ES2698431T3

ES2698431T3 - Sistema de transferencia de calor con composición de cambio de fase

Info

Publication number: ES2698431T3
Application number: ES15757100T
Authority: ES
Inventors: Zidu Ma; Ivan Rydkin; Warren Clough; Mary Teresa Lombardo
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2019-02-04
Anticipated expiration: 2035-08-19
Also published as: EP3194876A1; EP3194876B1; WO2016043913A1; CN107076523A; US10473366B2; US20170307263A1; CN107076523B

Abstract

Un sistema de transferencia de calor, que comprende: un intercambiador (12; 140) de calor que comprende una entrada (14), una salida (16), y un trayecto de flujo (18) a través del intercambiador de calor entre la entrada y la salida; un bucle (24; 160, 170, 175, 180, 190) de circulación de fluido externo al intercambiador de calor que conecta la salida con la entrada; y una composición de cambio de fase que fluye a través del bucle de circulación de fluido y del trayecto de flujo a través del intercambiador de calor, comprendiendo la composición de cambio de fase un primer material de cambio de fase, PCM, que es una planta o animal o aceite parafínico que tiene un primer punto de fusión y un segundo PCM que es una planta o animal o aceite parafínico que tiene un segundo punto de fusión inferior al primer punto de fusión; en donde una superficie del trayecto de flujo a través del intercambiador de calor en contacto con la composición de cambio de fase tiene una temperatura igual o superior al segundo punto de fusión si el trayecto de flujo a través del intercambiador de calor está en modo de absorción de calor y al menos una parte del segundo PCM está en un estado sólido, o tiene una temperatura igual o inferior al primer punto de fusión si el trayecto de flujo a través del intercambiador de calor está en un modo de rechazo de calor y al menos una parte del primer PCM está en un estado líquido.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de transferencia de calor con composición de cambio de fase

Antecedentes de la invención

El objeto descrito en este documento se refiere generalmente a sistemas de transferencia de calor y su operación, y más específicamente a sistemas de transferencia de calor que utilizan materiales de cambio de fase.

