ES2834052T3 - Procedimiento para determinar un estado de carga de un acumulador de calor latente - Google Patents

Abstract

Procedimiento para determinar un estado de carga de un acumulador de calor latente (1), en donde en el acumulador de calor latente (1) un material de cambio de fases (2) está dispuesto esencialmente de forma fija en el lugar, en donde en al menos dos posiciones (3) del acumulador de calor latente (1) una temperatura se mide mediante sensores de temperatura (4), caracterizado porque con las temperaturas medidas, desde una unidad de cálculo, se calcula un campo de temperatura (5) en el material de cambio de fases (2), y porque mediante el campo de temperatura (5) se determina una distribución de un estado de carga local (6) del material de cambio de fases (2).

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para determinar un estado de carga de un acumulador de calor latente

La presente invención se refiere a un procedimiento para determinar un estado de carga de un acumulador de calor latente, según la reivindicación 1.

Los acumuladores de calor latente son acumuladores para energía térmica, en los cuales el calor se almacena en forma de energía latente, en un cambio de fases. La determinación del estado de carga de un acumulador de calor latente, en particular la cuestión de la energía térmica que aún puede absorberse ha resultado en este caso complicada.

Una determinación del estado de carga puede tener lugar de manera que el material de cambio de fases se encuentre en un equilibrio térmico con respecto al fluido portador de calor, y de manera que desde la temperatura del fluido portador térmico se infiera la temperatura del material de cambio de fases. Se considera desventajoso el hecho de que ese procedimiento solo es suficientemente preciso cuando la cantidad del fluido portador de calor supera marcadamente la cantidad de material de cambio de fases. En las realizaciones más compactas de un acumulador de calor latente, por lo tanto, ese método es insuficiente.

Otra posibilidad de la determinación del estado de carga puede tener lugar mediante la determinación de parámetros como la presión que, dependiendo del estado del material de cambio de fases, indica un valor válido para todo el acumulador de calor latente. Sin embargo, en ese método son desventajosos la inversión comparativamente elevada para la calibración y el método de medición más impreciso.

Por la solicitud US 2014/0158340 A1 se conoce un acumulador de energía eléctrico con células del acumulador, que están incorporadas en un material de cambio de fases. Para mantener un funcionamiento del acumulador de energía en un rango de temperatura conveniente, en el cual también tenga lugar la transformación de fases del material de cambio de fases, la temperatura del material de cambio de fases es monitoreada por dos sensores de temperatura, y una refrigeración con agua es regulada de modo correspondiente. Un primer sensor de temperatura está dispuesto en el centro en el material de cambio de fases, mientras que un segundo sensor de temperatura está dispuesto en el borde. El primer sensor de temperatura se utiliza cuando, debido a un proceso de carga, es posible un sobrecalentamiento en el centro, mientras que el segundo sensor de temperatura se utiliza en el caso de una temperatura externa elevada.

Por la solicitud WO 2015/051474 A1 se conoce un procedimiento para la determinación del tiempo de aislamiento en el caso de un recipiente de aislamiento térmico. El recipiente de aislamiento térmico, en este caso, presenta una envoltura con material de cambio de fases, en el cual están dispuestos varios sensores de temperatura. Para la determinación del tiempo de aislamiento, el sensor de temperatura se utiliza con el tiempo más inconveniente, así como un valor medio de todos los sensores de temperatura.

Por la solicitud US 2014/0124158 A1 se conoce un refrigerador con un material de cambio de fases, que debe almacenar de forma intermedia el frío que proviene desde el compresor.

Por lo tanto, el objeto de la presente invención consiste en indicar un procedimiento de la clase mencionada en la introducción, con el cual puedan evitarse las desventajas mencionadas, con el cual sea posible determinar el estado de carga de un acumulador de calor latente de forma sencilla y con una precisión elevada.

Según la invención esto se consigue mediante las características de la reivindicación 1.

Gracias a esto resulta la ventaja de que el estado de carga de un acumulador de calor latente puede determinarse de forma sencilla y con una precisión elevada. De este modo, debido a la medición de la temperatura en pocos puntos puede calcularse un campo de temperatura dentro del material de cambio de fases, y a continuación, debido al campo de temperatura calculado, el estado de carga puede inferirse de forma fiable. Debido a esto, también puede determinarse de modo fiable el estado de carga de acumuladores de calor latente compactos y/o complejos, en los que pueden producirse grandes diferencias de la temperatura dentro del material de cambio de fases. Mediante la utilización de sensores de temperatura, el procedimiento puede realizarse de forma sencilla en cuanto a la técnica de medición. Además, el acumulador de calor latente puede cargarse y descargarse rápidamente con energía térmica, puesto que la regulación de un equilibrio no debe esperar a la determinación del estado de carga. Puesto que el estado de carga puede determinarse de forma rápida y fiable, un acumulador de calor latente monitoreado con ese procedimiento también puede utilizarse en sistemas de control más complejos, en particular en la regulación de la puesta a disposición de energía térmica en un edificio, preferentemente en una vivienda de bajo consumo de energía o una casa pasiva, o de calor del proceso industrial, en particular redes de vapor, instalaciones de aceite térmico, y/o para la puesta a disposición de agua caliente. Debido a esto, un acumulador de calor latente monitoreado con ese procedimiento puede ayudar a la generación de energía térmica y, de este modo, a evitar la emisión de gases de efecto invernadero, asociada con ello.

