ES2835700T3

ES2835700T3 - Sistemas de almacenamiento de energía

Info

Publication number: ES2835700T3
Application number: ES09746088T
Authority: ES
Inventors: Andrew Bissell; John Field
Original assignee: Sunamp Ltd
Current assignee: Sunamp Ltd
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2021-06-23
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: GB0808930D0; KR20200023545A; JP5898493B2; CN102077050A; CN102077050B; WO2009138771A3; US11199366B2; KR20190014132A; US20210207895A1; KR20110046392A; KR101760791B1; KR20170136011A; GB2459955A; GB2459955B; JP2011521192A; US20110226440A1; KR20160129104A; EP2297538B1; KR102258754B1; GB0907438D0

Abstract

Un acumulador de energía térmica (100) capaz de aceptar, almacenar y liberar energía térmica en un intervalo de más de una temperatura hacia/desde al menos una fuente de energía térmica y/o sumidero, dicho almacén de energía térmica que comprende: una configuración de tres o más bancos de almacenamiento de energía térmica (102a, 102b, 102c, 102d, 102e, 102f, 102g, 102h) cada uno de dichos bancos de almacenamiento de energía térmica que tiene un intervalo de temperatura de funcionamiento; al menos tres o más de los bancos de almacenamiento de energía térmica contienen material de almacenamiento de energía térmica que comprende un solo material o una mezcla de materiales; un sistema de control capaz de elegir y/o conmutar una fuente y/o destino de transferencia de energía térmica en serie y/o en paralelo entre una o más fuentes/sumideros de energía térmica y uno o más bancos de almacenamiento de energía térmica del almacén de energía térmica y en donde el sistema de control es capaz de adaptar las transferencias de energía térmica dentro de y hacia/desde el almacén de energía térmica; en donde dicho material de almacenamiento de energía térmica en al menos un banco contiene al menos algunos de uno o más tipos de material de almacenamiento de energía térmica que experimenta al menos una transición de fase de absorción y/o liberación de energía a una o más temperaturas o uno o más subintervalos de temperaturas dentro de los intervalos de temperatura de funcionamiento de cada banco; en donde cada transición de fase se asocia con un cambio en las propiedades físicas y/o químicas de dicho material de almacenamiento de energía térmica; una o más conexiones de transferencia de energía térmica, en donde cada conexión comprende uno o más dispositivos para transferir calor desde un cuerpo de temperatura más baja a un cuerpo de temperatura más alta, cada conexión que une dos o más bancos; en donde la fuente o el destino de las transferencias de energía térmica son conmutables en serie o entre transferencias de energía internas y externas en paralelo; en donde la fuente es un lugar desde donde se transfiere la energía y el destino es un lugar hacia donde se transfiere la energía; en donde la transferencia de energía interna es donde la energía es transferible entre bancos de almacenamiento dentro del almacén de energía térmica y en donde uno o más de los bancos de almacenamiento de energía térmica actúan como una fuente de energía térmica y uno o más de los bancos de almacenamiento de energía térmica actúan como un sumidero de energía térmica; y en donde la transferencia de energía externa se transfiere hacia o desde los bancos de almacenamiento de energía térmica y en donde la fuente de energía térmica o un sumidero de energía térmica es externa(o) a los bancos de almacenamiento de energía térmica.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas de almacenamiento de energía

Campo de la invención

Esta invención se refiere a sistemas de almacenamiento de energía. Más particularmente, la presente invención se refiere a sistemas de almacenamiento de energía térmica y al uso de material almacenable de energía tal como material de cambio de fase en la provisión de sistemas de calefacción y/o enfriamiento en, por ejemplo, viviendas domésticas.

Antecedentes de la invención

Aunque existen muchos sistemas de calefacción y enfriamiento en el mercado, muchos de estos sistemas de la técnica anterior sufren de problemas de eficiencia y también son costosos de operar. Los sistemas de la técnica anterior también tienden a basarse en combustibles fósiles que son perjudiciales para el medio ambiente.

La calefacción de espacios ("calor") y el agua caliente son una instalación esperada en hogares, oficinas, fábricas, hoteles, tiendas, etc. alrededor del mundo. La práctica común reciente ha sido suministrar este tipo de calefacción bajo demanda quemando fuentes de energía almacenables (por ejemplo, petróleo, gas y similares) o mediante el uso de energía eléctrica (típicamente generada a partir de gas o carbón) en un elemento de calentamiento.

En la mayoría de las ciudades del mundo, el almacenamiento de combustible tiene lugar en instalaciones centralizadas (por ejemplo, tanques de almacenamiento de gas; pilas de carbón en una estación generadora) y se transfiere a través de una red eléctrica de distribución a pedido del usuario (por ejemplo, tuberías de gas, líneas eléctricas etc.). Las modernas calderas de condensación de petróleo y gas convierten el petróleo y el gas en calor con una eficiencia superior al 90 %. Los elementos eléctricos funcionan casi al 100 % de eficiencia. Superficialmente esto se ve mejor, sin embargo, la mayor parte de la electricidad se genera a partir de gas, petróleo o carbón con solo alrededor del 30 % de eficiencia. Así que, volviendo al combustible original, la calefacción eléctrica solo tiene una eficiencia de alrededor del 30 %.

Típicamente, los combustibles almacenados (carbón, petróleo, gas) son combustibles fósiles. Estos son almacenes convenientes de "luz solar fósil". Su energía se origina del sol, a través de la fotosíntesis en plantas que finalmente quedaron atrapadas bajo tierra. Fueron depositados durante millones de años, pero los estamos quemando en cientos. Como resultado, nos enfrentamos a problemas importantes para seguir usando estos combustibles fósiles:

• Ellos se agotarán dentro de plazos previsibles (que van desde décadas para el petróleo hasta siglos para el gas y el carbón). Mucho antes de que se agoten, una vez que superan su punto máximo en producción, los precios suben rápidamente.

• Grandes cantidades de CO2 atmosférico se aislaron en el suelo durante su formación. Nosotros estamos lanzando este CO2 de regreso a la atmósfera a una velocidad enormemente acelerada. La consecuencia es el cambio climático con consecuencias potencialmente catastróficas en la pérdida tanto de la biodiversidad planetaria como del hábitat humano (escasez de agua, desertificación, y aumento del nivel del mar).

Hay muchos métodos propuestos para reducir y finalmente eliminar la dependencia de los combustibles fósiles. En esencia, todos buscan mover la fuente de energía de la luz solar fósil antigua a la luz solar actual, con diversos grados de rectitud.

Para aplicaciones de calefacción y enfriamiento, las bombas de calor pueden usarse para mover y concentrar la energía térmica de origen natural o de desecho. Para impulsar las bombas de calor se requiere energía eléctrica. Las fuentes de energía libres de fósiles impulsadas por el sol incluyen:

• Las fotovoltaicas que convierten la luz solar a electricidad con eficiencias de menos del 10 % a más del 20 % para paneles rentables.

• Las plantas generadoras de electricidad solar térmica concentran la luz solar para calentar un fluido de trabajo que impulsa un generador. Deben ubicarse en áreas de mucha luz solar directa, por ejemplo, desiertos. Por lo tanto, ellas solo se adecuan realmente para generar electricidad de la red.

• Las turbinas eólicas aprovechan los vientos que se originan de la energía solar que impulsa el movimiento de las masas de aire. Es raro que exista un buen recurso eólico en el punto de uso permitiendo la colocación de generación y uso. • La hidroelectricidad usa la energía potencial gravitacional del agua que corre desde lugares altos a lugares más bajos. Excepto en muy pocas partes del mundo, la hidroeléctrica no puede proporcionar la mayor parte de la demanda para la electricidad de la red. Hay sitios limitados adicionales para implementar grandes depósitos, y puede haber problemas humanos y de biodiversidad alrededor de grandes áreas inundadas.

• La energía de las olas usa las olas que se generan en gran parte por la acción del viento en el mar. A su vez, el viento es energizado por el sol.

• Biocombustibles: La madera puede quemarse directamente en las estaciones generadoras térmicas al igual que el carbón. Puede procesarse una amplia variedad de materias primas para fabricar combustibles líquidos o gaseosos. Ya sea usando maíz, aceite de semilla de colza, pasto de sierra, desechos de animales o aceite de cocina usado, la energía en ellos proviene de la luz solar actual. Sin embargo, existen grandes preocupaciones sobre la competencia entre la producción de cultivos de alimentos y biocombustibles, y entre los cultivos de biocombustibles y la tierra con biodiversidad natural (por ejemplo, la eliminación de la selva por el aceite de palma).

Puede observarse que, aparte de los biocombustibles y algunas hidroeléctricas, los dispositivos de conversión de energía renovable impulsados por energía solar no funcionan bajo demanda (o en la jerga de la industria de generación de electricidad, no son "despachables"): su energía llega cuando el sol brilla; cuando el viento sopla; cuando los mares están altos. La energía disponible es estadísticamente predecible en la escala de días, semanas, meses o años; sin embargo, las redes eléctricas necesitan equilibrarse a nivel de minutos, cuartos o medias horas.

Almacenar energía eléctrica es difícil. En la actualidad, las redes eléctricas casi no incluyen almacenamiento - están equilibradas en tiempo real. Los depósitos hidroeléctricos proporcionan una oportunidad para almacenar electricidad. Cuando el exceso de electricidad está disponible en la red, puede usarse para bombear agua desde un nivel inferior al depósito superior, almacenando de esta manera la energía eléctrica en la forma de energía potencial gravitacional en el agua que se movió cuesta arriba. Cuando la red está corta de electricidad, puede permitirse que esta agua fluya hacia abajo a través de las turbinas y se regenere en electricidad. Este proceso es 90 % eficiente, pero los sitios hidroeléctricos de almacenamiento por bombeo adecuados son escasos.

Otro enfoque, propuesto como una aplicación de la presente invención, es convertir el excedente de energía eléctrica de fuentes renovables intermitentes en calor o frío cuando la electricidad está disponible, almacenar el calor o frío en un almacén térmico y luego hacerlo disponible como calor y frío útil bajo demanda.

Las tecnologías de almacenamiento de energía térmica almacenan el calor, por ejemplo, de colectores solares activos, en un depósito aislado para su uso posterior en la calefacción de espacios, agua caliente doméstica o de proceso, o para generar electricidad La mayoría de los sistemas de calefacción solar activos prácticos tienen almacenamiento por unas pocas horas hasta el valor de un día de calor recogido. También hay un número pequeño pero creciente de almacenamientos térmicos estacionales, usados para almacenar el calor del verano y para usarlo durante el invierno.

Los materiales de cambio de fase se han empleado previamente en dispositivos de almacenamiento de energía mediante el uso del cambio de fase sólido -líquido. El material de cambio de fase líquido -gas generalmente no es práctico para su uso como almacenamiento térmico debido a los grandes volúmenes o altas presiones requeridas para almacenar los materiales cuando están en su fase gaseosa.

Inicialmente, los materiales de cambio de fase sólido -líquido funcionan como los materiales de almacenamiento convencionales; su temperatura aumenta a medida que absorben calor. Sin embargo, a diferencia de los materiales de almacenamiento convencionales, cuando los materiales de cambio de fase alcanzan la temperatura a la que cambian de fase (su punto de fusión), absorben grandes cantidades de calor sin un crecimiento significativo en temperatura. Cuando la temperatura ambiental alrededor de un material líquido cae, el material de cambio de fase se solidifica, liberando su calor latente almacenado. Dentro del intervalo de comodidad humana de 200 a 30 °C, algunos materiales de cambio de fase son muy efectivos. Pueden almacenar alrededor de 5 y 14 veces más calor por unidad de volumen que los materiales de almacenamiento convencionales, tales como agua, mampostería o roca.

Los materiales de cambio de fase pueden agruparse ampliamente en dos categorías: compuestos orgánicos (tales como ceras, extracto vegetal, polietilenglicol); y productos a base de sal (como la sal de Glauber). Los materiales de cambio de fase más usados comúnmente son los hidratos de sal, los ácidos grasos y ésteres, y diversas parafinas (como el octadecano). Recientemente, también se investigaron líquidos iónicos como materiales de cambio de fase. Como la mayoría de las soluciones orgánicas no contienen agua, pueden exponerse al aire, pero todas las soluciones de materiales de cambio de fase a base de sal deben encapsularse para evitar la evaporación del agua. Ambos tipos ofrecen ciertas ventajas y desventajas para ciertas aplicaciones.

Las sales eutécticas, una clase de materiales de cambio de fase, también se han usado desde finales del siglo XIX como un medio para aplicaciones de almacenamiento térmico. Se han usado en aplicaciones tan diversas como el transporte refrigerado para aplicaciones ferroviarias y viales y, por tanto, sus propiedades físicas son bien conocidas.

Los intervalos de temperatura ofrecidos por la tecnología de materiales de cambio de fase proporcionan un nuevo horizonte para los servicios de construcción y los ingenieros de refrigeración con respecto a las aplicaciones de almacenamiento de energía de media y alta temperatura. El alcance de estas aplicaciones de energía térmica es amplio tales como en aplicaciones de calefacción por energía solar, agua caliente, rechazo de calefacción, aire acondicionado y almacenamiento de energía térmica.

Sin embargo, existen varios problemas con el uso práctico de materiales de cambio de fase, que incluyen el logro de velocidades adecuadas de transferencia de calor hacia adentro y hacia afuera y niveles aceptables de eficiencia termodinámica.

El documento DE 4419887 se refiere a un almacén de calor para un sistema para la acumulación de energía térmica y criogénica (refrigeración). El sistema descrito no describe los aspectos de control de la presente invención y el sistema de control el cual puede elegir y/o conmutar una fuente y/o destino de transferencia de energía térmica en serie y/o en paralelo entre una o más fuentes/sumideros de energía térmica y uno o más bancos de almacenamiento de energía térmica del almacén de energía térmica.

Es un objetivo de al menos un aspecto de la presente invención obviar o al menos mitigar uno o más de los problemas arriba mencionados.

Un objetivo adicional de la presente invención es para proporcionar un almacén de energía térmica mejorado.

Un objetivo adicional de la presente invención es para proporcionar un sistema mejorado de calefacción y/o enfriamiento que comprende material de cambio de fase.

