ES2944058T3 - Módulo de almacenamiento térmico de material de cambio de fase cuya fabricación se simplifica - Google Patents

Abstract

Módulo para el almacenamiento de calor por material de cambio de fase que comprende un depósito, al menos un intercambiador de calor (4) que comprende un primer (4.1) y un segundo (4.2) extremos de conexión destinados a conectarse a una red de fluido caloportador, dicho primero (4.1) y segundo (4.2) extremos de conexión penetrando y saliendo del tanque (2), una estructura (S) recibida en el tanque y destinada a contener un material de cambio de fase, comprendiendo dicha estructura (S) una matriz porosa (M') en material metálico con células comunicantes a través de las cuales pasa dicho intercambiador de calor (4) y en contacto con la superficie exterior de dicho intercambiador de calor (4), obteniéndose dicha matriz (MA') por moldeo alrededor de dicho intercambiador de calor (4), comprendiendo dicho recipiente al menos un pared (6) de material metálico formada directamente durante el moldeo y de una sola pieza con la matriz (MA). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Módulo de almacenamiento térmico de material de cambio de fase cuya fabricación se simplifica

Campo técnico y estado de la técnica anterior

La presente invención se refiere a un sistema de almacenamiento de calor de material de cambio de fase de fabricación simplificada.

Los sistemas de almacenamiento de calor de material de cambio de fase encuentran su aplicación en numerosos campos, por ejemplo, en el almacenamiento de calor en centrales solares y en las redes de calor y/o de enfriamiento, las redes urbanas, las redes industriales.

Los sistemas de almacenamiento térmico particularmente interesantes son los sistemas que implementan un intercambiador de tubos y de calandria que comprende una calandria o tanque lleno de material de cambio de fase y tubos que atraviesan el tanque y están conectados a una fuente de caloportador. El caloportador, que circula en los tubos, intercambia calor con el material de cambio de fase. Durante una fase de carga, el fluido caloportador alcanza una temperatura superior a la temperatura de fusión del material de cambio de fase y transfiere energía a este último, lo cual provoca la fusión del material de cambio de fase, el caloportador sale del sistema a una temperatura inferior a su temperatura de entrada. Durante una fase de descarga, el fluido caloportador entra en el sistema a una temperatura inferior a la temperatura de fusión del material de cambio de fase y recupera la energía previamente almacenada, lo cual provoca la solidificación del material de cambio de fase. El fluido caloportador sale del sistema a una temperatura superior a su temperatura de entrada.

Sin embargo, los materiales de cambio de fase tienen el inconveniente de presentar una baja conductividad térmica, por ejemplo, en el caso del octadecanol en la conductividad térmica media es del orden de 0,3 W/mK, valor típico de los materiales con baja conductividad, o incluso térmicamente aislantes.

Por lo tanto, es necesario optimizar la conducción térmica entre el fluido caloportador y el material de cambio de fase. Uno de los métodos normalmente utilizado para esto es el almacenamiento de tipo tubo y calandria constituido por un tanque que integra un haz de tubos a menudo equipado con aletas para difundir el calor. Sin embargo, con el fin de conservar un coste de producción razonable, los tubos con aletas utilizados son a menudo tubos con aletas estándar, especialmente en el campo de la petroquímica, que presentan aletas de diámetro relativamente bajo, por ejemplo, del orden de 5 cm, lo cual implica utilizar un gran número de tubos con aletas para difundir suficientemente el calor en el material de cambio de fase. Sin embargo, este gran número de tubos debe ensamblarse a las placas colectoras superiores e inferiores de la calandria, por ejemplo, mediante soldadura o expansión. Esto implica un tiempo de fabricación importante y un coste de fabricación elevado. Además, los riesgos de fuga se aumentan.

Además, debido a la circulación del fluido caloportador en un gran número de tubos, este último tiene una velocidad reducida, lo cual puede requerir en algunos casos la implementación de dispositivos especiales, llamados insertos, en los tubos, haciendo más complejo la fabricación de los tubos y aumentando el coste del sistema de almacenamiento térmico.

El documento EP2904343 describe un sistema de almacenamiento térmico que incluye una calandria, tubos e insertos de aluminio añadidos en la cara exterior de los tubos y que difunden el calor dentro del material de cambio de fase, lo cual permite reducir el número de tubos. Sin embargo, existe una holgura entre el tubo y el inserto, lo cual penaliza la transferencia térmica entre el tubo y el inserto.

El documento CN 111765791 A muestra un módulo para almacenamiento térmico como en el preámbulo de la reivindicación 1.

Exposición de la invención

En consecuencia, un objetivo de la presente invención ofrece un módulo de almacenamiento térmico de material de cambio de fase de realización simplificada y que ofrezca rendimientos mejorados.

El objetivo mencionado más abajo se alcanza mediante un módulo destinado al almacenamiento térmico de material de cambio de fase que incluye un tanque, uno o más intercambiadores térmicos que incluyen extremos de conexión que penetran en y se abren en el tanque, una matriz porosa con poros abiertos y con una tasa de vacío elevada atravesada por el o los intercambiadores térmicos y en contacto íntimo con la cara exterior de los intercambiadores térmicos, siendo la dicha matriz obtenida por moldeo directo alrededor del o de los intercambiadores térmicos, estando la dicha matriz porosa destinada para ser rellenada con un material de cambio de fase. El tanque comprende al menos una pared formada por moldeo directamente en la matriz.