Además, la invención hace referencia a un acumulador de calor latente según la reivindicación 8.

Por lo tanto, el objeto de la presente invención consiste además en indicar un acumulador de calor latente de la clase mencionada en la introducción, con el cual puedan evitarse las desventajas mencionadas, con el cual sea posible determinar el estado de carga de forma sencilla y con una precisión elevada.

Según la invención esto se consigue mediante las características de la reivindicación 8. Las ventajas del acumulador de calor latente corresponden a las ventajas del procedimiento para determinar el estado de carga del acumulador de calor latente.

Las reivindicaciones dependientes se refieren a otras configuraciones ventajosas de la invención. Por la presente se hace referencia de forma expresa al texto de las reivindicaciones, por lo que las reivindicaciones se integran en este punto mediante referencia en la descripción y son válidas como reproducidas literalmente.

La invención se describe más en detalle en referencia a los dibujos adjuntos, en los que solo están representadas formas de realización preferida a modo de ejemplo. En este caso, muestran:

Figura 1 una primera forma de realización preferente de un acumulador de calor latente, en una representación axonométrica;

Figura 2 una ecuación de balance energético de un fluido portador de calor de la primera forma de realización preferente del acumulador de calor latente;

Figura 3 una ecuación de balance energético de una pared interna de la primera forma de realización preferente del acumulador de calor latente;

Figura 4 una ecuación de balance energético de un material de cambio de fases de la primera forma de realización preferente del acumulador de calor latente;

Figura 5 un polinomio de estimación para las ecuaciones de balance energético en las figuras 2 a 4;

Figura 6 un campo de temperatura calculado para la primera forma de realización preferente;

Figura 7 una distribución determinada a partir del campo de temperatura en la figura 6, de un estado de carga local;

Figura 8 una capacidad térmica específica aparente de un material de cambio de fases, como función de la temperatura;

Figura 9 una parte latente de la capacidad térmica específica de la figura 8;

Figura 10 una integral de la parte latente de la capacidad térmica específica de un material de cambio de fases de la figura 9;

Figura 11 la función de la figura 10 con un efecto de histéresis;

Figura 12 la primera forma de realización preferente del acumulador de calor latente, en una representación en despiece;

Figura 13 una primera disposición preferente de un sensor de temperatura como diagrama básico;

Figura 14 una segunda disposición preferente de un sensor de temperatura como diagrama básico;

Figura 15 una tercera disposición preferente de un sensor de temperatura como diagrama básico; y

Figura 16 una cuarta disposición preferente de un sensor de temperatura como diagrama básico.

Las figuras 1 a 16 muestran formas de realización preferentes y representaciones de un procedimiento para determinar un estado de carga de un acumulador de calor latente 1. Un acumulador de calor latente 1 es un acumulador para energía térmica, donde la energía térmica principalmente se almacena en la forma del calor latente de cambios de estado termodinámicos reversibles. En el procedimiento se determina un estado de carga de un acumulador de calor latente 1. El estado de carga del acumulador latente 1 en particular puede ser un valor a partir del cual puede inferirse la energía térmica latente almacenada en el acumulador de calor latente 1.

Se prevé que en el acumulador de calor latente 1 un material de cambio de fases 2 esencialmente se encuentre dispuesto de forma fija en el lugar. Dichos materiales de cambio de fase 2 a menudo también se denominan PCM o Phase-Changing-Material. Se conoce una pluralidad de materiales de cambio de fase 2 con distintas temperaturas de transformación de fases. Los materiales de cambio de fase 2 adecuados pueden ser en particular polímeros o sales. Dependiendo del material de cambio de fases 2, la transición de fase puede tener lugar precisamente a una temperatura, o en un rango de temperatura.

Estos cambios de estado pueden ser, en particular, la transición de fases del material de cambio de fases 2 entre sólido y líquido. La temperatura de transformación de fases puede ser en particular una temperatura de fusión o una temperatura de solidificación del primer material de cambio de fases 2.