Los materiales de cambio de fase (PCM) han sido descritos para su uso en varias aplicaciones tales como HV AC&R (calefacción, ventilación, acondicionamiento de aire y refrigeración) y gestión de calor para componentes electrónicos. Los materiales de cambio de fase ofrecen beneficios en el área de gestión térmica debido a sus altos valores de calor específico comparado con los materiales térmicos sin cambio de fase. Muchas aplicaciones de materiales de cambio de fase han utilizado transferencia de calor pasiva hacia y desde un material de cambio de fase donde el material de cambio de fase funciona como un tipo de almacenamiento temporal térmico donde o bien absorbe o bien libera calor al entorno que lo rodea dependiendo de las temperaturas respectivas del PCM y del entorno que lo rodea. Tales sistemas pueden ser eficaces, pero están sometidos a limitaciones sobre la eficacia de las tasas de transferencia de calor basándose en el área de superficie efectiva y limitaciones de transporte térmico. Los sistemas de transferencia activa de calor han sido propuestos también donde un fluido de transferencia calor es bombeado u obligado a fluir de otro modo a través o más allá de un PCM estático. Aunque tales sistemas pueden proporcionar mejoras en las tasas de transferencia de calor comparado con los sistemas estáticos, a menudo requieren complejidad adicional para configurar un PCM para mantener una gran área del PCM en su estado de cambio de fase en la interfaz con el fluido de transferencia de calor. Por ejemplo, cuando un PCM líquido se convierte a PCM sólido en la interfaz con el fluido de transferencia de calor, el PCM sólido, que tiene una conductividad térmica inferior que, en estado líquido, actúa como barrera térmica entre el flujo de un fluido de transferencia de calor y el PCM restante en su estado líquido. Adicionalmente, tales sistemas están sujetos también a limitaciones de eficiencia inherentes al bucle de fluido de transferencia de calor que es usado para transferir calor hacia, o lejos del material de cambio de fase. Se han propuesto lodos de PCM como un modo para superar algunas de estas limitaciones permitiendo que el material de cambio de fase fluya como un fluido de manera que el PCM puede ser entregado a la ubicación donde se desea calor que ha de ser entregado o absorbido en vez de transferir calor entre tal ubicación y un PCM estático a través del uso de un fluido de transferencia de calor. Sin embargo, los lodos de PCM no han logrado un éxito comercial generalizado debido al número de problemas. Típicamente, los lodos de PCM contienen un líquido que no es de PCM como un portador con un material de PCM disperso en él que puede pasar de un estado líquido a un estado sólido. El material de PCM en un lodo de PCM está contenido típicamente en micro-cápsulas o es emulsionado como micro-gotas/partículas en el líquido portador. La fabricación de micro-cápsulas que contienen PCM aumenta la complejidad y el gasto del material, y las paredes de microcápsula actúan también como un aislante que reduce la conductividad térmica entre el fluido y el material de PCM. Adicionalmente, materiales que sufren cualquier cambio de volumen significativo durante el cambio de fase pueden comprometer la estructura de las micro-cápsulas después de ciclos repetidos de cambio de fase. Los lodos de emulsión de PCM pueden ser difíciles de mantener como una emulsión estable sobre ciclos repetidos de cambio de fase, y están limitados en la selección de materiales que proporcionan un rendimiento de cambio de fase eficaz en el intervalo de temperatura deseado y también forman una emulsión estable. El requisito para agentes de emulsión puede impactar adversamente también tanto al coste como al rendimiento del sistema. Las limitaciones sobre la cantidad de PCM encapsulado o emulsionado que puede estar dispersa de forma eficaz en un portador de líquido puede limitar también la eficacia de los lodos de PCM. Adicionalmente, un problema común a muchos tipos de materiales de PCM es que el material de PCM a menudo tiene un intervalo de temperatura limitado sobre el cual ocurre el cambio de fase, limitando su eficacia en sistemas de transferencia de calor que funcionan sobre un intervalo de temperaturas amplio.

El documento EP 0353992 A2 describe un sistema de transferencia de calor que comprende una emulsión de un primer material líquido oleofílico y un segundo material oleofóbico que cambia de fase.

El documento WO 2014/065938 A1 describe un sistema refrigerante que tiene un material de cambio de fase en comunicación térmica, mediante un trayecto de flujo térmico, con un fluido acondicionado.

El documento WO 2011/084728 A1 describe un dispositivo que comprende compartimentos de fluido de transferencia de calor en comunicación térmica directa tanto con los compartimentos de material de cambio de fase como con los compartimentos de celda electroquímica.

El documento WO 2012/166650 A1 describe un sistema de calefacción y refrigeración que incluye una masa térmica que incluye uno o más materiales de cambio de fase, y conductos de transporte de energía térmica para entregar energía a la masa térmica.

Breve descripción de la invención

Según un primer aspecto de la invención, un sistema de transferencia de calor incluye un intercambiador de calor que comprende una entrada, una salida, y un trayecto de flujo a través del intercambiador de calor entre la entrada y la salida. El sistema incluye también un bucle de circulación de fluido externo al intercambiador de calor que conecta la salida a la entrada. Una composición de cambio de fase está dispuesta en el sistema fluyendo a través del bucle de circulación de fluido y el trayecto de flujo a través del intercambiador de calor. La composición de cambio de fase comprende un primer material de cambio de fase, PCM, que es una planta o animal o un aceite parafínico que tiene un primer punto de fusión o temperatura de solidificación y un segundo PCM que es una planta o animal o aceite parafínico que tiene un segundo punto de fusión o temperatura de solidificación inferior al primer punto de fusión o temperatura de solidificación. Si el trayecto de flujo a través del intercambiador de calor está en modo de absorción de calor y el segundo PCM está en un estado sólido, el sistema proporciona un rendimiento de cambio de fase (es decir, transfiere calor desde la composición de cambio de fase a través del calor latente de fusión del segundo PCM) si una superficie del trayecto de flujo a través del intercambiador de calor en contacto con la composición de cambio de fase tiene una temperatura igual o superior al segundo punto de fusión. Si el trayecto de flujo a través del intercambiador de calor está en modo de rechazo de calor y el primer PCM está en un estado líquido, el sistema proporciona un rendimiento de cambio de fase (es decir, transfiere calor a la composición de cambio de fase a través del calor latente de fusión del primer PCM) si una superficie del trayecto de flujo a través del intercambiador de calor en contacto con la composición de cambio de fase tiene una temperatura igual o inferior a la primera temperatura de solidificación.

