ES2907065T3 - Reactor para recibir un material de almacenamiento y método de fabricación del mismo - Google Patents

Abstract

Un reactor (1) para alojar un material de almacenamiento (16) que emite o absorbe calor por absorción o desorción de un gas de reacción, que comprende un intercambiador de calor de placas (10) que tiene una altura (H), cuyo intercambiador tiene varias placas (14) que son en particular sustancialmente paralelas entre sí y tienen una longitud (L) y un ancho (B), entre los cuales se forman los conductos de separación de placas (12) que tienen alturas de separación (s, h), los conductos de separación (12) se dividen en un grupo de conductos de separación primarios (12a) que se conectan en paralelo de manera fluidomecánica y juntos forman un conducto de flujo primario que está en conexión de flujo con al menos un conducto de entrada/salida principal (32) de un conjunto de entrada/salida (30) para conducir el gas de reacción, y un grupo de conductos de separación secundarios (12b) que se conectan en paralelo de manera fluidomecánica y juntos forman un conducto de flujo secundario que está en conexión de flujo con al menos un conducto de entrada/salida secundaria (34) de un conjunto de entrada/salida secundario (31) para conducir el fluido intercambiador de calor, los conductos de separación primarios (12a) y los conductos de separación secundarios (12b) se disponen alternativamente entre sí, caracterizado porque al menos uno de los conductos de separación primarios (12a) tiene una altura de separación mayor (s) que al menos uno de los conductos de separación secundarios (12b), y porqueel material de almacenamiento (16) está presente dentro de un conducto de separación primario particular (12a) en forma de al menos uno compacto (20).

Description

DESCRIPCIÓN

Reactor para recibir un material de almacenamiento y método de fabricación del mismo

La invención se refiere a un reactor para alojar un material de almacenamiento, que emite o absorbe calor bajo la absorción o desorción de un gas de reacción, que incluye un intercambiador de calor de placas con una altura H, que tiene una pluralidad de placas, particularmente sustancialmente paralelas entre sí, con una longitud L y un grosor B, entre las cuales se forman conductos de separación con alturas de separación, en los que los conductos de separación se dividen en un grupo de conductos de separación primarios, que se conectan paralelos entre sí de manera fluidomecánica y juntos forman un conducto de flujo primario, que está en comunicación de flujo con al menos un conducto primario de entrada/salida de un conjunto de entrada/salida para conducir gas de reacción, y un grupo de conductos de separación secundarios, que se conectan en paralelo de manera fluidomecánica y forman juntos un conducto de flujo secundario, que está en comunicación de flujo con al menos un conducto secundario de entrada/salida de un conjunto secundario de entrada/salida para conducir el fluido de intercambio de calor, en el que los conductos de separación primarios y los conductos de separación secundarios se disponen alternativamente entre sí.

El documento DE 102013215241 A1) muestra un intercambiador de calor con varios volúmenes formados entre placas para alojar un medio de trabajo, que se disponen separadas entre sí para formar al menos un conducto de flujo para calentar o enfriar una corriente de medio. El medio de trabajo también puede formar un material de almacenamiento que está presente como material de cambio de fase.

Dentro del campo de la movilidad eléctrica, la climatización interior de los vehículos representa un reto considerable. En primer lugar, la autonomía del vehículo se reduce aproximadamente entre un 35 % y un 50 % mediante el uso de dispositivos de aire acondicionado eléctricos convencionales. Por otro lado, los dispositivos de aire acondicionado de este tipo requieren el uso de varios y, en algunos casos, de refrigerantes tóxicos. Por esta razón, existe la necesidad de tecnologías de aire acondicionado alternativas que, cuando sea apropiado, también puedan emplearse en motores de combustión convencionales.

Un enfoque prometedor es el uso de sistemas termo-químicos de reacción gas-sólido (en resumen, "sistemas de reacción"), en donde un gas de reacción se une reversiblemente en una reacción exotérmica a un sólido como material de almacenamiento (absorción). El efecto del aire acondicionado se basa en la reacción endotérmica de la liberación del gas de reacción (desorción) y la absorción de calor del ambiente. Como pares de materiales del sistema de reacción, se pueden considerar, por ejemplo, hidrógeno como gas de reacción y un metal como sólido, por lo que aparece un hidruro metálico en estado cargado. El accionamiento de este sistema se produce en un sistema llamado cerrado a través de una fuente de calor y en un sistema llamado abierto por medio de una diferencia de presión en el suministro de gas de reacción.