Alternativamente puede preverse que el cambio de estado sea la transición entre dos fases sólidas del material de cambio de fases 2, en particular un cambio en la estructura cristalina, preferentemente entre amorfa y cristalina. La disposición esencialmente fija en el lugar del material de cambio de fases 2, en este contexto, significa que el material de cambio de fases 2, también en un estado de fases líquido, está localizado de modo suficiente, para que su disposición pueda suponerse como estática para el cálculo de un campo de temperatura 5. De este modo, tiene lugar una transferencia térmica en el material de cambio de fases 2 esencialmente solo mediante conducción térmica, mientras que una transferencia térmica mediante convección solamente tiene lugar de forma local y puede no considerarse. La disposición esencialmente fija en el lugar en particular puede alcanzarse mediante cámaras fijas en el lugar; en dichas cámaras está dispuesto el material de cambio de fases 2.

Se prevé, además, que en al menos dos posiciones 3 del acumulador de calor latente 1 se mida una temperatura mediante sensores de temperatura 4, que con las temperaturas medidas, una unidad de cálculo calcule un campo de temperatura 5 en el material de cambio de fases 2, y que a continuación, mediante el campo de temperatura 5, se determine un estado de carga 6 del acumulador de calor latente 1. Al menos dos posiciones 3 del acumulador de calor latente 1 están en contacto una con otra de forma térmica, por tanto, no están térmicamente aisladas, de manera que debido a la conducción térmica puede conformarse un flujo térmico entre al menos esas dos posiciones 3. En particular puede preverse que al menos dos posiciones 3 estén dispuestas en el mismo material de cambio de fases 2 continuo. Debido a la temperatura medida en al menos dos posiciones 3 puede entonces calcularse el campo de temperatura 5, por tanto, la distribución de temperatura localmente dispersa, en el material de cambio de fases 2. Debido al campo de temperatura 5 puede entonces determinarse el estado de carga 6 del acumulador de calor latente 1.

Gracias a esto resulta la ventaja de que el estado de carga de un acumulador de calor latente 1 puede determinarse de forma sencilla y con una precisión elevada. De este modo, debido a la medición de la temperatura en pocos puntos puede calcularse un campo de temperatura 5 dentro del material de cambio de fases 2, y a continuación, debido al campo de temperatura 5 calculado, el estado de carga 6 puede inferirse de forma fiable. Debido a esto, también puede determinarse de modo fiable el estado de carga 6 de acumuladores de calor latente 1 compactos y/o complejos, en los que pueden producirse grandes diferencias de la temperatura dentro del material de cambio de fases 2. Mediante la utilización de sensores de temperatura 4, el procedimiento puede realizarse de forma sencilla en cuanto a la técnica de medición. Además, el acumulador de calor latente 1 puede cargarse y descargarse rápidamente con energía térmica, puesto que la regulación de un equilibrio no debe esperar a la determinación del estado de carga 6. Puesto que el estado de carga 6 puede determinarse de forma rápida y fiable, un acumulador de calor latente 1 monitoreado con ese procedimiento también puede utilizarse en sistemas de control más complejos, en particular en la regulación de la puesta a disposición de energía térmica en un edificio, preferentemente en una vivienda de bajo consumo de energía o una casa pasiva, o de calor del proceso industrial, en particular redes de vapor, instalaciones de aceite térmico, y/o para la puesta a disposición de agua caliente. Debido a esto, un acumulador de calor latente 1 monitoreado con ese procedimiento puede ayudar a la generación de energía térmica y, de este modo, a evitar la emisión de gases de efecto invernadero asociada con ello.

Para el cálculo del campo de temperatura 5 en particular puede utilizarse la disposición local del material de cambio de fases 2. Un modelo de la forma y la ubicación del material de cambio de fases 2 pueden estar almacenados en particular en la unidad de cálculo.

Para el cálculo del campo de temperatura 5 en particular puede utilizarse los datos calóricos del material de cambio de fases 2. Los datos calóricos del material de cambio de fases 2 en particular pueden estar almacenados en la unidad de cálculo. Los datos calóricos del material de cambio de fases 2 en particular hacen referencia a esa capacidad térmica específica. Esos datos calóricos pueden extraerse de hojas de datos y/o pueden determinarse de forma experimental.

El material de cambio de fases 2 del acumulador de calor latente 1 en particular puede ser homogéneo, por tanto, solo puede componerse de un material con los mismos datos calóricos.

De manera alternativa puede preverse que el material de cambio de fases 2 del acumulador de calor latente 1 presente una pluralidad de materiales con diferentes datos calóricos, por ejemplo, diferentes temperaturas de transformación de fases. El modelo de la forma y la ubicación del material de cambio de fases 2 en la unidad de cálculo, de este modo, igualmente puede contener la distribución de los diferentes materiales.

