BR112019003134A2 - aparelho e método de ciclo termodinâmico - Google Patents
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Abstract
um aparelho para ciclo termodinâmico compreendendo: (i) um primeiro reservatório contendo um primeiro meio de armazenamento; (ii) um segundo reservatório contendo um segundo meio de armazenamento; (iii) uma bomba de aquecimento tendo um lado frio termicamente acoplado ao primeiro reservatório para refrigerar o primeiro meio de armazenamento e um lado quente termicamente acoplado ao segundo reservatório para aquecer o segundo meio de armazenamento; (iv) um primeiro circuito termodinâmico de um primeiro fluido de trabalho; (v) um segundo circuito termodinâmico de um segundo fluido de trabalho; (vi) uma entrada de calor auxiliar significa termicamente conectada ao primeiro circuito termodinâmico de modo que o calor auxiliar possa contribuir para a criação do primeiro vapor pressurizado e (vii) uma saída de calor auxiliar significa termicamente conectada ao segundo circuito termodinâmico de modo que o segundo fluido de trabalho possa perder calor para um dissipador de calor auxiliar. o primeiro circuito termodinâmico está termicamente independente do segundo circuito termodinâmico e o aparelho é operável em um modo de carregamento, modo de armazenamento e modo de descarga. no modo de carregamento, a bomba de calor é energizada para resfriar o primeiro meio de armazenamento e aquecer o segundo meio de armazenamento. no modo de armazenamento, o primeiro meio de armazenamento resfriado é armazenado no primeiro reservatório e o segundo meio de armazenamento aquecido é armazenado no segundo reservatório. no modo de descarga, o primeiro vapor pressurizado é expandido pelo primeiro expansor e/ou o segundo vapor pressurizado é expandido pelo segundo expansor.
Description
APARELHO E MÉTODO DE CICLO TERMODINÂMICO
Campo da invenção [001] Essa invenção relaciona um aparelho e método de ciclo termodinâmico, que, em particular, pode ser usado para o armazenamento de energia e/ou armazenamento de calor residual e recuperação de calor residual para energia útil.
HISTÓRICO DA INVENÇÃO [002] No campo da geração de eletricidade, muitas vezes ocorre um desajuste entre a oferta e a procura do fornecimento de eletricidade e a demanda de eletricidade a qualquer momento.
[003] Como exemplo, é muito mais eficiente usar as estações de força de forma continua ao invés de usar de forma intermitente para corresponder à demanda. Entretanto, considerando que a demanda por energia elétrica flutua continuamente (especialmente à noite, quando a demanda cai significativamente), o fornecimento de energia elétrica da estação de força pode exceder com frequência o nivel da demanda. Como mais um exemplo, os geradores de energia renovável produzem frequentemente níveis flutuantes de energia devido à natureza imprevisível e mutável das fontes de energias renováveis (p.ex., energia eólica, energia das ondas, energia solar, etc.) e essa produção dependente do tempo raramente corresponde à demanda. Portanto, existe uma necessidade de sistemas de armazenamento de energia que possam ser usados para armazenar a energia produzida por geradores de eletricidade (p.ex., quando a demanda para tal energia for baixa) e que possam, posteriormente, ser capazes de converter a energia armazenada de volta em energia
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2/82 elétrica (p.ex., quando a demanda aumentar).
[004] Vários sistemas de armazenamento de energia são conhecidos e esses incluem sistemas que convertem energia elétrica em energia térmica que é então armazenada para uso posterior.
[005] As usinas hidrelétricas reversíveis (PSH) atualmente representam a solução de armazenamento de energia disponível mais eficiente em grande escala. Entretanto, a PSH requer uma montanha e um lago/reservatório para se beneficiar de sua elevada eficiência em relação à latência. Outras soluções de armazenamento de energia em grande escala têm sido discutidas, embora elas muitas vezes necessitem de outros recursos com limitações geográficas (p.ex., cavernas de sal), usinas de separação de ar e baterias criogênicas complicadas (que não só têm uma vida útil limitada, o que torna o custo-benef1cio questionável, mas também exigem ambientes de clima controlado que adicionam uma perda parasitica e apresentam questões de segurança significativas) ou possuem altos custos associados com o descomissionamento e descarte de materiais perigosos no fim de sua vida útil.
[006] Muitos processos industriais e comerciais produzem energia residual na forma de calor. A capacidade de capturar este calor residual e convertê-lo em energia utilizável tem benefícios tanto financeiros quanto ambientais. Existe, portanto, uma necessidade de armazenar e/ou capturar o calor residual.
[007] É objeto de algumas modalidades da presente invenção superar certas desvantagens associadas com o estado da técnica.
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3/82 [008] É objeto de algumas modalidades da presente invenção armazenar energia e/ou capturar calor residual e convertê-lo em energia útil.
RESUMO DA DIVULGAÇÃO [009] De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecido um aparelho de ciclo termodinâmico compreendendo:
(i) um primeiro reservatório contendo um primeiro meio de armazenamento;
(ii) um segundo reservatório contendo um segundo meio de armazenamento;
(iii) uma bomba de calor tendo um lado frio termicamente acoplado ao primeiro reservatório para refrigerar o primeiro meio de armazenamento e um lado quente termicamente acoplado ao segundo reservatório para aquecimento do segundo meio de armazenamento;
(iv) um primeiro circuito termodinâmico de um primeiro fluido de trabalho, o primeiro circuito termodinâmico compreendendo:
um primeiro evaporador para a evaporação do primeiro fluido de trabalho para criar um primeiro vapor pressurizado;
um primeiro expansor disposto de forma a expandir o primeiro vapor pressurizado e um primeiro condensador disposto de forma a condensar o primeiro fluido de trabalho recebido do primeiro expansor e fornecer o primeiro fluido de trabalho para o primeiro evaporador, o primeiro condensador sendo termicamente acoplado ao primeiro reservatório;
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4/82 (v) um segundo circuito termodinâmico de um segundo fluido de trabalho, o segundo circuito termodinâmico compreendendo:
um segundo evaporador para evaporar o segundo fluido de trabalho para criar um segundo vapor pressurizado, o segundo evaporador sendo termicamente acoplado ao segundo reservatório;
um segundo expansor disposto de forma a expandir o segundo vapor pressurizado;
um segundo condensador disposto de forma a condensar o segundo fluido de trabalho recebido do segundo expansor e fornecer o segundo fluido de trabalho para o segundo evaporador;
(vi) um meio de entrada auxiliar de calor termicamente conectado ao primeiro circuito termodinâmico de modo que o calor auxiliar contribua para a criação do primeiro vapor pressurizado; e (vii) um meio de salda de calor auxiliar termicamente conectado ao segundo circuito termodinâmico de modo que o segundo fluido de trabalho possa perder calor em um dissipador de calor auxiliar;
onde o primeiro circuito termodinâmico é termicamente independente do segundo circuito termodinâmico e o aparelho é operável em um modo de carregamento, modo de armazenamento e modo de descarga;
onde, no modo de carregamento, a bomba de calor é energizada para resfriar o primeiro meio de armazenamento e aquecer o segundo meio de armazenamento;
no modo de armazenamento, o primeiro meio de
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5/82 armazenamento resfriado é armazenado no primeiro reservatório e o segundo meio de armazenamento aquecido é armazenado no segundo reservatório; e no modo de descarga, o primeiro vapor pressurizado é expandido pelo primeiro expansor e/ou o segundo vapor pressurizado é expandido pelo segundo expansor.
[010] Em algumas modalidades, o primeiro expansor ou segundo expansor podem incluir uma turbina, expansor do tipo scroll, expansor helicoidal, turbina Tesla ou um motor alternativo. Adicionalmente, ou alternativamente, o primeiro expansor ou o segundo expansor podem incluir um geradorexpansor para gerar eletricidade.
[011] 0 primeiro ou segundo circuitos termodinâmicos podem incluir uma bomba para circular o primeiro ou o segundo fluido de trabalho. 0 primeiro condensador pode estar disposto de forma a fornecer o primeiro fluido de trabalho para o primeiro evaporador pela bomba do primeiro circuito termodinâmico e/ou segundo condensador estar disposto de forma a fornecer o segundo fluido de trabalho para o segundo evaporador pela bomba do segundo circuito termodinâmico. A bomba do primeiro circuito termodinâmico e/ou a bomba do segundo circuito termodinâmico podem ser escolhidas entre: uma bomba centrifuga, uma bomba de palhetas rotativas, uma bomba gerotor, uma bomba geroler, uma bomba de engrenagem, uma bomba de diafragma, uma bomba de pistão, uma bomba de êmbolo, uma bomba peristáltica ou uma bomba de lóbulos. 0 aparelho pode incluir uma pluralidade de bombas, com todas elas sendo montadas sobre um eixo comum. 0 primeiro ou o segundo expansores, ou ambos, podem ser montados em um eixo comum, que pode ser o eixo comum de uma ou mais bombas.
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6/82 [012] O aparelho pode incluir uma fonte de calor auxiliar para fornecer o calor auxiliar para o primeiro circuito termodinâmico através de meios de entrada de calor auxiliar. A fonte de calor auxiliar pode incluir uma ou mais de: uma fonte de ar ambiente externo, uma fonte de ar dentro de um prédio, calor rejeitado do um sistema de ar condicionado ou refrigeração, uma fonte de água ambiente, uma fonte terrestre, uma fonte geotérmica, uma fonte térmica solar, um tanque solar de gradiente salino, uma fonte de calor biologicamente ativa, calor residual de um processo industrial e calor residual de tecnologia de geração.
[013] 0 aparelho pode incluir um dissipador de calor auxiliar para receber calor do segundo circuito termodinâmico através de meios de salda de calor auxiliar. 0 dissipador de calor auxiliar pode incluir uma ou mais de: uma fonte de ar ambiente externo, uma fonte de ar dentro de um prédio, uma fonte de água ambiente, uma fonte terrestre e fontes de resfriamento de resíduos.
[014] 0 segundo circuito termodinâmico pode incluir meios de entrada de calor auxiliar adicionais de modo que o calor auxiliar adicional possa contribuir para a criação do segundo vapor pressurizado. 0 aparelho pode ainda incluir uma fonte de calor auxiliar adicional para fornecer o calor auxiliar adicional para o segundo circuito termodinâmico através de meios de entrada de calor auxiliar adicionais.
[015] 0 aparelho pode ainda incluir um primeiro superaquecedor entre o primeiro evaporador e o segundo expansor, o primeiro superaquecedor estando disposto de forma a superaquecer o primeiro fluido de trabalho.
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7/82 [016] O aparelho pode ainda incluir um segundo superaquecedor entre o segundo evaporador e o segundo expansor, o segundo superaquecedor estando disposto de forma a superaquecer o segundo fluido de trabalho.
[017] 0 aparelho pode ainda incluir um pré-aquecedor entre o segundo condensador e o segundo evaporador, o préaquecedor sendo configurado para aquecer o segundo fluido de trabalho.
[018] 0 primeiro meio de armazenamento ou o segundo meio de armazenamento, ou ambos, podem incluir um material de mudança de fase encapsulado ou um material de mudança de fase não encapsulado.
[019] 0 lado frio da bomba de calor pode estar termicamente acoplado ao primeiro reservatório por um primeiro circuito de transferência de calor de um primeiro fluido de transferência de calor. 0 primeiro meio de armazenamento pode incluir um material de mudança de fase não encapsulado e o primeiro fluido de transferência de calor pode não ser miscível com o primeiro meio de armazenamento.
[020] 0 lado quente da bomba de calor pode estar termicamente acoplado ao segundo reservatório por um segundo circuito de transferência de calor de um segundo fluido de transferência de calor. 0 segundo meio de armazenamento pode incluir um material de mudança de fase não encapsulado e o segundo fluido de transferência de calor pode não ser miscível com o segundo meio de armazenamento.
[021] 0 primeiro reservatório pode estar termicamente acoplado ao condensador do primeiro circuito termodinâmico por um terceiro circuito de transferência de calor de um
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8/82 terceiro fluido de transferência de calor. 0 terceiro fluido de transferência de calor pode ser o mesmo que o primeiro fluido de transferência de calor.
[022] 0 segundo reservatório pode estar termicamente acoplado ao evaporador do segundo circuito termodinâmico por um quarto circuito de transferência de calor de um quarto fluido de transferência de calor. 0 quarto fluido de transferência de calor pode ser o mesmo que o segundo fluido de transferência de calor.
[023] Em algumas modalidades, a bomba de calor pode incluir um circuito de refrigeração de um refrigerante. 0 circuito de refrigeração pode incluir um compressor de refrigeração, um evaporador de refrigeração, um condensador de refrigeração ou resfriador de gás e um meio de expansão de refrigeração para expandir o refrigerante, onde o lado frio da bomba de calor inclua o evaporador de refrigeração e o lado quente da bomba de calor inclua o condensador de refrigeração ou resfriador de gás. Os meios de expansão de refrigeração podem incluir uma válvula de expansão da refrigeração ou um expansor do refrigerante.
[024] 0 primeiro meio de armazenamento e/ou o segundo meio de armazenamento podem incluir um liquido que não muda de fase durante a operação do aparelho em qualquer modo de carregamento, de armazenamento e de descarga. 0 aparelho pode incluir meios para agitar e/ou recircular o primeiro meio de armazenamento para homogenizar a temperatura dentro do primeiro reservatório e inibir a estratificação e/ou meios para agitar e/ou recircular o segundo meio de armazenamento para homogenizar a temperatura dentro do segundo reservatório e inibir a estratificação.
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9/82 [025] O primeiro reservatório e/ou segundo reservatório podem, cada um, incluir um recipiente inicial e um recipiente secundário. 0 primeiro meio de armazenamento pode ser um líquido que é transferível do primeiro recipiente inicial para o primeiro recipiente secundário quando o aparelho é operado no modo de carregamento e que é transferível do primeiro recipiente secundário para o primeiro recipiente inicial onde o aparelho é operado no modo de descarga. 0 segundo meio de armazenamento pode ser um líquido que é transferível do segundo recipiente inicial para o primeiro recipiente secundário quando o aparelho é operado no modo de carregamento e que é transferível do segundo recipiente secundário para o segundo recipiente inicial quando o aparelho é operado no modo de descarga.
[026] 0 aparelho pode incluir um ou mais trocadores de calor dispostos no primeiro e/ou segundo reservatório.
[027] 0 aparelho pode ainda incluir meios de dissipação de calor auxiliar adicionais dispostos de forma que um dissipador de calor auxiliar adicional termicamente conectado ao aparelho possa contribuir para a condensação do primeiro vapor pressurizado. 0 aparelho pode ainda incluir um dissipador de calor auxiliar adicional termicamente conectado a meios de dissipação de calor auxiliar adicionais.
[028] 0 aparelho pode ainda incluir meios de armazenamento de energia adicionais dispostos de forma a serem uma saída de energia independentemente da energia que sai pelos primeiro e segundo expansores. Os meios de armazenamento de energia adicionais podem incluir um capacitor, bateria, volante ou outro meio de armazenamento de energia elétrica ou mecânica não térmico.
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10/82 [029] Em algumas modalidades, o primeiro circuito termodinâmico e o segundo circuito termodinâmico podem incluir um ciclo Rankine, ciclo Lorenz ou ciclo Kalina.
[030] 0 primeiro meio de armazenamento e o segundo meio de armazenamento podem ser configurados para serem armazenados a uma temperatura entre -50 °C e 200 °C ou entre -30 °C e 100 °C.
[031] De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecido um método para operar um aparelho de ciclo termodinâmico que inclui:
| (a) | para | um | aparelho | de | ciclo | termodinâmico | que |
| inclui: |
(i) um primeiro reservatório contendo um primeiro meio de armazenamento;
(ii) um segundo reservatório contendo um segundo meio de armazenamento;
(iii) uma bomba de calor com um lado frio termicamente acoplado ao primeiro reservatório para resfriar o primeiro meio de armazenamento e um lado quente termicamente acoplado ao segundo reservatório para aquecimento do segundo meio de armazenamento;
(iv) um primeiro circuito termodinâmico de um primeiro fluido de trabalho, o primeiro circuito termodinâmico incluindo:
um primeiro evaporador para a evaporação do primeiro fluido de trabalho para criar um primeiro vapor pressurizado;
um primeiro expansor disposto de forma a expandir o
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11/82 primeiro vapor pressurizado;
um primeiro condensador disposto de forma a condensar o primeiro fluido de trabalho recebido do primeiro expansor e fornecer o primeiro fluido de trabalho para o primeiro evaporador, o primeiro condensador sendo termicamente acoplado ao primeiro reservatório;
(v) um segundo circuito termodinâmico de um segundo fluido de trabalho, o segundo circuito termodinâmico incluindo:
um segundo evaporador para evaporar o segundo fluido de trabalho para criar um segundo vapor pressurizado, o segundo evaporador sendo termicamente acoplado ao segundo reservatório;
um segundo expansor disposto de forma a expandir o segundo vapor pressurizado;
um segundo condensador disposto de forma a condensar o segundo fluido de trabalho recebido do segundo expansor e fornecer o segundo fluido de trabalho para o segundo evaporador;
(b) operar o aparelho em um modo de carregamento energizando a bomba de calor para resfriar o primeiro meio de armazenamento e aquecer o segundo meio de armazenamento;
(c) operar o aparelho em um modo de armazenamento armazenando o primeiro meio de armazenamento resfriado no primeiro reservatório e armazenando o segundo meio de armazenamento aquecido no segundo reservatório;
(d) operar o aparelho em um primeiro modo de descarga usando uma fonte de calor auxiliar para criar o primeiro
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12/82 vapor pressurizado no primeiro evaporador, expandindo ο primeiro vapor pressurizado com o primeiro expansor e condensando o primeiro fluido de trabalho no primeiro condensador;
(e) operar o aparelho em um segundo modo de descarga usando o calor do segundo reservatório para criar o segundo vapor pressurizado no segundo evaporador, expandindo o segundo vapor pressurizado e usando um dissipador de calor auxiliar para condensar o segundo fluido de trabalho no segundo condensador;
onde as etapas (d) e (e) podem ser executadas de forma simultânea ou de forma independente uma da outra.
[032] 0 primeiro expansor ou o segundo expansor, ou ambos, podem incluir uma turbina, expansor do tipo scroll, expansor helicoidal, turbina Tesla ou um motor alternativo, onde a turbina pode ser opcionalmente uma turbina radial, uma turbina axial ou uma turbina de impulsão.
[033] 0 primeiro expansor ou o segundo expansor, ou ambos, podem incluir um gerador-expansor para gerar eletricidade.
[034] 0 primeiro circuito termodinâmico ou o segundo circuito termodinâmico, ou ambos, podem incluir uma bomba para circular o primeiro ou o segundo fluido de trabalho.
[035] 0 método pode incluir o uso da bomba do primeiro circuito termodinâmico para fornecer o primeiro fluido de trabalho do primeiro condensador para o primeiro evaporador e/ou o uso da bomba do segundo circuito termodinâmico para fornecer o segundo fluido de trabalho do segundo condensador para o segundo evaporador. A bomba do primeiro circuito
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13/82 termodinâmico e/ou a bomba do segundo circuito termodinâmico podem ser escolhidas entre: uma bomba centrifuga, uma bomba de palhetas rotativas, uma bomba gerotor, uma bomba geroler, uma bomba de engrenagem, uma bomba de diafragma, uma bomba de pistão, uma bomba de êmbolo, uma bomba peristáltica ou uma bomba de lóbulos. 0 aparelho pode incluir uma pluralidade de bombas, com todas elas sendo montadas sobre um eixo comum. 0 primeiro e o segundo expansores podem ser montados em um eixo comum, que pode ser ou não o eixo comum de uma ou mais bombas.