Resumen de la invención

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un almacén de energía térmica capaz de aceptar, almacenar y liberar energía térmica en un intervalo de más de una temperatura hacia/desde al menos una fuente de energía térmica y/o sumidero, dicho almacén de energía térmica que comprende:

una configuración de tres o más bancos de almacenamiento de energía térmica, cada uno de dichos bancos de almacenamiento de energía térmica que tiene un intervalo de temperatura de funcionamiento;

al menos tres o más de los bancos de almacenamiento de energía térmica contienen material de almacenamiento de energía térmica que comprende un solo material o una mezcla de materiales;

un sistema de control capaz de elegir y/o conmutar una fuente y/o destino de transferencia de energía térmica en serie y/o en paralelo entre una o más fuentes/sumideros de energía térmica y uno o más bancos de almacenamiento de energía térmica del almacén de energía térmica y en donde el sistema de control es capaz de adaptar las transferencias de energía térmica dentro de y hacia/desde el almacén de energía térmica;

en donde dicho material de almacenamiento de energía térmica en al menos un banco contiene al menos algunos de uno o más tipos de material de almacenamiento de energía térmica que experimenta al menos una transición de fase de absorción y/o liberación de energía a una o más temperaturas o uno o más subintervalos de temperaturas dentro de los intervalos de temperatura de funcionamiento de cada banco;

en donde cada transición de fase se asocia con un cambio en las propiedades físicas y/o químicas de dicho material de almacenamiento de energía térmica;

una o más conexiones de transferencia de energía térmica, en donde cada conexión comprende uno o más dispositivos para transferir calor desde un cuerpo de temperatura más baja a un cuerpo de temperatura más alta, cada conexión que une dos o más bancos;

en donde la fuente o el destino de las transferencias de energía térmica son conmutables en serie o entre transferencias de energía internas y externas en paralelo;

en donde la fuente es un lugar desde donde se transfiere la energía y el destino es un lugar hacia donde se transfiere la energía;

en donde la transferencia de energía interna es donde la energía es transferible entre bancos de almacenamiento dentro del almacén de energía térmica y en donde uno o más de los bancos de almacenamiento de energía térmica actúa como una fuente de energía térmica y uno o más de los bancos de almacenamiento de energía térmica actúa como un sumidero de energía térmica; y

en donde la transferencia de energía externa se transfiere hacia o desde los bancos de almacenamiento de energía térmica y en donde la fuente de energía térmica o un sumidero de energía térmica es externa(o) a los bancos de almacenamiento de energía térmica.

El sistema de calefacción y/o enfriamiento forma parte o puede incluir dentro de él un almacén de energía térmica.

En las modalidades preferidas, al menos una o todas las transiciones de fase pueden ser reversibles sin pérdida sustancial de la capacidad de absorción y/o almacenamiento y/o liberación de energía a lo largo de al menos más de un ciclo o ciclos reversibles.

Típicamente, el material de almacenamiento de calor (es decir, el almacenamiento de energía térmica) puede experimentar un cambio de fase sólido -líquido y puede almacenar/liberar energía al experimentar un cambio de fase. Este proceso puede ocurrir una pluralidad de veces.

Por tanto, la presente invención se refiere a un almacén de energía térmica y al almacenamiento de energía térmica resultante. La tecnología descrita en la presente invención puede usarse en varias tecnologías que almacenan energía en, por ejemplo, un depósito térmico para su posterior reutilización. Una ventaja particular es equilibrar la demanda de energía entre el día y la noche mediante el uso de material de cambio de fase sólido -líquido como se establece en la presente invención. Un depósito térmico puede mantenerse en una temperatura por encima (es decir, más caliente) o más abajo (es decir, más fría) que la del entorno ambiental. Por tanto, la presente invención puede usarse tanto en un sistema de calefacción y/o en uno de refrigeración. Un uso particular de la presente invención es en las unidades de aire acondicionado o en los sistemas de calefacción central.

Típicamente, el almacén de energía térmica comprende bancos que pueden contener uno o más medios intercambiadores de calor que pueden permitir que se transfiera la energía térmica (por ejemplo, por conducción y/o radiación y/o convección y/o tubería de calor y/o transferencia de energía térmica indirectamente a través de un fluido de transferencia de energía térmica y/o cualquier otro medio de transferencia de energía térmica) hacia y/o desde al menos una de las fuentes y/o sumideros de energía térmica.

Los medios intercambiadores de calor en al menos un banco pueden permitir que la energía térmica se transfiera simultáneamente o sustancialmente de manera simultánea (y, por ejemplo, con los mismos medios intercambiadores de calor, también en otras ocasiones, se transfiera no simultáneamente) hacia y/o desde dos o más fuentes y/o sumideros de energía térmica.

Los medios intercambiadores de calor en al menos un banco pueden permitir que la energía térmica simultáneamente (y, por ejemplo, con los mismos medios intercambiadores de calor, también en otras ocasiones, no simultáneamente y/o simultáneamente solo en relación con algún subconjunto del posible conjunto de fuentes/sumideros de energía térmica) se transfiera hacia y/o desde tres o más fuentes/sumideros de energía térmica.

En modalidades particulares, el número de fuentes y/o sumideros de energía térmica potencialmente simultáneos puede ser cuatro o más, cinco o más, seis o más, siete o más, ocho o más, nueve o más, o diez o más. Por lo tanto, puede haber una pluralidad de fuentes y/o sumideros de energía térmica.

Por lo tanto, puede haber múltiples fuentes con variadas temperaturas.

En modalidades particulares, el almacén térmico puede comprender cuatro o más bancos, cinco o más bancos, seis o más bancos, siete o más bancos, ocho o más bancos, nueve o más bancos, o diez o más bancos. Por lo tanto, puede haber una pluralidad de bancos.

Típicamente, el almacén térmico y/o cada banco y/o una pluralidad de bancos pueden ser capaces de aceptar y/o almacenar y/o liberar energía térmica en un intervalo de una o más temperaturas hacia y/o desde una o más fuentes y/o sumideros de energía térmica simultáneamente o en diferentes momentos.

Al menos uno o todos los bancos del almacén térmico pueden anidarse. Típicamente, una configuración de bancos puede anidarse total y/o parcialmente entre sí.

Al menos uno de los uno o más bancos exteriores (es decir, sin considerar cualquier aislamiento interpuesto, siendo completamente y/o en su mayoría rodeado por uno o más entornos locales externos al almacén de energía térmica y, es decir, no estar encerrado sustancialmente y/o en absoluto por cualquier otro banco) puede estar en o sustancialmente cerca de la temperatura de uno o más entornos locales que encierran el almacén de energía térmica.

El uno o más bancos más calientes (es decir, por ejemplo, entre otros, el banco que tiene una temperatura de transición de fase y/o la temperatura promedio actual y/o máxima y/o mínima de su material de almacenamiento de energía térmica, que es la más alta en términos absolutos del conjunto de todos los bancos dentro del almacén de energía térmica y/o representa un máximo local) puede ser al menos uno de los uno o más bancos anidados más interior (es decir, ese banco o aquellos bancos para los cuales ningún otro banco es completamente y/o en su mayoría encerrado dentro de él/ellos).

El uno o más bancos más fríos (es decir, por ejemplo, entre otros, el banco que tiene una temperatura de transición de fase y/o la temperatura actual promedio y/o máxima y/o mínima de su material de almacenamiento de energía térmica que es la más baja en términos absolutos del conjunto de todos los bancos dentro del almacén de energía térmica y/o representa un mínimo local) puede ser al menos uno de los uno o más bancos anidados más interior (es decir, ese banco o aquellos bancos para los cuales ningún otro banco es completamente y/o en su mayoría encerrado dentro de él/ellos).

El almacén de energía térmica puede incluir al menos un banco más frío y un banco más caliente, cada uno de los cuales puede ser un banco más interior.

Típicamente, anidar, y/o rodear completa y/o parcialmente los bancos entre sí, puede reducir la pérdida de energía térmica del almacén de energía térmica a su uno o más entornos locales circundantes en comparación con el caso donde no se usa anidamiento.

En modalidades particulares, al menos una fuente/sumidero de energía térmica puede ser externa(o) al almacén térmico. Al menos una fuente/sumidero de energía térmica puede estar dentro de al menos un banco del almacén de energía térmica.

El almacén de energía térmica comprende al menos una conexión de transferencia de energía térmica entre al menos una fuente de energía térmica y un sumidero de energía térmica.

Típicamente, cualquier fuente/sumidero de energía térmica dentro de un banco comprende al menos algún material de almacenamiento de energía térmica en contacto térmico (ya sea directamente en contacto físico o radiativamente en contacto térmico o de cualquier otra manera) con uno o más medios intercambiadores de calor dentro del banco. Los medios intercambiadores de calor pueden permitir que la energía térmica se elimine de y/o suministre (por conducción y/o radiación y/o convección y/o tubería de calor y/o transferencia de energía térmica indirectamente a través de un fluido de transferencia de energía térmica y/o cualquier otro medio de transferencia de energía térmica) al material de almacenamiento de energía térmica dentro del banco por transferencia hacia/desde al menos una conexión de transferencia de energía térmica que comprende al menos un medio de transferencia de energía térmica (que incluye entre otros metal conductor térmico y/o plástico de alta conductividad térmica y/o gas y/o refrigerante y/o radiación electromagnética y/o líquido y/u otro fluido de transferencia de calor).

La al menos una conexión de transferencia de energía térmica que comprende al menos un medio de transferencia de energía térmica permite que la energía térmica a transferirse desde/hacia al menos una fuente/sumidero de energía térmica externa(o) al almacén térmico que está en contacto térmico (ya sea directamente en contacto físico o radiativamente en contacto térmico o de cualquier otra manera) con la al menos una conexión de transferencia de energía térmica.

El medio de transferencia de energía térmica de la conexión de transferencia de energía térmica puede contenerse dentro y/o encerrarse y/o dirigirse por una o más tuberías y/u otras embarcaciones y/o recintos (que pueden cerrarse y/o abrirse, y pueden ser de naturaleza punto a punto y/o formar un lazo y/o formar todo o parte de una red) para promover y/o ayudar y/o asegurar la función del medio de transferencia de energía térmica para transferir la energía térmica desde la fuente de energía térmica en un extremo de la conexión de transferencia de energía térmica hacia el sumidero de energía térmica, como el medio de transferencia de energía térmica puede bombearse y/o de cualquier otra manera causar que se mueva por la aplicación de energía externa y/o por procesos naturales (tales como, entre otros, la convección y/o termosifonación y/o acción capilar) de tal manera que promueva y/o ayude y/o asegure su función de transferir energía térmica desde la fuente de energía térmica en un extremo de la conexión de transferencia de energía térmica hacia el sumidero de energía térmica en el otro o viceversa.

Típicamente, al menos una conexión de transferencia de energía térmica puede comprender y/o incluir una tubería de calor o un circuito de tubería que contiene fluido de transferencia de calor impulsado por una bomba.

Puede hacerse que la energía térmica se mueva dentro y/o a través de la conexión de transferencia de energía térmica por la aplicación de energía externa (tal como, entre otros, bombeo de calor y/o efectos termoeléctricos y/o emisión termoiónica) y/o por procesos naturales (tales como, entre otros, convección y/o termosifonación y/o acción capilar) de tal manera que promueva y/o ayude y/o asegure la función del medio de transferencia de energía térmica para transferir energía térmica desde la fuente de energía térmica en un extremo de la conexión de transferencia térmica hacia el sumidero de energía térmica en el otro o viceversa.

La conexión de transferencia de energía térmica puede comprender y/o incorporar uno o más dispositivos para transferir calor desde un cuerpo de temperatura más baja a un cuerpo de temperatura más alta en donde tales dispositivos pueden incluir, pero no se limitan a:

una bomba de calor por compresión de vapor;

y/o bomba de calor química;

y/o dispositivo termoeléctrico;

y/o dispositivo termoiónico;

y/o cualquier otro dispositivo capaz de mover el calor de un cuerpo de temperatura más baja a un cuerpo de temperatura más alta que funcione dentro de las leyes de la termodinámica.

El almacén térmico puede incorporar integralmente dentro de su función y/o estructura y/o lógica de control uno o más dispositivos para transferir calor desde un cuerpo de temperatura más baja a un cuerpo de temperatura más alta en donde tales dispositivos pueden incluir, pero no se limitan a:

una bomba de calor por compresión de vapor;

y/o bomba de calor química;

y/o dispositivo termoeléctrico;

y/o dispositivo termoiónico;

El sistema de calefacción y/o enfriamiento puede incorporar integralmente dentro de su función y/o estructura y/o lógica de control uno o más dispositivos para transferir calor de un cuerpo de temperatura más baja a un cuerpo de temperatura más alta en donde tales dispositivos pueden incluir, pero no se limitan a:

una bomba de calor por compresión de vapor;

y/o bomba de calor química;

y/o dispositivo termoeléctrico;

y/o dispositivo termoiónico;

La conexión de transferencia de energía térmica puede unir dos o más bancos y puede comprender y/o incorporar uno o más dispositivos para transferir calor de un cuerpo de temperatura más baja a un cuerpo de temperatura más alta, en donde dichos dispositivos pueden incluir, pero no se limitan a:

una bomba de calor por compresión de vapor;

y/o bomba de calor química;

y/o dispositivo termoeléctrico;

y/o dispositivo termoiónico;

La capacidad de transferir energía térmica de una conexión de transferencia de energía térmica y/o una parte de una conexión de transferencia de energía térmica y/o medios intercambiadores de calor dentro de un banco conectado a dicha conexión de transferencia de energía térmica y/o medios intercambiadores de calor externos al almacén de energía térmica conectado a dicha conexión de transferencia de energía térmica puede modularse entre un estado en el que es máximamente resistente y/o completamente incapaz de transferir energía térmica y un estado en el que está en su mínima resistencia a la transferencia de energía térmica y/o modularse a cualquier grado de permisividad entre los niveles mínimo y máximo.

Los cambios de permisividad térmica pueden lograrse, por ejemplo, entre otros, variando la cantidad de energía motivadora, ya sea eléctrica o de cualquier otra manera, aplicada a una bomba y/o una bomba de calor y/o dispositivo termoeléctrico y/u otro aparato, y/o variando la velocidad de flujo de un fluido de transferencia de energía térmica, y/o seleccionando del conjunto disponible de canales y/o tuberías capaces de transportar el fluido de transferencia de energía térmica a través de los medios intercambiadores de calor y/o las conexiones de transferencia de energía térmica a subconjuntos que se abren en un momento específico para transportar el fluido de transferencia de energía térmica mediante el uso de, por ejemplo, entre otros, válvulas y/o válvulas impulsadas por motor y/o colectores y/o solenoides.