Además, el acumulador de calor latente 1 que comprende el material de cambio de fases 2 dispuesto esencialmente de forma fija en el lugar, en donde en al menos dos posiciones 3 del acumulador de calor latente 1 están dispuestos sensores de temperatura 4, en donde los sensores de temperatura 4 están conectados con una unidad de cálculo mediante tecnología de conmutación, para determinar un estado de carga 6 del acumulador de calor latente 1, en donde para determinar el estado de carga 6, la unidad de cálculo, mediante temperaturas medidas de los sensores de temperatura 4, calcula un campo de temperatura 5 en el material de cambio de fases 2, y mediante el campo de temperatura 5 se determina el estado de carga 6 del acumulador de calor latente 1.

La unidad de cálculo, no representada en la figura, en particular puede ser electrónica, y preferentemente puede comprender un procesador.

La unidad de cálculo en particular puede estar dispuesta separada del resto del acumulador de calor latente 1, y puede estar conectada a los sensores de temperatura 4 mediante cables de datos o por radio, mediante técnica de conmutación.

La unidad de cálculo en particular puede presentar una unidad de salida de datos que envía datos relacionados con el estado de carga 6, de forma conectada con cables y/o por radio. Debido a esto, los datos relacionados con el estado de carga 6 pueden integrarse en un sistema de control.

En particular, el estado de carga 6 del acumulador de calor latente 1 puede utilizarse para la regulación de un sistema de control, para la puesta a disposición de energía térmica. El sistema de control en particular puede ser un sistema de regulación predictivo.

El sistema de control en particular puede utilizarse para la puesta a disposición de energía térmica en un edificio. Mediante la determinación precisa del estado de carga 6 del acumulador de calor latente 1, el sistema de control por ejemplo puede predecir si la energía térmica almacenada es suficiente para superar un periodo con costes de energía elevados, o si se requiere energía térmica adicional. De este modo, en el sentido de sistemas de energía inteligentes, el consumo de energía puede desplazarse a momentos con una carga usualmente menor, debido a lo cual pueden mantenerse reducidos los costes y la carga para el medio ambiente.

Un control de esa clase, si bien puede utilizarse en el área de un edificio con viviendas privadas, sin embargo, puede emplearse también en establecimientos industriales.

Además, puede preverse que la unidad de cálculo esté conectada a una unidad de visualización, mediante técnica de conmutación.

Según una forma de realización preferente, que en particular está diseñada de forma sencilla, puede preverse que el campo de temperatura 5 se calcule entre las posiciones 3, mediante interpolación lineal. Gracias a esto, la inversión para el cálculo puede mantenerse reducida, en donde pueden estar presentes mayores desviaciones entre el campo de temperatura 5 calculado y la realidad.

De manera especialmente preferente, para calcular el campo de temperatura 5, al menos para el material de cambio de fases 2, se crea una ecuación de balance energético. Mediante la ecuación de balance energético de al menos el material de cambio de fases 2, mediante la conducción térmica y la capacidad térmica específica puede calcularse un modelo para un campo de temperatura 5 basado en la realidad, en el material de cambio de fases 2, y puede adaptarse a las temperaturas medidas. De este modo, un cálculo del campo de temperatura 5 es esencialmente más preciso y más realista que en el caso de una interpolación lineal, así como una precisión igual o más elevada se alcanza con pocos sensores de temperatura 4.

El acumulador de calor latente 1 en particular puede ser atravesado por un fluido portador de calor 8. El fluido portador de calor 8 sirve para el suministro y/o la descarga de energía térmica hacia o desde el acumulador de calor latente 1. El fluido portador de calor 8 en particular puede ser agua.

El acumulador de calor latente 1 puede presentar además elementos estructurales fijos del acumulador de calor latente 11. Los elementos estructurales del acumulador de calor latente 11 son estructuras fijas en el lugar dentro del acumulador de calor latente 1, que son térmicamente conductoras, y en el rango de temperatura de funcionamiento del acumulador de calor latente 1 no realizan ningún cambio de fases. Los elementos estructurales del acumulador de calor latente 11 en particular pueden comprender paredes internas entre el fluido portador de calor 8 y el material de cambio de fases 2 y/o construcciones soporte.

Los elementos estructurales del acumulador de calor latente 11 en particular pueden estar diseñados como tubos. Preferentemente, una pluralidad de tubos puede estar reunida formando un haz tubular.

Además, puede preverse que para el cálculo del campo de temperatura 5, para el fluido portador térmico 8 y/o para los elementos estructurales del acumulador de calor latente 11 se cree una ecuación de balance energético. Debido a esto, también esas condiciones de contorno pueden incluirse en el cálculo del campo de temperatura 5.