En un segundo aspecto de la invención, un método de transferencia de calor que usa el sistema de transferencia de calor del primer aspecto comprende el flujo de la composición de cambio de fase a través del trayecto de flujo y el bucle de circulación de fluido. El método comprende la transferencia de calor desde la composición de cambio de fase en modo de absorción de calor con una superficie del trayecto de flujo a través del intercambiador de calor en contacto con la composición de cambio de fase que tiene una temperatura igual o superior al segundo punto de fusión o temperatura de solidificación. El método comprende la transferencia de calor a la composición de cambio de fase en modo de rechazo de calor con una superficie del trayecto de flujo a través del intercambio de calor en contacto con la composición de cambio de fase que tiene una temperatura igual o inferior al primer punto de fusión o temperatura de solidificación.

Breve descripción de los dibujos

El objeto que es considerado como la invención es particularmente señalado y reivindicado inequívocamente en las reivindicaciones a la conclusión de la especificación. Las anteriores y otras características y ventajas de la invención serán evidentes desde la siguiente descripción detallada tomada en combinación con los dibujos adjuntos en los que:

La fig. 1 es un diagrama esquemático de bloques que representa una realización ejemplar de un sistema de refrigeración como se ha descrito en este documento; y

La fig. 2 es un diagrama esquemático de bloques que representa una realización ejemplar de un sistema de refrigeración como se ha descrito en este documento; y

Las figs. 3A y 3B representan vistas superior y lateral de una unidad de evaporador de intercambiador de calor ejemplar usada en un sistema de refrigeración como se ha descrito en este documento.

Descripción detallada de la invención

Un sistema de transferencia de calor ejemplar se ha ilustrado esquemáticamente en la fig. 1. Como se ha mostrado en la fig. 1, un intercambiador 12 de calor tiene una entrada 14, una salida 16, y un trayecto 18 de flujo a través del intercambiador 12 de calor. Un depósito 20 de PCM contiene una composición 22 de cambio de fase. La composición 22 de cambio de fase es bombeada a través del bucle 24 de flujo mediante la bomba 26 para circular a través del trayecto 18 de flujo en el intercambiador 12 de calor. Se ha representado el calor como la transferencia dentro o fuera del intercambiador 12 de calor para transferir calor hacia o desde la composición de cambio de fase que fluye a través del trayecto 18 de flujo.