En un ejemplo particularmente ventajoso, la pared está en el material metálico de la matriz y se obtiene directamente durante el moldeo de la matriz.

El hecho de realizar al menos una pared del tanque directamente durante el moldeo simplifica el procedimiento de fabricación.

En otro ejemplo, la pared se moldea sobre la espuma después del moldeo de esta última, por ejemplo, la pared está en un material diferente, ventajosamente en un material que ofrece propiedades de aislamiento térmico con respecto a la espuma. La pared está hecha, por ejemplo, en vidrio de borosilicato o en vidrio sodocálcico.

De manera muy ventajosa, esta pared está atravesada por los extremos de conexión del o de los intercambiadores térmicos. Entonces ya no es necesario añadir al menos una placa de extremo en los extremos de conexión y ensamblarlos de manera estanca sobre estos. El procedimiento de fabricación se simplifica.

En un ejemplo, los intercambiadores térmicos son tubos y los extremos de conexión son los extremos de los tubos. En otro ejemplo, los intercambiadores térmicos son placas de intercambiadores, y los extremos de conexión son, por ejemplo, tubos añadidos en los bordes de las placas y que aseguran el suministro y la evacuación del fluido caloportador. En la variante, una cámara de distribución y una cámara de recolección se proporcionan en los extremos de las placas del intercambiador.

La implementación de una estructura porosa hecha de material metálico asegura una muy buena difusión del calor dentro del material de cambio de fase. Se mejora la eficacia de la carga y la descarga. Además, se puede reducir el número de tubos, lo cual permite no tener que recurrir a insertos en los tubos, y se puede reducir el coste de producción.

De manera muy ventajosa, la matriz porosa o espuma incluye una primera zona entre los tubos que presentan una primera porosidad y en contacto con los tubos, y una segunda zona de segunda porosidad que rodea la primera zona y de porosidad sustancialmente más baja que la primera porosidad. Esta matriz asegura una muy buena conducción térmica entre los tubos y la matriz reduciendo la cantidad de material de cambio de fase en contacto con los tubos, presentando el material de cambio de fase una baja conductividad térmica. En otras palabras, los tubos están rodeados por una capa de material metálico de baja porosidad que forma un sobreespesor alrededor de los tubos y que se adhiere a los tubos. Además, se mejora la resistencia de la estructura metálica alrededor de los tubos.

Un ejemplo muy ventajoso, los módulos según la invención se pueden conectar fácilmente de manera fluídica entre sí y se pueden apilar fácilmente y/o yuxtaponer, pudiendo los módulos estar muy ventajosamente realizados en forma de paralelepípedo.

En un ejemplo, la matriz está equipada, en al menos una de sus aristas, con un montante. Además, es de preferencia implementar varios montantes, por ejemplo, cuatro montantes paralelos dispuestos al nivel de las cuatro aristas orientados verticalmente sobre el módulo. Estos montantes pueden cumplir varias funciones, bien integrados directamente en las aristas de la matriz porosa durante el moldeo de esta última, o bien integrados en esta matriz posteriormente a su moldeado. Los montantes permiten simplificar, o incluso reforzar, el ensamblaje y la estructura de los módulos de almacenamiento térmico. Por otra parte, los montantes pueden proporcionar una función mecánica de refuerzo estructural al módulo de almacenamiento, permitiendo especialmente distribuir las tensiones sobre un marco añadido. Además, estos montantes son capaces de conferir una mejor resistencia mecánica en caso de apilamiento de los módulos, y/o una resistencia reforzada a la presión del tanque. La integración de estos montantes también permite facilitar la instalación y la sujeción de las paredes para formar el tanque.

Se puede prever realizar más de una cara del tanque directamente durante el moldeo, por ejemplo, todas sus caras excepto una. En el caso de un tanque de forma de paralelepípedo, cinco de las seis caras pueden ser realizadas por moldeo directamente sobre la matriz, permitiendo la sexta cara el llenado de la estructura con el material de cambio de fase y permitiendo por ejemplo proporcionar un volumen para permitir la libre variación del volumen del material de cambio de fase durante sus cambios de fase.

Uno de los objetos de la presente solicitud es un módulo para almacenamiento térmico de material de cambio de fase que incluye un tanque, incluyendo al menos un intercambiador térmico un primer y segundo extremos de conexión destinados para ser conectados a una red de fluido caloportador, penetrando y abriéndose los dichos primer y segundo extremos de conexión el tanque, una estructura recibida en el tanque y destinada para contener un material de cambio de fase, comprendiendo la dicha estructura una matriz porosa con celdas comunicantes atravesadas por el dicho intercambiador térmico y en contacto con la superficie exterior del dicho intercambiador térmico, siendo la dicha matriz obtenida por moldeo alrededor del dicho intercambiador térmico, comprendiendo el dicho tanque al menos una pared de material formada por moldeo directamente sobre la matriz porosa.

En un modo de realización, la pared se forma directamente durante el moldeo de la matriz y en una sola pieza con la matriz.

En otro modo de realización, la pared se forma en la matriz después del moldeo de esta última. La al menos una pared está hecha, por ejemplo, de un material que presenta una conductividad térmica inferior a la de la matriz.

De preferencia, la dicha pared está atravesada por al menos el primer extremo del dicho intercambiador térmico. Por ejemplo, la matriz porosa está hecha de material metálico, por ejemplo, aluminio o aleación de aluminio.