Un procedimiento preferente del cálculo del campo de temperatura 5 se explica en detalle a continuación, mediante la geometría simple de la primera forma de realización preferente, en la figura 1. La explicación tiene lugar mediante la primera forma de realización preferente, ya que la misma puede describirse fácilmente debido a la geometría simple. Mediante la formación de ecuaciones de balance energético, sin embargo, también pueden solucionarse de forma numérica geometrías muy complejas, por lo cual el cálculo representado no está limitado a geometrías sencillas. La figura 1 muestra una primera forma de realización preferente de un acumulador de calor latente 1 con un elemento estructural del acumulador de calor latente 11, que se utiliza como tubo para el fluido portador de calor 8, y que también conforma la pared interna entre el fluido portador térmico 8 y el material de cambio de fases 2. El elemento estructural del acumulador de calor latente 11 presenta un radio interno n y un radio externo r0. Alrededor del elemento estructural del acumulador de calor latente 11, de forma coaxial, está dispuesto igualmente el material de cambio de fases 2 en forma de cilindro hueco, el cual presenta el radio interno r0, así como el radio externo re, así como la longitud L. Para esa geometría simple, las ecuaciones de balance energético pueden indicarse en un sistema de coordenadas cilíndrico.

La ecuación del balance energético de la primera forma de realización preferente para el fluido portador térmico 8 está representada en la figura 2, en donde el índice H de las variables termodinámicas se refiere al fluido portador de calor 8.

La ecuación del balance energético de la primera forma de realización preferente para el elemento estructural del acumulador de calor latente 11 está representada en la figura 3, en donde el índice W de las variables termodinámicas se refiere al elemento estructural del acumulador de calor latente 11.

La ecuación del balance energético de la primera forma de realización preferente para el material de cambio de fases 2 está representada en la figura 4, en donde el índice P de las variables termodinámicas se refiere al material de cambio de fases 2. La capacidad térmica específica aparente Cp en particular puede ser una combinación de una parte sensible y de una parte latente, en donde la parte latente en particular puede modelarse como función de distribución de escala, por ejemplo, una distribución de Gauss o una distribución de Weibull.

Para la reducción del modelo preferentemente se utiliza una discretización local. Como variante eficiente, y por lo tanto preferente, se muestra aquí una combinación de la discretización con diferencias finitas para el fluido portador de calor 8, y de la discretización con el procedimiento de la colocación ortogonal para el elemento estructural del acumulador de calor latente 11 y el material de cambio de fases 2. Para la colocación ortogonal en particular pueden utilizarse los polinomios de estimación mostrados en la figura 5.

En la figura 6 se representa un campo de temperatura 5 a modo de ejemplo para la primera forma de realización preferente del acumulador de calor latente 1. El acumulador de calor latente 1 presenta en este caso doce sensores de temperatura 4, en donde las posiciones 3 están dispuestas en cuatro puntos diferentes a lo largo de la longitud, y respectivamente en el lado interno, el centro y el lado externo del material de cambio de fases 2. Numéricamente, mediante las ecuaciones del balance energético puede calcularse un campo de temperatura 5 adecuado para esas doce temperaturas medidas.

De manera alternativa, el campo de temperatura 5 podría determinarse con sensores de temperatura 4, que solamente estén dispuestos a lo largo de la longitud. Gracias a esto, el número de sensores de temperatura 4 podría reducirse de doce a cuatro.

Preferentemente se prevé que para una determinación prácticamente continua del estado de carga 6, el campo de temperatura 5 se actualice a las temperaturas medidas de los sensores de temperatura 4. Preferentemente, para ello puede utilizarse un estimador de estado dinámico, por ejemplo, un filtro de Kalman. Como estimadores de estado, preferentemente, pueden utilizarse un así llamado filtro de Kalman extendido o un filtro de Kalman unscented. Además, podría utilizarse un estimador de horizontal móvil como estimador de estado.

Además, puede realizarse una linealización de las ecuaciones del balance energético, para la utilización de estimadores lineales.

Mediante el campo de temperatura 5, a continuación, se determina el estado de carga 6. Preferentemente puede preverse que el estado de carga 6 sea una relación del material de cambio de fases 2 en un primer estado de fases, con respecto a la suma del material de cambio de fases 2 en el primer estado de fases y en un segundo estado de fases. En tanto el cambio de fases sea entre un estado de fases sólido y un estado de fases líquido, el estado de carga 6 en particular puede ser la relación de un material de cambio de fases 2 líquido, con respecto a la suma del material de cambio de fases 2 sólido y líquido. De este modo se ha observado que una definición de esa clase del estado de carga en particular permite realizar afirmaciones, y aumenta linealmente con la energía térmica latente almacenada. Mediante el campo de temperatura 5 se determina una distribución de un estado de carga local 6. La distribución de un estado de carga local 6 en particular puede denominarse como campo del estado de carga. El estado de carga 6, por lo tanto, puede determinarse preferentemente como campo del estado de carga del material de cambio de fases 2, en donde el estado de carga local 6, preferentemente, se determina con la misma resolución local que el campo de temperatura 5. La distribución del estado de carga local 6 en particular puede emitirse mediante la unidad de salida de datos. Para determinar un estado de carga local 6 de todo el material de cambio de fases 2, el estado de carga local 6 puede integrarse mediante el volumen del material de cambio de fases 2. La distribución del estado de carga local 6 en un campo de temperatura según la figura 6 está representada en la figura 7.