Los componentes centrales de los sistemas consisten en los reactores usados, que por un lado contienen el material de almacenamiento, particularmente el hidruro metálico, y por otro lado hacen posible el transporte de calor desde y/o hacia un fluido de transferencia de calor.

Un diseño de reactor seguro y de alto rendimiento del tipo mencionado anteriormente se especifica en el documento DE 102016110062 B3.

En el documento US 2010/0024448 A1 se especifica un reactor adicional, en el que se muestra un intercambiador de calor en forma de un reactor de gas sólido. El intercambiador de calor tiene ranuras para absorber material de adsorción, preferentemente carbón activado, así como también conductos de poca altura para conducir el fluido de intercambio de calor. Los conductos se incorporan a una placa y se sellan en combinación con una placa plana. El objeto de la presente invención es proponer un reactor que se optimice aún más con respecto a los diseños de reactores conocidos del estado de la técnica, así como un método para su fabricación.

El objetivo se logra para el reactor con las características de la reivindicación 1 y para el método con las características de la reivindicación 9. En el reactor se proporciona que al menos uno de los conductos de separación primarios tenga una altura de separación mayor (es decir, separación de las superficies internas de las placas respectivas en la dirección de la altura (y)) que al menos uno de los conductos de separación secundarios.

De esta manera, se proporciona un volumen mayor dentro del intercambiador de calor de placas para el material de almacenamiento que el volumen para que fluya el fluido de intercambio de calor o el volumen de flujo pasante, de manera que ocurra una relación asimétrica total del volumen lleno con material de almacenamiento al volumen por el que fluye o está fluyendo el fluido. Los experimentos del inventor han demostrado que la densidad de potencia del reactor se puede aumentar aún más en comparación con la configuración del reactor conocida por el documento DE 102016110062 B3. Preferentemente, todos los conductos de separación primarios tienen cada uno la misma altura de separación y todos los conductos de separación secundarios tienen la misma altura de separación.

La conductividad térmica dentro del material de almacenamiento se mejora en comparación con un polvo de, por ejemplo, 1 W/ (m*K) a, por ejemplo, 3 y 8 W/(m*K), en el que el material de almacenamiento está presente dentro del respectivo conducto de separación en forma de al menos uno compacto (en forma de gránulos o briquetas). De esta manera, se pueden lograr grosores de capa considerablemente más altos con las mismas propiedades de transporte de calor, lo que es beneficioso para la densidad de potencia del reactor. Además, el proceso de rellenado del intercambiador de calor de placas con el material de almacenamiento se simplifica considerablemente, ya que se minimiza la influencia del contacto con el oxígeno (oxidación) sobre la operabilidad y, por lo tanto, se hace posible el manejo del compacto bajo una atmósfera de oxígeno. El método de fabricación del compacto se puede organizar en tres etapas parciales: primero, un material de almacenamiento en polvo, particularmente un hidruro metálico, se tritura y homogeneiza, por ejemplo, por medio de molinos de bolas. Posteriormente, con el fin de aumentar la conductividad térmica en el compacto, se mezcla, por ejemplo, con 5 a 20 % en masa, por ejemplo, 8 a 12 % en masa de grafito, particularmente grafito natural expandido, y luego se compacta o prensa en el compacto de la manera deseada. Los compactos tienen una porosidad, es decir, una relación de vacíos, por ejemplo entre 30 % y 70 %, preferentemente 40 % y 60 %, por ejemplo 50 %. Con una porosidad de este tipo, se puede asegurar un transporte ventajoso de material y calor, así como también compensar el cambio de volumen del material de almacenamiento en funcionamiento.