En un ejemplo ventajoso, la matriz incluye una primera zona de primera porosidad en contacto con la superficie exterior del intercambiador térmico y una segunda zona de segunda porosidad que rodea la primera zona, siendo la segunda porosidad superior que la primera porosidad.

El módulo puede incluir varios intercambiadores térmicos configurados para ser conectados en paralelo a una red de fluido caloportador y en el cual los primeros extremos de conexión están conectados a un alimentador hidráulico y los segundos extremos de conexión están conectados a un segundo alimentador hidráulico.

Por ejemplo, el dicho intercambiador térmico es un tubo. El tubo puede estar configurado de modo que serpentea en la matriz.

En un ejemplo, el módulo incluye varios tubos, estando cada tubo contenido en un plano, siendo los dichos planos sustancialmente verticales, y los dichos tubos están configurados para conectarse en paralelo a una red de fluido caloportador.

En otro ejemplo, el módulo incluye varios tubos, estando cada tubo contenido en un plano, siendo los dichos planos sustancialmente horizontales y en el cual los dichos tubos están conectados en serie. De preferencia, los tubos están conectados mediante conectores dispuestos en el exterior de la matriz.

Ventajosamente, la matriz tiene forma de paralelepipédico. El tanque incluye ventajosamente cinco paredes en contacto con una cara de la matriz y una pared alejada de una cara de la matriz de modo que proporcione un volumen libre entre la dicha cara y pared. El volumen libre puede formar un cielo de gas inerte y/o una zona de amortiguamiento para la dilatación del material de cambio de fase.

De preferencia, las dichas cinco paredes están hechas de material metálico formado directamente durante el moldeo y en una sola pieza con la matriz o se forman en la matriz después del moldeo de esta última.

Otro objeto de la presente solicitud es un sistema de almacenamiento térmico que incluye al menos un módulo según la invención y del material de cambio de fase que llena las celdas de la matriz.

El dicho módulo puede incluir al menos dos intercambiadores térmicos y cada intercambiador puede ser alimentado con un fluido caloportador diferente o procedente de una red de calor diferente.

Ventajosamente, el sistema de almacenamiento térmico incluye varios módulos, estando una parte de los módulos apilada y/o estando otra parte de los módulos yuxtapuesta. Por ejemplo, los módulos están conectados a una red de fluido caloportador en paralelo. Otro objeto de la presente solicitud es un procedimiento de fabricación de un módulo según la invención, que incluye:

- el suministro de una preforma que comprende placas de núcleos y al menos un intercambiador térmico entre los núcleos,

- colocación de la preforma en un molde,

- introducción de un metal líquido en la preforma,

- solidificación del metal,

- retirada de los núcleos.

La preforma puede incluir un volumen libre entre los núcleos y el intercambiador térmico. Otras ventajas y características de la invención aparecerán en la descripción detallada no limitativa de más abajo.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se entenderá mejor en base a la siguiente descripción y los dibujos adjuntos en los cuales: [La Figura 1A] es una representación esquemática de una vista en sección longitudinal de un ejemplo de módulo de almacenamiento térmico de material de cambio de fase de un sistema de almacenamiento térmico.

[La Figura 1B] es una representación esquemática de la estructura interna del módulo de la Figura 1A.

[La Figura 1C] es una fotografía de un ejemplo de la matriz que se puede implementar en el módulo de almacenamiento térmico.

[La Figura 2] es una representación esquemática de otro ejemplo de una parte de un módulo de un sistema de almacenamiento térmico según la invención.

[La Figura 3] es una representación esquemática de otro ejemplo de una parte de un módulo de un sistema de almacenamiento térmico según la invención, en el cual una parte de las paredes del módulo se realiza durante el moldeo de la matriz.

[La Figura 4] es una representación esquemática de otro ejemplo de una parte de un módulo de un sistema de almacenamiento térmico según la invención, en el cual una parte de las paredes del módulo también se realiza durante el moldeo de la matriz y cuyo medio poroso no ocupa toda la altura entre las paredes.

[La Figura 5] es una representación esquemática de otro ejemplo de una parte de un módulo de un sistema de almacenamiento térmico según la invención, estando los tubos de caloportador en forma de serpentina.

[La Figura 6] es una representación esquemática de otro ejemplo de una parte de un módulo de un sistema de almacenamiento térmico según la invención, estando también los tubos de caloportador en forma de serpentina. [La Figura 7] es una representación esquemática de otro ejemplo de una parte de un módulo de un sistema de almacenamiento térmico según la invención, en el cual los tubos son helicoidales.

[La Figura 8] es una representación esquemática de una variante del módulo de la Figura 7, en el cual la matriz porosa es de forma cilíndrica.

[La Figura 9] es una representación esquemática de un sistema de almacenamiento térmico que incluye varios módulos.

[La Figura 10 A]

[La Figura 10B]

[La Figura 10C]

[La Figura 10D]

[La Figura 10E]

[La Figura 10F] son representaciones esquemáticas de diferentes etapas de un ejemplo de procedimiento de fabricación de un módulo de almacenamiento térmico.

[La Figura 11] es una vista en perspectiva de un módulo de almacenamiento térmico, según otro modo de realización preferido de la invención.