La puesta a disposición de la distribución del estado de carga local 6, en comparación con el estado de carga global 6, ofrece la ventaja de que mediante la misma no solo puede determinarse la energía térmica almacenada, sino que también pueden realizarse predicciones, como un proceso de carga o un proceso de descarga del acumulador de calor latente 1. Por ejemplo, cuando el material de cambio de fases 2 se encuentra fundido principalmente en un lado del material de cambio de fases 2 orientado hacia el fluido portador de calor 8, en el caso de un mismo estado de carga global 6 puede disiparse más energía térmica en un lapso corto, como en el caso de una distribución uniforme del estado de carga local 6 y, por lo tanto, de la energía térmica latente en todo el material de cambio de fases 2. Debido a esto, el sistema de control puede detectar cómo se desarrolla un proceso de carga o de descarga en el estado de carga 6 actual, y en particular, si la energía térmica requerida para un proceso puede extraerse por completo desde el acumulador de calor latente 1, o si es necesaria una generación adicional de energía térmica.

De modo particularmente preferente puede preverse que el campo de temperatura 5 se calcule nuevamente a intervalos de tiempo predeterminables. Un nuevo cálculo regular de esa clase del campo de temperatura 5 también puede denominarse como casi continuo.

El intervalo de tiempo predeterminable en particular puede ubicarse entre 1 hora y 1 segundo, en particular entre 10 minutos y 10 segundos, en donde el intervalo de tiempo predeterminable en particular puede depender del tamaño del acumulador de calor latente 1.

Preferentemente, asimismo, puede preverse que mediante una comparación del campo de temperatura 5 con el campo de temperatura precedente 5 se produzca una variación temporal de las temperaturas calculadas.

De manera especialmente preferente puede preverse que la unidad de cálculo utilice una variación temporal de las temperaturas medidas, para calcular el campo de temperatura 5 en el material de cambio de fases 2. De este modo, por sensor de temperatura 4 se encuentran a disposición dos variables de medición físicas, que pueden utilizarse para una comparación con el campo de temperatura 5 calculado, a saber, la temperatura en sí misma, pero también la variación temporal, por tanto, la derivada, de la temperatura. Debido a esto, en el caso de una cantidad constante de sensores de temperatura 4, se duplican los valores de medición que están disponibles para calcular el campo de temperatura 5, debido a lo cual el campo de temperatura 5 calculado puede calcularse con un error aún menor, así como puede lograrse la misma precisión con menos sensores de temperatura 4.

En la determinación del estado de carga 6 puede considerarse el comportamiento del material de cambio de fases 2, que depende de la temperatura, el cual preferentemente se encuentra presente como datos calóricos.

En la figura 8, a modo de ejemplo, está representada la capacidad térmica específica aparente Cp de un material de cambio de fases 2, como función de la temperatura, en donde la transición de fases tiene lugar dentro de un rango de temperatura.

En la figura 9 está representada la parte latente O de la capacidad térmica, que corresponde a la superficie rayada en la figura 8.

En la figura 10 está representada una representación integral de la parte latente O de la capacidad térmica, que está estandarizada en 1, y que corresponde al estado de carga 6. El eje de ordenadas está marcado con soc, por state of Charge (estado de carga). La función representada en la figura 10 representa un estado ideal, que es biyectivo y, por lo tanto, desde una temperatura, puede inferirse directamente un estado de carga.

En la realidad, esa relación directa no se da con frecuencia de forma directa, sino que el cambio de fases, desde el primer estado de fases hacia el segundo estado de fases, con frecuencia tiene lugar después de una curva distinta al cambio de fases inverso, tal como se indica a modo de ejemplo en la figura 11, o está temporalmente retardado. Los efectos de esa clase, a modo de una histéresis, a menudo son causados por un sobrecalentamiento o una subrefrigeración del material de cambio de fases 2. Además, una transformación de fases en la realidad no tiene lugar de forma repentina, sino solo después de un cierto tiempo, por ejemplo, porque una cristalización necesita un cierto tiempo.