[036] 0 aparelho pode incluir uma fonte de calor auxiliar para fornecer o calor auxiliar para o primeiro circuito termodinâmico através de meios de entrada de calor auxiliar. A fonte de calor auxiliar pode incluir uma ou mais de: uma fonte de ar ambiente externo, uma fonte de ar dentro de um prédio, calor rejeitado do um sistema de ar condicionado ou refrigeração, uma fonte de água ambiente, uma fonte terrestre, uma fonte geotérmica, uma fonte térmica solar, um tanque solar de gradiente salino, uma fonte de calor biologicamente ativa, calor residual de um processo industrial e calor residual de tecnologia de geração.
[037] 0 aparelho pode incluir um dissipador de calor auxiliar e o método que compreende o uso de dissipador de calor auxiliar para receber o calor do segundo circuito termodinâmico através dos meios de salda de calor auxiliar. 0 dissipador de calor auxiliar pode incluir uma ou mais de: uma fonte de ar ambiente externa, uma fonte de ar dentro de um prédio, uma fonte de água ambiente, uma fonte terrestre e fontes de resfriamento de resíduos. 0 segundo circuito termodinâmico pode incluir meios de entrada de calor auxiliar adicional de modo
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14/82 que o calor auxiliar adicional possa contribuir para a criação do segundo vapor pressurizado. 0 aparelho pode incluir uma fonte de calor auxiliar adicional e o método pode incluir o uso de calor de fonte de calor auxiliar para contribuir para a criação do segundo vapor pressurizado em qualquer modo de carregamento, modo de armazenamento, primeiro modo de descarga e segundo modo de descarga.
[038] 0 aparelho pode incluir um primeiro superaquecedor entre o primeiro evaporador e o segundo expansor e o método pode incluir o uso do primeiro superaquecedor para superaquecer o primeiro fluido de trabalho.
[039] 0 aparelho pode incluir um segundo superaquecedor entre o segundo evaporador e o segundo expansor e o método pode incluir o uso do segundo superaquecedor para superaquecer o segundo fluido de trabalho.
[040] 0 aparelho pode incluir um pré-aquecedor entre o segundo condensador e o segundo evaporador e o método pode incluir o uso do pré-aquecedor para aquecer o segundo fluido de trabalho.
[041] 0 primeiro meio de armazenamento e o segundo meio de armazenamento, ou ambos, podem incluir um material de mudança de fase encapsulado ou um material de mudança de fase não encapsulado.
[042] 0 primeiro meio de armazenamento pode incluir um material não encapsulado e o método pode incluir armazenar o primeiro meio de armazenamento como uma pasta fluida ou um sólido fragmentável ao término da operação do modo de carregamento.
[043] 0 segundo meio de armazenamento pode incluir um
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15/82 material encapsulado e o método pode incluir armazenar ο segundo meio de armazenamento como uma pasta fluida ou um sólido fragmentável ao término da operação do segundo modo de descarga.
[044] 0 lado quente da bomba de calor pode estar termicamente acoplado ao segundo reservatório por um primeiro circuito de transferência de calor de um primeiro fluido de transferência de calor. 0 primeiro meio de armazenamento pode incluir um material de mudança de fase não encapsulado e o primeiro fluido de transferência de calor pode não ser miscivel com o primeiro meio de armazenamento.
[045] 0 lado quente da bomba de calor pode estar termicamente acoplado ao segundo reservatório por um segundo circuito de transferência de calor de um segundo fluido de transferência de calor. 0 segundo meio de armazenamento pode incluir um material de mudança de fase não encapsulado e o segundo fluido de transferência de calor pode não ser miscivel com o segundo meio de armazenamento.
[046] 0 primeiro reservatório pode estar termicamente acoplado ao condensador do primeiro circuito termodinâmico por um terceiro circuito de transferência de calor de um terceiro fluido de transferência de calor. 0 terceiro fluido de transferência de calor pode ser o mesmo que o primeiro fluido de transferência de calor.
[047] 0 segundo reservatório pode estar termicamente acoplado ao evaporador do segundo circuito termodinâmico por um quarto circuito de transferência de calor de um quarto fluido de transferência de calor 0 quarto fluido de transferência de calor pode ser o mesmo que o segundo fluido
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16/82 de transferência de calor.
[048] Em algumas modalidades, a bomba de calor pode incluir um circuito de refrigeração de um refrigerante. 0 circuito de refrigeração pode incluir um compressor de refrigeração, um evaporador de refrigeração, um condensador de refrigeração ou resfriador de gás e um meio de expansão de refrigeração para expandir o refrigerante, onde o lado frio da bomba de calor inclua o evaporador de refrigeração e o lado quente da bomba de calor inclua o condensador de refrigeração ou resfriador de gás. Os meios de expansão de refrigeração podem incluir uma válvula de expansão da refrigeração ou um expansor de refrigerante.
[049] 0 primeiro meio de armazenamento e/ou o segundo meio de armazenamento podem incluir um liquido que não muda de fase durante a operação do aparelho em qualquer modo de carregamento, de armazenamento e de descarga.
[050] 0 aparelho pode incluir meios para agitar e/ou recircular o primeiro/segundo meio de armazenamento e o método pode incluir agitar e/ou recircular o primeiro/segundo meio de armazenamento para homogenizar a temperatura dentro do primeiro/segundo reservatório e inibir a estratificação durante o modo de carregamento.
[051] 0 primeiro reservatório e/ou segundo reservatório podem, cada um, incluir um recipiente inicial e um recipiente secundário.
[052] Em algumas modalidades, o primeiro meio de armazenamento pode ser um liquido e o método pode incluir transferir o primeiro meio de armazenamento do primeiro recipiente inicial para o primeiro recipiente secundário
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17/82 quando o aparelho é operado no modo de carregamento e transferir o primeiro meio de armazenamento do primeiro recipiente secundário para o primeiro recipiente inicial quando o aparelho é operado no modo de descarga.
[053] Em algumas modalidades, o segundo meio de armazenamento pode ser um liquido e o método pode incluir transferir o segundo meio de armazenamento do segundo recipiente inicial para o segundo recipiente secundário quando o aparelho é operado no modo de carregamento e transferir o segundo meio de armazenamento do segundo recipiente secundário para o segundo recipiente inicial quando o aparelho é operado no modo de descarga.
[054] 0 aparelho pode incluir um ou mais trocadores de calor dispostos no primeiro e/ou segundo reservatório.
[055] 0 aparelho pode incluir meios de dissipação de calor auxiliar adicionais dispostos de forma que um dissipador de calor auxiliar adicional termicamente conectado ao aparelho possa contribuir para a condensação do primeiro vapor pressurizado. 0 aparelho pode incluir um dissipador de calor auxiliar adicional termicamente conectado aos meios de salda de calor auxiliar adicionais e o método pode incluir o uso do dissipador de calor auxiliar adicional para contribuir para a condensação do primeiro vapor pressurizado.
[056] 0 primeiro circuito termodinâmico pode incluir um trocador de calor de passe único e o método pode incluir, quando o aparelho é operado no primeiro modo de descarga, descarregar o primeiro meio de armazenamento através do trocador de calor de passe único e permitir que o primeiro meio de armazenamento estratifique posteriormente.
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18/82 [057] O segundo circuito termodinâmico pode incluir um trocador de calor de passe único e o método pode incluir, quando o aparelho é operado no segundo modo de descarga, descarregar o segundo meio de armazenamento através do trocador de calor de passe único e permitir que o segundo meio de armazenamento estratifique posteriormente.
[058] 0 aparelho pode ainda incluir meios de armazenamento de energia adicionais dispostos de forma a serem uma salda de energia independentemente da energia que sai pelos primeiro e segundo expansores. Os meios de armazenamento de energia podem incluir um capacitor, bateria, volante ou outro meio de armazenamento de energia elétrica ou mecânica não térmico.
[059] 0 método pode incluir o uso de meios de armazenamento de energia adicionais para fornecer uma salda de energia elétrica até que a energia que saiu pelo primeiro e/ou segundos modos de descarga alcance uma quantidade predeterminada.
[060] 0 método pode incluir o acionamento do primeiro e/ou segundo expansor antes da introdução do primeiro/segundo fluido de trabalho nele.
[061] 0 aparelho pode incluir a primeira tubulação conectada a uma entrada do primeiro expansor e o método pode incluir pressurizar a primeira tubulação com o primeiro fluido de trabalho gasoso antes da operação do primeiro modo de descarga.
[062] 0 aparelho pode incluir uma segunda tubulação conectada a uma entrada do segundo expansor e o método pode incluir pressurizar a segunda tubulação com o segundo fluido
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19/82 de trabalho gasoso antes da operação do segundo modo de descarga.
[063] 0 primeiro circuito termodinâmico e segundo circuito termodinâmico podem incluir um ciclo Rankine, ciclo Lorenz ou ciclo Kalina.
[064] 0 método pode incluir o primeiro ou o segundo meio de armazenamento a uma temperatura entre -50 °C e 200 °C, ou entre -30 °C e 100 °C no modo de armazenamento.
RÁPIDA DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [065] As modalidades da invenção são descritas mais detalhadamente a seguir com referência as figuras que acompanham, nos quais:
A Figura 1 é uma representação esquemática de um aparelho de ciclo termodinâmico de acordo com uma modalidade da presente invenção;
A Figura 2 é uma representação esquemática de um aparelho de ciclo termodinâmico de acordo com uma modalidade alternativa da presente invenção;
A Figura 3 é uma representação detalhada de um aparelho de ciclo termodinâmico de acordo com mais uma modalidade da presente invenção;
A Figura 4 é uma representação detalhada de um aparelho de ciclo termodinâmico de acordo com mais uma modalidade da presente invenção;
A Figura 5 é uma representação detalhada de um aparelho de ciclo termodinâmico de acordo com mais uma modalidade da presente invenção;
A Figura 6 é uma representação detalhada de um aparelho
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20/82 de ciclo termodinâmico de acordo com mais uma modalidade da presente invenção;
A Figura 7 é uma representação detalhada de um aparelho de ciclo termodinâmico de acordo com mais uma modalidade da presente invenção;
A Figura 8 é uma representação detalhada de um aparelho de ciclo termodinâmico de acordo com mais uma modalidade da presente invenção;
A Figura 9 é uma representação esquemática de um aparelho de ciclo termodinâmico de acordo com mais uma modalidade da presente invenção;
A Figura 10 é uma representação esquemática de eletrônica de potência que pode ser utilizada por modalidades da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA [066] O aparelho 100 de ciclo termodinâmico de acordo com uma modalidade da presente invenção é apresentado esquematicamente na Figura 1. O aparelho 100 de ciclo termodinâmico compreende um primeiro reservatório 2 contendo um primeiro meio de armazenamento, um segundo reservatório 3 contendo um segundo meio de armazenamento e uma bomba de calor 1 tendo um lado frio termicamente acoplado ao primeiro reservatório 2 para resfriar o primeiro meio de armazenamento e um lado quente termicamente acoplado ao segundo reservatório 3 para aquecer o segundo meio de armazenamento.
[067] Como descrito abaixo em relação às modalidades adicionais da invenção (mostradas nas Figuras 3 a 8) , a bomba de calor 1 pode ser um circuito de refrigeração, incluindo um compressor de refrigeração 19, um evaporador de refrigeração
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20, um condensador de refrigeração 21 e meios de expansão da refrigeração que podem estar na forma de uma válvula de expansão 22 (ou expansor de refrigerante) e conter um refrigerante. Em algumas modalidades, o lado frio da bomba de calor 1 pode incluir o evaporador de refrigeração 20 e o lado quente da bomba de calor pode incluir o condensador de refrigeração 21. Em modalidades alternativas, a bomba de calor 1 pode incluir bombas de calor alternativas adequadas e isso não está necessariamente limitado à bomba de calor especifica descrita neste documento com referência às Figuras. Por exemplo, o condensador de refrigeração 21 do circuito de refrigeração acima descrito pode ser um resfriador de gás.
[068] O aparelho 100 do ciclo termodinâmico ainda inclui um primeiro circuito termodinâmico 4 de um primeiro fluido de trabalho 23 e um segundo circuito termodinâmico 5 de um segundo fluido de trabalho 24.
[069] O primeiro circuito termodinâmico 4 inclui um primeiro evaporador 9, um primeiro expansor 6 e um primeiro condensador 7. Nas modalidades não limitantes apresentadas nas Figuras, o primeiro circuito termodinâmico 4 inclui uma primeira bomba 8 para bombear o primeiro fluido de trabalho 23. No entanto, em modalidades alternativas, podem ser fornecidos outros meios para circular e criar um diferencial de pressão no primeiro fluido de trabalho 23. O primeiro evaporador 9 está disposto de forma a evaporar o primeiro fluido de trabalho 23 para criar um primeiro vapor pressurizado. O primeiro expansor 6 está disposto de forma a receber e expandir o primeiro vapor pressurizado. Em algumas modalidades, o primeiro expansor 6 pode ser um gerador expansor capaz de gerar energia elétrica. Em modalidades alternativas, o primeiro expansor 6 pode ser
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22/82 disposto de forma a fornecer trabalho mecânico a outros componentes (por exemplo, um eixo). Em algumas modalidades, o primeiro expansor 6 pode ser uma turbina axial, uma turbina radial, uma turbina de impulsão (ou outro tipo de turbina), expansor do tipo scroll rolagem, expansor helicoidal, turbina Tesla ou um motor alternativo. 0 primeiro condensador 7 está disposto de forma a condensar o fluido de trabalho recebido a partir do primeiro expansor 6 e fornecer o primeiro fluido de trabalho 23 ao primeiro evaporador 9 (através da primeira bomba 8, na modalidade mostrada na Figura 1) , completando assim o primeiro circuito termodinâmico 4. 0 primeiro condensador 7 está termicamente acoplado ao primeiro reservatório 2, mas o primeiro fluido de trabalho 23 é diferente do primeiro meio de armazenamento contido no primeiro reservatório 2.
[070] 0 segundo circuito termodinâmico 5 compreende um segundo evaporador 14, um segundo expansor 11 e um segundo condensador 12. Nas modalidades não limitantes apresentadas nas Figuras, o segundo circuito termodinâmico 5 inclui uma segunda bomba 13 para bombear o segundo fluido de trabalho 24. No entanto, em modalidades alternativas, podem ser fornecidos outros meios para circular e criar um diferencial de pressão no segundo fluido de trabalho 24. 0 segundo evaporador 14 está disposto de forma a evaporar o segundo fluido de trabalho 24 para criar um primeiro vapor pressurizado. 0 segundo evaporador 14 está termicamente acoplado ao segundo reservatório 3, mas o segundo fluido de trabalho 24 é diferente do segundo meio de armazenamento contido no segundo reservatório 3. 0 segundo expansor 11 está disposto de forma a receber e expandir o segundo vapor pressurizado. Em algumas modalidades, o segundo expansor 11
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23/82 pode ser um gerador expansor capaz de gerar energia elétrica. Em modalidades alternativas, o segundo expansor 11 pode ser disposto de forma a fornecer trabalho mecânico a outros componentes (por exemplo, um eixo). Em algumas modalidades, o segundo expansor 11 pode ser uma turbina axial, uma turbina radial, uma turbina de impulsão (ou outro tipo de turbina), expansor do tipo scroll rolagem, expansor helicoidal, turbina Tesla ou um motor alternativo. 0 segundo condensador 12 está disposto de forma a condensar o segundo fluido de trabalho 24 recebido a partir do segundo expansor 11 e fornecer o segundo fluido de trabalho 24 ao segundo evaporador 14 (através da segunda bomba 13, na modalidade mostrada na Figura 1).
[071] 0 aparelho 100 do ciclo termodinâmico da Figura 1 inclui uma fonte de calor auxiliar 10 que está termicamente conectada ao primeiro circuito termodinâmico 4 através de meios de entrada de calor auxiliar 4 de modo que o calor possa ser transferido da fonte de calor auxiliar para o primeiro fluido de trabalho 23 e contribua para a criação do primeiro vapor pressurizado. A fonte de calor auxiliar 10 fornece energia para evaporar o primeiro fluido de trabalho
23. Em algumas modalidades, a fonte de calor auxiliar 10 pode ser uma fonte de calor abundante e livremente disponível que pode opcionalmente ser uma fonte de calor do ambiente ou ambiental como o ar, o ar de dentro de uma construção ou habitação, o curso de um rio, água de canal proveniente de uma fonte subterrânea, tanques solares de gradiente salino, reservatórios e lagos e similares, calor residual de um circuito de condicionamento de ar ou refrigeração ou calor residual de grau muito baixo. Uma vez que o calor é extraído da fonte de calor auxiliar 10, o resfriamento resultante pode
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24/82 ser usado para resfriar o interior de um edifício ou habitação. Por exemplo, se a fonte de calor auxiliar 10 é o ar de dentro de uma construção ou habitação, o calor pode ser extraído do ar e o ar resfriado pode ser devolvido para o interior da construção ou habitação, agindo como um sistema de ar condicionado.
[072] Adicionalmente, o aparelho 100 do ciclo termodinâmico da Figura 1 inclui um dissipador de calor auxiliar 15 que está termicamente conectado ao segundo circuito termodinâmico 5 através de meios de saída de calor auxiliar de modo que o segundo fluido de trabalho 24 possa perder calor para o dissipador de calor auxiliar 15. Os meios de entrada de calor auxiliar e/ou os meios de saída de calor auxiliar podem ser trocadores de calor ou outros meios adequados para a transferência de energia térmica entre os primeiro e segundo fluidos de trabalho 23, 24 e a fonte de calor auxiliar 10 e o dissipador de calor auxiliar 15, respectivamente. O dissipador de calor auxiliar 15 fornece meios para o calor ser rejeitado a partir do segundo fluido de trabalho 24 após sair do segundo expansor 11, onde tal perda de calor contribui (pelo menos em parte) para a condensação do segundo fluido de trabalho 24. Em algumas modalidades preferíveis, o dissipador de calor auxiliar 15 está idealmente na temperatura mais baixa possível e tem grande capacidade de absorver calor. Os exemplos de dissipadores de calor auxiliar adequados 15 incluem, mas não estão limitados a uma fonte de calor do ambiente ou ambiental como o ar, o ar de dentro de uma construção ou habitação, o curso de um rio, uma fonte de água de canal, uma fonte terrestre e reservatórios e lagos e similares. Nas
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25/82 modalidades onde o ar de dentro de uma construção ou habitação é usado como o dissipador de calor auxiliar 15, o ar é subsequentemente aquecido e pode retornar para a construção ou habitação para fornecer aquecimento nela. Em tais modalidades, o aparelho 100 pode servir, em parte, como um aquecedor de ambiente para a construção ou habitação.
[073] Em algumas modalidades, o primeiro circuito termodinâmico 4 está termicamente independente do segundo circuito termodinâmico 5 na medida em que não há meios para a troca de calor entre eles.