[La Figura 12] es una vista en sección longitudinal del módulo que se muestra en la 1 F.igura 1

[La Figura 13] es una vista en perspectiva de un módulo de almacenamiento tér umniaco a, slteg rnúantiva.

[La Figura 14] es una vista en perspectiva de un módulo de almacenamiento tér omtriaco a, slteg rnúantiva.

[La Figura 15] es una vista en perspectiva de un módulo de almacenamiento tér amúinco o, streag aúlnternativa. Exposición detallada de los modos de realización particulares

En la Figura 1A se puede apreciar una vista en sección longitudinal de un ejemplo de módulo M1 de almacenamiento térmico de material de cambio de fase de un sistema de almacenamiento térmico.

Un sistema de almacenamiento térmico puede incluir uno o más módulos de almacenamiento térmico como se describirá más adelante.

El módulo M1 incluye una calandria o tanque 2 que se extiende según un eje X longitudinal, los tubos 4 dispuestos en el tanque 2, en este ejemplo los tubos 4 se extienden a lo largo de la dirección X longitudinal, una estructura S en el tanque, atravesada por los tubos 4 y que contiene un material de cambio de fase MCP. Un extremo de los tubos 4 está destinado para ser conectado a una fuente de fluido caloportador caliente o a un sistema de utilización de un fluido caloportador caliente, y un extremo de los tubos está destinado para ser conectado a un depósito de caloportador frío o a un sistema de utilización de un fluido caloportador frío.

En general, las caras exteriores del tanque del módulo están recubiertas de un material aislante térmico que forma un aislante térmico (no se representa) para reducir las pérdidas térmicas del módulo hacia el exterior.

En la presente solicitud, se entiende por «fluido caloportador caliente» un fluido caloportador con una temperatura superior a la temperatura de fusión del material de cambio de fase, por lo tanto, es capaz de transferir energía al material de cambio de fase, y por «fluido caloportador frío» un fluido caloportador con una temperatura inferior a la temperatura de cristalización del material de cambio de fase, por lo tanto, es capaz de extraer la energía del material de cambio de fase.

Con fines de simplicidad, el material de cambio de fase se denominará material MCP en la continuación de la descripción.

Por ejemplo, el material MCP se elige entre las parafinas, los alcoholes grasos, los ácidos grasos, los alcoholes de azúcar, los hidratos de sal, etc.

El fluido caloportador puede ser líquido cuando está caliente y cuando está frío, entonces el fluido no cambia de fase durante las fases de carga y descarga del módulo, o estar en forma de vapor cuando está caliente y líquido cuando está frío, teniendo lugar entonces un cambio de fase del caloportador durante las fases de carga y de descarga.

En la Figura 1B se puede ver representada esquemáticamente la estructura S del módulo de almacenamiento de la Figura 1A.

La estructura S incluye una matriz MA en espuma alveolar, porosa, que puede ser metálica. Esta espuma está compuesta por una pluralidad de alveolos abiertos, que se comunican entre sí y se abren en el exterior de la matriz. La estructura alveolar es una estructura estocástica o una estructura regular, ordenada y homogénea o no. Las celdas son, por ejemplo, zonoedros, por ejemplo, de celdas de Kelvin, las cuales tienen una forma de octaedro truncado, y están conectadas entre sí por hebras. En la Figura 1C se puede apreciar una representación de un ejemplo de matriz. El diámetro medio de las celdas puede estar comprendido entre 10 mm y 100 mm y las hebras tienen un espesor de algunos mm.

La matriz MA también puede incluir alveolos que presentan variantes geométricas entre sí. Los alveolos pueden presentar otras formas, cilíndricas, paralelepipédicas, de base poliédrica, especialmente de base octogonal, o cuadrada u otra.

De preferencia, los poros tienen un diámetro medio comprendido entre 10 mm y 100 mm. De preferencia también, el espesor de las hebras es del orden de algunos milímetros.

En un modo de realización, el material de la matriz es metálico, por ejemplo, de aluminio, de aleación de aluminio, de aleación a base de níquel o de acero de hierro fundido. Los materiales metálicos presentan la ventaja de ofrecer una conductividad térmica elevada. En otro modo de realización, la matriz está realizada en un material no metálico, por ejemplo, en vidrio borosilicato, en vidrio sodocálcico, en material compuesto o cualquier otro material compatible con el procedimiento de fabricación descrito e implementado para obtener la matriz MA. El material se elige para que sea compatible con el material MCP y de modo que sea compatible con las temperaturas de funcionamiento del sistema de almacenamiento.

La matriz MA se realiza mediante sobremoldeo de una pieza y de una sola capa alrededor de los tubos 4 asegurando así una gran adherencia entre la matriz MA porosa y los tubos 4, mejorando la transferencia de calor de los tubos hacia la estructura y de la estructura hacia los tubos. La matriz MA se realiza mediante un procedimiento de moldeo implementando una preforma realizada a partir de núcleos. Un ejemplo del procedimiento de fabricación será descrito más adelante.

Los tubos pueden ser de acero al carbono, de acero inoxidable o cualquier otro metal que presente una temperatura de fusión suficiente para mantener la temperatura de fusión del material de la matriz durante el procedimiento de moldeo.

La implementación de una matriz porosa para difundir el calor en el material MCP o para extraerlo del mismo permite reducir, o incluso eliminar las zonas de material MCP las cuales serían difícilmente accesibles de manera térmica y por lo tanto no participarían en el almacenamiento térmico.