Se ha mostrado otro sistema de transferencia de calor ejemplar que tiene también un sistema de refrigeración de compresor de vapor en forma de diagrama de bloques en la fig. 2. Como se ha mostrado en la fig. 2, un compresor 110 en bucle 100 de circulación de refrigerante presuriza un refrigerante (no mostrado) en su estado gaseoso, que tanto calienta el refrigerante como proporciona presión para hacerlo circular a lo largo del sistema. El refrigerante gaseoso presurizado caliente que sale desde el compresor 110 fluye a través del conducto 115 al condensador 120 del intercambiador de calor, que funciona como un intercambiador de calor para transferir calor desde el refrigerante al entorno que lo rodea, tal como a la circulación 122 de aire soplada por un ventilador (no mostrado) a través del condensador 120 de intercambiador de calor. El refrigerante caliente se condensa en el condensador 120 de intercambiador de calor a un líquido de temperatura moderada presurizado. El refrigerante líquido que sale desde el condensador 120 fluye a través del conducto 125 al dispositivo 130 de expansión, donde se reduce la presión. El refrigerante líquido de presión reducida que sale del dispositivo 130 de expansión fluye a través del conducto 135 al intercambiador de calor/evaporador 140, desde el cual fluye a través del conducto 143 a la entrada del compresor 110, completando así el bucle. El intercambiador de calor/evaporador 140 funciona como un intercambiador de calor para absorber calor desde (es decir, enfriar o acondicionar) un fluido tal como aire en un espacio que ha de ser acondicionado o refrigerado representado en la fig. 1 como un flujo 142 de aire que fluye a través del intercambiador de calor/evaporador 140. Alternativamente, el fluido que es enfriado por el intercambiador de calor/evaporador 140 puede ser un fluido de transferencia de calor como agua, con agua enfriada por el intercambiador de calor/evaporador 140 que fluye en un circuito de transferencia de calor secundario a través de otro intercambiador de calor (no mostrado) a través del cual pasa el aire que ha de ser acondicionado o refrigerado. Adicionalmente, como es conocido en la técnica, el sistema puede ser operado también en modo de bomba de calor que usa una válvula estándar de conmutación de múltiples puertos para invertir la dirección de flujo de refrigerante y la función de los intercambiadores de calor de condensador y evaporador, es decir el condensador en modo de enfriamiento estando el evaporador en modo de bomba de calor y el evaporador en modo de enfriamiento estando el condensador en modo bomba de calor.

Se han mostrado detalles adicionales del intercambiador de calor/evaporador 140 en las figs. 3A y 3B, que representan una vista superior y una vista lateral, respectivamente, del intercambiador de calor/evaporador 140. Como se ha mostrado en las figs. 3A y 3B, el intercambiador/evaporador 140 de calor tiene un alojamiento 205 que tiene aletas 210 dispuestas en él como puede encontrarse típicamente en un intercambiador de calor de tubo con aletas. Además de proporcionar una estructura de montaje para las aletas y tubos en el intercambiador de calor/evaporador 140, el alojamiento proporciona también un recinto para un trayecto de flujo de fluido 235 acondicionado, que puede ser aire o agua, por ejemplo, como se ha descrito anteriormente. Los tubos 215 de refrigerante están dispuestos en el alojamiento 205 que intersecan y en contacto térmico con las aletas 210. Obsérvese que, como se ha usado en este documento, el plural "tubos" puede referirse a múltiples tubos encaminados en paralelo a través del intercambiador de calor/evaporador 140 o un sólo tubo con múltiples longitudes de tubo que pasa a través del intercambiador de calor/evaporador 140. Para facilitar la ilustración, no se han mostrado los tubos 215 de refrigerante en la fig. 3A (se han mostrado en la fig. 3B), pero son encaminados a través del alojamiento 205 y las aletas 210 de manera similar a la de los tubos 220 de PCM que se han mostrado en la fig. 3A. El encaminamiento tanto de los tubos 220 de PCM como de los tubos 215 de refrigerante a través del mismo bastidor de aletas 210 proporciona una conexión térmica conductiva entre el refrigerante y el material de cambio de fase a través de las paredes del tubo y de las aletas.