En una variante preferida de modalidad, la relación entre las alturas de separación de los conductos de separación secundarios y las alturas de separación de los conductos de separación primarios asciende a entre 1:2 y 1:10, preferentemente entre 1:3 y 1:8, preferentemente en particular entre 1:4 y 1:6. En los conductos de separación secundarios, una altura de separación entre 1 mm y 2 mm, por ejemplo 1,5 mm, ha demostrado ser ventajosa en el funcionamiento para conducir el fluido de transferencia de calor. La altura de separación de los conductos de separación primarios puede ascender, por ejemplo, entre 3 mm y 10 mm, por ejemplo entre 7 mm y 9 mm, en particular 8 mm, la altura de separación también depende de la conductividad térmica del material de almacenamiento presente en el conductos de separación primaria. Cuando el material de almacenamiento está presente en forma de uno compacto con una conductividad térmica de, por ejemplo, 4 W/(m*K), una altura de separación de, por ejemplo, aproximadamente entre 6 y 10 mm, por ejemplo, 8 mm, ha demostrado ser ventajosa en un sistema de reacción de hidrógeno-hidruro metálico.

Se puede lograr una buena transferencia de calor entre los compactos y las placas o el fluido de transferencia de calor si las dimensiones exteriores de los compactos (en los conductos de separación respectivos) corresponden sustancialmente a las dimensiones de volumen del conducto de separación primario respectivo. Aquí, el compacto está preferentemente respectivamente en contacto con (sustancialmente) toda la superficie de la placa o la superficie interior de la placa dispuesta mirando en la dirección del conducto de separación primario. Es preferible, para una buena transferencia de calor, disponer respectivamente uno compacto dentro de un conducto de separación primario. Preferentemente, el compacto y la superficie de la placa que contactan respectivamente con el compacto tienen la misma forma o estructura superficial, de manera que se mantiene un amplio contacto entre el compacto y la superficie de la placa. En el lado que mira en la dirección del conducto intermedio secundario, la placa puede tener estructuras generadoras de turbulencia, por ejemplo, un perfil, para mejorar la transferencia de calor entre las placas y el fluido portador de calor.

En una variante de modalidad preferida, al menos un conducto de gas está presente dentro del compacto para conducir el gas de reacción a través del compacto, que está en comunicación de flujo con al menos uno de los conductos primarios de entrada/salida. De esta manera, el gas de reacción se puede conducir a partir del conducto de entrada/salida a través del compacto, lo que mejora significativamente el transporte de material en cada ubicación del material de almacenamiento. Preferentemente, el o los conductos de gas están en comunicación de flujo con la mayoría, por ejemplo, todos los conductos primarios de entrada/salida. Por lo tanto, se puede suministrar gas de reacción al compacto en varios lugares y se puede evitar la limitación del transporte de material durante la operación.

Para mejorar el transporte de materiales mientras se reduce la limitación del transporte de materiales durante la operación del reactor, ha resultado ventajoso si el conducto de gas o los conductos de gas se disponen en el compacto de manera que la distancia de todos los volúmenes infinitesimales del compacto respectivo (es decir, todas las "ubicaciones" o “posiciones” dentro del compacto) ascienden como máximo a 40 mm, preferentemente como máximo 20 mm o 10 mm, desde el conducto o conductos de gas (“separación máxima”). La distancia se refiere a la capa límite entre el conducto de gas y el compacto y la ubicación respectiva dentro del compacto. El conducto de gas puede formarse, por ejemplo, como un solo conducto de gas, que conecta, por ejemplo, dos conductos de entrada/salida disponibles para el gas de reacción dentro del intercambiador de calor de placas o uno compacto, por ejemplo, discurriendo serpenteando a través del compacto. También son concebibles conductos de gas que son rectos en la dirección del ancho (dirección z) que salen de los conductos de entrada/salida principales, que se conectan entre sí a través de conductos longitudinales paralelos que discurren ortogonalmente a través de ellos, u otras disposiciones de conductos. Para facilitar la fabricación, los conductos pueden tener, en particular, una sección transversal redonda. Los conductos pueden, por ejemplo, después de la producción del compacto, insertarse en el compacto mediante taladrado, o durante la producción por medio de una formación adecuada. La separación máxima depende del material o de las cantidades operativas (calidad del gas de reacción, intervalo de presión operativa, porosidad del compacto, etc.), particularmente de la permeabilidad del compacto con respecto al gas de reacción, y puede determinarse, por ejemplo, por investigación de diseño. En la práctica, en los requisitos del intervalo de presión y temperatura para el uso con un dispositivo de aire acondicionado, con hidrógeno y un hidruro metálico como sistema de reacción, se ha demostrado que una distancia máxima de, por ejemplo, menos de 40 mm, preferentemente menos de 20 mm o 10 mm es ventajosa.