De manera muy ventajosa y como se representa en la Figura 2 que muestra una vista en sección transversal de un ejemplo de módulo M2 de almacenamiento térmico, el moldeado de la matriz MA' alrededor de los tubos 4 es tal que las zonas ZI de la matriz que rodean los tubos y están próximas a estos últimos presenten una porosidad sustancialmente más baja que las de las zonas ZII alejadas de los tubos, formando una funda de material metálico de muy baja porosidad que rodea los tubos 4 y está en contacto con estos últimos. Las zonas ZII de la matriz alejadas de los tubos tienen por ejemplo una porosidad comprendida entre el 80 % y el 95 % y la porosidad de las zonas ZI está comprendida, por ejemplo, entre el 0 % y algunos %.

La porosidad de una estructura alveolar se puede calcular de la siguiente manera: La masa m1 de la estructura alveolar se mide en kg. La estructura alveolar se coloca en un recipiente y se sumerge completamente en agua la cual se vierte hasta una graduación determinada. La masa m2 del conjunto constituido por la estructura alveolar y el agua se mide en kg. El recipiente se vacía y luego se llena únicamente con agua hasta la dicha graduación. La masa m3 de agua se mide en kg.

El volumen de la estructura alveolar Vsol se determina en litros (I).

La tasa de vacío £ se calcula según la siguiente ecuación, donde p es la masa volúmica del agua en kg/l:

Las zonas ZI de baja porosidad permiten reducir, o incluso eliminar, la presencia de material MCP directamente en contacto con los tubos, presentando el material MCP generalmente una baja conductividad térmica. Además, estas zonas ZI permiten mejorar las transferencias térmicas en las diferentes direcciones de la matriz, rodeando estas zonas de manera homogénea los tubos. La realización de estas zonas ZI que forma un sobreespesor en los tubos se obtiene reservando en la preforma volúmenes libres alrededor de los tubos, favoreciendo además estos volúmenes libres el flujo y la distribución del material fundido en el interior del molde durante el vertido del metal líquido. El sobreespesor tiene, por ejemplo, un espesor de algunos milímetros. Por ejemplo, tiene un espesor entre 5 mm y 10 mm, para los tubos de diámetro de 17,2 mm y de espesor de 2 mm.

De preferencia, los tubos se realizan de un material diferente al de la matriz, siendo el material de los tubos capaz de mantener la presión del fluido caloportador, y adecuado para el fluido caloportador.

En un modo de realización, la estructura S también incluye al menos una pared 6 exterior de la calandria realizada en una sola pieza con la matriz porosa y simultáneamente con esta última. La preforma y el molde están diseñados para la formación de la pared 6 durante el moldeo de la matriz. La pared 6 exterior está formada del mismo material que la matriz MA y está hecha de material sólido, es decir, es tal que es estanca al material MCP. El hecho de realizar la pared en el mismo material que el de la matriz presenta como ventaja permitir una implementación simplificada. Además, las dificultades relacionadas con las diferencias de los valores del coeficiente de dilatación son limitadas. En otro modo de realización, la pared 6 exterior está formada en un material diferente al de la matriz MA. Esta realización permite ventajosamente tener una pared 6 sólida realizada en un material menos conductor térmicamente que la matriz MA de modo que limite las pérdidas térmicas del módulo de almacenamiento hacia el exterior. La pared 6 exterior está realizada en otro material compatible con la realización de la matriz MA y el cual le permite conservar sus cualidades de estanqueidad al material MCP, de resistencia mecánica a la presión ejercida por el interior del módulo de almacenamiento, de compatibilidad con el material MCP en el rango de las temperaturas de utilización del módulo de almacenamiento.

Por ejemplo, en el caso de que el material de la pared 6 tenga una temperatura de fusión inferior a la del material de la matriz MA, el modo de funcionamiento de la realización del módulo puede consistir en verter primero el material fundido que compone la matriz MA y luego dejar enfriar la matriz MA hasta que su temperatura sea inferior a la temperatura de fusión del material de la pared 6 con el fin de verter posteriormente el material fundido que compone la pared 6. Por tanto, las preformas están diseñadas para delimitar las dos zonas, es decir, la matriz MA y la pared 6 y permitir el vertido de los dos materiales diferentes en dos etapas en cada una de las distintas zonas. Según otro modo de realización, las preformas específicas para la realización de la pared 6 sólida podrían añadirse después de la realización de la matriz MA. Por ejemplo, la pared 6 podría ser de vidrio, por ejemplo, de vidrio de borosilicato, o de vidrio sodocálcico, de material compuesto u orgánico, por ejemplo, de caucho o cualquier otro material que presente ventajosamente, por ejemplo, una conductividad térmica más baja que la matriz MA, o incluso una mejor resistencia mecánica o una mejor aptitud para la deformación termomecánica o una mejor estanqueidad al material MCP.

Una de las ventajas de realizar al menos una pared en un material diferente al de la matriz es utilizar un material menos conductor térmico para la pared. Por ejemplo, la matriz MA puede estar realizada de aleaciones de aluminio de fundición la cual presenta en su mayor parte conductividades térmicas a 20 °C del orden de 120 W.m-1.k-1 a 160 W.m-1.k-1.

A título de ejemplo, la conductividad térmica a 20 °C de la aleación de aluminio fundido A-S7G06 es igual a 160 W.m-1.K-1 y el de aleación de aluminio A-S5U3G es igual a 120 W.m-1.k-1.