[074] O aparelho 100 do ciclo termodinâmico é operável em um modo de carregamento, de armazenamento e de descarga. No modo de carregamento, a bomba de calor 1 é energizada para resfriar o primeiro meio de armazenamento no primeiro reservatório 2 e aquecer o segundo meio de armazenamento no segundo reservatório 3. Ou seja, a energia (p.ex., elétrica e/ou mecânica) é fornecida para operar a bomba de calor 1. A energia fornecida à bomba de calor 1 é a energia que deve ser armazenada pelo aparelho 100. No modo de armazenamento, o primeiro meio de armazenamento resfriado é armazenado no primeiro reservatório e o segundo meio de armazenamento aquecido é armazenado no segundo reservatório. O primeiro e /ou segundo reservatórios 2, 3 podem estar termicamente isolados para reduzir as perdas térmicas resultante durante o modo de armazenamento. No modo de descarga, o primeiro vapor pressurizado é expandido pelo primeiro expansor 6 e/ou o segundo vapor pressurizado é expandido pelo segundo expansor
11. Assim, a energia pode ser introduzida no aparelho 100 do ciclo termodinâmico no modo de carregamento, armazenada no modo de armazenamento e descarregada quando necessário no
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26/82 modo de descarga ao operar um ou ambos o primeiro expansor 6 e o segundo expansor 11. Ou seja, um primeiro modo de descarga pode permitir a descarga do primeiro reservatório 2 (operando o primeiro circuito termodinâmico 4 e, em particular, o primeiro expansor 6) e um segundo modo de descarga pode permitir a descarga do segundo reservatório (operando o segundo circuito termodinâmico 5 e, em particular, o segundo expansor 11), onde o primeiro modo de descarga e segundo modo de descarga podem ser operados juntos ou separadamente um do outro. Se o primeiro expansor 6 e/ou segundo expansor 11 são geradores expansores, a energia elétrica pode ser recuperada a partir do aparelho 100. Em modalidades alternativas, a energia pode ser recuperada em diferentes formas (p.ex., energia mecânica).
[075] O acoplamento térmico entre o primeiro condensador 7 e o primeiro reservatório 2 resulta na menor temperatura do primeiro circuito termodinâmico 4, sendo determinada pela temperatura do primeiro reservatório 2. Como o primeiro reservatório 2 é resfriado pela bomba de calor 1 no modo de carregamento, o primeiro reservatório frio 2 auxilia na condensação do primeiro fluido de trabalho 23 no primeiro modo de descarga. A fonte de calor auxiliar 10 fornece energia para evaporar o primeiro fluido de trabalho 23 e, na modalidade da Figura 1, determina a temperatura superior do primeiro circuito termodinâmico 4.
[076] O acoplamento térmico entre o segundo reservatório 3 e o segundo evaporador 14 permite que o calor seja transferido do segundo reservatório 3 para o segundo evaporador 14 para auxiliar a evaporação do segundo fluido de trabalho 24 quando operando no segundo modo de descarga. Na
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27/82 modalidade mostrada na Figura 1, a temperatura superior do segundo ciclo termodinâmico 5 será determinada pela temperatura do segundo reservatório 3 (que será aumentada pela bomba de calor 1 quando operando no modo de carregamento). A temperatura mais baixa do segundo circuito termodinâmico 5 é determinada pelo dissipador de calor auxiliar 15.
[077] 0 primeiro circuito termodinâmico 4 e/ou segundo circuito termodinâmico 5 podem incluir um circuito que permite a operação de qualquer ciclo termodinâmico adequado, incluindo, mas não limitado a um ciclo Rankine, ciclo Lorenz ou um Ciclo Kalina.
[078] A Figura 2 mostra uma variação 200 do aparelho 100 do ciclo termodinâmico da Figura 1 de acordo com uma modalidade alternativa da presente invenção. O aparelho 200 da Figura 2 é idêntico ao aparelho 100 da Figura 1, mas inclui adicionalmente um primeiro superaquecedor 16, um segundo pré-aquecedor 17 e um segundo superaquecedor 18.
[079] O primeiro superaquecedor 16 está disposto no primeiro ciclo termodinâmico 4 entre o primeiro evaporador 9 e o primeiro expansor 6. O primeiro superaquecedor 16 está disposto de forma a fornecer o calor para o primeiro fluido de trabalho 23 após deixar o primeiro evaporador 9 e antes ele é expandido pelo primeiro expansor 6. O calor fornecido pelo primeiro superaquecedor 16 pode ser calor residual ou de uma fonte de calor secundária.
[080] O segundo pré-aquecedor 17 está disposto no segundo circuito termodinâmico 5 entre o segundo condensador 12 e o segundo evaporador 14 (e, mais particularmente, entre a
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28/82 segunda bomba 13 e o segundo evaporador 14). 0 segundo préaquecedor 17 está disposto de forma a pré-aquecer o segundo fluido de trabalho 24 antes que ele entre no segundo evaporador 14. 0 segundo pré-aquecedor 17 pode usar calor residual ou ser uma fonte de calor secundária.
[081] 0 segundo superaquecedor 18 está disposto no segundo ciclo termodinâmico 5 entre o segundo evaporador 14 e o segundo expansor 11. 0 segundo superaquecedor 18 está disposto de forma a fornecer o calor para o segundo fluido de trabalho 24 após deixar o segundo evaporador 14 e antes ele é expandido pelo segundo expansor 11. 0 calor fornecido pelo segundo superaquecedor 18 pode ser calor residual ou de uma fonte de calor secundária.
[082] Outras modalidades de acordo com a presente invenção estão descritas abaixo com referências às Figuras 3 a 9. Em todas as modalidades descritas, números de referência semelhantes correspondem a componentes e características semelhantes.
[083] A Figura 3 mostra um aparelho 300 de ciclo termodinâmico de acordo com uma modalidade da presente invenção. Na modalidade da Figura 3, materiais de mudança de fase encapsulados (PGM) são usados como primeiro e segundo meios de armazenamento no primeiro e segundo reservatórios 2, 3 respectivamente. Os PGM são capazes de armazenar ou fornecer calor em uma temperatura relativamente constante à medida que o PGM muda de fase de líquido para sólido ou viceversa .
[084] O primeiro PGM (lado frio) no primeiro reservatório 3 é um material de mudança de fase encapsulado,
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29/82 tal como o primeiro fluido de trabalho 23 não entra em contato direto com o PGM e o PGM não é rejeitado do primeiro reservatório 2 durante a operação. A encapsulação está configurada de modo que permita o bom contato térmico do primeiro fluido de trabalho 23 com o material PGM (p.ex., múltiplas esferas encapsuladas, placas planas, pilhas de tubos, colmeia, etc.) e não impede de forma significativa o fluxo do primeiro fluido de trabalho 23 pelo primeiro reservatório 2 durante a operação. Nessa modalidade, o primeiro reservatório 2 também serve como o primeiro condensador 7.
[085] Antes de operar no modo de carregamento, uma válvula 27 está configurada para afastar o primeiro fluido de refrigeração 23 do evaporador de refrigeração 20 a partir do primeiro reservatório 2 quando a primeira bomba 8 está operando. O PGM do lado frio estará totalmente liquido neste estágio se o primeiro reservatório 2 for totalmente descarregado (ou seja, pela operação do primeiro modo de descarga) durante sua operação prévia e estará, de preferência, na sua temperatura de ponto de fusão, embora em algumas configurações ele pode estar ligeiramente acima do ponto de fusão.
[086] O segundo PGM (lado quente) no segundo reservatório 3 é um material de mudança de fase encapsulado, tal como o segundo fluido de trabalho 24 não entra em contato direto com o PGM e o PGM não é rejeitado do segundo reservatório 3 durante a operação. A encapsulação está configurada de modo que permita um bom contato térmico do segundo fluido de trabalho 24 com o material PGM (p.ex., múltiplas esferas encapsuladas, placas planas, pilhas de
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30/82 tubos, colmeia, etc.) e não impede de forma significativa o fluxo do segundo fluido de trabalho 24 pelo segundo reservatório 3 durante a operação. Nessa modalidade, o segundo reservatório 3 também serve como o segundo evaporador 14 .
[087] Antes de operar no modo de carregamento, as válvulas de isolamento opcionais 40 e 42 podem estar abertas (se presentes) e as válvulas de isolamento opcionais 41 e 43 podem estar fechadas (se presentes). As válvulas de três vias opcionais 32 e 33 podem ser configuradas para separar o segundo fluido de trabalho exclusivamente para o condensador 21 ou para uma posição adequada se alguma fonte de calor adicional também for usada através de um trocador de calor 31, a partir do segundo reservatório 3 (quando uma bomba 29 está operando para circular o segundo fluido de trabalho 24). O PCM do lado quente estará totalmente sólido neste estágio se o segundo reservatório 3 estiver totalmente descarregado (ou seja, pela operação do segundo modo de descarga) durante sua operação prévia e sem nenhum calor adicional ter sido adicionado desde então, através do trocador de calor 31. O PCM do lado quente estará, de preferência, na temperatura do seu ponto de fusão, embora em algumas configurações ele possa estar ligeiramente abaixo do ponto de fusão.
[088]Quando operando no modo de carregamento, a bomba de calor 1 está conectada a um suprimento de energia elétrica ou mecânica e energizada de modo a acionar o compressor de refrigeração 19. Essa bomba pressuriza o refrigerante gasoso dentro da bomba de calor 1 e eleva sua temperatura antes de entrar no condensador de refrigeração 21. Consequentemente, é fornecido calor para o segundo fluido de trabalho 24 que está
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31/82 sendo circulado pela bomba 29 através do outro lado do condensador de refrigeração 21. Ao fornecer calor para o segundo fluido de trabalho 24, o refrigerante é condensado para uma fase líquida. 0 refrigerante de fase líquida então entra na válvula de expansão 22, que reduz sua pressão e, consequentemente, seu ponto de ebulição. 0 refrigerante que entra no evaporador refrigerante 20 é fervido já que ele extrai o calor do primeiro fluido de trabalho 23, circulando pelo outro lado do evaporador refrigerante 20 pela bomba 8.
[089] O aparelho 300 opera no modo de carregamento até que, de preferência, embora não necessariamente, todo o PGM do lado frio tenha solidificado. Isso será detectável pela temperatura do primeiro fluido de trabalho 23, que notavelmente cai já que o calor extraído do primeiro fluido de trabalho 23 não é mais proveniente do calor latente de fusão do PCM do lado frio.
[090] É possível, mas não essencial, ajustar a massa de PGM do lado quente no segundo reservatório 3 de modo que quando todo o PGM do lado frio esteja solidificado, todo o PGM do lado quente esteja derretido simultaneamente. Em algumas modalidades, (p.ex., permitir armazenamento de calor residual opcional e recuperação a partir de fontes alternativas) , a massa do PGM do lado quente pode estar superior a esse valor ajustado sem que isso afete o desempenho de nenhuma forma.
[091] Em algumas modalidades, o modo de carregamento pode cessar a operação no, ou antes, do momento no qual o PGM do lado frio se torna sólido de modo que nenhuma energia seja usada para fornecer um resfriamento substancial do PGM do lado frio. Desta forma, um diferencial de temperatura fixo e,
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| portanto, | um | coeficiente | de desempenho, | podem ser | mantidos |
| pela bomba | de | calor 1 permitindo, dessa | forma, que | o design | |
| da bomba | de | calor 1 e | a seleção do | refrigerante sejam | |
| otimizados | em | torno de um | único ponto de | operação. |
[092] Quando o aparelho 300 é operado no modo de armazenamento, a bomba de calor 1 não é operada, nem nenhum componente no primeiro circuito termodinâmico 4.
[093] Se o aparelho 300 estiver operando puramente como um sistema de armazenamento de energia sem nenhuma recuperação das fontes de calor adicionais, não ocorrerá operação de nenhum componente do segundo circuito termodinâmico 5.
[094] Se estiverem disponíveis outras fontes de calor adicionais, o segundo reservatório 3 pode ser continuamente carregado ao ajustar as válvulas de três vias opcionais 32 e 33 para posições nas quais a operação da bomba 29 desvie o segundo fluido de trabalho 24 através do trocador de calor 31 para fazer uso da fonte de calor continua, ou intermitente, durante a operação no modo de armazenamento.
[095] A descarga dos lados frio e quente do sistema pode ser feita de forma independente ou simultânea dependendo de requisitos de energia locais. Isto é, um primeiro modo de descarga pode permitir a descarga do primeiro reservatório 2 e um segundo modo de descarga pode permitir a descarga do segundo reservatório 3. O primeiro e segundo expansores 6, 11 podem estar em repouso antes da operação dos respectivos modos de descarga ou podem estar motorizados de forma que estejam na velocidade de operação antes da introdução dos primeiro e segundo fluidos de trabalho 23 e 24,
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33/82 respectivamente. Algumas aplicações podem exigir energia instantânea e isto pode ser alcançado através do uso de armazenamento capacitivo 53, que pode estar incluído no acionador/eletrônica de potência 52 para fornecer uma alimentação instantânea (ver Figura 10). Em modalidades alternativas, podem ser fornecidos outros meios adicionais de armazenamento de energia não térmica que podem ser, por exemplo, mecânica ou elétrica. Por exemplo, os meios adicionais de armazenamento de energia térmica podem ser um volante ou uma bateria.
[096] Antes da operação do primeiro modo de descarga, a válvula de três vias 27 está posicionada de modo que a operação da bomba 8 desvie o primeiro fluido de trabalho 23 através do primeiro evaporador 9.
[097] Com a operação do primeiro modo de descarga, a bomba 8 bombeia o primeiro fluido de trabalho 23 a partir do primeiro reservatório 2 no primeiro evaporador 9 onde ele é aquecido e evaporado por uma fonte de calor. Em algumas modalidades, não limitantes, a fonte de calor termicamente conectada ao primeiro evaporador 9 pode ser uma fonte de calor de ambiente ou ambiental. O primeiro fluido 23 então passa pelo trocador de calor 36 opcional (se estiver presente) para receber qualquer calor residual do segundo fluido de trabalho 24 à medida que ele sai do segundo expansor 11 (se o segundo modo de descarga também estiver sendo operado). Isto pode aquecer o primeiro fluido de trabalho gasoso 23 (p.ex., superaquecê-lo) ou pode alternativamente elevar a temperatura na qual o primeiro fluido de trabalho 23 é evaporado ao empurrar o nivel de liquido/vapor para o trocador de calor 36 (se for
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34/82 termodinamicamente favorável), antes de entrar no primeiro expansor 6.
[098] Antes de entrar no primeiro expansor 6, o primeiro fluido de trabalho 23 passa por um trocador de calor 16 opcional se uma fonte de calor adicional 30 estiver disponível. Isto pode aquecer o primeiro fluido de trabalho gasoso 23 (p.ex., superaquecê-lo) ou pode alternativamente elevar a temperatura na qual o primeiro fluido de trabalho 23 é evaporado ao empurrar o nivel de liquido/vapor para o trocador de calor 16 (se for termodinamicamente favorável), antes de entrar no primeiro expansor 6.
[099] O primeiro fluido de trabalho gasoso 23 entra no primeiro expansor 6 e, devido à diferença de pressão ao longo do primeiro expansor 6 (que está ajustado pela pressão de condensação no primeiro reservatório 2 e pela fonte de calor usada para evaporar o primeiro fluido de trabalho 23) , o primeiro fluido de trabalho 23 aciona o primeiro expansor à medida que se expande, convertendo a energia extraída da fonte de calor no primeiro evaporador 9 (e opcionalmente, os trocadores de calor 36 e 16) em energia elétrica ou mecânica.
[0100] 0 primeiro fluido de trabalho 23 sai do primeiro expansor 6 em estado gasoso e retorna para o primeiro reservatório 2 onde entra em contato com o PGM encapsulado do lado frio e se condensa à medida que o PGM absorve o calor latente necessário para tal processo. Esse processo gradualmente derrete o PGM do lado frio à medida que o primeiro reservatório 2 é descarregado.
[0101] 0 primeiro modo de descarga pode ser operado parcial ou totalmente para derreter o PGM do lado frio e
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35/82 ainda permitir que inicie a próxima operação do modo de carregamento com o PCM do lado frio ainda na temperatura do seu ponto de congelamento. Alternativamente, pode ser preferível continuar operar o primeiro modo de descarga até que todo o PCM do lado frio seja derretido, se ainda puder ser gerada energia suficiente. Isto significa que a bomba de calor 1 vai operar em uma faixa de temperatura durante a próxima operação do modo de carregamento. De qualquer forma, pode ser obtida uma indicação de que o PGM do lado frio derreteu completamente ao medir uma elevação na temperatura no primeiro fluido de trabalho 23 ou ao sair do primeiro reservatório 2.
[0102] Antes da operação do segundo modo de descarga, as válvulas de isolamento opcionais 41 e 43 podem ser abertas (se estiverem presentes). As válvulas de isolamento opcionais 40 e 42 podem estar fechadas (se presentes) se não estiver disponível nenhuma entrada de calor adicional através do trocador de calor 31 durante a operação do segundo modo de descarga. Se estiverem disponíveis fontes de calor adicionais, o segundo reservatório 3 pode ser carregado de forma contínua ao controlar as válvulas de três vias opcionais 32 e 33. Em particular, as válvulas de três vias opcionais 32 e 33 podem ser ajustadas para posições de modo que a operação da bomba 29 separe o segundo fluido de trabalho 24 através do trocador de calor 31 (as válvulas de isolamento opcionais 40 e 42 podem ser deixadas abertas). Isto faz uso de uma fonte de calor contínua (opcional) durante a operação do segundo modo de descarga e, portanto, permite o carregamento e descarregamento simultâneo do segundo reservatório 3 sem precisar da operação da bomba de
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36/82 calor 1.
[0103] Com a operação do segundo modo de descarga, a abertura da válvula 41 cria uma queda de pressão no segundo reservatório 3, onde o segundo fluido de trabalho 24 foi armazenado até o ponto de saturação sob a pressão definida pela temperatura do ponto de fusão (ou por uma temperatura perto desse ponto) do PCM do lado quente. Reduzir a pressão desta forma incentiva o segundo fluido de trabalho 24 a ferver e assim, extrair o calor do PCM do lado quente para superar o calor latente de vaporização do segundo fluido de trabalho 24 necessária para fazê-lo.
[0104] Entre sair do segundo reservatório 3 e entrar no segundo expansor 11, o segundo fluido de trabalho gasoso 24 pode passar por um trocador de calor opcional 18, se estiver disponível uma fonte de calor adicional. Isto pode aquecer o segundo fluido de trabalho gasoso 24 (p.ex., superaquecê-lo) ou pode alternativamente elevar a temperatura na qual o segundo fluido de trabalho 24 é evaporado ao empurrar o nivel de liquido/vapor para este trocador de calor 18 (se for termodinamicamente favorável) , antes de entrar no segundo expansor 11.
[0105] 0 segundo fluido de trabalho gasoso 24 entra no segundo expansor 11 e, devido a diferença de pressão ao longo do segundo expansor 11 (que está ajustado pela pressão de condensação do segundo fluido de trabalho 24 no segundo reservatório 2 e pela fonte de calor usada para evaporar o segundo fluido de trabalho 24), o segundo fluido de trabalho 24 aciona o segundo expansor à medida que se expande, convertendo a energia extraída do segundo evaporador 3 (e opcionalmente, o trocador de calor 18) em energia elétrica ou
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37/82 mecânica .
[0106] Ao sair do segundo expansor 11, o segundo fluido de trabalho 24 ainda está gasoso e pode entrar no trocador de calor 36 opcional onde pode trocar qualquer calor residual que seria vantajoso termodinamicamente para o primeiro fluido de trabalho 23 (se o primeiro modo de descarga também estiver sendo operado). 0 trocador de calor 36 opcional não está presente nas modalidades nas quais o primeiro circuito termodinâmico 4 é termicamente independente do segundo circuito termodinâmico 5.
[0107] 0 segundo fluido de trabalho 24 entra no segundo condensador 12 (atuando como meio de salda de calor auxiliar) onde é condensado pelo dissipador de calor auxiliar 15 .
[0108] Como alternativa, se for vantajoso do ponto de vista termodinâmico, o aparelho 300 poderia ser configurado de modo que o segundo fluido de trabalho 24 seja condensado no trocador de calor opcional 36 e então subresfriado no segundo condensador 12.
[0109] O fluido de trabalho condensado do lado quente 24 é então puxado para o lado da sucção da bomba 13 e bombeado de volta para o armazenamento térmico do lado quente 3 através do trocador de calor opcional 17, onde uma fonte de calor alternativa/residual 30 pode pré-aquecer o fluido de trabalho 24 se estiver disponível. Este processo continua solidificando gradualmente o PCM do lado quente à medida que o fluido de trabalho do lado quente 24 absorve o calor dele conforme este evapora.