El cambio de permisividad térmica puede ocurrir por cambios en la configuración física de la estructura del intercambiador de calor y/o medios de conexión de transferencia de energía térmica y/o el fluido de transferencia de energía térmica en respuesta, por ejemplo, entre otros, al estado físico del almacén térmico y/o alguna parte del almacén térmico, y/o el estado físico del entorno que rodea el almacén térmico y/o algún otro estímulo, por ejemplo, entre otros, cambios de temperatura en cualquier extremo de un termosifón o tubería de calor que enciende o apaga y/o modula su capacidad para transferir energía térmica, y/o una tubería de calor especialmente diseñada con un depósito para su fluido de transferencia de energía térmica que tiene ese depósito abierto y/o cerrado, y/o un tira bimetálica que actúa en respuesta a un intervalo de temperatura para abrir y/o cerrar una válvula.

La modulación puede controlarse y/o influenciarse, por ejemplo, entre otros, por el estímulo del usuario y/o la acción de un termostato y/o controlador mecánico y/o eléctrico y/o programa de control que se ejecuta en un sistema de cómputo programable respondiendo a su vez al estado físico del almacén térmico y/o alguna parte del almacén térmico, y/o al estado físico del entorno que rodea el almacén térmico.

Al menos algunos de los bancos pueden tener intervalos de temperatura de funcionamiento habituales idénticos y/o de solapamiento.

Al menos algunos de los bancos pueden tener intervalos de temperatura de funcionamiento habituales distintos sin solapamiento.

Al menos dos bancos y/o al menos un banco y al menos una fuente/sumidero de energía térmica externa(o) pueden conectarse por al menos una conexión de transferencia de energía térmica que constituye una red y/o gráfico dirigido en donde los bancos pueden constituir nodos y las conexiones de transferencia de energía térmica pueden constituir bordes. Al menos una conexión de transferencia de energía térmica, puede transferir energía térmica en una sola dirección y/o puede transferir con una permisividad mucho más alta en una dirección y una permisividad muy baja en la otra (por ejemplo, entre otros, de un primer banco a un segundo banco, solo cuando en ese momento el material de almacenamiento de energía térmica dentro del primer banco está a una temperatura más alta que el material de almacenamiento de energía térmica dentro del segundo banco, pero nunca desde dicho segundo banco a dicho primer banco).

Una o más conexiones de transferencia de energía térmica de una sola dirección pueden comprender y/o incluir, por ejemplo, entre otros, diodos de calor y/o tubos de calor especialmente configurados y/o termosifones, y/o circuitos de bombeo que operan solo cuando los termostatos y/o termopares en los bancos y/o fuentes/sumideros de energía térmica en cualquier extremo informa una temperatura más alta en un extremo que en el otro, pero no cuando la diferencia de temperatura va en el otro sentido, y/o superficies de emisividad selectiva y/o vidrio de emisividad selectiva y/o doble acristalamiento y/o triple acristalamiento y/o gas inerte y/o vacío.

Cada fuente de calor/sumidero externa(o) puede conectarse directamente por medios de conexión de transferencia de energía térmica a cada banco dentro del almacén térmico.

Cada banco dentro del almacén térmico puede conectarse a cualquier otro banco dentro del almacén de energía térmica por medios de conexión de transferencia de energía térmica.

Para al menos una fuente/sumidero de energía térmica externa(o), puede conectarse a al menos un banco dentro del almacén de energía térmica pero no puede conectarse a cada banco dentro del almacén de energía térmica.

Para al menos un banco dentro del almacén térmico, puede conectarse al menos a otro banco dentro del almacén de energía térmica pero no puede conectarse a cada uno de los otros bancos dentro del almacén de energía térmica.

Cada banco dentro del almacén térmico puede conectarse solo al siguiente banco más caliente/más frío que el banco dado, en donde la temperatura de cada banco significa, por ejemplo, entre otros, la temperatura de transición de fase del material de almacenamiento térmico dentro de cada banco, y/o la mínima y/o máxima y/o el centro del intervalo de temperatura de funcionamiento habitual de cada banco.

Al menos una fuente de energía térmica externa al almacén de energía térmica y/o al menos un banco de fuentes dentro del almacén de energía térmica puede carecer de una conexión de transferencia de energía térmica directa hacia/desde al menos un banco de destino dentro del almacén de energía térmica y/o al menos un sumidero de energía térmica externo al almacén de energía térmica. La energía térmica aún puede transferirse entre la fuente y el destino (o viceversa) utilizando como un sustituto para la conexión de transferencia de energía térmica directa faltante al menos una secuencia de una primera conexión de transferencia de energía térmica que conduce a un primer banco intermedio seguido de una segunda conexión de transferencia de energía térmica que conduce al destino original.

La transferencia de energía térmica desde la fuente mediante el uso de la primera conexión de transferencia de energía térmica hace que la energía térmica se agregue a la energía almacenada en el al menos un banco intermedio, donde puede almacenarse temporalmente. Simultáneamente y/o previamente y/o más tarde, la energía térmica puede eliminarse de dicho banco intermedio y transferirse mediante el uso de la segunda conexión de transferencia de energía térmica al destino.

La secuencia de transferencias intermedias incluye al menos dos bancos intermedios y al menos tres conexiones de transferencia de energía térmica.

Al menos tres fuentes/destinos para transferencias de energía térmica (es decir, fuentes/sumideros externas(o) al almacén de energía térmica y/o bancos de origen destino dentro del almacén de energía térmica) pueden compartir una única conexión de transferencia de energía térmica.

La conexión de transferencia de energía térmica puede compartirse en virtud de continuamente conectarse a los intercambiadores de calor de cada una de las al menos tres fuentes/destinos.

La conexión de transferencia de energía térmica puede compartirse en algunos momentos en virtud de conectarse al menos en algunas ocasiones a los intercambiadores de calor de al menos dos de las al menos tres fuentes/destinos.

Uno o más bancos de almacenamiento de energía térmica pueden conectarse a otro conjunto de uno o más bancos de almacenamiento de energía térmica por medios de conexión de transferencia de energía térmica en donde dichos medios pueden permitir la transferencia controlada y/o deliberada y/o incontrolada de la energía térmica entre bancos.

Las conexiones de transferencia de energía térmica entre bancos pueden cambiarse durante el uso del sistema, por ejemplo, entre otros, haciendo y/o rompiendo físicamente tuberías y/u otras conexiones, y/o encendiendo y/o apagando y/o en válvulas de posiciones intermedias y/o bombas y/o bombas de calor y/u otros elementos conmutables y/o controlables y/o cambiando la capacidad de transferir energía térmica de las tuberías de calor y/o cualquier otro medio controlador de la transferencia de calor conocido en la técnica.

En aspectos de la invención, una fuente puede ser en otro momento y/o al mismo tiempo también un destino

Las fuentes y/o destinos de las transferencias de energía térmica pueden conmutarse en serie y/o en paralelo entre una o más fuentes/sumideros de energía térmica (ya sean externas(o) a un almacén de energía térmica y/o bancos de almacenamiento de energía térmica dentro de un almacén de energía térmica) y uno o más bancos de almacenamiento de energía térmica de un almacén de energía térmica.

El conmutar de fuentes/destinos puede resultar de cambios físicos en las propiedades (por ejemplo, entre otros la temperatura) del sistema y/o el entorno que rodea al sistema y/o las partes de los componentes del sistema (tales como, entre otros, bancos de almacenamiento de energía térmica y/o fuentes/sumideros de energía térmica) que provocan cambios físicos naturales a algún elemento del sistema (por ejemplo, entre otros, expansión de un metal y/o expansión variable de una tira bimetálica, y/o cambio de densidad y/o evaporación y/o condensación de un fluido de transferencia de energía térmica) que puede resultar en un cambio a la función de alguna parte del sistema (tal como, entre otros, abertura y/o cierre y/o variación del estado de una válvula, y/o variación de la capacidad de una tubería de calor para transmitir calor) en donde tales cambios se pensaron por un diseñador de sistema.

Un sistema de control elige y/o conmuta las fuentes y/o destinos de las transferencias de energía térmica en serie y/o en paralelo entre una o más fuentes/sumideros de energía térmica (ya sean externas(o) a un almacén de energía térmica y/o bancos de almacenamiento de energía térmica dentro de un almacén de energía térmica) y uno o más bancos de almacenamiento de energía térmica de un almacén de energía térmica.

En intervalos de tiempo regulares y/o irregulares, el sistema de control puede calcular el coeficiente total relativo del sistema y/o eficiencia y/o cualquier otra métrica de rendimiento para una o más transferencias de energía térmica potenciales en cualquier momento y el sistema de control puede elegir una opción más beneficiosa o la más óptima de dichas transferencias en relación con los parámetros establecidos por un sistema de control global y de acuerdo con los criterios establecidos por el diseñador del sistema de almacenamiento de energía térmica y/o el usuario y/o el comprador y/o los criterios legales y/o los criterios de seguridad y/o cualquier otro criterio de diseño y/o uso y/o beneficio, y conmutar las fuentes y/o destinos en consecuencia.

La cantidad y/o temperatura de energía térmica disponible de/aceptable por una fuente/sumidero de energía térmica externa(o) al almacén de energía térmica puede variar con el tiempo.

La cantidad y/o temperatura de energía térmica disponible de/aceptable por una fuente/sumidero de energía térmica externa(o) al almacén de energía térmica puede variar con el tiempo debido a las elecciones del usuario, por ejemplo, entre otros: la decisión de un usuario de encender y/o no encender y/o aumentar/disminuir el régimen de flujo de combustible y/o aumentar/disminuir el régimen de flujo de oxidante y/o extinguir una fuente de combustión, por ejemplo, entre otros, la quema de madera y/o gas natural; y/o la decisión de un usuario de desplegar un panel solar y/o modificar su posición para aumentar y/o disminuir su capacidad para capturar la luz solar y/o repararlo para eliminar la suciedad; y/o la decisión de un usuario de encender y/o apagar una bomba haciendo que el agua fría del lago esté disponible en un intercambiador de calor externo como un sumidero de energía térmica.

La cantidad y/o temperatura de energía térmica disponible de/aceptable por una fuente/sumidero de energía térmica externa(o) al almacén de energía térmica puede variar con el tiempo debido al proceso de operación de la fuente de energía térmica, por ejemplo, entre otros:

la fase de calentamiento de un quemador de combustión; y/o

la capacidad y/o incapacidad y/o precisión y/o capacidad de respuesta de un panel solar para rastrear el sol mientras atraviesa el cielo, y/o

la limitación autolimitada y/o la limitación impuesta del rendimiento de una bomba de calor externa debido a los límites en la energía eléctrica disponible, y/o

el agotamiento de la capacidad de un depósito de energía térmica (tal como, entre otros, un tanque de agua caliente de desecho y/o un bloque de hielo) para liberar/aceptar energía térmica.

La cantidad y/o temperatura de energía térmica disponible de/aceptable por una fuente/sumidero de energía térmica externa(o) al almacén de energía térmica puede variar con el tiempo debido a la variabilidad intrínseca o natural de la fuente/sumidero en sí, por ejemplo, entre otros:

la variabilidad en la calidad de un combustible, por ejemplo, entre otros, la calidad y/o contenido de humedad de la leña y/o el contenido volumétrico de energía del gas natural y/o biogás; y/o

la salida/puesta del sol y/o el aumento/disminución de la altura del sol sobre el horizonte y/o el recorrido del sol a través del cielo con un ángulo cambiante con relación a la superficie de un panel solar y/o la oclusión y/u oclusión parcial de los rayos del sol que caen sobre un panel solar debido a las nubes y/o sombras; y/o

los cambios que ocurren naturalmente en la temperatura del aire y/o la temperatura del agua y/o el cambio de temperatura de un cuerpo que constituye una fuente de energía térmica, mientras tiende a alcanzar la temperatura de equilibrio con un entorno que lo rodea.

Al menos algunas fuentes y/o destinos de las transferencias de energía térmica pueden conmutarse en serie y/o en paralelo de manera que al menos en algunos momentos la energía térmica puede transferirse desde una fuente externa de energía térmica a un banco seleccionado que en dichos momentos tenga una temperatura promedio y/o máxima y/o mínima más baja en su material de almacenamiento de energía térmica que la temperatura en dichos momentos de la fuente de energía térmica externa.

En al menos algunas ocasiones, el banco seleccionado puede elegirse porque es, en ese momento, el banco más caliente (es decir, el banco que tiene la temperatura promedio y/o máxima y/o mínima más alta de su material de almacenamiento de energía térmica) entre todos los bancos del almacén de energía térmica que tienen temperaturas más bajas que la fuente de energía térmica externa.

En al menos algunas ocasiones, el banco seleccionado puede elegirse porque es, en ese momento, el banco más agotado en energía térmica por alguna medida, por ejemplo, entre otros el banco que tiene la temperatura promedio y/o máxima y/o mínima más baja de su material de almacenamiento de energía térmica, y/o en donde el material de almacenamiento de energía térmica puede ser un material de cambio de fase siendo el más cercano (ya sea en una medida absoluta y/o proporcional al máximo posible para ese banco) a estar completamente en su estado de energía más bajo, por ejemplo, entre otros, congelado.

Después y/o al mismo tiempo que la energía térmica se transfiere desde la fuente de energía térmica externa al banco seleccionado, puede permanecer la posibilidad para transferir energía térmica a otros bancos en el almacén de energía térmica, y puede seleccionarse un banco y/o bancos adicionales para aceptar alguna y/o toda la energía térmica restante que podría potencialmente transferirse en secuencia y/o al mismo tiempo, por ejemplo, entre otros, haciendo que un fluido de transferencia térmica (que ya se ha dirigido por una conexión de transferencia de energía térmica desde la fuente de energía térmica externa hacia un primer banco) se dirija además por un arreglo de una o más conexiones de transferencia de energía térmica adicionales en secuencia a medios intercambiadores de calor en uno o más bancos adicionales, en donde el uno o más bancos se visitan en secuencia descendente de temperatura promedio y/o máxima y/o mínima del material de almacenamiento de energía térmica dentro de cada banco.