La pared puede ser realizada de un material más aislante térmicamente que el aluminio y sus aleaciones, por ejemplo, de vidrio de borosilicato que tenga una conductividad térmica a 20 °C igual a 1,2 W.m-1.k-1 o de acero de hierro fundido que tenga una conductividad térmica a 20 °C igual a 55 W.m-1.k-1.

La conductividad térmica de los sólidos se puede medir de manera directa o indirectamente, es decir, midiendo su difusividad térmica, lo cual implica conocer también su masa volúmica y su calor específico. La medición de la conductividad térmica se puede efectuar mediante el método del hilo caliente o del disco caliente (hot disk), mientras que la medición de la difusividad térmica se puede efectuar mediante el método (Láser) Flash.

De preferencia, el material de la matriz y el material de la pared 6 se eligen de modo que sus coeficientes de dilatación térmica sean lo suficientemente próximos para limitar las dilataciones diferenciales entre la matriz y la pared.

Por ejemplo, se puede utilizar aluminio, acero y hierro fundido para formar la matriz y/o las paredes sólidas. Los valores de los coeficientes de dilatación lineal en función de la temperatura del material se dan más adelante:

Aluminio: 23 * 10-6 k-1

Acero: 12 * 10-6 k-1

Hierro fundido: 10,5 * 10-6 k-1

De manera particularmente ventajosa y como se representa en la Figura 1B y la Figura 2, la pared 6 exterior está atravesada por al menos un extremo de los tubos 4. En la Figura 3 se puede apreciar otro ejemplo de módulo M3 en el cual los dos extremos 4.1, 4.2 de los tubos 4 atraviesan la pared 6.

En el caso de que los extremos de los tubos atraviesen paredes separadas, por ejemplo, paredes opuestas, las dos paredes exteriores atravesadas por los tubos pueden ser paredes sólidas.

Los módulos en los cuales los tubos atraviesan la o las paredes sólidas son sustancialmente más simples de fabricar que los sistemas existentes ya que no requieren añadir una o más placas para fijarlas a los tubos, por ejemplo, mediante soldadura o expansión.

En la variante, las paredes sólidas son distintas a las atravesadas por los extremos de los tubos.

En la Figura 3, el módulo incluye cinco de sus seis paredes exteriores realizadas en una sola pieza con la matriz MA porosa; la pared 6 atravesada por los extremos de los tubos y las otras paredes designadas por la referencia 8. Una cara 10 de la matriz porosa se deja libre para, por un lado, permitir el llenado de la matriz con el material MCP, y por otro lado permitir la libre dilatación del material MCP durante su cambio de estado. Los poros de la matriz están abiertos, lo cual permite que el material MCP penetre en la matriz a partir de la cara 10 exterior de la matriz porosa. Se puede disponer un cielo de gas al nivel de la pared libre de la matriz porosa, por ejemplo, un cielo de gas inerte en el caso de que el material MCP sea sensible a la oxidación en las condiciones de funcionamiento del sistema de almacenamiento.

En otro modo de realización, las cinco de las seis paredes están realizadas por moldeo en la matriz en un material diferente al de la matriz.

En la variante, los tubos se abren por la cara libre 10 de la matriz.

En la Figura 4, se puede apreciar un módulo M4 de almacenamiento térmico según un ejemplo de realización en el cual las paredes 106 y 108 exteriores que bordean la superficie 110 libre se extienden ventajosamente más allá de la superficie 110 libre, de modo que forme un reborde 112 que bordea la superficie 110 libre. Este reborde 112 puede delimitar ventajosamente un depósito para el material MCP.

Cuando el material MCP se dilata durante su fusión, el material MCP sale entonces por la superficie libre de la matriz porosa y este depósito permite contener el material MCP cuando pasa al estado líquido.

Además, este reborde 112 permite ventajosamente la fijación de una tapa (no se representa) para cerrar el volumen de manera estanca o no, delimitando un cielo de gas inerte o no y facilitando la manipulación del módulo de almacenamiento térmico.

En los módulos M1 y M2, los tubos 4 son rectilíneos y el fluido caloportador solo circula según un sentido de dirección durante una fase de carga o de descarga.

De manera ventajosa, los tubos son tales que el módulo tiene una configuración hidráulica de múltiples pasos, es decir, el fluido caloportador en cada tubo circula sucesivamente durante su flujo en la matriz porosa en sentidos diferentes, por ejemplo, opuestos entre los dos extremos del tubo durante un fase de carga y de descarga.

En la Figura 5, se puede apreciar otro ejemplo de módulo M5 en el cual los tubos 204 presentan una forma de serpentina con porciones 214 paralelas conectadas por codos 216 entre los dos extremos del tubo 204.1, 204.2. En este ejemplo, el módulo incluye cuatro tubos 204 dispuestos en planos paralelos distintos verticales y cada tubo 204 incluye nueve porciones 214 rectilíneas paralelas, es decir, el fluido caloportador circula efectuando nueve pasos en la matriz porosa.

En este ejemplo, las porciones 214 rectilíneas son horizontales, pero se puede considerar cualquier otra orientación. Además, cada tubo está contenido en un plano. En la variante, se puede considerar realizar tubos contenidos en varios planos. En este ejemplo, los tubos están conectados en paralelo por alimentadores 218, 220 de alimentación/recolección, según se trate de una fase de carga y de una fase de descarga.