Con referencia ahora a las figs. 2 y 3A, una composición de PCM está dispuesta en tubos 220 de PCM y puede circular en un bucle 145 de PCM entre el intercambiador de calor/evaporador 140 y un depósito 150 de PCM. Específicamente, la composición de PCM es extraída desde el depósito 150 de PCM mediante la bomba 155 a través de un conducto 160, una válvula 165 y un conducto 170, y a continuación a través de un conducto 175 a la entrada 225 del tubo de PCM. La composición de PCM fluye a través de los tubos 220 de PCM y a continuación sale al intercambiador de calor/evaporador 140 a través de la salida 230 del tubo de PCM, desde la que fluye a través de un conducto 180, una válvula 185, y un conducto 190 para volver al depósito 150 de PCM. En una realización alternativa (no mostrada), los tubos 220 de PCM no están conectados a un bucle 145 de composición de PCM, y el material de cambio de fase está en vez de ello estáticamente contenido en los tubos 220 de PCM. En el sistema ejemplar de la fig. 2, la tasa de transferencia de calor hacia o desde el PCM puede ser controlada mediante el control de la velocidad de la bomba 155 y/o la posición de la válvula 160 y de la válvula 185. En algunas realizaciones (no mostradas), la composición de PCM puede ser encaminada a través de o a lo largo del intercambiador de calor/evaporador 140 o del condensador 120 del intercambiador de calor, cualquiera de los cuales puede estar configurado como un intercambiador de calor de múltiples lados para acomodar un refrigerante, una composición de PCM, y un fluido acondicionado y proporcionar trayectos de flujo térmico paralelos. Más específicamente, la composición de PCM puede ser encaminada al condensador 120 del intercambiador de calor, ahora usado como un disipador de calor.

Durante un modo de operación, mientras el compresor 110 está encendido, la composición de PCM que tiene una temperatura de solidificación eficaz, por ejemplo, 5 °C puede ser enfriada a o por debajo de la temperatura de solidificación y la capacidad de enfriamiento es almacenada a la composición de PCM dentro del depósito 150 de PCM. La temperatura del lodo de PCM permanece próxima a la temperatura de solidificación hasta que todos los PCM con temperatura de solidificación mayor que 5 °C dentro del depósito 150 de PCM se solidifican. Durante este tiempo, el refrigerante en los tubos 205 de refrigerante enfría también el fluido acondicionado (por ejemplo, aire) mientras que transfiere simultáneamente calor desde la composición de PCM, almacenando así capacidad de enfriamiento en el depósito 150 de PCM. Este acoplamiento térmico paralelo entre el fluido acondicionado y el PCM y el refrigerante ofrece un perfil de eficacia termodinámica alternativa al acoplamiento en serie de refrigerante-PCM-aire tradicionalmente usado mientras que proporciona los beneficios del almacenamiento de energía térmica de PCM tales como gestión de ciclos de temperatura externa diurna y variabilidad de carga de refrigeración.

Además del modo de operación descrito anteriormente, se pueden proporcionar fácilmente otros modos de operación mediante el sistema de refrigerante. Por ejemplo, en otro modo de operación, la capacidad de enfriamiento almacenada previamente almacenada en el depósito de almacenamiento de PCM puede ser usada para aumentar la capacidad de enfriamiento del sistema eficaz durante períodos temporales de alta demanda tales como las siguientes operaciones de carga dentro o fuera de un camión refrigerado u otro espacio refrigerado. Cuando la bomba de composición de PCM y el compresor funcionan al mismo tiempo, el refrigerante expandido y el enfriamiento de la composición de PCM que circula a través del depósito de almacenamiento de PCM y el intercambiador de calor del evaporador pueden enfriar la carga al mismo tiempo o la composición de PCM que fluye a través del condensador puede funcionar como un disipador de calor. En aún otro modo de operación, la capacidad de enfriamiento almacenada previamente en el PCM puede ser usada para proporcionar una alternativa eficiente al control del sistema utilizando un compresor de velocidad variable. En este modo, el PCM puede proporcionar capacidad de enfriamiento variable para complementar la operación del bucle de refrigerante con el compresor que opera a una velocidad fija, evitando así las ineficiencias de control de encendido/apagado sin el uso de un compresor de velocidad variable. Cuando tanto la bomba de composición de PCM como el compresor funcionan a velocidad, el almacenamiento es cargado. La capacidad de enfriamiento cargada puede ser descargada a una carga parcial mientras que el compresor está apagado.

Como se ha mencionado anteriormente, la composición de cambio de fase comprende un primer PCM que es una planta o animal o un aceite parafínico, que tiene un primer punto de fusión o temperatura de solidificación, y un segundo PCM que es una planta o animal o un aceite parafínico, que tiene un segundo punto de fusión o temperatura de solidificación inferior que el primer punto de fusión o temperatura de solidificación. Los aceites ejemplares y sus puntos de fusión son descritos a continuación en la Tabla 1.