[0110] A operação do segundo modo de descarga pode
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38/82 progredir para solidificar parcial ou totalmente o PCM do lado quente e ainda permitir que a operação seguinte do modo de carregamento comece com o PCM do lado quente ainda na sua temperatura de ponto de fusão, ou em alguns casos, pode ser preferível operar o segundo modo de descarga até após o ponto no qual todo PCM do lado quente é solidificado se ainda puder ser gerada uma energia substancial. Esta última opção significa que a bomba de calor 1 vai operar em uma faixa de temperatura durante a operação seguinte do modo de
| carregamento. | De | qualquer | forma, pode ser | obtida uma | |
| indicação de | que | o PGM | do | lado quente | solidificou |
| completamente | por | uma queda | de | temperatura mensurável do | |
| segundo fluido de | trabalho | 24 | ou ao sair, | do segundo |
reservatório 3.
| [0111] | A | Figura 4 | mostra | um aparelho | 400 | de | ciclo |
| termodinâmico | de | acordo | com uma | modalidade | da | presente | |
| invenção. | |||||||
| [0112] | Um | primeiro | fluido | de transferência | de | calor |
é usado para acoplar termicamente e trocar calor entre a bomba de calor 1 e o primeiro reservatório 2 e o primeiro reservatório 2 e o primeiro condensador 7. Além disso, um segundo fluido de transferência de calor 28 é usado para acoplar termicamente e trocar calor entre a bomba de calor 1 e o segundo reservatório 3 e o segundo reservatório 3 e o segundo evaporador 14. Os primeiro e segundo fluidos de transferência de calor 25, 28 formam circuitos de transferência de calor. Em modalidades alternativas, um ou mais circuitos de transferência de calor separados (cada um tendo um fluido de transferência de calor separado, por exemplo) podem ser usados para acoplar termicamente a bomba
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39/82 de calor 1 e o primeiro reservatório 2, o primeiro reservatório 2 e o primeiro condensador 6, a bomba de calor 1 e o segundo reservatório 3 e o segundo evaporador 14.
[0113] 0 PCM do lado frio no primeiro reservatório 2 é um material de mudança de fase encapsulado, tal como o primeiro fluido de transferência de calor 25 não entra em contato direto com o PGM e o PGM não é rejeitado do primeiro reservatório 2 durante a operação.
[0114] A encapsulação está configurada de modo que permita o bom contato térmico do primeiro fluido de transferência de calor 25 com o material PGM (p.ex., múltiplas esferas encapsuladas, placas planas, pilhas de tubos, colmeia, etc.) e não impede de forma significativa o fluxo do primeiro fluido de transferência de calor 25 pelo primeiro reservatório 2 durante a operação.
[0115] Antes de operar no modo de carregamento, uma válvula 27 está configurada para desviar o primeiro fluido de transferência 25 do evaporador da bomba de calor 20 a partir do primeiro reservatório 2 quando a bomba 26 está operando. O PGM do lado frio estará totalmente liquido neste estágio (se o primeiro reservatório 2 for totalmente descarregado durante a operação anterior do modo de descarga, ou seja, durante a operação do primeiro modo de descarga) e estará, de preferência, na sua temperatura de ponto de fusão, embora em algumas configurações ele possa estar ligeiramente acima do ponto de fusão.
[0116] O PGM do lado quente no segundo reservatório 3 é um PGM encapsulado, tal que o segundo fluido de transferência de calor 28 não entra em contato direto com o
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PCM e o PCM não é rejeitado do segundo reservatório 3 durante a operação. A encapsulação está configurada de modo que permita o bom contato térmico do segundo fluido de transferência de calor 28 com o material PCM (p.ex., múltiplas esferas encapsuladas, placas planas, pilhas de tubos, etc.) e não impede de forma significativa o fluxo do segundo fluido de transferência de calor 28 pelo segundo reservatório 3 durante a operação.
[0117] Antes de operar no modo de carregamento, as válvulas de isolamento opcionais 40 e 42 podem estar abertas (se presentes) e as válvulas de isolamento opcionais 41 e 43 podem estar fechadas (se presentes). As válvulas de três vias opcionais 32 e 33 podem ser configuradas para separar o segundo fluido de transferência de calor exclusivamente para o condensador 21 ou para uma posição adequada se alguma fonte de calor adicional também for usada através do trocador de calor 31, a partir do segundo reservatório 3, quando uma bomba 29 está operando. O PCM do lado quente estará totalmente sólido neste estágio (se o segundo reservatório 3 estiver totalmente descarregado durante sua operação prévia, ou seja, durante a operação do segundo modo de descarga) e sem nenhum calor adicional ser adicionado desde então, através do trocador de calor 31. O PCM do lado quente estará, de preferência, na temperatura do seu ponto de fusão, embora em algumas configurações ele possa estar ligeiramente abaixo do ponto de fusão.
[0118] Quando operando no modo de carregamento, a bomba de calor 1 é energizada (p.ex., conectada a um suprimento de energia elétrica ou mecânica) para acionar o compressor de refrigeração 19. Ela aquece e pressuriza o
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41/82 refrigerante gasoso dentro da bomba de calor 1 e eleva sua temperatura antes de entrar no condensador de refrigeração 21. Consequentemente, é fornecido calor para o segundo fluido de transferência de calor 28 que está sendo circulado pela bomba 29 através do outro lado do condensador de refrigeração 21. Fornecer calor para o segundo fluido de transferência de calor bomba de calor 28 condensa o refrigerante da bomba de calor para uma fase liquida que então entra na válvula de expansão 22 e isso reduz sua pressão e, consequentemente, seu ponto de ebulição. 0 refrigerante que entra no evaporador de refrigeração 20 é fervido, já que que ele extrai o calor do primeiro fluido de transferência de calor 25, circulando pelo outro lado do evaporador de refrigeração 20 pela bomba 26.
[0119] A operação do modo de carregamento pode, preferencialmente (embora não necessariamente), continuar até um momento quando todo o PCM do lado frio estiver solidificado. Isso será detectável pela temperatura do primeiro fluido de transferência de calor 23, que notavelmente cai já que que o calor extraído do primeiro fluido de transferência de calor 2 não é mais proveniente do calor latente de fusão do PCM do lado frio.
[0120] Em algumas modalidades preferíveis, a massa do PCM do lado quente no segundo reservatório 3 pode ser ajustada de modo que o momento no qual todo PCM do lado frio esteja solidificado é alcançado coincida com o momento no qual todo o PCM do lado quente esteja derretido. Em termos práticos, e para permitir a recuperação de calor residual opcional a partir de fontes alternativas, a massa do PCM do lado quente pode ser superior ao valor ajustado sem afetar o desempenho de nenhuma forma.
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42/82 [0121] Em algumas modalidades, o modo de carregamento pode cessar a operação no, ou antes, do momento no qual o PGM do lado frio se torna sólido de modo que nenhuma energia seja usada para fornecer um resfriamento substancial do PCM do lado frio. Desta forma, um diferencial de temperatura fixo e, portanto, um coeficiente de desempenho, podem ser mantidos pela bomba de calor 1 permitindo, dessa forma, que o design da bomba de calor 1 e a seleção do refrigerante sejam otimizados em torno de um único ponto de operação.
[0122] Em algumas modalidades, durante a operação no modo de armazenamento, a bomba de calor 1 não pode ser operada, nem nenhum componente no primeiro circuito termodinâmico 4 .
[0123] Se o aparelho 400 estiver operando puramente como um sistema de armazenamento de energia sem nenhuma recuperação das fontes de calor adicionais, nenhum componente do segundo circuito termodinâmico 5 precisa ser operado também.
[0124] Se estiverem disponíveis outras fontes de calor adicionais, o segundo reservatório 3 pode ser continuamente carregado ao ajustar as válvulas de três vias opcionais 32 e 33 para posições de modo que a operação da bomba 29 desvie o segundo fluido de transferência de calor 25 através do trocador de calor 31 para fazer uso da fonte de calor continua, ou intermitente, durante a operação no modo de armazenamento.
[0125] Como na modalidade descrita acima em relação à Figura 3, a descarga dos primeiro e e segundo circuitos termodinâmicos 4, 5 pode ser feita independente ou
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43/82 simultaneamente dependendo dos requisitos de energia locais. Ou seja, um primeiro modo de descarga pode permitir a descarga do primeiro circuito termodinâmico e um segundo modo de descarga pode permitir a descarga do segundo circuito termodinâmico 5. Os primeiro e segundo expansores 6, 11 podem estar em repouso antes da operação dos respectivos modos de descarga ou eles podem estar motorizados de forma que estejam na velocidade de operação antes da introdução dos primeiro e segundo fluidos de trabalho 23, 24. Em modalidades onde pode ser necessária energia instantânea, o armazenamento capacitivo 53 pode ser incluído no motor/eletrônica de potência 52 para fornecer uma alimentação instantânea (ver Figura 10). Em modalidades alternativas, podem ser fornecidos outros meios adicionais de armazenamento de energia não térmica que podem ser, por exemplo, mecânica ou elétrica. Por exemplo, os meios adicionais de armazenamento de energia térmica podem ser um volante ou uma bateria.
[0126] Antes da operação do primeiro modo de descarga, a válvula de três vias 27 é posicionada de modo que a operação da bomba 26 desvie o primeiro fluido de transferência de calor 25 através do primeiro condensador 7.
[0127] Com a operação do primeiro modo de descarga, a bomba 8 bombeia o primeiro fluido de trabalho 23 no primeiro evaporador 9 onde ele é aquecido e evaporado por uma fonte de calor. Em algumas modalidades não limitantes, a fonte de calor auxiliar pode ser uma fonte de calor ambiente. O primeiro fluido de trabalho 23 então passa pelo trocador de calor 36 opcional para receber qualquer calor residual do segundo fluido de trabalho 24 à medida que ele sai do segundo expansor 11 (se o segundo modo de descarga também estiver
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44/82 sendo operado). Isso aquece o primeiro fluido de trabalho gasoso 23 (p.ex., superaquece-o) ou pode ser usado alternativamente para elevar a temperatura na qual o primeiro fluido de trabalho 23 é evaporado ao empurrar o nível de líquido/vapor para o trocador de calor 36 (se for termodinamicamente favorável), antes de entrar no primeiro expansor 6.
[0128] Antes de entrar no primeiro expansor 6, o primeiro fluido de trabalho 23 pode passar por um trocador de calor 16 opcional se uma fonte de calor adicional 30 estiver disponível. Isso aquece o primeiro fluido de trabalho gasoso 23 (p.ex., superaquece-o) ou pode ser usado alternativamente para elevar a temperatura na qual o primeiro fluido de trabalho 23 é evaporado ao empurrar o nível de líquido/vapor para o trocador de calor 16 (se for termodinamicamente favorável), antes de entrar no primeiro expansor 6.
[0129] O primeiro fluido de trabalho gasoso 23 entra no primeiro expansor 6 e, devido à diferença de pressão ao longo do expansor definida pela pressão de condensação no primeiro condensador 7 e o uso da fonte de calor para evaporar o primeiro fluido de trabalho 23, o primeiro fluido de trabalho 23 aciona o primeiro gerador expansor 6 à medida que se expande, convertendo a energia extraída da fonte de calor no primeiro evaporador 9 (e opcionalmente, os trocadores de calor 36 e 16) em energia elétrica ou mecânica.
[0130] 0 primeiro fluido de trabalho 23 sai do primeiro expansor 6 enquanto ainda no estado gasoso e entra no primeiro condensador 7. A bomba 26 bombeia o primeiro fluido de transferência de calor 25 do primeiro reservatório 2 para o primeiro condensador 7. Isso coloca o primeiro
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45/82 fluido de trabalho 23 em contato térmico com o primeiro reservatório 2 que condensa o primeiro fluido de trabalho 23 à medida que o primeiro fluido de transferência de calor 25 absorve o calor dele. 0 fluido de trabalho condensado 23 então pode opcionalmente entrar no armazenamento intermediário 37 (se estiver presente) e então entra na bomba 8 ou é drenado diretamente para a bomba 8 mais uma vez para continuar o ciclo. 0 primeiro líquido de transferência de calor 25 que deixa o primeiro condensador 7 é retornado para o primeiro reservatório 2 onde troca calor com o PCM do lado frio, fazendo com que ele derreta gradualmente à medida que o primeiro modo de descarga é operado.
[0131] A operação do primeiro modo de descarga pode progredir parcial ou totalmente para derreter o PCM do lado frio e ainda permitir que inicie a próxima operação do modo de carregamento com o PGM do lado frio ainda na temperatura do seu ponto de congelamento. Como alternativa, em algumas modalidades, pode ser preferível operar o primeiro modo de descarga até após o momento quando todo PCM do lado frio estiver derretido se ainda puder ser gerada uma energia substancial, isto então indica que a bomba de calor 1 vai operar em uma faixa de temperatura durante a operação seguinte do modo de carregamento. De qualquer forma, uma indicação de que o PCM do lado quente solidificou completamente pode ser fornecida por uma queda de temperatura mensurável do segundo fluido de transferência de trabalho 25 ou ao sair, do primeiro reservatório 2.
[0132] Antes da operação do segundo modo de descarga, as válvulas de isolamento opcionais 41 e 43 podem ser abertas (se estiverem presentes). As válvulas de isolamento opcionais
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46/82 e 42 podem estar fechadas (se presentes) se não estiver disponível nenhuma entrada de calor adicional através do trocador de calor 31 durante a operação do segundo modo de descarga. Se estiverem disponíveis fontes de calor adicionais, o segundo reservatório 3 pode ser continuamente carregado ao ajustar as válvulas de três vias opcionais 32 e 33 para posições de modo que a operação da bomba 29 desvie o segundo fluido de transferência de calor 28 através do trocador de calor 31 para fazer uso da fonte de calor contínua, ou intermitente, durante a operação no modo de armazenamento e ao deixar as válvulas de isolamento adicionais 40 e 42 abertas. Isso permite o carregamento simultâneo do segundo reservatório 3 e da operação do segundo modo de descarga sem a operação da bomba de calor 1.
[0133] Com a operação do segundo modo de descarga, a bomba 39 é operada para circular o segundo fluido de transferência de calor 28 do segundo reservatório 3 para o segundo evaporador 14. Ao sair do segundo evaporador 14, o segundo fluido de transferência de calor 28 é devolvido para o segundo reservatório 3 para permitir a circulação contínua. A bomba 13 é operada para bombear o segundo fluido de trabalho 24 para o outro lado do segundo evaporador 14 onde é evaporado com o calor do segundo fluido de transferência de calor 28.
[0134] O segundo fluido de trabalho 24 sai do segundo evaporador 14 e, antes de entrar no segundo expansor 11, ele pode passar pelo trocador de calor opcional 18 se estiver disponível uma fonte de calor residual/adicional 30. Isso aquece o segundo fluido de trabalho gasoso 24 (p.ex., superaquece-o) ou pode alternativamente ser usado para elevar
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47/82 a temperatura na qual o segundo fluido de trabalho 24 é evaporado ao empurrar o nivel de liquido/vapor para este trocador de calor 18 (se for termodinamicamente favorável), antes de entrar no segundo expansor 11.
[0135] 0 segundo fluido de trabalho gasoso 24 entra no segundo expansor 11 e, devido à diferença de pressão ao longo do segundo expansor 11 (definida pela pressão de condensação do segundo fluido de trabalho 24 no segundo condensador 12 e pela fonte de calor usada para evaporar o segundo fluido de trabalho 24), o segundo fluido de trabalho 24 aciona o expansor 11 (à medida que se expande), convertendo a energia extraída do segundo fluido de transferência de calor 28 (e opcionalmente, o trocador de calor 18) em energia elétrica ou mecânica.
[0136] Ao sair do segundo expansor 11, o segundo fluido de trabalho 24 ainda está gasoso e pode entrar no trocador de calor 36 opcional onde pode trocar qualquer calor residual que seria vantajoso termodinamicamente para o primeiro fluido de trabalho 23 se o primeiro modo de descarga também estiver sendo operado.
[0137] 0 segundo fluido de trabalho 24 entra no segundo condensador 12 onde é condensado pelo dissipador de calor auxiliar 15 no outro lado do segundo condensador 12. Em algumas modalidades não limitantes, o dissipador de calor auxiliar 15 pode ser um dissipador de calor ambiente.
[0138] Como alternativa, se for vantajoso do ponto de vista termodinâmico, o aparelho 400 poderia ser configurado de modo que o segundo fluido de trabalho 24 é condensado no trocador de calor opcional 36 e então subresfriado no segundo condensador 12.
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48/82 [0139] O segundo fluido de trabalho 24 condensado pode opcionalmente entrar primeiro no armazenamento intermediário (se estiver presente) e então na bomba 13 ou ser drenado diretamente para a bomba 13 para o ciclo continuar e ser bombeado de volta para o segundo evaporador 14 (através do trocador de calor opcional 17), onde uma fonte de calor alternativa/residual 30 pode preaquecer o segundo fluido de trabalho 24, se estiver disponível.
[0140] Esse processo pode continuar e provocar a gradual solidificação do PCM do lado quente já que que o segundo fluido de trabalho absorve calor dele (através do segundo fluido de transferência de calor 28), à medida que evapora.
[0141] A operação do primeiro modo de descarga pode progredir parcial ou totalmente para derreter o PGM do lado frio e ainda permitir que inicie a operação seguinte do modo de carregamento com o PGM do lado frio ainda na temperatura do seu ponto de congelamento. Alternativamente, em algumas circunstâncias, pode ser preferível continuar operar o segundo modo de descarga até que todo o PGM do lado quente esteja solidificado, se ainda puder ser gerada energia suficiente. Isto significa que a bomba de calor 1 vai operar em uma faixa de temperatura durante a operação seguinte do modo de carregamento. De qualquer forma, pode ser obtida uma indicação de que o PGM do lado quente solidificou completamente por uma queda de temperatura mensurável do segundo fluido de transferência de calor 28 ou ao sair, do segundo reservatório 3.
[0142] A Figura 5 mostra um aparelho 500 de ciclo termodinâmico de acordo com uma modalidade da presente
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49/82 invenção .
[0143] Na modalidade da Figura 5, os PCMs não encapsulados são usados nos primeiro e segundo reservatórios 2, 3 para armazenar ou fornecer calor a uma temperatura relativamente constante à medida que o PGM muda de fase de liquido para sólido ou vice-versa.
[0144] 0 PCM no lado frio no primeiro reservatório 2 não está encapsulado de nenhuma forma. 0 primeiro fluido de transferência de calor 25 está em contato direto com o PCM do lado frio. As duas substâncias são escolhidas de modo que não sejam misciveis e tenham diferentes gravidades especificas de modo que não se misturem facilmente e se separem sob gravidade quando o PCM estiver tanto na fase liquida quanto sólida. Devido a esta separação natural, é possível localizar um canal de aspiração de tal modo que, durante a operação do modo de carregamento, apenas o primeiro fluido de transferência de calor 25 é drenado do primeiro reservatório 2 enquanto permite simultaneamente o contato térmico ideal com o PCM do lado frio.
[0145] Essa separação natural também permite a localização de um canal de aspiração de tal modo que, durante a operação do primeiro modo de descarga, apenas uma mistura pastosa sólida/líquida do PCM do lado frio seja drenada do primeiro reservatório 2. Estima-se que podem existir traços do primeiro fluido de transferência de calor 25 arrastados para dentro da pasta, mas esses traços serão mínimos.