Al igual que para la eliminación de la limitación del transporte de material, es útil si, con una longitud del conducto de separación primario de más de 100 mm, preferentemente más de 75 mm, están presentes al menos dos conductos de entrada/salida principales, por lo que la distancia entre dos conductos primarios de entrada/salida ascienden como máximo a 200 mm, preferentemente como máximo a 150 mm, por ejemplo, como máximo a 100 mm o 75 mm. La distancia se refiere a la distancia más pequeña respectiva entre dos conexiones primarias de entrada/salida. Para evitar el ensuciamiento dentro del conducto de separación primario, es útil si en al menos uno de los conductos principales de entrada/salida se coloca una bujía de filtro, que en particular se dimensiona de manera que se asienta positivamente en el conducto principal de entrada/salida y preferentemente producido a partir de un metal sinterizado.

Una configuración particularmente apropiada del reactor se produce si los conductos primario y secundario de entrada/salida tienen una forma cilíndrica y discurren en la dirección de la altura, ortogonales a las placas, a través de las placas y los conductos de separación. Aquí, los conductos de entrada/salida están respectivamente abiertos a los conductos de separación en comunicación de flujo con ellos, y sellados herméticamente a los fluidos con respecto a los otros conductos de separación. Debido a esta configuración, se puede proporcionar un intercambiador de calor de placas o un reactor.

El objeto se logra con el método de producción del reactor con las características de la reivindicación 9. Algunas variantes de modalidad ventajosas se describen de manera análoga con relación a las variantes de modalidad precedentes del reactor.

Ha demostrado ser ventajoso, para la producción eficiente de los reactores, si se ensamblan previamente varias unidades, incluyendo respectivamente uno compacto y al menos una placa, y si las unidades se unen al reactor de manera estanca a los fluidos por medio de una soldadura y/o proceso de soldadura. El sellado también debe garantizarse bajo altas presiones de funcionamiento, por ejemplo entre 10 bar y 50 bar.

Alternativamente (o adicionalmente) las placas se pueden unir entre sí formando conductos de separación, permaneciendo los conductos de separación inicialmente abiertos en un lado (por ejemplo, el lado frontal que se extiende sobre el ancho del intercambiador de calor de placas). A continuación, el material de almacenamiento en forma de compactos puede introducirse por el lado abierto, en particular simplemente deslizarse, y el lado abierto puede sellarse herméticamente, por ejemplo, atornillado, en particular con, por ejemplo, una pared.

Para producir la disponibilidad operativa (completa) del reactor, se lleva a cabo una etapa de activación, después del montaje del reactor, incluido el rellenado con el material de almacenamiento, en la que se llevan a cabo al menos uno, preferentemente de cinco a diez, ciclos de absorción/desorción. Aquí, el gas de reacción se absorbe respectivamente en el material de almacenamiento y se desorbe del material de almacenamiento. De esta manera, una capa de óxido, que se forma durante la manipulación del compacto bajo una atmósfera que contiene oxígeno, puede eliminarse del respectivo compacto.

A continuación, la invención se explicará con más detalle sobre la base de las modalidades ilustrativas con referencia a los dibujos. Estos muestran:

la Figura 1 una representación esquemática de un reactor con un intercambiador de calor de placas que incluye conductos de separación primario y secundario que tienen diferentes alturas de separación, en una vista en sección lateral,

la Figura 2 una placa para otra variante de modalidad, con conductos de entrada/salida cilíndricos desplazados hacia adentro de un reactor en vista desde arriba y

la Figura 3 material de almacenamiento en forma de compacto con conducto de gas en sección según un plano y-z. La Figura 1 muestra esquemáticamente un reactor 1 en una vista en sección lateral a través de dos conductos primarios de entrada/salida 32. El reactor 1 sirve para acomodar un material de almacenamiento 16 (ver Figura 3), que emite y absorbe calor bajo absorción y desorción de un gas de reacción. El material de almacenamiento 16 y el gas de reacción consisten en los componentes complementarios de un sistema de reacción termo-química. El reactor 1 se optimiza para proporcionar una alta densidad de potencia y, por lo tanto, puede usarse, por ejemplo, como componente central de un sistema de aire acondicionado en base a un sistema de reacción termo-química. Para este propósito, los hidruros metálicos 16, por ejemplo, las aleaciones de titanio y manganeso son adecuados debido a los cortos tiempos de reacción y la alta densidad de potencia. Un sistema de reacción adecuado para uso en un conjunto de aire acondicionado resulta del uso de hidrógeno como gas de reacción.