Tabla 1

El sistema de transferencia de calor proporciona rendimiento de cambio de fase (es decir, transferirá calor hacia o desde uno o más de los componentes de la composición a través del calor de fusión latente) si el trayecto de flujo a través del intercambiador de calor está en modo de absorción de calor, una superficie del intercambiador de calor del trayecto de flujo a través del intercambiador de calor en contacto con la composición de cambio de fase tiene una temperatura igual o superior al segundo punto de fusión y al menos una parte del segundo PCM está en un estado sólido. El sistema de transferencia de calor proporciona también rendimiento de cambio de fase si el trayecto de flujo a través del intercambiador de calor está en un modo de rechazo de calor, una superficie de intercambiador de calor del trayecto de flujo a través del intercambiador de calor en contacto con la composición de cambio de fase tiene una temperatura igual o inferior a la primera temperatura de solidificación, y al menos una parte del primer PCM está en un estado líquido. Por supuesto, el sistema no tiene que funcionar en un modo de cambio de fase para todos los PCM todo el tiempo, y puede funcionar en modo sin cambio de fase para algunos de los PCM también. Por ejemplo, el sistema puede funcionar en un modo de cambio de fase de rechazo de calor cuando las partes sucesivamente más grandes del primer PCM se han solidificado, y a continuación funcionar en un modo de sub-enfriamiento cuando la temperatura del primer PCM solidificado y el segundo PCM aún líquido cae, hasta que se ha alcanzado la temperatura de solidificación del segundo PCM y el sistema funciona en modo de cambio de fase otra vez cuando el segundo PCM comienza a solidificarse. De manera similar, el sistema puede funcionar en un modo de cambio de fase de absorción de calor cuando partes sucesivamente más grandes del segundo PCM se funden, y a continuación funciona en un modo sin cambio de fase cuando la temperatura tanto del segundo PCM líquido como del primer PCM sólido aumentan, hasta que se ha alcanzado el punto de fusión del primer PCM y el primer PCM comienza a fundirse y el sistema funciona otra vez en modo de cambio de fase. El calentamiento podría continuar por encima del punto de fusión del primer PCM en el modo de absorción de calor.

La composición de cambio de fase puede contener también PCM de planta o animal o aceite parafínico además del primer y segundo PCM (o PCM sin aceite tales como soluciones concentradas de sal) con el fin de proporcionar múltiples puntos o intervalos de temperatura de cambio de fase, dependiendo del diseño operativo del sistema. La selección del primer y segundo PCM, y cualquier PCM adicional, puede variar dependiendo de los parámetros operativos del sistema particular. Por ejemplo, una composición de aceite de coco (punto de fusión a 25° C) y el aceite de maíz (punto de fusión a 9,72° C) con una relación 50%:50%, puede dar como resultado una mezcla de un punto de solidificación eficaz a aproximadamente 15,55° C. En algunas realizaciones, los PCM en la composición de cambio de fase son seleccionados de tal manera que cada uno puede proporcionar un rendimiento de cambio de fase a diferentes temperaturas operativas del sistema. Esto se ha contrastado con emulsiones y dispersiones microencapsuladas de la técnica anterior donde el portador líquido permanece generalmente en su forma líquida todo el tiempo. Adicionalmente, los PCM tienden a ser compatibles o completamente miscibles en la fase líquida, y compatibles también en fases mezcladas donde uno o más PCM en fase líquida y uno o más PCM están en fase sólida, de manera que el requisito para agentes de emulsión o dispersión puede ser reducido o eliminado.