Al menos algunas fuentes y/o destinos de las transferencias de energía térmica pueden conmutarse en serie y/o en paralelo de manera que al menos en algunos momentos la energía térmica se transfiera a un sumidero externo de energía térmica de un banco seleccionado que en dichos momentos tenga una temperatura promedio y/o máxima y/o mínima más alta en su material de almacenamiento de energía térmica que la temperatura en dichos momentos del sumidero externo de energía térmica.

En al menos algunas ocasiones, el banco seleccionado puede elegirse porque es, en ese momento, el banco más frío (es decir, el banco que tiene la temperatura promedio y/o máxima y/o mínima más baja de su material de almacenamiento de energía térmica) entre todos los bancos del almacén de energía térmica que tengan temperaturas más altas que el sumidero externo de energía térmica.

En al menos algunas ocasiones, el banco seleccionado puede elegirse porque es, en ese momento, el banco que contiene la mayor cantidad de energía térmica por alguna medida, por ejemplo, entre otros el banco que tiene la temperatura promedio y/o máxima y/o mínima más alta de su material de almacenamiento de energía térmica, y/o en donde el material de almacenamiento de energía térmica puede ser un material de cambio de fase que sea el más cercano (ya sea en una medida absoluta y/o proporcional al máximo posible para ese banco) a estar completamente en su estado de energía más alta, por ejemplo, entre otros, fundido.

Después y/o al mismo tiempo que la energía térmica puede transferirse al sumidero de energía térmica externo desde el banco seleccionado, permanece la posibilidad para transferir energía térmica de otros bancos en el almacén de energía térmica, y pueden seleccionarse un banco y/o bancos adicionales para proporcionar alguna y/o toda la energía térmica restante que podría transferirse potencialmente en secuencia y/o al mismo tiempo, por ejemplo, entre otros, haciendo que un fluido de transferencia térmica se dirija primero por un arreglo de una o más conexiones adicionales de transferencia de energía térmica en secuencia a los medios intercambiadores de calor en uno o más bancos adicionales, en donde el uno o más bancos adicionales pueden visitarse en secuencia descendente y/o ascendente de la temperatura promedio y/o máxima y/o mínima del material de almacenamiento de energía térmica dentro de cada banco antes de que se dirija por una conexión de transferencia de energía térmica final al sumidero de energía térmica externo del último banco.

El fluido de transferencia de energía térmica puede fluir alrededor de un circuito que puede incluir una fuente/sumidero externa(o) de energía térmica y al menos un banco de un almacén de energía térmica seleccionado del conjunto completo de dichos bancos.

El número y/o el orden y/o la temperatura de transición de fase y/o la temperatura promedio actual y/o máxima y/o mínima de los bancos a incluir en la transferencia de energía térmica desde/hacia una fuente/sumidero externa(o) pueden elegirse de manera que la temperatura de retorno de cualquier fluido de transferencia de energía térmica que puede fluir de regreso desde el almacén de energía térmica pueda adaptarse mejor y/o ajustarse de manera óptima a alguna característica de la fuente/sumidero externa(o), por ejemplo, entre otros, la temperatura a la cual el fluido de transferencia de energía que fluye hacia la fuente/sumidero externa(o) puede suministrar y/o recolectar y/o rechazar y/o generar y/o convertir la energía térmica de la manera más óptima, por ejemplo, entre otros:

devolver el fluido de transferencia de energía térmica a un panel solar térmico durante el día a una baja temperatura de manera que se minimiza las pérdidas radiativas del panel y, por lo tanto, el panel solar funciona de la manera más eficiente posible para recolectar el calor; y/o

devolver el fluido de transferencia de energía térmica a un panel solar térmico durante la noche; y/o

un radiador a una alta temperatura de manera que se maximiza las pérdidas radiativas del panel y/o el radiador y, por lo tanto, el panel solar funciona de la manera más eficiente posible para rechazar el calor y/o devolver el fluido de transferencia de energía térmica a una caldera de gas dentro del intervalo de temperatura de diseño para el cuál se diseña y evalúa su operación para ser más eficiente; y/o

devolver el fluido de transferencia de energía térmica a una caldera posterior en una estufa de leña a una temperatura de manera que el fluido de transferencia de energía térmica no hervirá y de manera que la estructura de la estufa no se agrietará debido al estrés térmico.

El objetivo de igualar mejor y/o de manera óptima alguna característica de la fuente/sumidero externa(o) se equilibra contra el objetivo de mantener ciertas cantidades objetivo de, por ejemplo, entre otros, energía térmica en cada banco y/o ciertas temperaturas objetivo, que pueden cambiarse de vez en cuando, cambiando de vez en cuando el número y/o el orden y/o la temperatura de transición de fase y/o la temperatura promedio actual y/o máxima y/o mínima de los bancos a incluir en las transferencias de energía térmica entre el almacén de energía térmica y al menos una fuente/sumidero externa(o).

El objetivo de mantener y/o lograr ciertas cantidades objetivo de, por ejemplo, entre otros, energía térmica en cada banco y/o ciertas temperaturas objetivo, que pueden cambiarse de vez en cuando, puede lograrse por un sistema de control adaptando las transferencias de energía térmica dentro y hacia/desde el almacén.

Dicha adaptación puede realizarse teniendo referencia a la información actual y/o histórica y/o proyecciones a futuro sobre los parámetros físicos y/o el comportamiento del usuario relacionados con el propio almacén de energía térmica y/o sus bancos y/o sus materiales de almacenamiento de energía térmica, y/o el entorno que rodea inmediatamente al almacén de energía térmica, y/o los patrones de demanda de cualquier servicio suministrado por el almacén de energía térmica (por ejemplo, entre otros, el programa de producción de una fábrica mediante el uso de dicha energía térmica), y/o el entorno más amplio (por ejemplo, entre otros, la temperatura exterior actual/proyectada y/o insolación solar y/o nubosidad y/o disponibilidad proyectada y/o real de combustible y/o energía eléctrica), y/o el comportamiento del usuario (por ejemplo, entre otros, la presencia o ausencia del usuario y/o las preferencias del usuario para la temperatura de confort).

La fuente externa de energía térmica puede ser un fluido y/o entorno que contiene energía térmica de desecho y/o excedente de un proceso (por ejemplo, entre otros, consumir aire caliente de escape de un edificio en un entorno frío y/o consumir aire frío de escape de un edificio en un entorno caliente y/o desperdiciar agua caliente del baño y/o ducha y/o el petróleo en un motor térmico que requiera enfriamiento antes de su reutilización y/o el fluido de enfriamiento de una célula de combustible y/o un digestor de biogás y/o una planta de producción de biocombustibles).

La fuente externa de energía térmica puede ser un fluido y/o entorno que contiene energía térmica de desecho y/o excedente y esta energía térmica puede transferirse a al menos un banco que puede elegirse específicamente por tener una temperatura de transición de fase de su material de almacenamiento de energía térmica que lo hace bien adaptado para absorber la energía térmica de desecho.

Puede existir, desde el al menos un banco que absorbe la energía térmica de desecho y/o excedente, conexiones no directas de transferencia de energía térmica a sumideros/fuentes de energía térmica externos(a) al almacén de energía térmica (aparte de una o más conexiones de transferencia de energía térmica a la fuente de energía térmica de desecho y/o excedente).

Puede existir, desde el al menos un banco que absorbe la energía térmica de desecho y/o excedente, al menos una conexión de transferencia de energía térmica (que incluyen específicamente aquellas donde las máquinas se usan para transferir energía térmica de una temperatura más baja a otra más alta) a al menos uno de los otros bancos dentro del almacén de energía térmica.

El efecto puede ser capturar el calor de desecho y/o excedente de un fluido y/o entorno a una temperatura más baja que en la que dicho calor de desecho/excedente podría contribuir directamente de manera útil a un servicio útil del sistema de energía térmica y efectuar tal captura en una velocidad de transferencia de energía que se adapta a la disponibilidad de calor de desecho/excedente en uno o más bancos que contienen materiales de almacenamiento de energía térmica a temperaturas más bajas a aquellas en las que el calor de desecho/excedente podría contribuir directamente de manera útil con energía térmica a un servicio útil del sistema de energía térmica y usar dispositivos (por ejemplo, entre otros bombas de calor) para transferir la energía térmica de estos uno o más bancos de temperatura más baja a uno o más bancos de temperatura más alta (que están a temperaturas desde las cuales pueden contribuir directamente de manera útil con energía térmica aun servicio útil del sistema de energía térmica) a una velocidad que puede diferir sustancialmente de la velocidad de captura de energía de desecho/excedente.

La velocidad de transferencia de energía térmica de los bancos de temperatura más baja a los de más alta puede ser menor que la velocidad máxima a la que la energía térmica se transfiere a los bancos de temperatura más baja desde las fuentes de energía de desecho/excedente.

En al menos algunas ocasiones, la energía térmica puede eliminarse de al menos un banco y suministrarse a al menos otro banco del almacén de energía térmica, y al mismo tiempo, no puede agregarse a y/o eliminarse del almacén de energía térmica desde/hacia cualquier fuente/sumidero de energía térmica externa(o) al almacén de energía térmica.

La configuración del sistema puede ser de manera que sea posible que en al menos algunas ocasiones la energía térmica pueda eliminarse de al menos un banco y suministrarse a al menos otro banco del almacén de energía térmica, y al mismo tiempo no se agregue y/o elimine energía del almacén de energía térmica desde/hacia cualquier fuente/sumidero de energía térmica externa(o) al almacén de energía térmica.

Como resultado de las acciones dictadas por al menos un sistema de control y/o por el diseño del sistema, la cantidad de energía térmica agregada a cada banco puede mantenerse en perfecto equilibrio con la cantidad de energía térmica eliminada de cada banco (que incluyen cualquier pérdida por transferencias térmicas no deseadas y/o no planeada y/u otras pérdidas) durante un ciclo que puede ser de cualquier duración, por ejemplo, entre otros, algunos segundos y/o algunos minutos y/o una hora y/o varias horas y/o un día y/o varios días y/o una semana y/o varias semanas y/o un mes y/o varios meses y/o un año y/o varios años.

Uno o más fluidos de transferencia de energía térmica pueden redirigirse y/o reciclarse a través de intercambiadores de calor en contacto térmico con una configuración de bancos en una orden planeada y/o seleccionada de vez en cuando para maximizar y/o mejorar la energía térmica extraída del fluido de transferencia de energía térmica y almacenada en el material de almacenamiento de energía térmica de los bancos y/o extraída del material de almacenamiento de energía térmica de los bancos y transferida al fluido de transferencia de energía térmica.

La configuración física del almacén de energía térmica puede cambiarse durante el uso del sistema por cualquiera de los siguientes:

agregar uno o más bancos adicionales al almacén de energía térmica; y/o

retirar uno o más bancos del almacén de energía térmica; y/o

intercambiar uno o más bancos por bancos de reemplazo.

Durante el uso y/o entre usos, la adición y/o conexión al almacén de energía térmica de uno o más bancos puede agregar energía térmica almacenada adicional al almacén de energía térmica en donde dicha energía térmica adicional resulta de: el uno o más bancos adicionales que se crean en un proceso de fabricación externo al almacén de energía térmica, cuyo proceso de fabricación en sí mismo, imbuye el material de almacenamiento de energía térmica dentro del uno o más bancos adicionales con energía térmica adecuada para su posterior liberación a través de una transición de fase; y/o el uno o más bancos adicionales que se crean en un proceso de fabricación externo al almacén de energía térmica y luego, pero antes de que se agregue al almacén de energía térmica actual, se absorbe la energía térmica en otro almacén de energía térmica y/o dentro de otros equipos diseñados para agregar energía térmica al material de almacenamiento de energía térmica de uno o más bancos adicionales.

Durante el uso o entre usos, el material de almacenamiento de energía térmica en uno o más bancos de almacenamiento de energía térmica puede agregarse y/o intercambiarse completa y/o parcialmente por el material de almacenamiento de energía térmica de reemplazo.

El intercambio de y/o la adición al material de almacenamiento de energía térmica de uno o más bancos agrega energía térmica adicional al uno o más bancos en donde:

el material de almacenamiento de energía térmica adicional y/o de reemplazo se hizo en un proceso de fabricación externo al almacén de energía térmica, cuyo proceso de fabricación en sí mismo imbuyó el material de almacenamiento de energía térmica adicional y/o de reemplazo con energía térmica adecuada para su posterior liberación a través de una transición de fase; y/o

el material de almacenamiento de energía térmica adicional y/o de reemplazo absorbió la energía térmica en otro almacén de energía térmica y/o dentro de otro equipo diseñado para agregar energía térmica al material de almacenamiento de energía térmica adicional y/o de reemplazo.

Puede permitirse que el calor fluya de forma controlada y/o incontrolada desde uno o más bancos a una temperatura más alta a uno o más bancos a una temperatura más baja, y/o desde uno o más bancos a una temperatura más alta a uno o más entornos ambientales en contacto térmico con el almacén térmico, y/o desde el uno o más entornos ambientales en contacto térmico con el almacén térmico hacia uno o más bancos a temperatura más baja, por medio de conducción y/o radiación y/o convección y/o tubería de calor y/o transferencia a través de un fluido de transferencia térmica y/o cualquier otro mecanismo físico conocido de transferencia de calor.

Uno o más bancos pueden equiparse con medios de aislamiento para:

promover el aislamiento térmico entre uno o más bancos y uno o más otros bancos y/o uno o más bancos y uno o más entornos ambientales en contacto térmico con el almacén térmico y/o uno o más bancos del almacén térmico; y/o para eliminar en la mayor medida posible y/o restringir y/o limitar y/o controlar selectivamente el calor que se permite fluir desde uno o más bancos a una temperatura más alta a uno o más bancos a una temperatura más baja, y/o desde uno o más bancos a una temperatura más alta al uno o más entornos ambientales en contacto térmico con el almacén térmico, y/o desde el uno o más entornos ambientales en contacto térmico con el almacén térmico a uno o más bancos a una temperatura más baja, por medio de conducción y/o radiación y/o convección y/o tubería de calor y/o transferencia a través de un fluido de transferencia térmica y/o cualquier otro mecanismo físico conocido de transferencia de calor.

Uno o más bancos pueden separarse físicamente de uno o más otros bancos del mismo almacén de energía térmica.

Los bancos separados físicamente pueden controlarse por el sistema de control como parte del mismo almacén de energía térmica.