Aquí se producen temperaturas de reacción adecuadas en una ventana de presión adecuada de, por ejemplo, entre 5 bar y 50 bar.

El reactor 1 incluye un intercambiador de calor de placas 10 con una carcasa 40 estanca a la presión, por ejemplo aproximadamente cúbica, que se extiende en la dirección y sobre una altura H de, por ejemplo, entre 10 cm y 20 cm. El intercambiador de calor de placas 10 tiene varias placas 14, que se disponen una sobre otra, ortogonalmente a la dirección y y (al menos sustancialmente) paralelas entre sí en planos x-z. Las placas 14 tienen (técnicamente) la misma masa y son en este caso, por ejemplo, sustancialmente rectangulares, con una longitud L (en la dirección x) y un ancho B (en la dirección z), con B < L (ver también Figura 2). La longitud puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 33 cm y el grosor de aproximadamente 9 cm. El número de placas 14 y la altura H dependen, entre otras cosas, del rendimiento requerido del reactor 1 en la aplicación específica.

Los conductos de separación 12 están formados o definidos entre las placas 14, que están limitadas hacia arriba y hacia abajo (en la dirección y) por las placas 14. Los conductos de separación 12 se dividen en un grupo de conductos de separación primarios 12a y un grupo de conductos de separación secundarios 12b, que se conectan respectivamente en paralelo entre sí y forman juntos un conducto de flujo primario o secundario. Los conductos de separación primario y secundario 12a, 12b se disponen alternativamente entre sí.

Los conductos de separación primarios 12a se rellenan de material de almacenamiento 16 (ver la Figura 3), en el que se absorbe el gas de reacción y del que se desorbe. Los conductos de separación primarios 12a están en comunicación de flujo con, por ejemplo, dos conductos primarios de entrada/salida 32 de una disposición de entrada/salida primaria 30, mediante los cuales el gas de reacción (durante la absorción) se conduce desde un umbilical al material de almacenamiento 16 o (durante la desorción) del material de almacenamiento 16 al umbilical. En el ejemplo que se muestra en la Figura 1, los conductos principales de entrada/salida 32 se disponen respectivamente en ambos lados frontales del intercambiador de calor de placas 10 dentro de la carcasa 40. También es posible una disposición desplazada hacia adentro en el área de las placas 14, como se muestra, por ejemplo, en la Figura 2. Elel gas de reacción se descarga hacia o desde los conductos primarios de entrada/salida 32 a través de las conexiones primarias de entrada/salida 36 de la disposición primaria de entrada/salida 30.

Los conductos de separación secundarios 12b se configuran para conducir un fluido de transferencia de calor. Con ese fin, los conductos de separación secundarios 12b están en comunicación de flujo con los conductos de entrada/salida 32 de un conjunto secundario de entrada/salida 31 para el suministro o descarga del fluido de transferencia de calor desde los conductos de separación secundarios 12b. La disposición de entrada/salida 32 es, por ejemplo, un componente del circuito de fluido de transferencia de calor (no mostrado aquí) de una disposición de aire acondicionado, por ejemplo, de un vehículo. Para acoplar el conducto secundario de entrada/salida 34 con el circuito de fluido de transferencia de calor, se usan conexiones secundarias de entrada/salida 38 de la segunda disposición de entrada/salida 31.

Las placas 14 pueden tener una estructura generadora de turbulencia, en particular en el lado que mira hacia los conductos secundarios 12b, por ejemplo, un perfil (no representado aquí). De esta manera, se puede mejorar la transferencia de calor entre las placas 14 y el fluido de transferencia de calor.