En algunas realizaciones, el trayecto de flujo de la composición de PCM a través del intercambiador de calor está en comunicación térmica con un sistema refrigerante de compresión de vapor. En algunas realizaciones ejemplares, una composición de PCM tiene temperaturas de solidificación que oscilan desde -50° C a 50° C, e incluye un primer PCM que tiene un punto de fusión que oscila desde 5° C a 50° C, y un segundo PCM que tiene un punto de fusión que oscila desde -50° C a 13° C. Un uso ejemplar de tal composición de PCM sería para recibir y almacenar calor desde un fluido acondicionado en un sistema refrigerante de compresión de vapor. En algunas realizaciones ejemplares, una composición de PCM tiene temperaturas de solidificación que oscilan desde -50° C a 7° C, e incluye un primer PCM que tiene un punto de fusión que oscila desde -10° C a 7° C y un segundo PCM que tiene un punto de fusión que oscila desde -50° C a 0° C. Un uso ejemplar de tal composición de PCM sería para almacenar calor y/o transferir calor almacenado a un evaporador en un sistema de transferencia de calor de compresión de vapor. En algunas realizaciones ejemplares, una composición de PCM tiene temperaturas de solidificación que oscilan desde 0° C a 50° C, e incluye un primer PCM que tiene una temperatura de solidificación que oscila desde 13° C a 50° C y un segundo PCM que tiene una temperatura de solidificación que oscila desde 0° C a 25° C. Un uso ejemplar de tal composición de PCM seria para almacenar calor y/o transferir calor almacenado a un condensador en un sistema de transferencia de calor de compresión de vapor. El intercambiador de calor y sus conexiones pueden estar configurados para la composición de PCM para comunicar térmicamente de manera independiente con cualquiera de entre un fluido acondicionado, un evaporador, o un condensador de un sistema de transferencia de calor de compresión de vapor. En algunas realizaciones, el trayecto de flujo de PCM puede comunicar térmicamente en paralelo con uno o más del fluido acondicionado, evaporador, condensador, como se ha descrito en la solicitud de patente de los EE.UU. N° de serie 61/718.450 y PCT/US2013/056453.

Aunque la invención ha sido descrita en detalle en conexión solamente con un número limitado de realizaciones, debería comprenderse fácilmente que la invención no está limitada a tales realizaciones descritas. Más bien, la invención puede ser modificada para incorporar cualquier número de variaciones, alteraciones, sustituciones o disposiciones equivalentes no descritas con anterioridad, pero las cuales son proporcionales con el alcance de la invención. Adicionalmente, aunque se han descrito varias realizaciones de la invención, se ha de comprender que los aspectos de la invención pueden incluir solamente algunas de las realizaciones descritas. Por consiguiente, la invención no ha de verse como limitada por la descripción precedente, sino que está solamente limitada por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Un sistema de transferencia de calor, que comprende:

un intercambiador (12; 140) de calor que comprende una entrada (14), una salida (16), y un trayecto de flujo (18) a través del intercambiador de calor entre la entrada y la salida;

un bucle (24; 160, 170, 175, 180, 190) de circulación de fluido externo al intercambiador de calor que conecta la salida con la entrada; y

una composición de cambio de fase que fluye a través del bucle de circulación de fluido y del trayecto de flujo a través del intercambiador de calor, comprendiendo la composición de cambio de fase un primer material de cambio de fase, PCM, que es una planta o animal o aceite parafínico que tiene un primer punto de fusión y un segundo PCM que es una planta o animal o aceite parafínico que tiene un segundo punto de fusión inferior al primer punto de fusión;

en donde una superficie del trayecto de flujo a través del intercambiador de calor en contacto con la composición de cambio de fase tiene una temperatura igual o superior al segundo punto de fusión si el trayecto de flujo a través del intercambiador de calor está en modo de absorción de calor y al menos una parte del segundo PCM está en un estado sólido, o tiene una temperatura igual o inferior al primer punto de fusión si el trayecto de flujo a través del intercambiador de calor está en un modo de rechazo de calor y al menos una parte del primer pCm está en un estado líquido.

2. - El sistema de transferencia de calor de la reivindicación 1, que comprende además un depósito (20; 150) para la composición de cambio de fase dispuesto en el bucle de circulación de fluido.