Las transferencias de energía térmica pueden ser posibles entre dichos bancos separados físicamente y uno o más otros bancos del mismo almacén de energía térmica.

El sistema de la presente invención puede usarse como un sistema de calefacción y/o para proporcionar un servicio de calefacción (en donde el sistema puede usarse para agregar calor a al menos un cuerpo y/o al menos un entorno externo al almacén de energía térmica).

El sistema de la presente invención puede usarse como un sistema de enfriamiento y/o para proporcionar un servicio de enfriamiento (en donde el sistema se usa para eliminar el calor de al menos un cuerpo y/o al menos un entorno externo al almacén de energía térmica).

El sistema de la presente invención puede usarse como un sistema combinado de calefacción y enfriamiento usado en el mismo y/o en diferentes momentos tanto como un sistema de enfriamiento como un sistema de calefacción y/o para proporcionar en diferentes y/o mismos momentos servicios de calefacción y/o enfriamiento (en donde el sistema se usa para agregar calor al menos a un cuerpo y/o al menos un entorno externo al almacén de energía térmica y, en el mismo y/o diferentes momentos, se usa para eliminar el calor de al menos un cuerpo (que puede ser diferente y/o el mismo cuerpo) y/o al menos un entorno (que puede ser uno diferente y/o el mismo entorno) externo al almacén de energía térmica).

El sistema y/o servicio de calefacción y/o combinado puede usarse como un sistema de calefacción de espacios central y/o distribuido (por ejemplo, entre otros el uso en un edificio y/o un vehículo y/o un espacio al aire libre).

El sistema de calefacción y/o combinado y/o puede usarse para el calentamiento de agua (por ejemplo, entre otros el uso en, calentar agua limpia para lavar y/o el baño y/o cocinar y/o la preparación de bebidas y/o la calefacción de piscina).

El sistema y/o servicio de calefacción y/o enfriamiento y/o combinado puede usarse para fluidos de transferencia de energía térmica de calefacción y/o enfriamiento para proporcionar calor y/o enfriamiento de proceso industrial y/o fluidos de trabajo de calefacción y/o enfriamiento directa y/o indirectamente de un proceso industrial.

El sistema y/o servicio de calefacción y/o enfriamiento y/o combinado puede usarse para calentar fluidos de transferencia de calor para usar en una máquina que convierte la energía térmica y/o las diferencias de temperatura en energía eléctrica y/o mecánica (por ejemplo, entre otros, un pistón de vapor y/o un motor Stirling y/o un motor de ciclo Rankine y/o una turbina de vapor, ya sea por sí sola y/o unida a un alternador eléctrico y/o dínamo, y/o un dispositivo termoeléctrico y/o termoiónico usado como un generador eléctrico).

El sistema y/o servicio de enfriamiento y/o combinado puede usarse como un sistema de aire acondicionado y/o de enfriamiento de espacio central y/o distribuido (por ejemplo, entre otros el uso en, un edificio y/o un vehículo y/o un espacio al aire libre).

El sistema y/o servicio de enfriamiento y/o de combinación puede usarse como un sistema de refrigeración (por ejemplo, entre otros su uso en, un refrigerador y/o congelador doméstico, y/o un almacenamiento congelado y/o refrigerado industrial y/o comercial y/o un almacenamiento con temperatura controlada, tales como, entre otros, un almacén de patatas y/o un sistema criogénico).

El fluido de transferencia de energía térmica del sistema y/o servicio de calefacción y/o enfriamiento y/o combinado puede ser un líquido (por ejemplo, entre otros, agua y/o mezcla de agua-glicol y/o agua con otros aditivos y/o un petróleo fluido) y/o un refrigerante (por ejemplo, entre otros, butano y/o propano y/o amoniaco y/o R-12 y/o R-22 y/o R-134a) y/o un gas (por ejemplo, entre otros, aire).

Al menos un banco del almacén de energía térmica puede usarse como almacén térmico para al menos un servicio de calefacción y/o enfriamiento y/o combinado.

Al menos un banco del almacén de energía térmica puede usarse como un almacén térmico para al menos un servicio que puede usarse al menos parte del tiempo para calefacción y el mismo servicio puede usarse al menos parte del tiempo para enfriamiento.

Puede aumentarse considerablemente el tamaño de al menos un banco para que actúe como depósito de energía térmica a granel para al menos un servicio.

El al menos un servicio puede ser la calefacción y/o enfriamiento de espacios suministrados a través de (por ejemplo, entre otros) paredes radiantes y/o calefacción por suelo radiante y/o techos radiantes y/o vigas refrigeradas y/o radiadores y/o radiadores de gran tamaño y/o radiadores ventiloconvectores y/o sistemas de tratamiento de aire.

Al menos un banco y/o al menos una sub-parte de al menos un banco del almacén de energía térmica puede ubicarse físicamente junto con y/o cerca al punto de suministro del servicio para el cual es un depósito de energía térmica y se selecciona para tener un intervalo de temperatura de funcionamiento habitual y/o intervalos adecuados para impulsar directamente dicho servicio (por ejemplo, entre otros, uno o más bancos distribuidos en uno o más grifos donde se extrae agua caliente en un sistema de agua caliente sanitaria y/o uno o más radiadores y/o áreas de calefacción de pared y/o techo radiante y/o por suelo radiante que comprenden partes de uno o más bancos directamente en intercambio radiativo y/o conductivo y/o convectivo con el uno o más entornos y/o cuerpos a calentarse/ enfriarse).

El sistema puede usarse dentro de maquinaria y/o aplicaciones industriales y/o comerciales y/o domésticas, por ejemplo, entre otros, un lavavajillas, lavadora, etc.; una máquina de bebidas calientes que también suministra agua helada y/o bebidas frías; una máquina expendedora de alimentos y/o bebidas calientes/frías; un sistema que incorpora vasos reusables y recargables calentados/enfriados que pueden incorporar material de cambio de fase en su funcionamiento.

Al menos un banco y/o todo el almacén de energía térmica puede usarse como batería de calor/frío.

Al menos una fuente de energía térmica puede ser una fuente de calor y/o frío ambiental y/o natural y/o de desecho.

Al menos una fuente de energía térmica puede ser variable en temperatura y/o energía térmica disponible a lo largo del tiempo.

Al menos una fuente/sumidero de energía térmica puede ser al menos un colector solar térmico (en donde el al menos un colector solar térmico puede usarse en diferentes momentos para recolectar calor solar y/o rechazar calor al entorno), por ejemplo, que incluye entre otros, colectores solares de placa plana mediante el uso de un lazo bombeado de solución de etilenglicol en agua como fluido de transferencia de energía térmica y/o colectores solares de tubo de vacío mediante el uso de tuberías de calor como conexión de transferencia de energía térmica y/o tejas y/o calentadores solares de aire dedicados mediante el uso de aire como fluido de transferencia de energía térmica y/o paneles fotovoltaicos y/o paneles fotovoltaicos solares térmicos híbridos mediante el uso de tuberías de calor y/o conducción directa y/o aire y/o un lazo bombeado de solución de etilenglicol en agua como fluido de transferencia de energía térmica, todos calentados por el sol y/o enfriados por la radiación nocturna y/o convección y/o conducción.

Al menos una fuente/sumidero de energía térmica puede ser al menos una fuente de tierra (en donde la al menos una fuente de tierra puede usarse en diferentes momentos para recolectar calor de la tierra y/o rechazar calor a la tierra).

Al menos una fuente/sumidero de energía térmica puede ser al menos una fuente de aire (en donde al menos una fuente de aire puede usarse en diferentes momentos para recolectar el calor del aire y/o rechazar el calor al aire).

Al menos una fuente de energía térmica puede ser al menos un sistema de combustión (por ejemplo, entre otros, una estufa de leña y/o un quemador de gas natural y/o un quemador de petróleo).

Al menos una fuente de energía térmica puede ser al menos un calentador eléctrico (por ejemplo, entre otros un calentador de agua eléctrico, calentando el agua como un fluido de transferencia de energía térmica y/o un elemento de resistencia en contacto térmico directo con el material de almacenamiento de energía térmica en un banco).

Al menos una fuente de energía térmica puede ser el calor de desecho (que de cualquier otra manera se disiparía y/o ventilaría a través de, por ejemplo, entre otros, un ventilo convector a un primer entorno) de al menos un aire acondicionado y/o sistema de enfriamiento y/o bomba de calor externa al almacén de energía térmica (en donde el propósito principal es enfriar un segundo entorno).

Al menos una fuente de energía térmica puede ser el calor de desecho (que de cualquier otra manera se disiparía y/o ventilaría a través de, por ejemplo, entre otros, un ventilo convector y/o una torre de enfriamiento a un primer entorno y/o en un río y/o el mar) de al menos un sistema externo que es un sistema de calefacción y/o proceso industrial y/o sistema de generación de electricidad térmica y/o máquina (por ejemplo, entre otros, un motor de combustión interna y/o un motor de reacción) y/o cualquier otro sistema de conversión de energía que sea menos del 100 % eficiente y en donde parte de la ineficiencia se manifieste como calor de desecho.

Al menos una fuente de energía térmica puede ser el calor de desecho (que de cualquier otra manera necesitaría gestionarse y/o disiparse y/o ventilarse a través de, por ejemplo, entre otros, un ventilo convector y/o una torre de enfriamiento y/o un sistema de enfriamiento activo y/o un disipador de calor a un primer entorno) de al menos un conjunto electrónico y/u otra máquina que genera calor de desecho en su funcionamiento, que incluye, pero sin limitarse a, procesadores de ordenador y/o microprocesadores y/o amplificadores y/o baterías y/o equipos de iluminación y/o iluminación LED y/o un motor eléctrico y/o un motor de combustión interna y/o células solares fotovoltaicas, en donde el calor de desecho no se gestiona y/o disipa simplemente y/o ventila por estos medios, pero también se usa como un medio para que un banco o almacén de energía térmica o sistema de energía térmica obtenga energía térmica útil.

Al menos una pieza de equipo que genera calor de desecho puede completa y/o parcialmente incrustarse directamente dentro de uno o más bancos y/o directamente en contacto térmico con uno o más bancos.

La al menos una pieza de equipo que genera calor de desecho puede ser al menos una batería química, por ejemplo, entre otros, una configuración de células de batería de iones de litio, en donde el material de almacenamiento de energía térmica de un banco y/o sub-banco dentro de los cuales las baterías se incrustan y/o en contacto térmico se eligen para mejorar la posibilidad en funcionamiento y/o almacenamiento de las baterías que permanecen dentro de un intervalo de temperatura de funcionamiento preferido, mejorando de esta manera una o más de la seguridad y/o efectividad y/o eficiencia de la una o más baterías.

Al menos una fuente de energía térmica puede ser la energía térmica de desecho incorporada en los fluidos de desecho, por ejemplo, entre otros, aire de escape y/o agua de desecho (que de cualquier otra manera se disiparía y/o ventilaría a través de, por ejemplo, entre otros, conductos de aire de escape y/o tuberías de desecho, desde un primer entorno a un segundo entorno) que incluye, pero sin limitarse a, agua de desecho de baños domésticos y/o aire de ventilación extraído de un edificio a una temperatura por encima y/o más abajo que la de un segundo entorno y/o agua de lluvia recolectada en un techo y ventilada a una alcantarilla.

Una alta velocidad de energía térmica de desecho puede absorberse durante un período corto en el material de almacenamiento de energía térmica de uno o más bancos del almacén de energía térmica, y más tarde y/o al mismo tiempo, en un lugar diferente, por ejemplo, entre otros, la velocidad más baja de energía térmica absorbida puede transferirse a otros bancos del mismo almacén de energía térmica y/o fuentes/sumideros externas(o) al mismo.

Puede necesitarse un sistema de enfriamiento activo de menor capacidad, por ejemplo, entre otros una bomba de calor, porque las cargas de enfriamiento máximas para la energía térmica de desecho se reducen por el almacenamiento temporal en el material de almacenamiento de energía térmica de uno o más bancos del almacén de energía térmica.

La eliminación de y/o reducción en tamaño y/o capacidad de ventiladores y/o bombas y/o bombas de calor puede resultar en un sistema de enfriamiento que sea significativamente más silencioso y/o produzca menos vibraciones y/o use menos energía.

Al menos una fuente de energía térmica puede ser al menos una conexión a al menos un sistema de calefacción urbana.

Al menos una fuente de energía térmica puede ser al menos una habitación y/u otro entorno interno, en donde el calor de desecho se acumula como resultado de, por ejemplo, entre otros, la ocupación por metabolismo de personas y/o animales, y/o el uso de equipo que genera calor de desecho y/o ganancia solar como resultado de la energía solar que pasa a través de ventanas y/u otras aberturas abiertas al ingreso de radiación visible y/o ultravioleta y/o infrarroja y que se absorbe por una o más superficies internas de la habitación con un aumento resultante de la energía térmica y/o temperatura y/o re radiadas como infrarrojos de longitud de onda más larga y/u otra radiación térmica y/o calentando el aire en la habitación. La al menos una fuente de energía térmica que es al menos una habitación y/u otro entorno, en donde se acumula el calor de desecho, puede conectarse al almacén de energía térmica por al menos una conexión de transferencia de energía térmica que comprende todo y/o parte de un sistema diseñado para extraer energía térmica de desecho de al menos una habitación y/u otro entorno, que comprende, por ejemplo, entre otros, un sistema de aire acondicionado y/o enfriamiento de confort y/o enfriamiento radiante y/o diseñado para alternar entre la extracción de energía térmica de desecho en algunos momentos y suministrar el calor deseado en otros, presente en una o más habitaciones y/u otro entorno.

Al menos un sumidero de energía térmica puede ser una habitación y/o entorno que requiera calentarse y/o enfriarse.

La conexión de transferencia de energía térmica entre la totalidad y/o al menos un banco del almacén de energía térmica y una habitación y/o entorno que requiere calentarse y/o enfriarse, puede comprender al menos uno de, por ejemplo, entre otros, un circuito y/o red de tuberías y/o conductos que llevan fluido de transferencia térmica como etilenglicol y/o R134a y/o aire, y/o tuberías de calor y/o conducción directa y/o transferencia radiativa, transfiriendo energía térmica a al menos una de las paredes radiantes y/o calefacción por suelo radiante y/o techos radiantes y/o vigas refrigeradas y/o radiadores y/o radiadores de gran tamaño y/o radiadores ventiloconvectores y/o sistemas de tratamiento de aire.