Los conductos de separación primarios 12a tienen respectivamente alturas de separación s (separación de las placas 14 en la dirección y). Los conductos de separación secundarios 12b tienen respectivamente alturas de separación h. De acuerdo con un concepto central de la invención, las alturas de separación s y h en el reactor 1 son diferentes de acuerdo con la invención. Más precisamente, los conductos de separación primarios 12a tienen una altura de separación s mayor que los conductos de separación secundarios 12b. Con este fin, se pone a disposición un volumen (de almacenamiento) mayor para el material de almacenamiento 16 que el volumen a través del cual pasa el fluido de intercambio de calor, de manera que ocurra una relación asimétrica total del volumen lleno de material de almacenamiento 16 al volumen de fluido a fluir a través o que está fluyendo a través. Los experimentos del inventor han demostrado que la densidad de potencia del reactor 1 se puede aumentar aún más en comparación con las configuraciones del reactor conocidas del estado de la técnica. En dependencia de la conductividad térmica alcanzable dentro del material de almacenamiento 16, por ejemplo, se ha demostrado que la relación entre las alturas de separación h de los conductos de separación secundarios 12b y las alturas de separación s de los conductos de separación primarios 12a está entre 1:3 y 1:8, preferentemente entre 1:4 y 1:6, por ejemplo alrededor de 1:4 o 1:5. Por ejemplo, ha resultado adecuada una altura de separación h de los conductos de separación secundarios 12b de 1,5 mm, mientras que la altura de separación s de los conductos de separación primarios 12a asciende a unos 8 mm (para una conductividad térmica del material de almacenamiento de, por ejemplo, 4 W/(m*k)).

Para aumentar la conductividad térmica dentro del material de almacenamiento 16 y simplificar la producción del reactor 1, el material de almacenamiento 16 se introduce respectivamente en forma de uno compacto 20, en forma de gránulos o briquetas, en el conducto de separación primario 12a. El método de producción del compacto 20 se puede subdividir en tres etapas parciales: primero, un material de almacenamiento en polvo 16, particularmente un hidruro metálico, se tritura y homogeneiza, por ejemplo, por medio de molinos de bolas. A continuación, se mezcla con grafito, en particular con grafito natural expandido, y posteriormente se compacta o prensa en el compacto 20 de la forma deseada. Los compactos 20 tienen una porosidad, es decir, una relación de vacíos de, por ejemplo, entre el 30 % y el 70 %, preferentemente entre el 40 % y el 60 %, por ejemplo, el 50 %. De esta manera, en primer lugar, se puede compensar un cambio de volumen del material de almacenamiento condicionado por la reacción. Además, el transporte de material dentro del compacto 20 se asegura de esta manera, con una conductividad (térmica) igual dentro del compacto 20 de, por ejemplo, entre 3 y 8 W/(m*K)). Este valor es considerablemente más alto que con los materiales de almacenamiento en polvo 16, por lo que se pueden lograr grosores de capa notablemente más altos con las propiedades de transporte de calor, lo que es beneficioso para la densidad de potencia. Además, resultan ventajas en la producción del reactor, ya que se minimiza la influencia del contacto con el oxígeno (oxidación) sobre la operabilidad y se simplifica el proceso de rellenado.

Las dimensiones exteriores del compacto 20 corresponden sustancialmente a las dimensiones del volumen (interior) del conducto de separación primario 12a. Esto da como resultado en el presente caso una configuración sustancialmente cúbica del compacto 20 introducido en el conducto de separación 12a, por ejemplo, con un grosor o altura (en la dirección y) de aproximadamente 8 mm. De esta manera, el compacto 20 se puede disponer en contacto con las placas 14, lo que mejora la transferencia de calor entre los compactos individuales 20 y las placas 14. Con este fin, los compactos 20 y las placas 14 tienen preferentemente una estructura superficial o forma mutuamente complementaria, particularmente una superficie lisa.

Como se muestra más precisamente en la Figura 3, los conductos de gas 22 están respectivamente presentes en el compacto 20 para conducir el gas de reacción dentro del compacto 20. El conducto de gas respectivo 22 se forma preferentemente por uno o más conductos 20, preferentemente fluidos mecánicamente cohesivos, posiblemente conectados en paralelo entre sí, que está en comunicación de flujo para el suministro o descarga de gas de reacción con al menos una de las entradas primarias/conductos de salida 32. El conducto de gas 22 o los conductos de gas 22 ya se pueden introducir durante la compactación o el prensado o posteriormente, por ejemplo, en forma de perforaciones. El conducto de gas 22 o los conductos de gas 22 se disponen en el respectivo compacto 20 de manera que la separación de todos los volúmenes infinitesimales compactos de un respectivo compacto 20 tiene como máximo una cierta separación de, por ejemplo, 40 mm, preferentemente 20 mm o 10 mm, del conducto de gas 22 o de los conductos de gas 22 (“separación máxima”), para mejorar el transporte de material en funcionamiento y evitar la limitación del transporte de material.