3. - El sistema de transferencia de calor de las reivindicaciones 1 o 2, en donde el trayecto de flujo a través del intercambiador de calor está en comunicación térmica con un sistema (100) refrigerante de compresión de vapor.

4. - El sistema de transferencia calor de la reivindicación 3, en donde el trayecto de flujo a través del intercambiador de calor está en comunicación térmica con un fluido acondicionado en el sistema refrigerante de compresión de vapor.

5. - El sistema de transferencia de calor de las reivindicaciones 3 o 4, en donde la composición de cambio de fase tiene temperaturas de solidificación que oscilan desde -50° C a 50° C, y en donde el primer PCM tiene un punto de fusión que oscila desde 5° C a 50° C, y el segundo PCM tiene un punto de fusión que oscila varía desde -50° C a 13° C.

6. - El sistema de transferencia calor de las reivindicaciones 3 o 4, en donde el trayecto de flujo través del intercambiador de calor está en comunicación térmica con un refrigerante en el sistema refrigerante de compresión de vapor.

7. - El sistema transferencia calor de la reivindicación 6, en donde el trayecto de flujo está en comunicación con un evaporador en el sistema refrigerante de compresión de vapor, y en donde la composición de PCM tiene temperaturas de solidificación que oscilan desde -50°C a 7°C, y en donde el primer PCM tiene un punto de fusión que oscila desde -10°C a 7°C y el segundo PCM tiene un punto de fusión que oscila desde -50°C a 0°C.

8. - El sistema de transferencia calor de la reivindicación 6, en donde el trayecto de flujo está en comunicación fluida con un condensador en el sistema refrigerante de compresión de vapor, y en donde la composición de PCM tiene temperaturas de solidificación que oscilan desde 0°C a 50°C, y en donde el primer PCM tiene una temperatura de solidificación que oscila desde 13°C a 50°C y el segundo PCM tiene una temperatura de solidificación que oscila desde 0°C a 25°C.

9. - El sistema de transferencia calor de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la composición de cambio de fase comprende además un tercer PCM o PCM adicionales.

10. - El sistema de transferencia de calor de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde dichos PCM son aceites vegetales.

11. - El sistema de transferencia de calor de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde dichos PCM son seleccionados a partir de aceites naturales y parafínicos, y PCM basados en ácido graso puro.

12. - El sistema de transferencia calor de las reivindicaciones 10 u 11, en donde el primer y segundo PCM son seleccionados cada uno de manera independiente partir de aceite de castor, aceite de coco, aceite de maíz, aceite de semilla de algodón, aceite de linaza, aceite de oliva, aceite de semilla de palma, aceite de palma, aceite de cacahuete, aceite de colza, aceite de girasol, aceite de soja, aceite de Tung y aceites parafínicos.

13. - El sistema de transferencia de calor de las reivindicaciones 10 u 11, en donde el primer PCM es seleccionado a partir de aceite de coco, aceite de semilla de Palma, aceite de palma y el segundo ^pC^mes seleccionado a partir de aceite de maíz, aceite de girasol, aceite de oliva y aceite de Tung.

14. - Un método para transferir calor usando el sistema de transferencia calor de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que comprende

hacer fluir la composición de cambio de fase a través del trayecto de flujo y el bucle de circulación de fluido; y transferir calor desde la composición de cambio de fase en modo de absorción de calor con una superficie del trayecto de flujo a través del intercambiador de calor en contacto con la composición de cambio de fase que tiene una temperatura igual o superior al segundo punto de fusión, o transferir calor a la composición de cambio de fase en modo de rechazo de calor con una superficie del trayecto de flujo a través del intercambiador de calor en contacto con la composición de cambio de fase que tiene una temperatura igual o inferior al primer punto de fusión.

15. - El método de las reivindicaciones 14 cuando depende directa o indirectamente de la reivindicación 3, que comprende además la operación del sistema refrigerante de compresión de vapor de la reivindicación 3.