[0146] Antes da operação do modo de carregamento, o PCM do lado frio estará totalmente líquido (se o primeiro reservatório 2 for totalmente descarregado durante a operação
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| prévia do primeiro modo de | descarga) e estará, | de |
| preferência, na sua temperatura | de ponto de fusão, embora | em |
| algumas modalidades ele pode | estar ligeiramente acima | do |
| ponto de fusão. |
[0147] 0 PCM no lado quente no segundo reservatório 3 não está encapsulado de nenhuma forma. O segundo fluido de transferência de calor 28 está em contato direto com o PCM do lado quente. As duas substâncias são escolhidas de modo que não sejam miscíveis e tenham diferentes gravidades específicas de modo que não se misturem facilmente e se separem sob gravidade quando o PCM estiver tanto na fase líquida quanto sólida. Devido a esta separação natural, é possível localizar um canal de aspiração de tal modo que, durante a operação do segundo modo de descarga, apenas o segundo fluido de transferência de calor 28 seja drenado do primeiro reservatório 3 enquanto permite simultaneamente o contato térmico ideal com o PCM do lado quente.
[0148] Essa separação natural também permite a localização de um canal de aspiração de tal modo que, durante a operação do modo de carregamento, apenas uma mistura pastosa sólida/líquida 44 do PCM do lado quente seja drenada do segundo reservatório 3. Estima-se que podem existir traços do segundo fluido de transferência de calor 28 arrastado para dentro da pasta, mas esses traços serão mínimos.
[0149] Antes de operar no modo de carregamento, as válvulas de isolamento opcionais 40 e 42 podem estar abertas (se presentes) e as válvulas de isolamento opcionais 41 e 43 podem estar fechadas (se presentes). As válvulas de três vias opcionais 32 e 33 podem ser configuradas para separar a pasta de PCM do lado quente exclusivamente para o condensador 21 ou
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51/82 para uma posição adequada se alguma fonte de calor adicional também for usada (através do trocador de calor 31), a partir do segundo reservatório 3, quando a bomba 29 estiver operando. 0 PCM do lado quente será uma pasta sólida/liquida nesta fase, para a qual o conteúdo exato de sólido para liquido dependerá de quanto tempo o segundo modo de descarga anterior foi operado e se foi adicionado calor adicional através do trocador de calor 31. 0 PGM do lado quente estará preferencialmente na temperatura do seu ponto de fusão.
[0150] Durante a operação do modo de carregamento, a bomba de calor 1 é energizada para acionar o compressor de refrigeração 19. Ela aquece e pressuriza o refrigerante gasoso dentro da bomba de calor 1 antes de entrar no condensador de refrigeração 21. Consequentemente, é fornecido calor para a pasta de PGM do lado quente 44 que está sendo circulada pela bomba 29 através do outro lado do condensador de refrigeração 21. Fornecer calor para a pasta de PGM do lado quente 44 condensa o refrigerante da bomba de calor para uma fase liquida que então entra na válvula de expansão 22 e este reduz sua pressão e, consequentemente, seu ponto de ebulição. 0 refrigerante que entra no evaporador de refrigeração 20 é fervido à medida que ele extrai o calor do primeiro fluido de transferência de calor 25, circulando pelo outro lado do evaporador de refrigeração 20 pela bomba 26.
[0151] Durante esta fase, o primeiro fluido de transferência de calor 25 é devolvido para o primeiro reservatório 2 após deixar o evaporador de refrigeração 20 no ponto onde entrará em contato imediatamente com o PGM da fase liquida do lado frio. Se o PGM de fase liquida do lado frio já está na temperatura do seu ponto de fusão, pequenas
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52/82 partículas sólidas se formarão no contato com o primeiro fluido de transferência de calor 25 que está entrando novamente no primeiro reservatório 2. Devido à imiscibilidade das substâncias e suas diferentes gravidades específicas, elas se separarão permitindo que o primeiro fluido de transferência de calor 25 seja continuamente bombeado para fora do primeiro reservatório 2 e pelo evaporador de refrigeração 20 durante a operação do modo de carregamento. As partículas solidificadas do PCM do lado frio subirão ou afundarão no PGM de fase líquida do lado frio dependendo das propriedades da substância. Isto provoca um acúmulo da pasta de PGM do lado frio, que se concentra dentro do primeiro reservatório 2. A operação do modo de carregamento pode preferencialmente continuar até o momento onde toda a pasta de PGM do lado frio tiver alcançado a densidade desejada máxima de sólidos dentro do primeiro reservatório 2.
[0152] Durante a operação do modo de carregamento, a pasta de PGM do lado quente 44 que passa através do condensador de refrigeração 21 e/ou trocador de calor opcional 31, será continuamente derretida à medida que a bomba de calor 1 transfere o calor para ela.
[0153] É possível, mas não essencial, ajustar a massa de PGM no segundo reservatório 3 de modo que quando a densidade máxima dos sólidos do PGM do lado frio for atingida, esse evento coincida com o derretimento do PGM do lado quente. Em termos práticos e para permitir o armazenamento de calor residual opcional e recuperação a partir de fontes alternativas, a massa do PGM do lado quente pode ser superior a esse valor sem afetar o desempenho de nenhuma forma.
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53/82 [0154] A operação do modo de carregamento pode cessar no, ou antes, do momento no qual o PCM do lado frio atinge a densidade máxima de sólidos permitida de modo que nenhuma energia seja usada para fornecer um resfriamento substancial do PCM do lado frio. Desta forma, um diferencial de temperatura fixo e, portanto, um coeficiente de desempenho, podem ser mantidos pela bomba de calor 1 permitindo, dessa forma, que o design da bomba de calor 1 e a seleção do refrigerante sejam otimizados em torno de um único ponto de operação.
[0155] Em algumas modalidades, durante a operação no modo de armazenamento, a bomba de calor 1 não pode ser operada e nem nenhum componente no primeiro circuito termodinâmico.
[0156] Se o aparelho 500 estiver operando puramente como um sistema de armazenamento de energia sem nenhuma recuperação das fontes de calor adicionais, o aparelho 500 pode estar em repouso sem nenhum componente do segundo circuito termodinâmico.
[0157] Se estiverem disponíveis outras fontes de calor adicionais 30, o segundo reservatório 3 pode ser continuamente carregado ao ajustar as válvulas de três vias opcionais 32 e 33 para posições de modo que a operação da bomba 2 9 desvie a pasta de PCM do lado quente 44 através do trocador de calor 31 para fazer uso da fonte de calor continua, ou intermitente, durante a operação na fase de armazenamento.
[0158] Como nas modalidades descritas acima em relação às Figuras 3 e 4, a descarga do primeiro e do segundo
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54/82 reservatório 4, 5 pode ser feita independente ou simultaneamente dependendo dos requisitos de energia locais. Isto é, um primeiro modo de descarga pode permitir a descarga do primeiro reservatório 2 e um segundo modo de descarga pode permitir a descarga do segundo reservatório 3. Os primeiro e segundo expansores 6, 11 podem estar em repouso antes da descarga ou eles podem estar motorizados de forma que estejam na velocidade de operação antes da introdução dos primeiro e segundo fluidos de trabalho 23, 24. Em modalidades onde pode ser necessária energia instantânea o armazenamento capacitivo 53 pode ser incluído no motor/eletrônica de potência 52 para fornecer uma alimentação instantânea (ver Figura 10). Em modalidades alternativas, podem ser fornecidos outros meios adicionais de armazenamento de energia não térmica que podem ser, por exemplo, mecânica ou elétrica. Por exemplo, os meios adicionais de armazenamento de energia térmica podem ser um volante ou uma bateria.
[0159] Com a operação do primeiro modo de descarga, a bomba 8 bombeia o primeiro fluido de trabalho 23 no primeiro evaporador 9 onde ele é aquecido e evaporado por uma fonte de calor 10. Em algumas modalidades não limitantes, a fonte de calor auxiliar pode ser uma fonte de calor ambiente. O primeiro fluido de trabalho 23 então passa pelo trocador de calor 36 opcional para receber qualquer calor residual do segundo fluido de trabalho 24 à medida que ele sai do segundo expansor 11 (se o segundo modo de descarga também estiver sendo operado). Isso aquece o primeiro fluido de trabalho gasoso 23 (p.ex., superaquece-o) ou pode ser usado alternativamente para elevar a temperatura na qual o primeiro fluido de trabalho 23 é evaporado ao empurrar o nivel de
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55/82 líquido/vapor para o trocador de calor 36 (se for termodinamicamente favorável), antes de entrar no primeiro expansor 6.
[0160] Antes de entrar no primeiro expansor 6, o primeiro fluido de trabalho 23 passa por um trocador de calor 16 opcional se uma fonte de calor adicional 30 estiver disponível. Isso aquece o primeiro fluido de trabalho gasoso 23 (p.ex., superaquece-o) ou pode ser usado alternativamente para elevar a temperatura na qual o primeiro fluido de trabalho 23 é evaporado ao empurrar o nivel de liquido/vapor para o trocador de calor 16 (se for termodinamicamente favorável), antes de entrar no primeiro expansor 6.
[0161] 0 primeiro fluido de trabalho gasoso 23 entra no primeiro expansor 6 e, devido à diferença de pressão ao longo do expansor 6 (definida pela pressão de condensação no primeiro condensador 7 e pelo uso da fonte de calor para evaporar o primeiro fluido de trabalho 23), o primeiro fluido de trabalho 23 aciona o primeiro gerador expansor 6 (à medida que se expande), convertendo a energia extraída da fonte de calor no primeiro evaporador 9 (e opcionalmente, os trocadores de calor 36 e 16) em energia elétrica ou mecânica.
[0162] 0 primeiro fluido de trabalho 23 sai do primeiro expansor 6 enquanto ainda está no estado gasoso e entra no primeiro condensador 7. A bomba 46 bombeia a pasta de PCM do lado frio 45 do primeiro reservatório 2 para o primeiro condensador 7. Isso coloca o primeiro fluido de trabalho 23 em contato térmico com a pasta de PCM do lado frio 45 que condensa o primeiro fluido de trabalho 23 à medida que a pasta de PCM do lado frio 45 absorve o calor dele e derrete. 0 fluido de trabalho condensado 23 então pode
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56/82 opcionalmente entrar no armazenamento intermediário 37 (se estiver presente) e então entra na bomba 8 ou é drenado diretamente para a bomba 8 mais uma vez para continuar o ciclo. 0 PCM do lado frio que deixa o primeiro condensador 7 é retornado para o primeiro reservatório 2 como totalmente liquido ou com uma maior proporção de liquido. Esse processo gradualmente derrete a pasta do PGM do lado frio 45 à medida que o modo de descarga é operado.
[0163] A operação do primeiro modo de descarga pode progredir parcial ou totalmente para derreter a pasta do PGM do lado frio 45 e ainda permitir que inicie a próxima operação do modo de carregamento com o PGM do lado frio ainda na temperatura do seu ponto de congelamento. Alternativamente, em algumas modalidades, pode ser preferível continuar operar o primeiro modo de descarga até que toda pasta de PGM do lado frio 45 esteja solidificada, se ainda puder ser gerada energia suficiente. Isto significa que a bomba de calor 1 vai operar em uma faixa de temperatura durante a próxima operação do modo de carregamento. De qualquer forma, uma indicação de que o PGM do lado frio solidificou completamente pode ser detectada por um aumento de temperatura do PGM do lado frio, ou ao sair, do primeiro reservatório 2.
[0164] Antes da operação do segundo modo de descarga, as válvulas de isolamento opcionais 41 e 43 podem ser abertas (se estiverem presentes). As válvulas de isolamento opcionais 40 e 42 podem estar fechadas (se presentes) se não estiver disponível nenhuma entrada de calor adicional através do trocador de calor 31 durante a fase de descarga. Se estiverem disponíveis outras fontes de calor adicionais, o segundo
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57/82 reservatório 3 pode ser continuamente carregado ao ajustar as válvulas de três vias opcionais 32 e 33 para posições de modo que a operação da bomba 2 9 separe a pasta de PCM do lado quente 44 através do trocador de calor 31 para fazer uso da fonte de calor continua durante a operação no segundo modo de descarga e ao deixar as válvulas de isolamento adicionais 40 e 42 abertas. Isso permite o carregamento simultâneo do segundo reservatório 3 e a operação do segundo modo de descarga sem a operação da bomba de calor 1.
[0165] Com a operação do segundo modo de descarga, a bomba 39 é operada para circular o segundo fluido de transferência de calor 28 a partir do segundo reservatório 3 para o segundo evaporador 14. Ao sair do segundo evaporador 14, o segundo fluido de transferência de calor 28 é retornado para o segundo reservatório 3 em um ponto onde entra em contato imediatamente com o PCM do lado quente da fase liquida para permitir a circulação continua e resfriamento do PCM do lado quente. A bomba 13 é operada para bombear o segundo fluido de trabalho 24 para o outro lado do segundo evaporador 14 onde ele é evaporado com o calor do segundo fluido de transferência de calor 28.
[0166] O segundo fluido de trabalho 24 sai do segundo evaporador 14 e, antes de entrar no segundo expansor 11, ele pode passar pelo trocador de calor opcional 18 se estiver disponível uma fonte de calor adicional 30. Isso aquece o segundo fluido de trabalho gasoso 24 (p.ex., superaquece-o) ou pode alternativamente ser usado para elevar a temperatura na qual o segundo fluido de trabalho 24 é evaporado ao empurrar o nivel de liquido/vapor para este trocador de calor 18 (se for termodinamicamente favorável) , antes de entrar no
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58/82 segundo expansor 11.
[0167] 0 segundo fluido de trabalho gasoso 24 entra no segundo expansor 11 e, devido à diferença de pressão ao longo do expansor (definida pela pressão de condensação do segundo fluido de trabalho 24 no segundo condensador 12 e pelo calor usado para evaporar o segundo fluido de trabalho 24), o segundo fluido de trabalho 24 aciona o expansor 11 (à medida que se expande), convertendo a energia extraída do segundo fluido de transferência de calor 28 (e opcionalmente, o trocador de calor 18) em energia elétrica ou mecânica.
[0168] Ao sair do segundo expansor 11, o segundo fluido de trabalho 24 ainda está gasoso e pode entrar no trocador de calor 36 opcional onde pode trocar qualquer calor residual que seria vantajoso para o primeiro fluido de trabalho 23 se o primeiro modo de descarga estiver sendo operado ao mesmo tempo.
[0169] 0 segundo fluido de trabalho 24 entra no segundo condensador 12 onde é condensado pelo dissipador de calor auxiliar 15 no outro lado do segundo condensador. Em algumas modalidades não limitantes, o dissipador de calor auxiliar 15 pode ser um dissipador de calor ambiente.
[0170] Como alternativa, se for vantajoso do ponto de vista termodinâmico, o aparelho 500 poderia ser configurado de modo que o segundo fluido de trabalho 24 é condensado no trocador de calor opcional 36 e então subresfriado no segundo condensador 12.
[0171] 0 segundo fluido de trabalho 24 condensado pode opcionalmente entrar primeiro no armazenamento intermediário 38 (se estiver presente) e então entra na bomba
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59/82 ou ser drenado diretamente para a bomba 13 para o ciclo continuar e ser bombeado de volta para o segundo evaporador (através do trocador de calor opcional 17), onde uma fonte de calor alternativa/residual 30 pode preaquecer o segundo fluido de trabalho 24, se estiver disponível.
[0172] À medida que o segundo fluido de transferência de calor 28 deixa o segundo evaporador 14 e entra novamente no segundo reservatório 3, ele tem um efeito de resfriamento no segundo reservatório 3. Uma vez que o material PCM do lado quente alcançou a temperatura do seu ponto de congelamento,
| qualquer | resfriamento através | do | segundo | fluido | de |
| transferência de calor 28 fará com | que | pequenas | partículas | do | |
| PCM do | lado quente solidificado | se | formem | ao entrar | em |
| contato | com o segundo fluido de transferência | de calo 28 | ao |
entrar novamente no segundo reservatório 3.
[0173] Devido à imiscibilidade das substâncias e suas diferentes gravidades específicas, elas se separarão permitindo que o segundo fluido de transferência de calor 28 seja continuamente bombeado para fora do segundo reservatório 3 e pelo segundo evaporador 14 durante a operação do modo de carregamento. As partículas solidificadas do PCM do lado quente subirão ou afundarão no PCM de fase líquida do lado quente dependendo das propriedades da substância. Isso provoca um acúmulo de pasta de PCM do lado quente que se concentra dentro do segundo reservatório 3. A operação do segundo modo de descarga pode continuar até, preferencialmente, mas não essencialmente, o momento em que toda a pasta de PCM do lado quente tiver alcançado a densidade desejada máxima de sólidos dentro do segundo reservatório 3.
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60/82 [0174] A operação do segundo modo de descarga pode progredir parcial ou totalmente para derreter a pasta de PGM do lado quente e ainda permitir que inicie a operação seguinte do modo de carregamento com o PCM do lado quente ainda na temperatura do seu ponto de fusão dentro do reservatório 3.
[0175] A Figura 6 mostra um aparelho 600 de ciclo termodinâmico de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0176] Na modalidade da Figura 6, os primeiro e segundos meios de armazenamento nos primeiro e segundos reservatórios 2, 3, respectivamente, compreendem meios líquidos que não mudam de fase durante as temperaturas normais de funcionamento. Ou seja, o primeiro meio de armazenamento é um primeiro (ou lado frio) liquido de armazenamento e o segundo meio de armazenamento é um segundo (ou lado quente) liquido de armazenamento.
[0177] O primeiro liquido de armazenamento no primeiro reservatório 2 é um liquido que de preferência, possui uma alta capacidade térmica especifica e não sofre mudança de fase à medida que resfria. Nessa modalidade, o primeiro liquido de armazenamento e o primeiro fluido de transferência de calor 25 são o mesmo meio.
[0178] Antes de operar no modo de carregamento, a válvula 27 está configurada para desviar o primeiro fluido de transferência de calor 25 para o evaporador de refrigeração 20 do primeiro reservatório 2 quando a bomba 26 está operando. O liquido de armazenamento do lado frio estará todo em sua maior temperatura de armazenamento se o primeiro
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61/82 reservatório 2 estiver totalmente descarregado durante a operação anterior do primeiro modo de descarga (ou seja, durante a operação do primeiro modo de descarga).
[0179] 0 segundo liquido de armazenamento no segundo reservatório 3 é um liquido que, de preferência, possui uma alta capacidade térmica especifica e não sofre mudança de fase à medida que aquece. Nessa modalidade, o segundo liquido de armazenamento e o segundo fluido de transferência de calor 28 são o mesmo meio.
[0180] Antes de operar no modo de carregamento, as válvulas de isolamento opcionais 40 e 42 podem estar abertas (se presentes) e as válvulas de isolamento opcionais 41 e 43 podem estar fechadas (se presentes). As válvulas de três vias opcionais 32 e 33 podem ser configuradas para desviar o segundo fluido de transferência de calor 28 exclusivamente para o condensador 21 ou para uma posição adequada se alguma fonte de calor adicional também for usada (através do trocador de calor 31), a partir do segundo reservatório 3, quando a bomba 29 está operando. O liquido de armazenamento do lado quente estará todo em sua menor temperatura de armazenamento se o segundo reservatório 3 estiver totalmente descarregado durante a operação prévia do segundo modo de descarga, (ou seja, durante a operação do segundo modo de descarga) e sem nenhum calor adicional ser adicionado desde então, através do trocador de calor 31.