La configuración de múltiples pasos permite aumentar la velocidad del fluido caloportador, por lo tanto, el coeficiente de intercambio térmico convectivo del fluido caloportador y, por lo tanto, el coeficiente de intercambio global entre el fluido caloportador y el material MCP.

De preferencia, el sentido de circulación del fluido caloportador durante las fases de carga y de descarga es tal que el material MCP puede cambiar de volumen durante los cambios de fase aplicando tensiones reducidas, o incluso sin aplicar tensiones a la estructura.

En el caso de un material MCP cuyo volumen aumenta durante el paso al estado líquido, de preferencia el suministro de caloportador caliente se efectúa por la parte superior del módulo, por tanto, el material MCP ubicado en la parte superior del módulo puede dilatarse hacia la superficie libre. El suministro de fluido frío se efectúa entonces de preferencia por la parte inferior del módulo.

En la Figura 6, se puede apreciar otro ejemplo de módulo M6 de almacenamiento térmico que incluye tubos 304 de tipo múltiples pasos, cada uno contenido en un plano horizontal. De preferencia, los tubos 304 están conectados hidráulicamente en serie. De preferencia, la conexión en serie se realiza mediante conectores 322 situados en el exterior de la matriz. Los conectores se añaden, por ejemplo, después del moldeado de la matriz alrededor de los tubos 304.

Es el mismo caloportador el cual circula en los diferentes tubos. De preferencia y como se ha explicado más arriba, el fluido caloportador caliente circula primero en el tubo situado en la parte superior del módulo y luego sucesivamente en los otros tubos.

En esta configuración, el fluido caloportador penetra en el módulo por el extremo 304.1 del tubo 304 y circula en un primer plano P1 superior a través de toda la sección del módulo en un plano horizontal, sale del tubo 304 por el extremo 304.2 y de la matriz, circula en el conector 322 y penetra en el tubo situado en el plano P2 y serpentea en el plano P2 y así sucesivamente hasta unirse al tubo situado en el plano Pn, y finalmente sale del módulo, siendo n un número entero positivo.

De preferencia, el suministro de fluido caloportador caliente se realiza por el tubo situado en la parte superior del módulo.

En la variante, los tubos que serpentean en un plano pueden ser sustituidos por placas de intercambiador integradas en la matriz porosa. Las placas de intercambiador están de preferencia orientadas verticalmente.

Se entenderá que, de preferencia, se busca asegurar una carga y una descarga y por lo tanto una fusión y una solidificación del material MCP en una dirección vertical y de preferencia de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba respectivamente. Sin embargo, en la variante se pueden distribuir los tubos de modo que la carga y descarga se realicen en una dirección principalmente horizontal, entonces el módulo se configura para que la fusión y la solidificación del material MCP no aplique o aplique poca tensión mecánica a la matriz porosa.

En la Figura 7, se puede apreciar otra ejemplo de realización del módulo M7, en el cual los tubos 404, 404' están doblados de modo que formen espiras que giren alrededor del eje X longitudinal. En este ejemplo, dos tubos con diámetros de espiras diferentes. El tubo 404 está dispuesto en el interior del tubo 404' de manera concéntrica. Los dos tubos son alimentados en paralelo por un alimentador 418 de suministro y el fluido que sale de los tubos es recogido por un alimentador 420 de evacuación.

El tubo 404 situado en el interior asegura principalmente una transferencia de calor al MCP situado más en el interior del módulo, y el tubo 404' situado en el exterior asegura principalmente una transferencia de calor a la parte radialmente más al exterior del material MCP. En este ejemplo, el módulo tiene una forma de paralelepípedo.

En la Figura 8, se puede apreciar una variante en la cual el módulo M8 tiene ventajosamente una forma cilíndrica de sección circular, lo cual permite una distribución del calor al material MCP y una recogida del calor del material MCP más uniforme, especialmente en el material MCP situado en el exterior del tubo exterior.

La matriz porosa y más generalmente el módulo pueden presentar cualquier forma, lo cual permite adaptarse a las tensiones de capacidad de almacenamiento de energía térmica y/o de integración en su entorno de funcionamiento.

En los ejemplos descritos los tubos tienen una sección circular. En la variante, presenta una forma aplanada al nivel de la parte contenida en la matriz porosa, y los extremos de conexión de sección circular facilitan la conexión de los tubos al distribuidor y colector.

En los ejemplos descritos, el fluido que circula en los tubos procede de la misma fuente caliente o fuente fría, por lo tanto, es el mismo fluido el cual circula en todos los tubos en paralelo o en serie.