Además, la mejora en el transporte de material sirve, como se mostró anteriormente con un ejemplo, para mantener al menos dos conductos primarios de entrada/salida 32 en contacto fluido con un conducto de separación primario respectivo 12a. La separación entre los conductos primarios de entrada/salida 32 asciende como máximo a 200 mm, preferentemente como máximo a 150 o 100 mm. Aquí los conductos primarios de entrada/salida 32, al igual que los conductos secundarios de entrada/salida 34, se configuran como cilindros y se extienden en la dirección y, ortogonales a la orientación de las placas 14. Aquí los conductos de entrada/salida 32, 34 discurren, por ejemplo, en forma de orificios a través de las placas 14 y los compactos 20 (ver Figura 2). También es concebible que, por ejemplo, los canales primarios de entrada/salida 32 estén dispuestos respectivamente en el lado frontal dentro del intercambiador de calor de placas 10 (ver Figura 1).

Como se muestra en la Figura 1, las bujías de filtro 18 se pueden disponer respectivamente en los conductos de entrada/salida principales 32. Las bujías de filtro 18 se dimensionan particularmente para que se asienten positivamente en los conductos primarios de entrada/salida 30. Las bujías de filtro 18 se fabrican preferentemente de un metal sinterizado y/o se configuran en forma hueca, por ejemplo, como cilindros huecos. De esta manera, se puede evitar el ensuciamiento dentro del gas de reacción procedente del material de almacenamiento 16, que puede bloquearlo y afectar negativamente a su funcionamiento.

La fabricación del reactor 1 puede realizarse de manera sencilla, ya que inicialmente se pre montan varias unidades. Las unidades preferentemente incluyen respectivamente uno de los compactos 20 y al menos uno, preferentemente dos de las placas 14, respectivamente en un lado superior o inferior del compacto 20. A continuación, las unidades se unen de manera estanca a los fluidos, incluso en el caso de presiones de funcionamiento posiblemente altas de, por ejemplo, aproximadamente 30 bar, en particular por medio de un proceso de soldadura blanda y/o soldadura. De esta manera, el proceso de rellenado del intercambiador de calor de placas 10 con el material de almacenamiento 16 se vincula con la producción del reactor. Alternativamente, es posible que las placas 14 se unan entre sí mientras forman los conductos de separación 12, por lo que los conductos de separación 12 permanecen abiertos inicialmente en un lado, por ejemplo, un lado frontal (por ejemplo, en un plano y-z). A continuación, el material de almacenamiento 16 se puede insertar fácilmente en forma de compactos 20 en el lado abierto. A continuación, el lado abierto se puede sellar herméticamente a los fluidos con una pared, en donde en particular la pared se atornilla de manera estanca a los fluidos con el intercambiador de calor de placas 10 o el reactor 20.

Después del montaje, el reactor 1 lleno del material de almacenamiento 16 se prepara para el funcionamiento por medio de una etapa de activación. Aquí se lleva a cabo al menos un ciclo de absorción/desorción. De esta manera, se elimina del compacto 20 una capa de óxido que se forma en el compacto 20 debido a la atmósfera de oxígeno. Como es conocido por el estado de la técnica, puede prescindirse ventajosamente de ciclos preliminares con varios ciclos para generar la disponibilidad operativa.

