiento, en particular agua o un material de cambio de fase.

11. Sistema con al menos un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10 y con un aparato de control para el control y/o el ajuste del calentamiento del al menos un elemento funcional (5) .

12. Uso de un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10 o de un sistema según con la reivindicación 11, en el que el dispositivo se utiliza como intercambiador de calor o como parte de un intercambiador de calor en un sistema de calentamiento.

13. Método para calentar un medio apropiado (2, 8, 15) , preferentemente para su utilización en o con un acumulador tampón de un sistema de calentamiento mediante un elemento funcional (5) , de forma que se produzca una transferencia directa de calor desde el elemento funcional (5) hasta el medio (2, 8, 15) y de forma que el elemento funcional (5) se caliente eléctricamente de forma controlada, caracterizado por el hecho de que el elemento funcional (5) se compone esencialmente de un material plástico reforzado con fibra de carbono (9) .