[0181] Durante a operação do modo de carregamento, a bomba de calor 1 é energizada para acionar o compressor de refrigeração 19. Ele aquece e pressuriza o refrigerante gasoso dentro da bomba de calor 1 antes de entrar no condensador de refrigeração 21 e fornecer calor para o
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62/82 segundo fluido de transferência de calor segunda 28 que está sendo circulado pela bomba 29 através do outro lado do condensador de refrigeração 21. Fornecer calor para o segundo fluido de transferência de calor 28 condensa o fluido refrigerante da bomba de calor para uma fase líquida que então entra na válvula de refrigeração 22 e este reduz sua pressão e, consequentemente, seu ponto de ebulição. 0 fluido refrigerante que entra no evaporador refrigerante 20 é fervido, já que ele extrai o calor do primeiro fluido de transferência de calor 25, circulando pelo outro lado do evaporador de refrigeração 20 pela bomba 26.
[0182] A operação do modo de carregamento pode, de preferência, continuar até o momento quando todo o líquido de armazenamento térmico do lado frio atingir sua menor temperatura de armazenamento. Isso será indicado (e portanto, é detectável) , pela temperatura do primeiro fluido de transferência de calor 25 que alcançará um nivel predeterminado.
[0183] É possivel, mas não essencial, ajustar a massa do liquido de armazenamento térmico do lado quente no segundo reservatório 3 de modo que, quando todo o liquido de armazenamento térmico do lado frio esteja solidificado, coincida com o momento quando todo líquido do armazenamento térmico do lado quente esteja totalmente aquecido. Em termos práticos e para permitir a recuperação de calor residual opcional a partir de fontes alternativas, a massa do líquido de armazenamento térmico do lado quente pode ser superior a esse valor sem afetar o desempenho do sistema de nenhuma forma.
[0184] É preferível, embora não essencial, que a
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63/82 temperatura nos primeiro e segundo reservatórios 2, 3 seja homogeneizada durante toda a operação do modo de carregamento. Isso pode ser alcançado ao agitar os primeiro e segundo reservatórios 2, 3, p.ex., ao recircular os primeiro e segundo fluidos de transferência de calor 25, 28 ou por outros meios (aeração, agitadores mecânicos, etc.) e controlar a operação da bomba de calor 1 de tal modo que a temperatura de condensação na bomba de calor 1 esteja ligeiramente acima da temperatura do segundo reservatório a granel 3 naquele ponto e a temperatura de evaporação na bomba de calor 1 esteja ligeiramente menor que a temperatura do primeiro reservatório a granel 2 em qualquer ponto. Esse processo de carregamento irá assegurar que o coeficiente médio de desempenho da bomba de calor 1 para o período de carregamento é o mais elevado possível para maximizar a eficiência do sistema em relação à latência.
[0185] Em algumas modalidades, durante a operação no modo de armazenamento, a bomba de calor 1 não pode ser operada, nem nenhum componente no primeiro circuito termodinâmico 4 .
[0186] Se o aparelho 600 estiver operando puramente como um sistema de armazenamento de energia sem nenhuma recuperação das fontes de calor adicionais, o aparelho 600 pode estar em repouso sem nenhum componente do segundo circuito termodinâmico 5 estando ativo.
[0187] Se estiverem disponíveis fontes de calor adicionais, o segundo reservatório 3 pode ser continuamente carregado ao ajustar as válvulas de três vias opcionais 32 e 33 para posições de modo que a operação da bomba 29 desvie o segundo fluido de transferência de calor 28 através do
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64/82 trocador de calor 31 para fazer uso da fonte de calor contínua, ou intermitente, durante a operação no modo de armazenamento.
[0188] Como nas modalidades descritas acima em relação à Figura 3, a descarga dos primeiro e do segundo circuitos termodinâmicos 4, 5 pode ser feita independente ou simultaneamente dependendo dos requisitos de energia locais. Ou seja, um primeiro modo de descarga pode permitir a descarga do primeiro circuito termodinâmico e um segundo modo de descarga pode permitir a descarga do segundo circuito termodinâmico 5. Os primeiro e segundo expansores 6, 11 podem estar em repouso antes da descarga ou eles podem estar motorizados de forma que estejam na velocidade de operação antes da introdução dos primeiro e segundo fluidos de trabalho 23, 24. Em modalidades onde pode ser necessária energia instantânea o armazenamento capacitivo 53 pode ser incluído no motor/eletrônica de potência 52 para fornecer uma alimentação instantânea (ver Figura 10). Em modalidades alternativas, podem ser fornecidos outros meios adicionais de armazenamento de energia não térmica que podem ser, por exemplo, mecânica ou elétrica. Por exemplo, os meios adicionais de armazenamento de energia térmica podem ser um volante ou uma batería.
[0189] Antes da operação do primeiro modo de descarga, a válvula de três vias 27 está posicionada de modo que a operação da bomba 26 desvie o primeiro fluido de transferência de calor 25 através do primeiro evaporador 7.
[0190] Com a operação do primeiro modo de descarga, a bomba 8 bombeia o primeiro fluido de trabalho 23 no primeiro evaporador 9 onde ele é aquecido e evaporado por uma primeira
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65/82 fonte de calor auxiliar 10. Em algumas modalidades não limitantes, a fonte de calor auxiliar 10 pode ser uma fonte de calor ambiente. O primeiro fluido de trabalho 23 então passa pelo trocador de calor 36 opcional para receber qualquer calor residual do segundo fluido de trabalho 24 à medida que ele sai do segundo expansor 11 (se o segundo modo de descarga também estiver operando). Isso aquece o primeiro fluido de trabalho gasoso 23 (p.ex., superaquece-o) ou pode ser usado alternativamente para elevar a temperatura na qual o primeiro fluido de trabalho 23 é evaporado ao empurrar o nível de líquido/vapor para o trocador de calor 36 (se for termodinamicamente favorável), antes de entrar no primeiro expansor 6.
[0191] Antes de entrar no primeiro expansor 6, o primeiro fluido de trabalho 23 pode passar por um trocador de calor 16 opcional se uma fonte de calor adicional 30 estiver disponível. Isso aquece o primeiro fluido de trabalho gasoso 23 (p.ex., superaquece-o) ou pode ser usado alternativamente para elevar a temperatura na qual o primeiro fluido de trabalho 23 é evaporado ao empurrar o nível de líquido/vapor para o trocador de calor 16 (se for termodinamicamente favorável), antes de entrar no primeiro expansor 6.
[0192] O primeiro fluido de trabalho gasoso 23 entra no primeiro expansor 6 e, devido à diferença de pressão ao longo do expansor 6 (definida pela pressão de condensação no primeiro condensador 7 e pelo uso da fonte de calor para evaporar o primeiro fluido de trabalho 23), o primeiro fluido de trabalho 23 aciona o primeiro expansor 6 (à medida que se expande), convertendo a energia extraída da fonte de calor no primeiro evaporador 9 (e opcionalmente, os trocadores de
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66/82 calor 36 e 16) em energia elétrica ou mecânica.
[0193] 0 primeiro fluido de trabalho 23 sai do primeiro expansor 6 enquanto ainda no estado gasoso e entra no primeiro condensador 7. A bomba 26 bombeia o primeiro fluido de transferência de calor 25 a partir do primeiro reservatório 2 para o primeiro condensador 7. Isto coloca o primeiro fluido de trabalho 23 em contato térmico com o primeiro reservatório 2, que condensa o primeiro fluido de trabalho 23 à medida que o primeiro fluido de transferência de calor 25 resfriado absorve o calor dele. 0 primeiro fluido de trabalho condensado 23 então pode opcionalmente entrar no armazenamento intermediário 37 (se estiver presente) e então entra na bomba 8 ou é drenado para a bomba 8 mais uma vez para continuar o ciclo. 0 primeiro liquido de transferência de calor 25 que deixa o primeiro condensador 7 é retornado para o primeiro reservatório 2, onde troca calor e aquece o liquido de armazenamento térmico do lado frio à medida que o primeiro modo de descarga é operado.
[0194] 0 primeiro modo de descarga pode progredir parcial ou totalmente para aquecer o liquido de armazenamento térmico do lado frio e ainda permitir o inicio da próxima operação do modo de carregamento a partir de qualquer temperatura do granel for alcançado na homogenização. De qualquer forma, a eliminação total do primeiro reservatório 2 pode ser indicada pela detecção de um elevação na temperatura do primeiro fluido de transferência de calor 25 no primeiro reservatório 2 ou ao sair deste.
[0195] É vantajoso, mas não essencial, que o liquido de armazenamento térmico do lado frio seja drenado do fundo do primeiro reservatório 2 (que pode ser um tanque, por
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67/82 exemplo), durante a operação do primeiro modo de descarga e retornado para a parte superior do primeiro reservatório 2 em uma taxa de fluxo que permita que o líquido de armazenamento térmico no primeiro reservatório 2 estratifique de modo que o líquido drenado esteja sempre na menor temperatura de armazenamento e seja devolvido para o primeiro reservatório 2 na maior temperatura de armazenamento. Isso resultará na menor pressão de condensação possível para o primeiro fluido de trabalho 23 no primeiro condensador 7 e assim maximizará a troca de entalpia por meio do primeiro expansor 6.
[0196] Antes da operação do segundo modo de descarga, as válvulas de isolamento opcionais 41 e 43 podem ser abertas (se estiverem presentes). As válvulas de isolamento opcionais 40 e 42 podem estar fechadas (se presentes) se não estiver disponível nenhuma entrada de calor adicional através do trocador de calor 31 durante a operação do segundo modo de descarga. Se estiverem disponíveis outras fontes de calor adicionais, o segundo reservatório 3 pode ser continuamente carregado ao ajustar as três válvulas de passagem 32 e 33 para posições de modo que a operação da bomba 2 9 através do trocador de calor 31 para fazer uso da fonte de calor contínua ou intermitente durante a operação no modo de armazenamento e ao deixar as válvulas de isolamento adicionais 40 e 42 abertas. Isto permite o carregamento simultâneo do segundo reservatório 3 a operação do segundo modo de descarga sem a operação da bomba de calor 1.
[0197] Com a operação do segundo modo de descarga, a bomba 39 é operada para circular o segundo fluido de transferência de calor 28 a partir do segundo reservatório 3 para o segundo evaporador 14. Ao sair do segundo evaporador
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14, o segundo fluido de transferência de calor 28 é devolvido para o segundo reservatório 3 para permitir a circulação continua. A bomba 13 é operada para bombear o segundo fluido de trabalho 24 para o outro lado do segundo evaporador 14 onde é evaporado usando o calor do segundo fluido de transferência de calor 28.
[0198] 0 segundo fluido de trabalho 24 sai do segundo evaporador 14 e, antes de entrar no segundo expansor 11, ele pode passar pelo trocador de calor opcional 18 se estiver disponível fonte de calor residual/adicional 30. Isto aquece o segundo fluido de trabalho gasoso 24 (p.ex., superaquecêlo) ou pode alternativamente ser usado para elevar a temperatura na qual o segundo fluido de trabalho 24 é evaporado ao empurrar o nivel de liquido/vapor para este trocador de calor 18 (se for termodinamicamente favorável), antes de entrar no segundo expansor 11.
[0199] O segundo fluido de trabalho gasoso 24 entra no segundo expansor 11 e, devido a diferença de pressão entre o expansor (que está ajustado pela pressão de condensação do segundo fluido de trabalho 24 no segundo condensador 12 e a fonte de calor usada para evaporar o segundo fluido de trabalho 24), o segundo fluido de trabalho 24 aciona o segundo expansor 11 (à medida que se expande), convertendo a energia extraída do segundo fluido de transferência de calor 28 (e opcionalmente, o trocador de calor 18) em energia elétrica ou mecânica.
[0200] Ao sair do segundo expansor 11, o segundo fluido de trabalho 24 ainda está gasoso e pode entrar no trocador de calor 36 opcional onde pode trocar qualquer calor residual que seria vantajoso para o primeiro fluido de
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69/82 trabalho 23 se o primeiro modo de descarga estiver sendo operado ao mesmo tempo.
[0201] 0 segundo fluido de trabalho 24 entra no segundo condensador 12 onde é condensado pelo dissipador de calor auxiliar 15 no outro lado do segundo condensador 12. Em algumas modalidades não limitantes, o dissipador de calor auxiliar pode ser um dissipador de calor ambiente.
[0202] Como alternativa, se for vantajoso do ponto de vista termodinâmico, o aparelho 600 podería ser configurado de modo que o segundo fluido de trabalho 24 é condensado no trocador de calor opcional 36 e então subresfriado no segundo condensador 12.
[0203] 0 segundo fluido de trabalho 24 condensado pode opcionalmente entrar primeiro no armazenamento intermediário 38 (se estiver presente) e então na bomba 13 ou ser drenado diretamente para a bomba 13 para o ciclo continuar e ser bombeado de volta para o segundo evaporador 14 através do trocador de calor opcional 17, onde uma fonte de calor alternativa/residual 30 pode pré-aquecer o segundo fluido de trabalho 24, se estiver disponível.
[0204] A operação do segundo modo de descarga pode provocar o gradual resfriamento do líquido de armazenamento do lado quente a medida que o segundo fluido de trabalho 24 absorve calor dele através do segundo fluido de transferência de calor 28, à medida que evapora.
[0205] A operação do segundo modo de descarga pode progredir parcial ou totalmente para resfriar totalmente o segundo reservatório 3 e permitir que inicie a próxima operação do modo de carregamento a partir de qualquer
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70/82 temperatura do granel for alcançada na homogenização. De qualquer forma, a eliminação total do segundo reservatório 3 pode ser indicada (e assim, detectada) por uma queda na temperatura do segundo fluido de transferência de calor 28 no segundo reservatório 3 ou ao sair deste.
[0206] É vantajoso, mas não essencial, que o liquido de armazenamento térmico do lado quente seja drenado da parte superior do segundo reservatório 3 (que pode ser um tanque, por exemplo), durante a operação do segundo modo de descarga e retornado para o fundo do segundo reservatório 3 em uma taxa de fluxo que permita que o liquido de armazenamento térmico no segundo reservatório 3 estratifique de modo que o liquido drenado esteja sempre na maior temperatura de armazenamento e é devolvido para o segundo reservatório 3 na menor temperatura de armazenamento. Isso resultará na maior pressão de evaporação possível para o segundo fluido de trabalho 24 no segundo evaporador 14 e assim maximizar a troca de entalpia por meio do segundo expansor 11.
[0207] A Figura 7 mostra um aparelho 700 de ciclo termodinâmico de acordo com uma alternativa da presente invenção. Na modalidade da Figura 7, o primeiro reservatório 2 compreende dois primeiros recipientes separados 2a, 2b e o segundo reservatório 3 compreende dois segundos vasos separados 3a, 3b. Os primeiro e segundos meios de armazenamento são líquidos que não mudam de fase durante a operação normal do aparelho 700. Desta forma, a energia térmica pode ser armazenada através de aquecimento e resfriamento sensível nos primeiro e segundo recipientes 2a, 2b, 3a, 3b. À medida que o primeiro meio de armazenamento é aquecido e resfriado, ele se move (p.ex., bombeado) para
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71/82 frente e para trás entre os dois primeiros recipientes 2a, 2b. De forma semelhante, à medida que o segundo meio de armazenamento é aquecido e resfriado, ele se move (p.ex., bombeado) para frente e para trás entre os dois segundos recipientes 3a, 3b.
[0208] A Figura 8 mostra um aparelho 800 de ciclo termodinâmico de acordo com uma alternativa da presente invenção. Na modalidade da Figura 8, um terceiro reservatório 50 é fornecido para servir como armazenamento térmico temperado intermediário. Cada um do primeiro reservatório 2, segundo reservatório 3 e terceiro reservatório 50 compreende um tanque de armazenamento com um ou mais trocadores de calor neles. A modalidade da Figura 8 exemplifica como, com alguma simplificação, colocar trocadores de calor nos tanques permite que parte das cargas de bombeamento auxiliar seja eliminada. Além disso, o calor residual que sai do segundo reservatório 3 pode ser capturado no terceiro reservatório 50. Essas características podem ser incluídas em qualquer uma das modalidades acima descritas. Na modalidade específica da Figura 8, os primeiro e segundos meios de armazenamento são meios líquidos que não mudam de fase durante a operação normal do aparelho 800. Desta forma, a energia térmica pode ser armazenada através de aquecimento e resfriamento sensível nos primeiros e segundos reservatórios 2, 3.
[0209] A Figura 9 mostra esquematicamente um aparelho 900 de ciclo termodinâmico de acordo com uma modalidade da presente invenção. O aparelho 900 da Figura 9 é idêntico ao aparelho 100 da Figura 1, mas adicionalmente inclui um fonte de calor 54 e um dissipador de calor 55. Tal como, componentes adicionais 54 e 55 e a operação associada
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72/82 (descrita abaixo) podem ser incorporados em qualquer uma das modalidades descritas acima.
[0210] A fonte de calor 54 permite que a bomba de calor 1 seja operada e aqueça o segundo reservatório 3 sem drenar calor do primeiro reservatório 2. Essa disposição pode ser usada se o aparelho 900 foi previamente operado no segundo modo de descarga sem o primeiro modo de descarga ser operado (ou seja, para recarregar o segundo reservatório 3) .
[0211] O dissipador de calor 53 permite que a bomba de calor 1 seja operada para resfriar o primeiro reservatório 2 sem drenar calor do segundo reservatório 3. Essa disposição pode ser usada se o aparelho 900 foi previamente operado no primeiro modo de descarga sem o segundo modo de descarga ser operado (ou seja, para recarregar o primeiro reservatório 2) .
[0212] A Figura 10 mostra esquematicamente a eletrônica de potência 52 que pode ser usada em algumas modalidades da presente invenção. A eletrônica de potência 52 apresenta eletricamente conectado a um gerador expansor, que pode incluir o primeiro expansor 6 ou o segundo expansor 11. A potência eletrônica 52 está configurada para condicionar o gerador de energia do gerador expansor 6, 11 e manusear quaisquer protocolos de conexão da grade local. O armazenamento capacitivo 53 (p.ex., um capacitor) é fornecido e pode servir para reduzir o tempo entre a energia sendo demandada e a energia sendo fornecida onde existe um barramento de voltagem DC entre os estágios. A potência eletrônica 52 também pode ser usada para acionar o expansor gerador 6, 11 para permitir tempos de inicialização mais
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73/82 rápidos. Em modalidades alternativas, podem ser fornecidos outros meios adicionais de armazenamento de energia não térmica no lugar ou em adição ao armazenamento capacitivo 53, que pode ser, por exemplo, mecânica ou elétrica. Por exemplo, os meios adicionais de armazenamento de energia não térmica podem ser um volante, ar comprimido (ou outro gás) ou uma bateria.
[0213] Em algumas modalidades, as temperaturas de armazenamento dos primeiro e segundo meios de armazenamento (nos primeiro e segundo reservatórios 2, 3) podem ser 200°C ou menos, 100°C ou menos, -50°C ou mais e/ou -30°C ou mais. Em algumas modalidades, a diferença entre a temperatura de armazenamento do primeiro meio de armazenamento e a temperatura de armazenamento do segundo meio de armazenamento pode estar entre 30°C e 120°C. Em algumas modalidades, a diferença entre a temperatura de armazenamento do primeiro meio de armazenamento e a temperatura de armazenamento do segundo meio de armazenamento poe estar entre 30 °C e 60 °C ou 50°C ou entre 80°C e 120°C ou 100°C. Por exemplo, a temperatura de armazenamento no primeiro reservatório pode ser 0°C e a temperatura de armazenamento no segundo reservatório pode ser 50°C. Portanto, as modalidades da presente invenção podem operar em temperaturas modestas, sensíveis em contraste com muitas disposições do estado da técnica que exigem altas temperaturas de centenas de graus Celsius e baixas temperaturas a -100°C ou menores. A presente invenção pode alcançar isso, em algumas modalidades, ao utilizar fontes de calor abundante e livremente disponíveis, como calor do ambiente, ambiental e residual. Em tais modalidades, a baixa eficiência de conversão de uma fonte de
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74/82 calor abundante superar as perdas termodinâmicas oriundas da operação em temperaturas relativamente modestas. Ao fornecer a capacidade de descarregar de foma independente a energia armazenada no primeiro reservatório em relação à energia armazenada no segundo reservatório, a engenharia do aparelho é muito simplificada. Isto significa que tal aparelho pode ser montado a partir de componentes prontamente disponíveis e fornecer uma eficiência de ida e volta atraente e com baixo custo de capital.