En particular puede preverse que para la determinación del estado de carga 6 mediante el campo de temperatura 5 se incluya también un estado de carga 6 precedente del material de cambio de fases 2. El estado de carga 6 precedente, de este modo, es un estado de carga 6 ya determinado en una medición anterior. En un funcionamiento casi continuo, el estado de carga 6 precedente, de manera preferente, puede ser el estado de carga 6 inmediatamente precedente, por tanto, el último que se encuentra presente. Gracias a esto, en la determinación del estado de carga 6 pueden considerarse también el desarrollo temporal de la variación del estado de carga 6 y, con ello, también un comportamiento del material de cambio de fases 2, que depende del tiempo o que depende de la dirección. El comportamiento del material de cambio de fases 2, que depende del tiempo o de la dirección, puede estar presente como parte de los datos calóricos del material de cambio de fases 2, en particular puede estar almacenado. Gracias a esto, del mismo modo, de manera sencilla y sin sistemas de sensores adicionales, puede mejorarse adicionalmente la determinación del estado de carga 6.

De manera especialmente preferente, para la determinación del estado de carga 6 puede incluirse tanto el estado de carga 6 precedente, como también la variación temporal del campo de temperatura 5. Gracias a esto puede tener lugar una determinación particularmente precisa del estado de carga 6.

Preferentemente, asimismo, puede preverse que se midan un suministro de calor hacia el acumulador de calor latente 1 y una disipación de calor desde el acumulador de calor latente 1, y que la unidad de cálculo los utilice para calcular el campo de temperatura 5 en el material de cambio de fases 2. El suministro de calor y la disipación de calor en particular pueden tener lugar mediante el fluido portador térmico 8. Mediante la medición del suministro de calor hacia el acumulador de calor latente 1 y una disipación de calor desde el acumulador de calor latente 1, de manera sencilla, puede mejorarse la precisión del cálculo.

En el acumulador de calor latente 1 puede preverse que el acumulador de calor latente 1 presente una entrada 10 y una salida para un fluido portador de calor 8, y que en la entrada 10 y en la salida esté dispuesto un sensor para determinar la energía térmica suministrada y la energía térmica disipada. Los sensores para determinar la energía térmica suministrada y la energía térmica disipada en particular pueden presentar un sensor de flujo y otro sensor de temperatura para la medición de la temperatura del fluido portador térmico 8.

Preferentemente puede preverse que el acumulador de calor latente 1 presente menos de 40, en particular menos de 20, de modo especialmente preferente menos de 10 sensores de temperatura 4. De este modo, la temperatura se mediría en menos de 40, en particular en menos de 20, de modo especialmente preferente en menos de 10 posiciones 3. Gracias a esto, la cantidad de los sensores de temperatura 4 necesarios puede mantenerse en un número reducido, conveniente en cuanto al aspecto económico.

Además, puede preverse que el acumulador de calor latente 1 presente más de 3, preferentemente más de 5 sensores de temperatura 4.

En particular puede preverse que al menos 2 de los sensores de temperatura 4 tengan un contacto esencialmente directo con respecto al material de cambio de fases 2. El contacto esencialmente directo, en este contexto, significa que entre el sensor de temperatura 4, así como su sensor de medición, y el material de cambio de fases 2, solamente puede estar dispuesta una capa térmicamente buena conductora. Gracias a esto puede tener lugar una medición lo más inmediata posible de la temperatura del material de cambio de fases 2.

Además, puede preverse que los sensores de temperatura 4 estén dispuestos en una envoltura externa del acumulador de calor latente 1. Debido a esto es posible una readaptación posterior de acumuladores de calor latentes 1 existentes.

Los sensores de temperatura 4 pueden estar dispuestos en el material de cambio de fases 2, después de la predeterminación de los puntos soporte óptimos de los polinomios de estimación seleccionados. En particular, la determinación de las posiciones 3 puede tener lugar después de la evaluación de las condiciones de ortogonalidad de los polinomios de estimación. Esa determinación debe tener lugar durante la construcción del acumulador de calor latente 1.

En las figuras 13 a 16 se representan algunas formas de realización preferentes de la disposición de sensores de temperatura en algunos componentes de geometría usuales de los acumuladores de calor latente 1.

En la figura 13 está representada una disposición de intercambiador de calor de placas con material de cambio de fases 2 por el que circula flujo de ambos lados. La disposición de los sensores de temperatura 4, en este caso, puede tener lugar en particular en el centro del material de cambio de fases 2.

En la figura 14 está representada una disposición de intercambiador de calor de placas con un material de cambio de fases 2 por el que circula flujo de un lado, en donde en un lado apartado del fluido portador de calor 8 se encuentra material de aislamiento 12. De este modo, los sensores de temperatura 4 en particular pueden estar dispuestos en el pasaje desde el material de cambio de fases 2 hacia el material de aislamiento 12, puesto que usualmente puede no considerarse un transporte térmico mediante el material de aislamiento 12.

En la figura 15 está representada una disposición de intercambiador de calor tubular con una cubierta de un material de cambio de fases 2. En este caso, los acumuladores de calor latente 4 pueden estar dispuestos en el centro en el material de cambio de fases 2.