Por medio de las medidas indicadas, incluida la configuración asimétrica con diferentes alturas de separación h, s de los conductos de separación 12, se puede proporcionar un reactor 1 más optimizado en comparación con el estado de la técnica, en particular con respecto a la densidad de potencia, para su uso con un sistema de reacción termoquímico.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un reactor (1) para alojar un material de almacenamiento (16) que emite o absorbe calor por absorción o desorción de un gas de reacción, que comprende un intercambiador de calor de placas (10) que tiene una altura (H), cuyo intercambiador tiene varias placas (14) que son en particular sustancialmente paralelas entre sí y tienen una longitud (L) y un ancho (B), entre los cuales se forman los conductos de separación de placas (12) que tienen alturas de separación (s, h), los conductos de separación (12) se dividen en

un grupo de conductos de separación primarios (12a) que se conectan en paralelo de manera fluidomecánica y juntos forman un conducto de flujo primario que está en conexión de flujo con al menos un conducto de entrada/salida principal (32) de un conjunto de entrada/salida (30) para conducir el gas de reacción, y un grupo de conductos de separación secundarios (12b) que se conectan en paralelo de manera fluidomecánica y juntos forman un conducto de flujo secundario que está en conexión de flujo con al menos un conducto de entrada/salida secundaria (34) de un conjunto de entrada/salida secundario (31) para conducir el fluido intercambiador de calor,

los conductos de separación primarios (12a) y los conductos de separación secundarios (12b) se disponen alternativamente entre sí,

caracterizado porque

al menos uno de los conductos de separación primarios (12a) tiene una altura de separación mayor (s) que al menos uno de los conductos de separación secundarios (12b), y

porqueel material de almacenamiento (16) está presente dentro de un conducto de separación primario particular (12a) en forma de al menos uno compacto (20).

2. El reactor (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porquela relación entre las alturas de separación (h) de los conductos de separación secundarios (12b) y las alturas de separación (s) de los conductos de separación primarios (12a) está entre 1:2 y 1:10, preferentemente entre 1:3 y 1: 8, preferentemente en particular entre 1:4 y 1:6.

3. El reactor (1) de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porquelas dimensiones externas del compacto (20) corresponden sustancialmente a las dimensiones espaciales del conducto de separación primario (12a).

4. El reactor (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porquedentro del compacto (20) hay al menos un conducto de gas (22) para conducir el gas de reacción a través del compacto (20) que está en conexión de flujo con al menos uno de los conductos primarios de entrada/salida (32).

5. El reactor (1) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porqueel conducto de gas (22) o los conductos de gas (22) se disponen en el compacto (20) de manera que la distancia entre todos los volúmenes infinitesimales del compacto particular (20) es un máximo de 40 mm, preferentemente un máximo de 20 mm o 10 mm, del conducto de gas (22) o de los conductos de gas.

6. El reactor (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porquecon una longitud (L) del conducto de separación primario (12a) de más de 100 mm, preferentemente más de 75 mm, hay al menos dos conductos primarios de entrada/salida (32), la distancia entre dos conductos primarios de entrada/salida (32) para el gas de reacción es un máximo de 200 mm, preferentemente un máximo de 150 mm, por ejemplo, un máximo de 100 mm o un máximo de 75 mm.

7. El reactor (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porqueuna bujía de filtro (18) se dispone en al menos uno de los conductos primarios de entrada/salida (32), cuya bujía se dimensiona en particular de manera que se apoya en el conducto primario de entrada/salida (32) de manera positiva y que preferentemente está hecha de un metal sinterizado.

8. El reactor (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los conductos primario y secundario de entrada/salida (32, 34) son cilíndricos y se extienden en dirección vertical ortogonalmente a las placas (14) a través de las placas (14) y los conductos de separación (12).

9. Un método para producir un reactor (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los conductos de separación primarios (12a) dispuestos entre placas (14) se rellenan con un material de almacenamiento (16).

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 9,

caracterizado porque

una pluralidad de unidades, cada una que comprende uno compacto (20) y al menos una placa (14), están preensambladas, y

porquea continuación, las unidades se unen al reactor (1) de manera estanca a los fluidos por medio de un proceso de soldadura y/o soldadura por arco.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 9 o la reivindicación 10,

caracterizado porque

las placas (14) se unen entre sí para formar conductos de separación (12), los conductos de separación (12) permanecen inicialmente abiertos, por un lado,

porqueel material de almacenamiento (16) se introduce entonces por el lado abierto en forma de compactos (20) y

porqueel lado abierto se cierra entonces, en particular se atornilla, con una pared de manera estanca a los fluidos.

12. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque después que se ensamble el reactor (1) mientras se rellena con el material de almacenamiento (16), se lleva a cabo una etapa de activación en la que se lleva a cabo al menos un ciclo de absorción/desorción.