[0214] Em algumas modalidades não limitantes, as fontes de calor usadas para adicionar calor nos componentes 9, 16,31, 18 (que são trocadores de calor) podem ser selecionadas a partir de: fontes de ar ambiente externo, fontes de ar de dentro de prédios e habitações a serem resfriados com ar condicionado, calor rejeitado de sistemas de ar condicionado ou refrigeração existentes, fontes de água ambiente (p.ex., salmoura, água do mar, água salobra, lagos, lagoas, rios, canais, aquedutos), fonte terrestre, geotérmica, térmica solar, lagoas solares, fontes de calor biologicamente ativas (p.ex., digestores anaeróbicos, digestores aeróbicos, montes de compostagem, montes de esterco, fluxos de esgotos, Iodos de esgoto secundários) , calor de água a partir de processos industriai e calor de água de outras tecnologias de geração (p.ex., CCGT, turbinas a vapor, etc.).
[0215] Nas modalidades que usam calor ambiente como fonte e dissipador para o primeiro evaporador 9 e o segundo condensador 12, eles não precisam ser a mesma fonte ambiente ou estar na mesma temperatura (ou seja, usar o curso do rio para dissipador de calor auxiliar 15 pode resultar em menor
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75/82 temperatura comparado com uma fonte de ar que pode ser empregada como fonte de calor auxiliar 10).
[0216] Em algumas modalidades, os primeiro e/ou segundo expansores 6, 11 podem ser selecionados partir de: turbinas/turboexpansores radiais, axiais, ou de impulso (ou outras), expansores de rolagem, expansores de parafuso, turbinas Tesla e motores alternativos.
[0217] Em algumas modalidades, as bombas acima descritas 26, 8, 46, 29, 39, 13, 49 podem cada uma ser uma bomba selecionada a partir de: bombas centrifugas, bombas de palhetas deslizantes, bombas gerotor, bombas geroller, bombas de engrenagem, bombas de diafragma, bombas de pistão, bombas de pistão, bombas peristálticas e bombas de lóbulo.
[0218] Em algumas modalidades, (p.ex., se não for exigido o carregamento e descarga simultâneo do segundo reservatório 3), as bombas 29 & 13 podem ser substituídas por uma única bomba na modalidade descrita acima com relação à Figura 3, ou as bombas 29 & 39 podem ser substituídas por uma única bomba nas modalidades descritas acima com relação às Figuras 4, 5, 6 e 7.
[0219] Em algumas modalidades (p.ex., onde a carga independente dos primeiro e segundo reservatórios 2, 3 e os primeiro e segundo modos de descarga não são necessários) o primeiro e segundo expansores 6, 11 poderiam estar acopldos a um eixo comum para um único gerador.
[0220] Em algumas modalidades, as bombas que devem funcionar durante a operação do modo de descarga poderiam estar acopladas a um eixo comum com um ou ambos expansores 6, 11 para melhorar a eficiência do sistema.
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76/82 [0221]
Em modalidades preferidas, os materiais de encapsulação para os PCMs e qualquer fluido que entra em contato com eles podem ser selecionados para serem compatíveis um com outro.
[0222]
Para evitar que os fluidos de trabalho da fase liquida entrem nos primeiro e/ou segundos expansores 6, 11, os aparelhos, de acordo com algumas modalidades, podem ser operados com os primeiro e segundo fluidos de trabalho sendo introduzidos em seus respectivos expansores 6, 11 com uma margem controlada de superaquecimento.
[0223] Os níveis de fluido de trabalho nos primeiro e segundo circuitos termodinâmicos podem ser controlados para fornecer subresfriamento suficiente para evitar dano de cavitação nas bombas.
[0224] Os critérios para selecionar PCMs adequados podem incluir qualquer um ou todos: seu ponto de fusão, compatibilidade química com quaisquer materiais que possam entrar em contato, inércia química, estabilidade, custo e segurança.
[0225] Os critérios para selecionar os primeiro e segundos fluidos de trabalho adequados podem incluir qualquer um ou todos: as temperaturas de fontes e dissipadores de calor, as temperaturas de armazenamento de PCMs, custo, segurança, estabilidade, inércia, compatibilidade química e suas características de temperatura-entropia como fluido refrigerante.
[0226] em algumas modalidades, o aparelho pode ser modular. Cada um ou ambos primeiro reservatório 2 ou segundo reservatório 3 pode incluir dois ou mais tanques que podem
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77/82 ser unidos para produzir um sistema escalável.
[0227] Nas aplicações onde as fontes de resfriamento adicionais estão disponíveis (p.ex., fio residual de processos industriais ou criogênicos, gases em expansão), os trocadores de calor adicionais podem ser incluídos após o segundo condensador 12 no segundo circuito termodinâmico 5, após o condensador 7 nas modalidades descritas acima em relação às Figuras 4, 5, 6, 7 e 8 e antes de entrar na bomba 8 na modalidade descrita acima em relação à Figura 3, para suprimir a pressão de condensação dos respectivos fluidos de trabalho ou adicionar subresfriamento adicional aos fluidos de trabalho antes de entrar nas bombas de fluido de trabalho.
[0228] Se uma fonte de calor estiver disponível em uma aplicação que está em uma temperatura significativamente acima da temperatura de armazenamento térmico do segundo reservatório 3, um armazenamento ou armazenamentos térmicos adicionais (ou seja, um ou mais reservatórios adicionais ou recipientes reservatórios), poderiam ser usados para armazenar esta fonte de calor em uma temperatura mais alta usando um meio de armazenamento com temperatura(s) de armazenamento mais alta(s). Isto poderia ser usado então de modo que um segundo recipiente reservatório inicial aqueça o segundo fluido de trabalho liquido a uma temperatura na qual ainda esteja liquido e a evaporação do segundo fluido de trabalho é conduzida usando o calor armazenado em um segundo recipiente reservatório secundário. Alternativamente, isso poderia ser usado de modo que o segundo reservatório inicial seja usado para evaporar o segundo fluido de trabalho e então o segundo recipiente reservatório secundário é usado para superaquecer o segundo fluido de trabalho antes de entrar no
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| segundo expansor. | Isso pode | ser | usado como | uma fonte |
| adicional de calor | para evaporar ou | superaquecer | o primeiro | |
| fluido de trabalho. [0229] Se | as fontes | de | refrigeração | estiverem |
| disponíveis em uma | aplicação | que | está a uma | temperatura |
significativamente menor que a temperatura de armazenamento do primeiro reservatório 2, um armazenamento ou armazenamentos térmicos adicionais (ou seja, um ou mais recipiente reservatórios) poderíam ser usados para armazenálo a uma temperatura menor usando um meio de armazenamento com uma temperatura de armazenamento menor. Isso pode ser usado de modo que um primeiro recipiente reservatório inicial seja usado para resfriar o primeiro fluido a uma temperatura onde permaneça gasoso e então o primeiro recipiente reservatório secundário é usado para condensar o primeiro fluido de trabalho a uma menor pressão de condensação. Alternativamente, isso podería ser usado de modo que o primeiro recipiente reservatório inicial condense o primeiro fluido de trabalho e o primeiro recipiente reservatório secundário subresfrie-o antes de entrar nas bombas. Isso também pode ser usado como um dissipador de calor adicional para condensar ou subresfriar o segundo fluido de trabalho. Em algumas modalidades, o resfriamento residual pode ser usado para resfriar (e assim carregar) o primeiro reservatório 2.
[0230] Em modalidades onde os primeiro e/ou segundo meios de armazenamento compreendam um PGM não encapsulado, o PGM não encapsulado pode ser armazenado como um sólido fragmentável (ao contrário de uma pasta, por exemplo). Um sólido fragmentável é um sólido capaz de ser fragmentado de
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79/82 modo que pode ser separado.
[0231] De acordo com as modalidades da presente invenção, a bomba de calor 1 pode ser acionada eletricamente. Entretanto, em outras modalidades, o aparelho pode ser usado para armazenar energia de outras formas, desde que tais formas possam ser usadas para energizar a bomba de calor (p.ex, energia mecânica, sistemas acionados a gás, etc.).
[0232] Em algumas modalidades, para ajudar na partida mais rápida com expansores geradores de resposta rápida, as linhas/canalização para os primeiro/segundo expansores podem ser mantidas pressurizadas com primeiro/segundo fluidos de trabalho gasosos que quando os reguladores/válvulas 34 e 35 estão abertas não ocorram atrasos no transporte do gás que alcança os primeiro/segundo expansores.
[0233] Qu alquer combinação adequada das modalidades descritas acima pode ser feita dentro do escopo da presente invenção e é solicitada proteção para tais combinações por este documento. Por exemplo, combinações e modalidades específicas (configurações) estão listadas na tabela abaixo, onde o lado frio compreende os recursos termicamente conectados ao lado frio da bomba de calor 1 e o lado quente compreende os recursos termicamente conectados ao lado quente da bomba 1. As referências às Figuras especificam os recursos do lado frio/quente ilustrados na Figura referenciada e/ou os recursos descritos acima no que diz respeito à Figura referenciada.
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[0234] Por toda descrição e reivindicações desta especificação, as palavras incluir e conter e suas variações significam incluindo, mas não limitado a e elas não são destinadas (e não) excluem outras metades, aditivos, componentes, totalidades ou etapas. Por toda descrição e reivindicações desta especificação, o singular abrange o plural, exceto se o contexto exigir de outra forma. Em particular, onde é usado o artigo indefinido, a especificação deve ser compreendida como contemplando a pluraridade assim como a singularidades, exceto se o contexto exigir de outra forma.
[0235] Os recursos, as totalidades, características, compostos, partes ou grupos químicos descritos junto com um aspecto particular, modalidade ou exemplo da invenção devem ser compreendidos como sendo aplicáveis a qualquer outro aspecto, modalidade ou exemplo descrito aqui, exceto se for incompatível com o mesmo. Todos os recursos divulgados nesta especificação (incluindo quaisquer reivindicações, resumos e desemnhos que acompanham) e/ou todas as etapas de qualquer
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82/82 método ou processo assim divulgado, podem ser combinados em qualquer combinação, exceto combinações onde pelo menos alguns de tais recursos e/ou etapas são mutuamente exclusivos. A invenção não está restrita aos detalhes de quaisquer modalidades aqui mencionadas. A invenção se estende a qualquer novidade ou qualquer combinação nova, dos recursos divulgados nesta especificação (incluindo quaisquer reivindicações, resumos e figuras que acompanham) a qualquer novidade ou qualquer combinação nova das etapas de qualquer método ou processo aqui divulgado.
A atenção do leitor é direcionada para todos os papéis e documentos que são depositados concorrentemente com ou antes desta especificação em conexão com este pedido e que estão abertos para inspeção pública com esta especificaço e o conteúdo de tais papéis e documentos são incorporados aqui por referência.
Claims (91)
- REIVINDICAÇÕES1. Um aparelho para ciclo termodinâmico, caracterizado por incluir:(i) um primeiro reservatório contendo um primeiro meio de armazenamento;(ii) um segundo reservatório contendo um segundo meio de armazenamento;(iii) uma bomba de calor tendo um lado frio termicamente acoplado ao primeiro reservatório para refrigerar o primeiro meio de armazenamento e um lado quente termicamente acoplado ao segundo reservatório para aquecimento do segundo meio de armazenamento;(iv) um primeiro circuito termodinâmico de um primeiro fluido de trabalho, o primeiro circuito termodinâmico compreendendo:um primeiro evaporador para a evaporação do primeiro fluido de trabalho para criar um primeiro vapor pressurizado;um primeiro expansor disposto de forma a expandir o primeiro vapor pressurizado e um primeiro condensador disposto de forma a condensar o primeiro fluido de trabalho recebido do primeiro expansor e fornecer o primeiro fluido de trabalho para o primeiro evaporador, o primeiro condensador sendo termicamente acoplado ao primeiro reservatório;(v) um segundo circuito termodinâmico de um segundo fluido de trabalho, o segundo circuito termodinâmico compreendendo:um segundo evaporador para evaporar o segundoPetição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 89/111
- 2/21 fluido de trabalho para criar um segundo vapor pressurizado, o segundo evaporador sendo termicamente acoplado ao segundo reservatório;um segundo expansor disposto de forma a expandir o segundo vapor pressurizado;um segundo condensador disposto de forma a condensar o segundo fluido de trabalho recebido do segundo expansor e fornecer o segundo fluido de trabalho para o segundo evaporador;(vi) meios entrada auxiliar de calor termicamente conectados ao primeiro circuito termodinâmico de modo que o aquecimento auxiliar contribua para a criação do primeiro vapor pressurizado e (vii) meios de saída de calor auxiliar termicamente conectados ao segundo circuito termodinâmico de modo que o segundo fluido de trabalho possa perder calor em um dissipador de calor auxiliar;onde o primeiro circuito termodinâmico é termicamente independente do segundo circuito termodinâmico e o aparelho é operável em um modo de carregamento, modo de armazenamento e modo de descarga;onde, no modo de carregamento, a bomba de calor é energizada para resfriar o primeiro meio de armazenamento e aquecer o segundo meio de armazenamento;no modo de armazenamento, o primeiro meio de armazenamento resfriado é armazenado no primeiro reservatório e o segundo meio de armazenamento aquecido é armazenado no segundo reservatório ePetição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 90/111
- 3/21 no modo de descarga, o primeiro vapor pressurizado é expandido pelo primeiro expansor e/ou o segundo vapor pressurizado é expandido pelo segundo expansor.2. 0 aparelho da Reivindicação 1, caracterizado pelo primeiro expansor e ou segundo expansor incluir uma turbina, expansor de rolagem, expansor de rolagem, turbina Telsla ou um motor alternativo.3. 0 aparelho das Reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo primeiro e ou segundo expansor incluir um geradorexpansor para gerar eletricidade.
- 4. 0 aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado pelos primeiro ou segundo circuitos termodinâmicos inclui uma bomba para circular o primeiro ou o segundo fluido de trabalho.
- 5. 0 aparelho da Reivindicação 4, caracterizado pelo primeiro condensador estar disposto de forma a fornecer o primeiro fluido de trabalho para o primeiro evaporador pela bomba do primeiro circuito termodinâmico e/ou segundo condensador estar disposto de forma a fornecer o segundo o fluido de trabalho para o segundo evaporador pela bomba do segundo circuito termodinâmico.
- 6. 0 aparelho das Reivindicações 3 ou 4, caracterizado pela bomba do primeiro circuito termodinâmico e/ou a bomba do segundo circuito termodinâmico que é selecionada a partir de: uma bomba centrifuga, uma bomba de palhetas deslizantes, uma bomba gerotor, uma bomba geroller, uma bomba de engrenagem, uma bomba de diafragma, uma bomba de pistão, uma bomba de êmbolo, uma bomba peristáltica ou uma bomba de lóbulos.Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 91/1114/21
- 7. 0 aparelho de quaisquer Reivindicações 4 a 6, caracterizado por incluir uma pluralidade de bombas, onde a pluralidade das bombas é montada sobre um eixo comum.
- 8. 0 aparelho da Reivindicação 7, caracterizado pelo primeiro expansor e segundo expansor que são montados sobre o eixo comum.
- 9. 0 aparelho de quaisquer Reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo primeiro expansor e o segundo expansor que são montados sobre um eixo comum.
- 10. O aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado por incluir uma fonte de calor auxiliar para fornecer o calor auxiliar para o primeiro circuito termodinâmico através de meios de entrada de calor auxiliar.
- 11. O aparelho da Reivindicação 10, caracterizado pela fonte de calor auxiliar que compreende uma ou mais de: uma fonte de ar ambiente externa, uma fonte de ar dentro de um prédio, calor residual do um sistema de ar condicionado ou refrigeração, uma fonte de água ambiente, uma fonte terrestre, uma fonte geotérmica, uma fonte térmica solar, uma lagoa solar, uma fonte de calor biologicamente ativa, calor residual a partir de um processo industrial e calor residual de tecnologia de geração.
- 12. O aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado por incluir um dissipador de calor auxiliar para receber calor do segundo circuito termodinâmico através de meios de saída de calor auxiliar.
- 13. O aparelho da Reivindicação 12, caracterizado pelo dissipador de calor auxiliar que compreende um ou mais de: uma fonte de ar ambiente externa, uma fonte de ar dentro dePetição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 92/1115/21 um prédio, uma fonte de água ambiente, uma fonte terrestre e fontes de resfriamento de resíduos.
- 14. 0 aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado pelo segundo circuito termodinâmico que compreende um meio de entrada de calor auxiliar adicional de modo que o calor auxiliar adicionar possa contribuir para a criação do segundo vapor pressurizado.
- 15. 0 aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado por incluir uma fonte de calor auxiliar para fornecer o calor auxiliar para o segundo circuito termodinâmico através de meios de entrada de calor auxiliar.
- 16. 0 aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado por incluir um primeiro superaquecedor entre o primeiro evaporador e o segundo expansor, o primeiro superaquecedor estando disposto para superaquecer o primeiro fluido de trabalho.
- 17. 0 aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado por incluir um segundo superaquecedor entre o segundo evaporador e o segundo expansor, o segundo superaquecedor estando disposto para superaquecer o segundo fluido de trabalho.
- 18. 0 aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado por incluir um pré-aquecedor entre o segundo condensador e o segundo evaporador, o pré-aquecedor sendo configurado para aquecer o segundo fluido de trabalho.
- 19. 0 aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado pelo primeiro meio de armazenamento e segundo meio de armazenamento que compreende um material de mudança de fase encapsulado ou um material de mudança de fase não encapsulado.Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 93/1116/21
- 20. O aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado pelo lado frio da bomba de calor estar termicamente acoplada ao primeiro reservatório pelo primeiro circuito de transferência de calor de um primeiro fluido de transferência de calor.
- 21. O aparelho da Reivindicação 20, quando dependente da Reivindicação 19, caracterizado pelo primeiro meio de armazenamento incluir um material de mudança de fase não encapsulado e o primeiro fluido de transferência de calor não é miscível no primeiro meio de armazenamento.
- 22. O aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado pelo lado quente da bomba de calor termicamente acoplada ao segundo reservatório por um segundo circuito de transferência de calor de um segundo fluido de transferência de calor.
- 23. O aparelho da Reivindicação 22, quando dependente da Reivindicação 19, caracterizado pelo segundo meio de armazenamento incluir um material de mudança de fase não encapsulado e o segundo fluido de transferência de calor não é miscível no segundo meio de armazenamento.
- 24. O aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado pelo primeiro reservatório termicamente acoplado ao condensador do primeiro circuito termodinâmico por um terceiro circuito de transferência de calor de um terceiro fluido de transferência de calor.
- 25. O aparelho da Reivindicação 24, quando dependente da
Reivindicação 20 , caracterizado pelo terceiro fluido de transferência de calor ser o mesmo que o primeiro fluido de transferência de calor. Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 94/1117/21 - 26. 0 aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado pelo segundo reservatório termicamente acoplado ao evaporador do segundo circuito termodinâmico por um quarto circuito de transferência de calor de um quarto fluido de transferência de calor
- 27. 0 aparelho da Reivindicação 26, quando dependente da Reivindicação 22, caracterizado pelo quarto fluido de transferência de calor ser o mesmo que o segundo fluido de transferência de calor.
- 28. 0 aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado por uma bomba de calor que compreende um circuito de refrigeração de um refrigerador.