En la figura 16 está representada una disposición de intercambiador de calor de haz tubular con varias disposiciones de intercambiador de calor tubular, como en la figura 15. En este caso, los sensores de temperatura 4 pueden estar dispuestos en los puntos de contacto de los tubos individuales.

En particular puede preverse que el material de cambio de fases 2, para el cálculo del campo de temperatura 5 a lo largo de una dirección de flujo 7 de un fluido portador de calor 8, se divida en varios sectores 9, y que por sector 9 se utilice solamente una temperatura medida para el cálculo del campo de temperatura 5. En el acumulador de calor latente puede preverse que los sensores de temperatura 4 estén dispuestos a lo largo de una dirección de flujo 7 del fluido portador de calor 8. Preferentemente tiene lugar una segmentación de balance del acumulador de calor latente 1 a lo largo de la dirección de flujo 7 del fluido portador de calor 8. Debido a esto puede mantenerse reducida la cantidad de los sensores de temperatura 4 y la inversión, en cuanto a la técnica de medición, asociada a ello. Una solución inicial, a modo de ejemplo, para la segmentación del acumulador de calor latente 1 a lo largo de la dirección de flujo 7, con la disposición de los sensores de temperatura 4, está representada en la figura 12.

Además, puede preverse que uno de los sensores de temperatura 4 presente una pluralidad de sensores de medición, en donde la temperatura medida del sensor de temperatura 4 es un valor medio de valores de medición de los sensores de medición. Los sensores de medición pueden disponerse en diferentes puntos, en los cuales puede contarse con una misma temperatura. El valor de medición de los sensores de temperatura entonces se promedia, para determinar la temperatura medida. Mediante una disposición de esa clase pueden reducirse eventuales errores de medición de los sensores de medición individuales.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para determinar un estado de carga de un acumulador de calor latente (1), en donde en el acumulador de calor latente (1) un material de cambio de fases (2) está dispuesto esencialmente de forma fija en el lugar, en donde en al menos dos posiciones (3) del acumulador de calor latente (1) una temperatura se mide mediante sensores de temperatura (4), caracterizado porque con las temperaturas medidas, desde una unidad de cálculo, se calcula un campo de temperatura (5) en el material de cambio de fases (2), y porque mediante el campo de temperatura (5) se determina una distribución de un estado de carga local (6) del material de cambio de fases (2).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque para calcular el campo de temperatura (5), al menos para el material de cambio de fases (2), se crea una ecuación de balance energético.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el estado de carga (6) es una relación del material de cambio de fases (2) en un primer estado de fases, con respecto a la suma del material de cambio de fases (2) en el primer estado de fases y en un segundo estado de fases.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque una variación temporal de las temperaturas medidas por la unidad de cálculo se utiliza para calcular el campo de temperatura (5) en el material de cambio de fases (2).

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque para la determinación del estado de carga (6) mediante el campo de temperatura (5) se incluye también un estado de carga (6) precedente del material de cambio de fases (2).

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se miden un suministro de calor hacia el acumulador de calor latente (1) y una disipación de calor desde el acumulador de calor latente (1), y la unidad de cálculo los utiliza para calcular el campo de temperatura (5) en el material de cambio de fases (2).

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el material de cambio de fases (2), para el cálculo del campo de temperatura (5) a lo largo de una dirección de flujo (7) de un fluido portador de calor (8), se divide en varios sectores (9), y porque por sector (9) se utiliza solamente una temperatura medida para el cálculo del campo de temperatura (5).

8. Acumulador de calor latente (1) que comprende un material de cambio de fases (2) dispuesto esencialmente de forma fija en el lugar, en donde en al menos dos posiciones (3) del acumulador de calor latente (1) están dispuestos sensores de temperatura (4), en donde los sensores de temperatura (4) están conectados con una unidad de cálculo mediante tecnología de conmutación, para determinar un estado de carga (6) del acumulador de calor latente (1), caracterizado porque para determinar el estado de carga (6), la unidad de cálculo, mediante temperaturas medidas de los sensores de temperatura (4), calcula un campo de temperatura (5) en el material de cambio de fases (2), y mediante el campo de temperatura (5) se determina una distribución de un estado de carga local (6) del material de cambio de fases (2).

9. Acumulador de calor latente (1) según la reivindicación 8, caracterizado porque el acumulador de calor latente (1) presenta una entrada (10) y una salida para un fluido portador de calor (8), y porque en la entrada (10) y en la salida está dispuesto un sensor para determinar una energía térmica suministrada y una energía térmica disipada.

10. Acumulador de calor latente (1) según la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque los sensores de temperatura (4) están dispuestos a lo largo de una dirección de flujo (7) de un fluido portador térmico (8).

11. Acumulador de calor latente (1) según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque uno de los sensores de temperatura (4) presenta una pluralidad de sensores de medición, en donde la temperatura medida del sensor de temperatura (4) es un valor medio de valores de medición de los sensores de medición.