La habitación y/o el entorno pueden constituir un lugar en donde los artículos perecederos, por ejemplo, entre otros alimentos y/o especímenes biológicos y/o anteriormente seres vivos, se mantienen para retrasar los procesos de descomposición y/o promover la frescura, por ejemplo, entre otros, una habitación de despensa y/o una nevera y/o un congelador y/o un refrigerador doméstico y/o comercial y/o industrial y/o un vehículo y/o un contenedor y/o un almacenamiento criogénico y/o la morgue.

Uno o más bancos de un almacenamiento de energía térmica pueden conectarse a una fuente/sumidero de energía térmica que comprende un equipo que usa energía térmica para controlar la humedad del aire, por ejemplo, entre otros, mediante el uso de la remoción de energía térmica para enfriar el aire húmedo más abajo de su punto de rocío y, de esta manera, hacer que el vapor de agua se condense y, de esta manera, reducir la humedad del aire, y/o luego agregar energía térmica para recalentar el aire ahora seco a una temperatura de comodidad para el usuario, y/o agregar energía térmica al agua para evaporar parte del agua y de esta manera agregar humedad al aire.

Pueden usarse uno o más bancos de un almacén de energía térmica para almacenar el calor de desecho y/o excedente de un sistema de enfriamiento durante el día (y/o cualquier otro período de carga máxima de calor) para que el calor pueda descargarse en un momento posterior cuando las condiciones lo permitan con un menor uso de bombeo adicional y/o energía de bombeo de calor, por ejemplo, entre otros, durante la noche cuando la temperatura del aire es más fría y/o un panel solar puede radiar calor al cielo nocturno.

Pueden usarse uno o más bancos de un almacén de energía térmica para almacenar el calor de desecho y/o excedente de un sistema de enfriamiento durante el día (y/o cualquier otro período de carga máxima de calor) para que el calor pueda descargarse en un momento posterior seleccionado de manera que cualquier energía adicional requerida de bombeo y/o de bombeo de calor tendrá un costo más bajo y/o estará más disponible, por ejemplo, entre otros, cuando una tarifa nocturna de costos más bajos de una compañía eléctrica está en vigor y/o cuando el viento sopla sobre una turbina eólica para generar energía eléctrica y/o mecánica.

Cualquier bombeo de calor y/o bombeo de energía térmica entre bancos y/o hacia/desde bancos y sumideros/fuentes de energía térmica puede ser, al menos en algunos casos y/o al menos en algunas ocasiones, hecho para que ocurra en un momento seleccionado de manera que cualquier bombeo adicional requerido y/o bombeo de calor y/o energía de calefacción y/o enfriamiento tendrá un costo más bajo y/o estará más disponible, por ejemplo, entre otros, cuando una tarifa nocturna de costos más bajos de una compañía eléctrica está en vigor y/o cuando el viento sopla sobre una turbina eólica y/o el sol brilla sobre un panel fotovoltaico para generar energía eléctrica y/o mecánica.

Cualquier bombeo de calor y/o bombeo de energía térmica entre bancos y/o hacia/desde bancos y sumideros/fuentes de energía térmica puede ser, al menos en algunos casos y/o en al menos algunas ocasiones, seleccionado para que ocurra cuando las temperaturas de los bancos y/o los sumideros/fuentes de energía térmica son tales que hacen que la diferencia de temperatura entre la fuente y el destino de cada transferencia de energía térmica sea óptima y/o preferible y/o mejor que en otros momentos (ya sea sobre la base del registro histórico y/o rendimiento futuro previsto), para reducir el uso de bombeo adicional y/o bombeo de calor y/o energía de calefacción y/o enfriamiento.

La transición de fase usada para el almacenamiento de energía térmica puede ser una o más de las siguientes:

la fusión de un sólido para volverse líquido y/o congelación del mismo líquido para convertirse un sólido, con absorción y/o liberación de energía térmica, ya sea que dicha fusión y congelación se produzcan a la misma temperatura o a diferentes temperaturas (por ejemplo, fusión de cera; fusión de metales, fusión de metales de aleaciones eutécticas especialmente seleccionadas; fusión de sales; fusión de sales a líquidos iónicos a baja temperatura); y/o

el cambio de estado de hidratación de una sal y/o hidrato de sal, con absorción y/o liberación de energía térmica; y/o el cambio de la estructura cristalina de un material de una conformación a otra, con absorción y/o liberación de energía térmica; (por ejemplo, Na2SO4 cambiando de estructura rómbica a cristalina cúbica); y/o

la adsorción y/o absorción y/o desorción y/o evaporación y/o condensación de vapor de agua y/u otros gases y/o líquidos desde y/o sobre superficies y/o desde y/o dentro de la estructura de materiales, con absorción y/o liberación de energía térmica (por ejemplo, gel de sílice/vapor de agua) y/o;

cualquier otro cambio de estado físico y/o químico de un material y/o sistema de materiales que absorbe y/o libera energía térmica en donde dicho cambio es reversible sin pérdida sustancial de la capacidad de absorción y/o almacenamiento y/o liberación de energía en al menos más de un ciclo reversible.

La transición de fase puede absorber y/o liberar sustancialmente más energía a dichas una o más temperaturas o uno o más subintervalos de temperaturas de lo que sería el caso teniendo en cuenta únicamente la energía térmica absorbida y/o liberada como calor específico en las dichas una o más temperaturas o uno o más subintervalos de temperaturas.

Uno o más materiales de almacenamiento de energía térmica pueden combinarse con uno o más aditivos para promover propiedades convenientes y/o suprimir propiedades inconvenientes y/o modificar de cualquier otra manera la transición de fase en donde el efecto de los aditivos es, por ejemplo, entre otros, uno o más de:

la modificación de la temperatura y/o intervalo y/o intervalos de temperaturas a las que ocurre la transición de fase; y/o la promoción de la nucleación cuando se congelan las sales y/o metales y/o agua y/o cualquier otro líquido; y/o la promoción de la nucleación de hidratos de sal convenientes y/o la supresión de la nucleación de hidratos de sal inconvenientes; y/o

controlar selectivamente cuándo comienza la nucleación y/o congelación y/o cristalización y/o cualquier otra transición de fase de liberación de energía; y/o

controlar la velocidad de nucleación y/o congelación y/o cristalización y/o cualquier otra transición de fase de liberación de energía y la velocidad relacionada de liberación de energía térmica; y/o

promover la repetibilidad de los ciclos de absorción de energía térmica seguidos de transiciones de fase de liberación de energía térmica; y/o

promover un aumento en el número de ciclos de absorción de energía térmica seguido de transiciones de fase de liberación de energía térmica en la vida útil de los materiales de almacenamiento de energía térmica; y/o promover un aumento en el tiempo de funcionamiento útil y/o el tiempo de caducidad antes de la operación de los materiales de almacenamiento de energía térmica; y/o

mejorar la conductividad térmica de los materiales de almacenamiento de energía térmica; y/o

cualquier otra modificación conveniente de las propiedades de transición de fase de uno o más materiales de almacenamiento de energía térmica.

Pueden elegirse uno o más materiales de almacenamiento de energía térmica y/o aditivos para mejorar y/u optimizar una compensación entre su costo y/o seguridad y/o densidad física y/o temperatura de transición de fase y/o la energía absorbida y/o liberada durante la transición de fase y/o las características de la transición de fase y/o la minimización del cambio de volumen de un lado al otro de la transición de fase y/o la estrechez de su intervalo de temperatura de transición de fase y/o de manera similar y/o la diferencia de sus temperaturas de transición de fase cuando absorbe y/o libera energía y/o la repetibilidad de liberar y/o absorber energía térmica y/o la pérdida de energía asociada con la absorción y subsecuentemente liberación de energía térmica y/o la conductividad térmica y/o la compatibilidad de materiales y/u otras propiedades físicas de acuerdo con los criterios establecidos por el diseñador del sistema de almacenamiento de energía térmica y/o el usuario y/o el comprador y/o los criterios legales y/o los criterios de seguridad y/o cualquier otro criterio de diseño y/o uso y/o beneficio.

En el caso de fallo de la red eléctrica principal, el sistema de la presente invención puede ser autoalimentado para al menos algunas de sus funciones permitiendo transferencias de calor de bancos más calientes a más fríos a través de, por ejemplo, entre otros, un pistón de vapor y/o un motor Stirling y/o un motor de ciclo Rankine y/o una turbina de vapor, ya sea por sí sola y/o unida a un alternador eléctrico y/o dinamo, y/o un dispositivo termoeléctrico y/o termoiónico usado como un generador eléctrico.

El sistema de la presente invención también puede compensar dinámicamente el cambio en las propiedades de los materiales de almacenamiento de energía térmica (por ejemplo, temperatura de fusión; agudeza de la temperatura de fusión) a lo largo del tiempo.

El sistema de la presente invención también puede ser tanto para calefacción como para enfriamiento y en donde al menos un banco puede actuar como fuente de energía térmica para aumentar la temperatura de uno o más sumideros de energía térmica y simultáneamente y/o en un momento diferente puede actuar como un sumidero de energía térmica para reducir la temperatura de una o más fuentes de energía térmica. El almacén térmico de la presente invención puede comprender además dos bancos, entonces no hay aparato de bombeo de calor en la conexión de transferencia de energía térmica entre ellos.

Mediante el uso de la presente invención también se permite el calentamiento de agua pasando a través de varios bancos a temperaturas de transición de fase ascendente. Esto permite usar el calor de grado mixto para el calentamiento de agua.

El almacenamiento de energía térmica como se describió en la presente solicitud puede referirse a una serie de tecnologías que almacenan energía en un depósito térmico para su posterior reutilización. Las tecnologías descritas pueden emplearse para equilibrar la demanda de energía entre el día y la noche. El depósito térmico puede mantenerse a una temperatura por encima (más caliente) o más abajo (más fría) que la del entorno ambiental.

Se proporciona un método para calentar y/o enfriar un entorno, dicho método comprende:

proporcionar una fuente de calor; y

proporcionar una serie de bancos que contienen material de almacenamiento de calor;

en donde el material de almacenamiento de calor de la serie de bancos es capaz de almacenar y/o liberar energía a diferentes temperaturas.

De acuerdo con un cuarto aspecto de la presente invención, se proporciona un método para calentar y/o enfriar un entorno, dicho método comprende:

proporcionar un almacén de energía térmica capaz de aceptar y/o almacenar y/o liberar energía térmica en un intervalo de una o más temperaturas hacia/desde al menos una fuente de energía térmica y/o sumidero, dicho almacén de energía térmica que comprende:

proporcionar una configuración de uno o más bancos de almacenamiento de energía térmica, cada uno de dichos bancos de almacenamiento de energía térmica que tiene un intervalo de temperatura de funcionamiento habitual;

proporcionar al menos uno o más de los bancos de almacenamiento de energía térmica capaces de contener una cantidad y tipo apropiado de material de almacenamiento de energía térmica que comprende un solo material o una mezcla de materiales;

en donde dicho material de almacenamiento de energía térmica en al menos un banco contiene al menos algunos de uno o más tipos de material de almacenamiento de energía térmica que experimenta al menos una transición de fase de absorción y/o liberación de energía a una o más temperaturas o uno o más subintervalos de temperaturas dentro del intervalo de temperatura de funcionamiento habitual de cada banco; y

en donde cada transición de fase se asocia con un cambio en las propiedades físicas y/o químicas de dicho material de almacenamiento de energía térmica.

Breve descripción de las figuras

A continuación, se describirán las modalidades de la presente invención solamente a manera de ejemplo, con referencia a las figuras adjuntas, en las que:

La Figura 1 es una representación esquemática de un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una primera modalidad de la presente invención;

La Figura 2 es una representación esquemática de un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención que comprende un almacén de calor de material de cambio de fase multibanco anidado;

La Figura 3 es una representación esquemática de un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención de un almacén de calor de material de cambio de fase multi-banco anidado usado para la calefacción por suelo radiante, así como también para el calentamiento de agua;

La Figura 4 se refiere a una sola bomba de calor conectada directamente entre dos almacenes PCM, uno destinado a almacenar y proporcionar calor para calefacción y agua caliente y uno destinado a almacenar y proporcionar frío para enfriar de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención;

La Figura 5 es un almacén reconfigurado que tiene dos centros (uno frío, uno caliente) y un banco más exterior a o próxima a la temperatura ambiente de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención;

La Figura 6 se refiere a una única bomba de calor de tiempo compartido con conectividad de muchos a muchos (es decir, múltiple) de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención;

La Figura 7 se refiere a una bomba de calor que realiza una función doble y dos buses de transferencia de calor de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención;

La Figura 8 se refiere a tirar del calor de una fuente ambiental mediante el uso de una bomba de calor y bombas de calor de menor capacidad interpuestas entre cada banco de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención; La Figura 9 se refiere a un almacén de calor y frío PCM multi-banco para la calefacción doméstica, agua caliente y aire acondicionado a partir de fuentes de calor ambientales mediante el uso de una bomba de calor compartida de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención;

Las Figuras 10 y 11 se refieren a un sistema de calefacción central basado en radiadores de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención.