- 29. 0 aparelho da Reivindicação 28, caracterizado pelo circuito de refrigeração que inclui um compressor de refrigeração, um evaporador de refrigeração, um condensador de refrigeração ou refrigerador de gás e um meio de expansão de refrigeração para expandir o refrigerador, onde o lado frio da bomba de calor compreenda o evaporador de refrigeração e o lado quente da bomba de calor compreenda o condensador de refrigeração ou resfriador de gás.
- 30. O aparelho da Reivindicação 29, caracterizado pelo meio de expansão de refrigeração que compreende uma válvula de expansão de refrigeração ou um expansor de refrigerador.
- 31. O aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado pelo primeiro meio de armazenamento e/ou o segundo meio de armazenamento que compreende um líquido que não muda de fase durante a operação do aparelho em qualquer modo de carregamento, o modo de armazenamento e o modo de descarga.Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 95/1118/21
- 32. 0 aparelho da Reivindicação 31, caracterizado pelos meios para agitar e/ou recircular o primeiro meio de armazenamento para homogenizar a temperatura dentro do primeiro reservatório e inibir a estratificação e/ou meios para agitar e/ou recircular o segundo meio de armazenamento para homogenizar a temperatura dentro do segundo reservatório e inibir a estratificação.
- 33. 0 aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado pelo primeiro reservatório e/ou segundo reservatório, onde cada qual compreende um recipiente inicial e um recipiente secundário.
- 34. 0 aparelho da Reivindicação 33, caracterizado pelo primeiro meio de armazenamento que é um liquido transferivel a partir do primeiro recipiente inicial ao primeiro recipiente secundário quando o aparelho é operado no modo de carregamento e é transferivel a partir do primeiro recipiente secundário para o primeiro recipiente inicial onde o aparelho é operado no modo de descarga.
- 35. 0 aparelho da Reivindicação 33 ou 34, caracterizado pelo segundo meio de armazenamento que é um liquido transferivel do segundo recipiente inicial para o segundo recipiente secundário quando o aparelho é operado no modo de carregamento e transferivel do segundo recipiente secundário para o segundo recipiente inicial quando o aparelho é operado no modo de descarga.
- 36. 0 aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado por incluir um ou mais trocadores de calor organizados no primeiro e/ou segundo reservatório.Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 96/1119/21
- 37. 0 aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado por incluir meios de dissipador de calor auxiliar organizado de modo que um dissipador de calor auxiliar adicional termicamente conectado ao mesmo pode contribuir para a condensação do primeiro vapor pressurizado.
- 38. 0 aparelho da Reivindicação 37, caracterizado por incluir um dissipador de calor auxiliar adicional termicamente conectado a meios de dissipador de calor auxiliar adicional.
- 39. 0 aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado por meios de armazenamento de energia adicionais dispostos para sair energia independentemente da energia que sai pelo primeiro e segundo expansores.
- 40. O aparelho da Reivindicação 39, caracterizado por meios de armazenamento de energia que inclui um capacitor, bateria, volante ou outro meio de armazenamento de energia elétrica ou mecânica não térmico.
- 41. O aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado pelos primeiro circuitos termodinâmicos ou segundo circuito termodinâmico que compreende um ciclo de Rankine, ciclo de Lorenz ou ciclo de Kalina.
- 42. O aparelho de qualquer Reivindicação anterior, caracterizado pelos primeiro meio de armazenamento e segundos meios de armazenamento que são configurados para ser armazenados a uma temperatura entre -50°C e 200°C ou entre 30°C e 100°C.
- 43. Um método de operação um aparelho de ciclo termodinâmico, caracterizado por incluir:Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 97/11110/21 (a) um aparelho para ciclo termodinâmico compreendendo:(i) um primeiro reservatório contendo um primeiro meio de armazenamento;(ii) um segundo reservatório contendo um segundo meio de armazenamento;(iii) uma bomba de calor tendo um lado frio termicamente acoplado ao primeiro reservatório para refrigerar o primeiro meio de armazenamento e um lado quente termicamente acoplado ao segundo reservatório para aquecimento do segundo meio de armazenamento;(iv) um primeiro circuito termodinâmico de um primeiro fluido de trabalho, o primeiro circuito termodinâmico compreendendo:um primeiro evaporador para a evaporação do primeiro fluido de trabalho para criar um primeiro vapor pressurizado;um primeiro expansor disposto de forma a expandir o primeiro vapor pressurizado e um primeiro condensador disposto de forma a condensar o primeiro fluido de trabalho recebido do primeiro expansor e fornecer o primeiro fluido de trabalho para o primeiro evaporador, o primeiro condensador sendo termicamente acoplado ao primeiro reservatório;(v) um segundo circuito termodinâmico de um segundo fluido de trabalho, o segundo circuito termodinâmico compreendendo:um segundo evaporador para evaporar o segundo fluido de trabalho para criar um segundo vapor pressurizado,Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 98/11111/21 o segundo evaporador sendo termicamente acoplado ao segundo reservatório;um segundo expansor disposto de forma a expandir o segundo vapor pressurizado;um segundo condensador disposto de forma a condensar o segundo fluido de trabalho recebido do segundo expansor e fornecer o segundo fluido de trabalho para o segundo evaporador;(b) operar o aparelho no modo de carregamento ao energizar a bomba de calor para resfriar o primeiro meio de armazenamento e aquecer o segundo meio de armazenamento;(c) operar o aparelho em um modo de armazenamento ao armazenar o primeiro meio de armazenamento resfriado no primeiro reservatório e armazenar o segundo meio de armazenamento aquecido no segundo reservatório;(d) operar o aparelho em um primeiro modo de descarga ao usar uma fonte de calor auxiliar para criar o primeiro vapor pressurizado no primeiro evaporador, expandir o primeiro vapor pressurizado com o primeiro expansor e condensar o primeiro fluido de trabalho no primeiro condensador e (e) operar o aparelho em um segundo modo de descarga ao usar o calor do segundo reservatório para criar o segundo vapor pressurizado no segundo evaporador, expandir o segundo vapor pressurizado e usando um dissipador de calor auxiliar para condensar o segundo fluido de trabalho no segundo condensador;onde as etapas (d) e (e) podem ser executadas de forma simultânea ou de forma independente uma da outra.Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 99/11112/21
44 . 0 método da Reivindicação 43, caracterizado pelo primeiro expansor ou segundo expansor que compreende uma turbina, expansor de rolagem, expansor de rolagem, turbina Telsla ou um motor alternativo, onde a turbina pode ser opcionalmente uma turbina radial, uma turbina axial ou uma turbina de impulso. - 45. 0 método das Reivindicações 43 ou 44, caracterizado pelo primeiro expansor ou segundo expansor que compreende um gerador-expansor para gerar eletricidade.
- 46. 0 método de quaisquer Reivindicações 43 a 45, caracterizado pelo primeiro circuito termodinâmico ou segundo circuito termodinâmico que inclui uma bomba para circular o primeiro ou o segundo fluido de trabalho.
- 47. 0 método da Reivindicação 46, caracterizado por incluir o uso de bomba do primeiro circuito termodinâmico para fornecer o primeiro fluido de trabalho a partir do primeiro condensador para o primeiro evaporador e/ou uso de bomba do segundo circuito termodinâmico para fornecer o segundo fluido de trabalho a partir do segundo condensador para o segundo evaporador.
- 48. 0 método das Reivindicações 46 ou 47, caracterizado pela bomba do primeiro circuito termodinâmico e/ou a bomba do segundo circuito termodinâmico que é selecionada a partir de: uma bomba centrifuga, uma bomba de palhetas deslizantes,
uma bomba gerotor, uma bomba geroller, uma bomba de engrenagem , uma bomba de diafragma, uma bomba de pistão, uma bomba de êmbolo, uma bomba peristáltica ou uma bomba de lóbulos. Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 100/11113/21 - 49. 0 método de quaisquer Reivindicações 46 a 48, caracterizado por incluir uma pluralidade de bombas, onde a pluralidade das bombas é montada sobre um eixo comum.
- 50. O método da Reivindicação 49, caracterizado pelo primeiro expansor e segundo expansor que são montados sobre o eixo comum.
- 51. O método de quaisquer Reivindicações 43 a 48, caracterizado pelo primeiro expansor e o segundo expansor qie são montados sobre um eixo comum.
- 52. O método de quaisquer Reivindicações 43 a 51, caracterizado por incluir uma fonte de calor auxiliar para fornecer o calor auxiliar para o primeiro circuito termodinâmico através de meios de entrada de calor auxiliar.
- 53. O método da Reivindicação 52, caracterizado pela fonte de calor auxiliar que compreende um ou mais de: uma fonte de ar ambiente externa, uma fonte de ar dentro de um prédio, calor rejeitado do um sistema de ar condicionado ou refrigeração, uma fonte de água ambiente, uma fonte terrestre, uma fonte geotérmica, uma fonte térmica solar, uma lagoa solar, uma fonte de calor biologicamente ativa, calor residual a partir de um processo industrial e calor residual de tecnologia de geração.
- 54. O método de quaisquer Reivindicações 43 a 53, caracterizado pelo aparelho que compreende um dissipador de calor auxiliar e o método que compreende o uso de dissipador de calor auxiliar para receber o calor do segundo circuito termodinâmico através dos meios de saida de calor auxiliar.
- 55. O método da Reivindicação 54, caracterizado pelo dissipador de calor auxiliar que compreende um ou mais de:Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 101/11114/21 uma fonte de ar ambiente externa, uma fonte de ar dentro de um prédio, uma fonte de água ambiente, uma fonte terrestre e fontes de resfriamento de resíduos.
- 56. 0 método de quaisquer Reivindicações 43 a 55, caracterizado pelo segundo circuito termodinâmico que compreende um meio de entrada de calor auxiliar adicional de modo que o calor auxiliar adicional possa contribuir para a criação do segundo vapor pressurizado.
- 57. 0 método da Reivindicação 56, caracterizado pelo aparelho que compreende uma fonte de calor auxiliar adicional e o método que compreende o uso de calor de fonte de calor auxiliar para contribuir para a criação do segundo vapor
pressurizado em qualquer modo de carregamento, modo de armazenamento, primeiro modo de descarga e segundo modo de descarga. 58. 0 método de quaisquer Reivindicações 43 a 57, caracterizado pelo aparelho que compreende um primeiro superaquecedor entre o primeiro evaporador e o segundo expansor e o método que compreende o uso do primeiro superaquecedor para superaquecer o primeiro fluido de trabalho. - 59. 0 método de quaisquer Reivindicações 43 a 58, caracterizado pelo aparelho que compreende um segundo superaquecedor entre o segundo evaporador e o segundo expansor e o método que compreende o uso do segundo superaquecedor para superaquecer o segundo fluido de trabalho.
- 60. O método de quaisquer Reivindicações 43 a 59, caracterizado pelo aparelho que compreende um pré-aguecedorPetição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 102/11115/21 entre o segundo condensador e o segundo evaporador e o método que compreende o uso do pré-aquecedor para aquecer o segundo fluido de trabalho.
- 61. 0 método de quaisquer Reivindicações 43 a 60, caracterizado pelo primeiro e segundo meio de armazenamento que compreende um material de mudança de fase encapsulado ou um material de mudança de fase não encapsulado.
- 62. O método da Reivindicação 61, caracterizado pelo primeiro meio de armazenamento que compreende um material não encapsulado e pelo método que compreende armazenar o primeiro meio de armazenamento como uma pasta fluida ou um sólido fragmentável ao término da operação do modo de carregamento.
- 63. O método das Reivindicações 61 ou 62, caracterizado pelo segundo meio de armazenamento que compreende um material encapsulado e o método que compreende armazenar o segundo meio de armazenamento como uma pasta fluida ou um sólido fragmentável ao término da operação do segundo modo de descarga.
- 64. O métodos de quaisquer Reivindicações 43 a 63, caracterizado pelo lado frio da bomba de calor que está termicamente acoplada ao primeiro reservatório por um primeiro circuito de transferência de calor de um primeiro fluido de transferência de calor.
- 65. O método da Reivindicação 64, quando dependente da Reivindicação 63, caracterizado pelo primeiro meio de armazenamento que compreende um material de mudança de fase não encapsulado e o primeiro fluido de transferência de calor que não é miscível no primeiro meio de armazenamento.Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 103/11116/21
- 66. 0 método de quaisquer Reivindicações 43 a 65, caracterizado pelo lado quente da bomba de calor que está termicamente acoplada ao segundo reservatório por um segundo circuito de transferência de calor de um segundo fluido de transferência de calor.
- 67. 0 método da Reivindicação 66, quando dependente da Reivindicação 63, caracterizado pelo segundo meio de armazenamento que compreende um material de mudança de fase não encapsulado e o segundo fluido de transferência de calor que não é miscivel no segundo meio de armazenamento.
- 68. 0 método de quaisquer Reivindicações 43 a 67, caracterizado pelo primeiro reservatório que está termicamente acoplado ao condensador do primeiro circuito termodinâmico por um terceiro circuito de transferência de calor de um terceiro fluido de transferência de calor.
- 69. 0 método da Reivindicação 68, quando dependente daReivindicação 64, caracterizado pelo terceiro fluido de transferência de calor que é o mesmo que o primeiro fluido de transferência de calor.
- 70. O método de quaisquer Reivindicações 43 a 69, caracterizado pelo segundo reservatório que está termicamente acoplado ao evaporador do segundo circuito termodinâmico pelo quarto circuito de transferência de calor de um quarto fluido de transferência de calor.
- 71. O método da Reivindicação 70, quando dependente daReivindicação 66, caracterizado pelo quarto fluido de transferência de calor que é o mesmo que o segundo fluido de transferência de calor.Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 104/11117/21
- 72. 0 método de quaisquer Reivindicações 43 a 71, caracterizado pela bomba de calor que compreende um circuito de refrigeração de um refrigerador.
- 73. 0 método da Reivindicação 72, caracterizado pelo circuito de refrigeração que inclui um compressor de refrigeração, um evaporador de refrigeração, um condensador de refrigeração ou refrigerador de gás e um meio de expansão de refrigeração para expandir o refrigerador, onde o lado frio da bomba de calor compreenda o evaporador de refrigeração e o lado quente da bomba de calor compreenda o condensador de refrigeração ou resfriador de gás.
- 74. 0 método da Reivindicação 73, caracterizado pelo meio de expansão de refrigeração que compreende uma válvula de expansão de refrigeração ou um expansor de refrigerador.
- 75. 0 método de quaisquer Reivindicações 43 a 74, caracterizado pelo primeiro meio de armazenamento e/ou o segundo meio de armazenamento que compreende um líquido que não muda de fase durante a operação do aparelho em qualquer modo de carregamento, modo de armazenamento e modo de descarga.
- 76. 0 método da Reivindicação 75, caracterizado pelo aparelho que compreende os meios para agitar e/ou recircular o primeiro/segundo meio de armazenamento e o método que compreende agitar e/ou recircular o primeiro/segundo meio de armazenamento para homogenizar a temperatura dentro do primeiro/segundo reservatório e inibir a estratificação durante o modo de carregamento.
- 77. 0 método de quaisquer Reivindicações 43 a 76, caracterizado pelo primeiro e/ou segundo reservatório quePetição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 105/11118/21 cada qual compreende um recipiente inicial e um recipiente secundário.
- 78. 0 método da Reivindicação 77, caracterizado pelo primeiro meio de armazenamento que é um líquido e o método que compreende transferir o primeiro meio de armazenamento a partir do primeiro recipiente inicial para o primeiro recipiente secundário quando o aparelho é operado no modo de carregamento e transferir o primeiro meio de armazenamento a partir do primeiro recipiente secundário para o primeiro recipiente inicial quando o aparelho é operado no modo de descarga.
- 79. 0 método das Reivindicações 77 ou 78, caracterizado pelo segundo meio de armazenamento que é um líquido e o método que compreende transferir o segundo meio de armazenamento a partir do segundo recipiente inicial para o segundo recipiente secundário quando o aparelho é operado no modo de carregamento e transferir o segundo meio de armazenamento a partir do segundo recipiente secundário para o segundo recipiente inicial quando o aparelho é operado no modo de descarga.
- 80. O método de quaisquer Reivindicações 43 a 79, caracterizado pelo aparelho que compreende um ou mais trocadores de calor organizados no primeiro reservatório e/ou segundo reservatório.
- 81. O método de quaisquer Reivindicações 43 a 80, caracterizado pelo aparelho que compreende um meio de saída de calor auxiliar adicional organizado de modo que um dissipador de calor auxiliar adicional termicamente conectado ao mesmo possa contribuir para a condensação do primeiro vapor pressurizado.Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 106/11119/21
- 82. 0 método da Reivindicação 81, caracterizado pelo aparelho que compreende um dissipador de calor auxiliar adicional termicamente conectado ao meio de salda de calor auxiliar adicional e o método que compreende o uso de dissipador de calor auxiliar adicional para contribuir para a condensação do primeiro vapor pressurizado.
- 83. 0 método de quaisquer Reivindicações 43 a 82, caracterizado pelo primeiro circuito termodinâmico que compreende um trocador de calor de passagem única e o método que compreende, quando opera o aparelho no primeiro modo de descarga, descarregando o primeiro meio de armazenamento pelo trocador de calor de passagem única e permitindo que o primeiro meio de armazenamento estratifique.
- 84. 0 método de quaisquer Reivindicações 43 a 83, caracterizado pelo segundo circuito termodinâmico que compreende um trocador de calor de passagem única e o método que compreende, quando operando o aparelho no segundo modo de descarga, descarregando o segundo meio de armazenamento através do trocador de calor de passagem única e permitindo que o segundo meio de armazenamento estratifique.
- 85. 0 método de quaisquer Reivindicações 43 a 84, caracterizado pelo aparelho que compreende os meios de armazenamento de energia adicionais organizados para sair energia independentemente da energia que sai pelo primeiro e segundo expansores.
- 86. 0 método da Reivindicação 85, caracterizado pelos meios de armazenamento de energia que incluem um capacitor, bateria, volante ou outro meio de armazenamento de energia elétrica ou mecânica não térmicos.Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 107/11120/21
- 87. O método das Reivindicações 85 ou 86, caracterizado por incluir o uso de meios de armazenamento de energia adicionais para fornecer uma saída de energia elétrica até que a energia que saiu pelo primeiro e/ou segundos modos de descarga alcance uma quantidade pré-determinada.
- 88. O método de quaisquer Reivindicações 43 a 87, caracterizado pela condução do primeiro e/ou segundo expansor antes da introdução do primeiro/segundo fluido de trabalho nele.
- 89. O método de quaisquer Reivindicações 43 a 88, caracterizado pelo aparelho que compreende a primeira canalização conectada a uma entrada do primeiro expansor e o método que compreende pressurizar a primeira canalização com o primeiro fluido de trabalho gasoso antes da operação do primeiro modo de descarga.
- 90. O método de quaisquer Reivindicações 43 a 89, caracterizado pelo aparelho que compreende uma segunda a canalização conectada a uma entrada do segundo expansor e o método que compreende pressurizar a segunda canalização com segundo fluido de trabalho gasoso antes da operação do segundo modo de descarga.
- 91. O aparelho de quaisquer Reivindicações 43 a 90, caracterizado pelos primeiro e segundo circuitos termodinâmicos ou ambos que compreende um ciclo de Rankine, ciclo de Lorenz ou ciclo de Kalina.
- 92. O método de quaisquer reivindicações 43 a 91, caracterizado por incluir os primeiro ou segundo meios de armazenamento a uma temperatura entre -50 °C e 200 °C, ou entre -30°C e 100°C no modo de armazenamento.Petição 870190068692, de 19/07/2019, pág. 108/11121/21
- 93. Um aparelho ou método, caracterizado por substancialmente como descrito aqui anteriorment referência as figuras que acompanham.
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