Descripción detallada

La Figura 1 es una representación de un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con la presente invención designado generalmente 100. El sistema de calefacción/enfriamiento comprende una serie y/o una colección de bancos 102a, 102b, 102c, 102d, 102e, 102f, 102g y 102h que se usan para recolectar y almacenar energía térmica de, por ejemplo, un panel solartérmico (no mostrado) y, por ejemplo, luego suministrar la energía térmica para calentar el agua fría. Aunque la Figura 1 muestra ocho bancos, la invención se destina a cubrir cualquier número adecuado de bancos. Cada uno de los bancos 102a, 102b, 102c, 102d, 102e, 102f, 102g, 102h contiene un material de cambio de fase diferente que, por lo tanto, tiene un punto de fusión diferente para almacenar calor. Como se muestra en la Figura 1, hay aislamiento 104 alrededor de los bancos 102a, 102b, 102c, 102d, 102e, 102f, 102g, 102h. El banco 102a está a una temperatura de aproximadamente 15 °C debido a que contiene un material de cambio de fase adecuado con una temperatura de transición de fase de 15 °C. De manera similar, el banco 102b está a una temperatura de aproximadamente 20 °C, el banco 102c está a una temperatura de aproximadamente 25 °C, el banco 102d está a una temperatura de aproximadamente 30 °C, el banco 102e está a una temperatura de aproximadamente 35 °C, el banco 102f está a una temperatura de aproximadamente 40 °C, el banco 102g está a una temperatura de aproximadamente 45 °C, el banco 102h está a una temperatura de aproximadamente 50 °C. Aunque la Figura 1 muestra temperaturas específicas, la presente invención pretende cubrir cualquier selección de temperaturas. Como se muestra en la Figura 1, cada uno de los bancos del sistema de almacenamiento de energía 100 contiene intercambiadores de calor 109a, 109b, 109c, 109d, 109e, 109f, 109g, 109h. Se inserta agua fría desde una entrada 106 en el intercambiador de calor 109a y pasa a través de los intercambiadores de calor 109b, 109c, 109d, 109e, 109f, 109g y 109h. El agua caliente puede salir por la salida 108 a aproximadamente 45 °C. El calor de, por ejemplo, un panel solar térmico (no mostrado) y/o del entorno u otras fuentes de calor puede alimentarse desde cualquiera de los puntos de alimentación 110 mediante el uso de medios intercambiadores de calor (no mostrados).

En la Figura 1, el medio de almacenamiento de calor en cada uno de los bancos 102a, 102b, 102c, 102d, 102e, 102f, 102g, 102h podría ser agua (o algún otro medio de almacenamiento de calor), pero preferentemente el medio de almacenamiento de calor es un material de cambio de fase adecuado (PCM) Un PCM se usa por varias razones:

• La densidad de energía del almacén de calor PCM (kWh almacenados por litro) será mucho mayor que la del agua; • Pueden almacenarse (fusionar) o extraerse (congelar el PCM) grandes cantidades de energía dentro de límites de temperatura muy estrechos alrededor del punto de fusión - de esta manera cada banco puede representar genuinamente una temperatura específica en una escalera de calefacción;

• No hay razón para pegarse a las formas cilíndricas típicas de los tanques de agua: el almacén puede ser un cuboide o cualquier forma conveniente a la aplicación, lo que significa más ventajas de densidad.

Mientras sobre todo el ciclo de almacenamiento los diferentes bancos del almacén de calor PCM multi-banco se mantengan en equilibrio (es decir, se agrega tanto calor a un banco dado como se extrae del mismo banco a través del calentamiento de agua y pérdidas casuales), puede en cualquier momento dado, aceptar el calor de cualquier fuente de calor ambiental a cualquier temperatura de más de 15 °C a más de 50 °C (para el ejemplo en la Figura 1) y dirigirlo al banco apropiado. Por ejemplo, cuando un panel solar se calienta en la mañana y alcanza los 20 °C, ya puede comenzar a cargar el calor en el banco de 15 °C de material PCM. Al mediodía, a plena luz del sol, cuando la temperatura de estancamiento del panel solar podría ser de más de 100 °C, el sistema de control del almacén térmico puede elegir un régimen de flujo de fluido de transferencia de calor adecuado y un banco en el que cargar el calor, por ejemplo:

• Un régimen de flujo bajo para tomar el calor del panel solar a 60 °C para cargar en el banco de 50 °C; o

• Un régimen de flujo más alto para tomar el calor a 40 °C para cargar en el banco de 35 °C.

Se debe señalar también que el fluido de transferencia de calor que comenzó en el panel solar a, digamos, 60 °C, después de salir del intercambiador de calor en el banco de 50 °C, todavía está a o por encima de 50 °C. Esto puede dirigirse ahora para cargar el calor en el banco de 45 °C, y así sucesivamente hasta el banco más frío. De esta manera, puede hacerse que el fluido de transferencia de calor regrese al panel solar a unos 15 °C en este ejemplo para calentarse de nuevo. De modo que casi todo el calor útil recogido por el panel solar puede extraerse y almacenarse. Además, el propio panel térmico solar funcionará de manera más eficiente, con menores pérdidas térmicas, debido a la baja temperatura del fluido de transferencia de calor que ingresa en él.

Una modalidad preferida adicional es anidar los bancos de PCM entre sí como muñecas rusas. Tal sistema de almacenamiento de energía 200 se muestra en la Figura 2 que tiene los bancos 202a, 202b, 202c, 202d, 202e, 202f, 202g, 202h anidados. El banco 202a está a una temperatura de aproximadamente 15 °C, el banco 202b está a una temperatura de aproximadamente 20 °C, el banco 202c está a una temperatura de aproximadamente 25 °C, el banco 202d está a una temperatura de aproximadamente 30 °C, el banco 202e está a una temperatura de aproximadamente 35 °C, el banco 202f está a una temperatura de aproximadamente 40 °C, el banco 202g está a una temperatura de aproximadamente 45 °C, el banco 202h está a una temperatura de aproximadamente 50 °C. (Por motivos de claridad, se ha omitido el aislamiento de la Figura 2).

El banco 202h más interior sería el más caliente, y el banco 202a más exterior sería el más frío. Por supuesto, todavía se mantendría algún aislamiento entre cada capa. En este caso, la pérdida de calor de cada banco sería proporcional al mucho menor AT entre cada banco y su vecino exterior.

Por el contrario, la modalidad de la Figura 1 aísla por separado cada banco del entorno local. Si el aislamiento es de tipo y grosor idéntico alrededor de cada banco, entonces los bancos de temperatura más alta perderán más calor a su alrededor que los de temperatura más baja, porque la pérdida de calor es proporcional al AT entre el banco y sus alrededores.

Para un almacén PCM multi-banco dentro de una casa, con una temperatura ambiente de 20 °C:

La modalidad de la Figura 1, o un tanque de agua caliente normal, con el tiempo pierde energía al entorno local. El almacén de calor PCM multi-banco anidado de la Figura 2 puede, por la elección adecuada de la temperatura del banco más exterior para que sea igual o más baja a la temperatura del entorno local, hacerse virtualmente neutral. Por ejemplo, en la Figura 2, si el ambiente local está en 20° C, la capa de 15 °C más exterior del almacén térmico absorberá lentamente el calor del entorno local.

Esto significa que el sistema de almacenamiento de energía 200 almacenará el calor introducido en él mucho mejor que el sistema de almacenamiento de energía 100 (aunque con el tiempo el grado de calor que contiene se reducirá a medida que el calor fluye desde el núcleo de alta temperatura hacia los bancos de temperatura más bajos a su alrededor). También será fresco al tacto, haciendo posible integrarlo en lugares donde no se querría poner un tanque de agua caliente.

Se debe señalar que todo lo descrito hasta ahora también puede aplicarse a la inversa para aplicaciones frías, con una capa más fría como el banco más interior, muy por debajo de la temperatura ambiental, y capas cada vez más caliente a su alrededor, siendo la capa más exterior la más caliente a una temperatura cercana a la ambiental.

Ahora nos referimos a la Figura 3 que se refiere a un sistema de almacenamiento de energía 300. Hay bancos 302a, 302b, 302c, 302d, 302e, 302f. El banco 302c es preferentemente el banco más grande ya que se conecta a un sistema de calefacción por suelo radiante 310 que tiene aislamiento 312 alrededor de sus tuberías donde pasan a través de otros bancos 302a y 302b en el sistema de almacenamiento de energía 300. El sistema de almacenamiento de energía 300 contiene una entrada 304 para la cañería de agua fría y los intercambiadores de calor 306 en cada uno de los bancos 302a, 302b, 302c, 302d, 302e, 302f. También hay una salida 308 para agua caliente que también se beneficia del aislamiento 312 cuando pasa a través de los bancos 302e, 302d, 302c, 302b y 302a.

Ahora nos referimos a la Figura 4, que es un sistema de almacenamiento de energía 400 adicional de acuerdo con la presente invención. Hay un almacén de calor (MBPCM) de material de cambio de fase multi-banco generalmente designado 410. Hay una serie de bancos 402a, 402b, 402c, 402d, 402e, 402f conectados con los intercambiadores de calor 404. También hay una entrada de agua fría 406 y una salida de agua caliente 408. El sistema de almacenamiento de energía 400 también tiene un lazo de calefacción 410 y un lazo de calefacción/enfriamiento 412. También hay un almacén de frío (MBPCM) de material de cambio de fase multi-banco generalmente designado 420 que contiene los bancos 422a, 422b, 422c, 422d. Puede usarse una bomba de calor 424 para extraer calor de los bancos seleccionados (cualquiera de 422a, 422b, 422c, 422d) del almacén de frío 420 y cargarlo a temperaturas más altas en los bancos seleccionados (cualquiera de 402a, 402b, 402c, 402d, 402e, 402f) del almacén de calor 410 (por motivos de claridad, se han omitido los intercambiadores de calor hacia y desde la bomba de calor 424). Al salir del almacén de frío 420 hay un lazo de enfriamiento 426 que se conecta a un ventilo convector 428 que puede soplar aire frío y/o puede conectarse en momentos cuando no se requiere calefacción para el lazo de suelo radiante 412 para suministrar enfriamiento confortable.

Para generar frío para el aire acondicionado, el calor puede eliminarse de un banco del almacén de frío PCM mediante el uso de una bomba de calor y concentrarse a una adecuada temperatura más alta. Este calor de temperatura más alta podría liberarse al entorno; sin embargo, una alternativa es agregarlo a un banco de un almacén de calor PCM que necesite calor adicional.

La trayectoria resaltada en la Figura 4 muestra el calor que se elimina del banco 422b a 10 °C del almacén de frío 420 a través de la bomba de calor 424 y que entra en el banco 402c a 35 °C del almacén de calor. El beneficio es alto ya que este uso único de una bomba de calor es tanto agregar calor al almacén de calor 410 para su uso posterior (por ejemplo, para agua caliente, calefacción de habitaciones) como simultáneamente (y con la misma energía para impulsar la bomba de calor) retirar el calor del almacén de frío 420, agregándole de esta manera frío para su uso posterior (por ejemplo, para aire acondicionado).

No está claro que realmente sea necesario que haya dos almacenes distintos (uno para el calor y otro para el frío) como los intervalos de solapamiento de temperatura útil. Por lo tanto, la Figura 5 muestra un sistema de almacenamiento de energía 500 adicional con un almacén de frío 510 y un almacén de calor 512 conectados, teniendo dos centros, uno caliente y otro frío y un banco más exterior a temperatura ambiente o cercana a ella (asumiendo que se alojará dentro de la cubierta térmica de un edificio).

En la Figura 6, se muestra un almacén de calor y frío 600 compartido similar que tiene una sola bomba de calor de tiempo compartido con conectividad de muchos a muchos, conectada en su lado de entrada a todos excepto al banco más caliente (la conexión es multiplexada, es decir, puede hacerse una elección de a qué fuente fría recurrir) y en su lado de salida conectado por una conexión multiplexada a todos excepto al banco más frío.

La mayoría de las implementaciones prácticas de los Almacenes de Calor/Frío PCM Multi-Banco necesitarán reequilibrar la cantidad de calor almacenado entre los bancos. A veces, esto será posible simplemente controlando el flujo de calor de las fuentes ambientales a cada banco; sin embargo, es probable que esto no siempre sea posible.

Además, a menudo se requieren algunos bancos de PCM, por ejemplo, para el aire acondicionado, por debajo de la temperatura ambiental o por debajo de la temperatura ambiente. Puede no estar disponible una fuente ambiental convenientemente fría.

Un almacén de calor PCM multi-banco puede configurarse con una o más bombas de calor. Estas pueden conectarse por intercambiadores de calor, válvulas, etc. de tal manera que la(s) bomba(s) de calor puedan bombear calor desde cualquier banco hacia cualquier banco más caliente.

Muchas implementaciones prácticas de sistemas de calefacción y enfriamiento mediante el uso de almacenes de calor de cambio de fase multi-banco probablemente incluirán una o más bombas de calor para proporcionar una forma garantizada de elevar el calor de más frío a más caliente.

Una bomba de calor puede multiplexarse en el tiempo para realizar una doble función tanto como bomba de calor de banco a banco como también como una bomba de calor externa, ya que, en la práctica, habrá ocasiones en las que tenga sentido transferir calor directamente de los bancos más fríos a los más calientes de un almacén térmico, y otros cuando tenga sentido eliminar calor o extraer calor del entorno circundante. Con una configuración adecuada de tuberías y válvulas, es posible permitir todas estas posibilidades. En ese caso, los algoritmos de control pueden agregar esta transferencia directa a su repertorio y optimizarla para esto también, eligiéndola dinámicamente de esta manera cuando sea apropiado. Esto se muestra en la Figura 7 donde el sistema de almacenamiento de energía 700 tiene una bomba de calor 706 que realiza esta doble función. Hay una fuente de calor ambiental 708. (Por motivos de claridad, se han omitido el aislamiento y algunas de las válvulas).

En lugar de compartir tiempo o multiplexar una bomba de calor, una alternativa es interponer una bomba de calor de menor capacidad entre cada banco. Esto se ilustra en el sistema de almacenamiento de energía 800 mostrado en la Figura 8 que tiene una serie de bancos 802a, 802b, 802c, 802d, 802e, 802f, 802g, 802h, 802i, 802j entre los que se interponen bombas de calor 804. (Para mayor claridad en las tuberías, se omiten los intercambiadores de calor que conectan las bombas de calor 804 a los bancos y el aislamiento). También hay una bomba de calor externa 806 que permite extraer el calor de una fuente ambiental.

En la Figura 9 se muestra una aplicación de un almacén de calor & frío para la calefacción doméstica, agua caliente y aire acondicionado de fuentes de calor ambientales mediante el uso de una bomba de calor compartida. Un sistema de almacenamiento de energía 900 comprende una serie de bancos donde puede usarse el agua caliente u otros fluidos de transferencia de calor para una variedad de propósitos. La entrada 902 se usa como un retorno de calefacción; la salida 904 se usa para calefacción por suelo radiante; la salida 906 se usa para el flujo del radiador ventiloconvector; la salida 908 se usa para el flujo del radiador; la entrada 912 se usa para las cañerías frías; la salida 910 se usa para agua caliente; la entrada 916 se usa para el retorno del aire acondicionado y la salida 914 se usa para el flujo del aire acondicionado. La entrada 918 es una fuente de calor ambiental. La bomba de calor 920 puede usarse como una bomba de calor o se puede pasar por alto si el agua calentada ambiental o solar de un panel solar 922 está a una suficientemente alta temperatura. (El aislamiento se ha omitido para mayor claridad y las válvulas de multiplexación se omitieron para mayor claridad. En el lado izquierdo de la Figura 9 solo se muestran los flujos y los retornos se omiten para mayor claridad. Además, se omiten las trayectorias para enfriamiento a través de la radiación nocturna del panel solar para mayor claridad).

Considere el caso donde el calor ambiental se carga en un Almacén de Calor/Frío MBCPM mediante el uso de una Bomba de Calor Externa para elevar la temperatura a la que se transfiere el calor de la fuente ambiental al Almacén de Calor por encima de la temperatura del banco más frío del Almacén de Calor

En lugar de usar una bomba de calor para mover directamente el calor de una fuente ambiental de temperatura más baja, un almacén térmico podría mejor configurarse con uno o más bancos (más fríos) adicionales de PCM que tengan temperaturas más bajas que la fuente ambiental. El calor de la fuente ambiental puede fluir hacia estos bancos más fríos sin bombeo de calor inicial.

Las bombas de calor interpuestas entre cada banco del almacén térmico pueden usarse para bombear el calor así adquirido a los bancos más calientes; haciendo de esta manera útil el calor y manteniendo los bancos más fríos a una temperatura lo suficientemente baja para que puedan continuar capturando el calor ambiental, eliminando de esta manera la necesidad de cualquiera de las bombas de calor externas.

Podemos considerar el ejemplo de un sistema MBCPM usado para impulsar un sistema de calefacción central basado en radiadores, donde la fuente de calor primaria es un lazo de tierra que recupera calor de bajo grado de la tierra a 5 °C.

Nos referimos a las Figuras 10 y 11 que representan los sistemas de almacenamiento de energía 1000, 1100, respectivamente.

En un caso, como se muestra en la Figura 10, hay una bomba de calor externa 1004 que eleva el calor del agua subterránea 1020 a 35 °C - 50 °C+ para que pueda cargarse en los bancos PCM 1002a, 1002b, 1002c, 1002d a 35, 40, 45, 50 °C, respectivamente. El agua calentada se alimenta al radiador 1006. En la Figura 11, hay bancos PCM 1102a, 1102b, 1102c, 1102d que tienen bombas de calor 1104 interpuestas entre cada banco. El agua calentada se alimenta al radiador 1106.

Se presenta el banco 1102a, especialmente configurado con PCM con punto de fusión de 0 °C. El calor se captura del agua subterránea 1120 pasando este fluido a 5 °C a través del intercambio de calor con el banco a 0 °C 1102a. Más tarde o simultáneamente, este calor se bombea a los bancos más calientes mediante el uso de bombas de calor 1104.

Será evidente para los expertos en la técnica que la modalidad de la presente invención descrita anteriormente es meramente ilustrativa y que pueden realizase varias modificaciones y mejoras a la misma sin apartarse del alcance de la presente invención como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, puede usarse cualquier tipo adecuado de material de cambio de fase que puede usarse para almacenar energía.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un acumulador de energía térmica (100) capaz de aceptar, almacenar y liberar energía térmica en un intervalo de más de una temperatura hacia/desde al menos una fuente de energía térmica y/o sumidero, dicho almacén de energía térmica que comprende:

una configuración de tres o más bancos de almacenamiento de energía térmica (102a, 102b, 102c, 102d, 102e, 102f, 102g, 102h) cada uno de dichos bancos de almacenamiento de energía térmica que tiene un intervalo de temperatura de funcionamiento;

en donde la transferencia de energía interna es donde la energía es transferible entre bancos de almacenamiento dentro del almacén de energía térmica y en donde uno o más de los bancos de almacenamiento de energía térmica actúan como una fuente de energía térmica y uno o más de los bancos de almacenamiento de energía térmica actúan como un sumidero de energía térmica; y

2. Un almacén de energía térmica (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el almacén térmico y/o cada banco y/o una pluralidad de bancos son capaces de aceptar y/o almacenar y/o liberar energía térmica en un intervalo de una o más temperaturas hacia y/o desde una o más fuentes de energía térmica y/o sumideros simultáneamente o en diferentes momentos.

3. Un almacén de energía térmica (100) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde una conexión de transferencia de energía térmica comprende y/o incorpora el uno o más dispositivos para transferir calor desde un cuerpo de temperatura más baja a un cuerpo de temperatura más alta en donde dichos dispositivos incluyen: una bomba de calor de compresión de vapor (424); una bomba de calor química; un dispositivo termoeléctrico; un dispositivo termoiónico; y/o cualquier otro dispositivo capaz de mover el calor desde un cuerpo de temperatura más baja hacia un cuerpo de temperatura más alta que funcione dentro de las leyes de la termodinámica.

4. El uso de un almacén de energía térmica (100) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde se hace que la energía térmica se mueva dentro de y/o a través de una conexión de transferencia de energía térmica por la aplicación de energía externa que incluye el bombeo de un fluido de transferencia de calor y/o el bombeo de calor y/o los efectos termoeléctricos y/o la emisión termoiónica y/o por procesos naturales que incluye la convección y/o termosifonación y/o acción capilar de tal manera que promuevan y/o ayuden y/o aseguren la transferencia de energía térmica de la función del medio para transferir la energía térmica desde una fuente de energía térmica en un extremo de la conexión de transferencia térmica hacia un sumidero de energía térmica en el otro extremo o viceversa.

5. El uso de un almacén de energía térmica (100) de acuerdo con cualquier reivindicación de uso anterior, en donde la transferencia de energía térmica desde una fuente mediante el uso de una primera conexión de transferencia de energía térmica es capaz de hacer que se agregue energía térmica a la energía almacenada en el al menos un banco intermedio, donde se almacena temporalmente, y en donde simultánea y/o previamente y/o más tarde se elimina la energía térmica de dicho banco intermedio y se transfiere mediante el uso de una segunda conexión de transferencia de energía térmica hacia un destino.

6. El uso de un almacén de energía térmica (100) de acuerdo con cualquier reivindicación de uso anterior, en donde al menos en algunos momentos se transfiere la energía térmica desde una fuente externa de energía térmica a un banco seleccionado que tiene en dichos momentos una temperatura promedio y/o máxima y/o mínima más baja en su material de almacenamiento de energía térmica que la temperatura en dichos momentos de la fuente externa de energía térmica; y

en donde se elige un banco seleccionado porque es, en ese momento, el banco más caliente entre todos los bancos del almacén de energía térmica que tienen temperaturas más bajas que una fuente de energía térmica externa y/o la temperatura de una fuente de energía térmica externa menos un decremento de la temperatura fija; y

en donde se elige un banco seleccionado porque es, en ese momento, el banco más agotado en energía térmica.

7. El uso de un almacén de energía térmica (100) de acuerdo con cualquier reivindicación de uso anterior, en donde después y/o al mismo tiempo que la energía térmica se transfiere desde una fuente de energía térmica externa hacia un banco seleccionado, permanece la posibilidad para transferir la energía térmica a otros bancos en el almacén de energía térmica, y se selecciona un banco y/o bancos adicionales para aceptar parte y/o toda la energía térmica restante que podría transferirse potencialmente en secuencia y/o al mismo tiempo para dirigirse adicionalmente por un arreglo de una o más conexiones de transferencia de energía térmica adicionales en secuencia a medios intercambiadores de calor en uno o más bancos adicionales, en donde el uno o más bancos adicionales se visitan en secuencia descendente de la temperatura promedio y/o máxima y/o mínima del material de almacenamiento de energía térmica dentro de cada banco.

8. El uso de un almacén de energía térmica (100) de acuerdo con cualquier reivindicación de uso anterior, en donde al menos en algunos momentos la energía térmica se transfiere hacia un sumidero externo de energía térmica desde un banco seleccionado que tiene en dichos momentos una temperatura promedio y/o máxima y/o mínima más alta en su material de almacenamiento de energía térmica que la temperatura en dichos momentos del sumidero externo de energía térmica.

9. El uso de un almacén de energía térmica (100) de acuerdo con cualquier reivindicación de uso anterior, en donde después y/o al mismo tiempo que la energía térmica se transfiere hacia un sumidero de energía térmica externo desde un banco seleccionado, permanece la posibilidad para transferir la energía térmica de otros bancos en el almacén de energía térmica, y se selecciona un banco y/o bancos adicionales para proporcionar parte y/o toda la energía térmica restante que podría transferirse potencialmente en secuencia y/o al mismo tiempo a uno o más bancos adicionales, en donde el uno o más bancos adicionales se visitan en secuencia descendente y/o ascendente de la temperatura promedio y/o máxima y/o mínima del material de almacenamiento de energía térmica dentro de cada banco antes de que se dirija por una conexión de transferencia de energía térmica final al sumidero de energía térmica externo del último banco.

10. Un almacén de energía térmica (100) de acuerdo con las reivindicaciones de la 1 a la 3, en donde el número y/o el orden y/o la temperatura de transición de fase y/o la temperatura promedio y/o máxima y/o mínima actual de los bancos a incluir en la transferencia de energía térmica desde/hacia una fuente/sumidero externa(o) se elige de manera que la temperatura de retorno de cualquier fluido de transferencia de energía térmica que fluye de regreso desde el almacén de energía térmica se adapte mejor y/o se ajuste de manera óptima a una característica de la fuente/sumidero externa(o) de cualquier de los siguientes:

la temperatura a la que el fluido de transferencia de energía térmica que fluye hacia la fuente/sumidero externa(o) suministrará y/o recolectará y/o rechazará y/o generará y/o convertirá la energía térmica de la manera más óptima; devolver el fluido de transferencia de energía térmica a un panel solar térmico (922) durante el día a baja temperatura de modo que las pérdidas radiativas del panel solar se minimicen y por lo tanto el panel solar funcione de la manera más eficiente posible para recolectar calor;

devolver el fluido de transferencia de energía térmica a un panel solar térmico durante la noche y/o un radiador a alta temperatura de modo que las pérdidas radiativas del panel solar y/o radiador se maximizan y, por lo tanto, el panel solar y/o el radiador funciona de la manera más eficiente posible para rechazar el calor;

devolver el fluido de transferencia de energía térmica a una caldera de gas dentro del intervalo de temperatura de diseño para el cual su operación se diseña y evalúa para ser más eficiente; y/o devolver el fluido de transferencia de energía térmica a una caldera posterior en una estufa de leña a una temperatura de manera que el fluido de transferencia de energía térmica no hervirá y de manera que la estructura de la estufa no se agrietará debido al estrés térmico.

11. Un almacén de energía térmica (100) de acuerdo con las reivindicaciones de la 1 a la 3 o 10, en donde una fuente externa de energía térmica es un fluido y/o entorno que contiene energía térmica de desecho y/o excedente de un proceso que incluye el aire caliente de escape de un edificio en un entorno frío y/o el aire frío de escape de un edificio en un entorno caliente y/o el agua caliente de desecho del baño y/o ducha y/o el petróleo en un motor térmico que requiere enfriamiento antes de su reutilización y/o una célula de combustible y/o un digestor de biogás y/o una planta de producción de biocombustible, y en donde el almacén de energía térmica se usa para capturar el calor de desecho y/o excedente de un fluido y/o entorno.

12. Un almacén de energía térmica (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3, 10 u 11, en donde el almacén de energía térmica se usa de acuerdo con cualquiera o una combinación de los siguientes: un sistema de calefacción y/o para proporcionar un servicio de calefacción;

un sistema de enfriamiento y/o para proporcionar un servicio de enfriamiento;

un sistema combinado de calefacción y enfriamiento usado al mismo y/o tiempos diferentes tanto como un sistema de enfriamiento como un sistema de calefacción y/o para proporcionar en diferentes y/o al mismo tiempo servicios de calefacción y/o enfriamiento;

un sistema de calefacción de espacios central y/o distribuido;

calentamiento de agua;

fluidos de transferencia de energía térmica de calefacción y/o enfriamiento para proporcionar calor y/o enfriamiento de proceso industrial, y/o directamente fluidos de trabajo de calefacción y/o enfriamiento de un proceso industrial; fluidos de transferencia de calor para calefacción para usar en una máquina que convierte la energía térmica y/o las diferencias de temperatura en energía eléctrica y/o mecánica;

un sistema de aire acondicionado y/o enfriamiento de espacios central y/o distribuido; y

un sistema de refrigeración.

13. El uso de un almacén de energía térmica (100) de acuerdo con cualquier reivindicación de uso anterior, en donde al menos un banco del almacén de energía térmica se usa como un almacén térmico para al menos uno de los servicios de calefacción y/o enfriamiento y/o combinados o se usa como un almacén térmico para al menos un servicio que se usa al menos parte del tiempo para la calefacción y el mismo servicio se usa al menos parte del tiempo para el enfriamiento, o

en donde el almacén de energía térmica se usa para la calefacción y/o enfriamiento de espacios suministrado a través de paredes radiantes y/o calefacción por suelo radiante y/o techos radiantes y/o vigas refrigeradas y/o radiadores y/o radiadores de gran tamaño y/o radiadores ventiloconvectores y/o sistemas de tratamiento de aire; o en donde el almacén de energía térmica se usa dentro de aparatos y/o maquinaria doméstica y/o comercial y/o industrial, que incluye un lavavajillas, una lavadora, una máquina de bebidas calientes que también suministra agua helada y/o bebidas frías; una máquina expendedora de alimentos y/o bebidas calientes/frías; un sistema que incorpora vasos calentados/enfriados reutilizables y recargables; o

en donde al menos un banco y/o todo el almacén de energía térmica se usa como batería de calor/frío; o en donde al menos una fuente/sumidero de energía térmica es al menos un colector solar térmico que incluye cualquiera de los siguientes: colectores solares de placa plana; colectores solares de tubos de vacío; tejas; calentadores solares de aire dedicados; paneles fotovoltaicos; y paneles fotovoltaicos solares térmicos híbridos; o en donde al menos una fuente de energía térmica es el calor de desecho de un conjunto electrónico y/u otro dispositivo que genera calor de desecho en su operación, que incluye cualquiera de o la combinación de los siguientes: procesadores de ordenador; microprocesadores; amplificadores; baterías; equipo de iluminación; iluminación LED; un motor eléctrico; un motor de combustión interna; y células solares fotovoltaicas.