En otro ejemplo de realización, el módulo de almacenamiento incluye varios circuitos separados de circulación de fluidos caloportadores, por ejemplo, para hacer circular diferentes fluidos caloportadores. En efecto, determinadas aplicaciones requieren disponer de al menos dos intercambiadores térmicos internos distintos, alimentados cada uno por un fluido caloportador diferente. Por ejemplo, un primer fluido caloportador se utiliza para suministrar calor al almacenamiento térmico provocando la fusión del material MCP, mientras que el segundo fluido caloportador se utiliza para descargar el almacenamiento térmico recuperando el calor generado por la solidificación del material MCP. Esta configuración se encuentra, por ejemplo, cuando el sistema de almacenamiento térmico está en la interfaz entre una fuente la cual produce calor, por ejemplo, una bomba de calor, y un sistema el cual convierte el calor en electricidad en el momento que sea más apropiado, por ejemplo, una máquina de ciclo orgánico de Rankine. Los fluidos caloportadores que se encuentran en este tipo de configuración son a menudos fluidos refrigerantes de dos fases. Un tal medio de almacenamiento térmico, provisto de dos intercambiadores térmicos internos distintos, también es particularmente interesante en las redes de calor donde se posiciona ventajosamente en la interfaz entre el circuito primario de temperatura más alta y el circuito secundario de temperatura más baja. Según este esquema de integración, el medio de almacenamiento térmico funcionaría en paralelo con el intercambiador térmico habitual el cual asegura la transferencia de calor entre el circuito primario y el circuito secundario. En este diseño, el primer intercambiador térmico interno del medio de almacenamiento térmico es alimentado por el fluido caloportador que circula en el circuito primario, mientras que el segundo intercambiador térmico interno del medio de almacenamiento térmico es alimentado por el fluido caloportador que circula en el circuito secundario. Por tanto, considerando que el circuito primario tiene una temperatura más elevada que el circuito secundario, un tal medio de almacenamiento térmico en la interfaz entre los dos circuitos, es alimentado por el circuito primario para su carga, es decir, provocando la fusión del material MCP y por lo tanto la recuperación y el almacenamiento del calor, luego sería alimentado por el circuito secundario para su descarga, es decir, provocando la cristalización del material MCP y por lo tanto la restitución del calor almacenado. El material MCP se elige de acuerdo con su temperatura de cambio de estado líquido/sólido, de modo que la temperatura de suministro del circuito primario sea suficiente para provocar la fusión del material MCP y la temperatura de suministro del circuito secundario sea suficiente para provocar la cristalización del material MCP.

En un ejemplo, los intercambiadores térmicos se realizan por medio de dos tubos coaxiales, el primer fluido caloportador circula en el tubo interno mientras que el segundo fluido caloportador circula en el canal anular formado entre el tubo interno y el tubo externo, el primer fluido cambia entonces el calor con el material MCP a través de los dos tubos y el primer fluido caloportador. En otro ejemplo, los dos intercambiadores térmicos son distintos y de estructuras diferentes o no. Por tanto, es posible elegir la estructura de cada intercambiador térmico la cual sea la más eficaz en términos de transferencia térmica para el fluido caloportador que circula en cada intercambiador térmico.

Como ya se ha mencionado más arriba, la invención que implementa una matriz porosa moldeada alrededor de uno o más intercambiadores térmicos ofrece una gran libertad en cuanto a la forma y geometría final de los módulos de almacenamiento térmico de estos últimos. De manera muy ventajosa, los módulos pueden tener forma de paralelepípedo, lo cual permite facilitar su integración y maximizar su volumen útil con respecto a la superficie que ocupan en el suelo, lo cual reduce el espacio ocupado en el suelo por el sistema de almacenamiento térmico. Por el contrario, los sistemas de almacenamiento del estado de la técnica generalmente incluyen calandrias cilíndricas para contener el material MCP, que presentan una influencia al suelo importante con respecto a su volumen. Además, esta forma de paralelepípedo permite asociar varios módulos yuxtaponiéndolos y/o apilándolos con facilidad y adaptándose mejor al espacio en el suelo disponible, y conectándolos fluidamente en paralelo o en serie.

En la Figura 9 se puede apreciar esquemáticamente un sistema de almacenamiento térmico STT que incluye tres módulos M9, estando dos módulos M9 apilados y dos módulos M9 yuxtapuestos y en contacto por una cara exterior. Los tres módulos M9 están conectados en paralelo a una red. Son alimentados de fluido caloportador en paralelo por la red y descargan el fluido en paralelo en la red. En la variante, se pueden conectar en serie o algunos se conectan en paralelo y otros se conectan en serie.

Se puede considerar aislar hidráulicamente uno o más módulos, por ejemplo, por medio de una válvula, para que estos últimos no almacenen calor o no lo entreguen en función de la cantidad de calor por almacenar o recuperar respectivamente, por ejemplo, de acuerdo con las estaciones. Un tal sistema de almacenamiento ofrece una gran flexibilidad de funcionamiento.

A título de ejemplo, cada módulo puede presentar las siguientes dimensiones: 0,5 m x 0,5 m x 1 m y un volumen externo (sin conexiones hidráulicas ni calorífugas) de aproximadamente 0,25 m3. Tales dimensiones permiten un fácil apilamiento de los módulos. La matriz porosa puede presentar una porosidad comprendida entre el 80 % y el 95 % ocupada casi completamente por el material MCP, un tal módulo puede contener entonces aproximadamente entre 200 litros y 237 litros de material MCP. Cada módulo puede almacenar una energía térmica comprendida entre 10 y 20 kWatt. hora.

A título de ejemplo, considerando una subestación de una red de calor que dispone contra una pared de un volumen libre para el almacenamiento de calor de 0,5 m x 1 m en el suelo a una altura de 3 m, sería posible instalar una unidad de almacenamiento térmico compuesta por un apilamiento de seis módulos unitarios que presenten un volumen total de 1,5 m3. Un mismo sistema compuesto por dos tanques cilíndricos de diseño tradicional solo presentaría un volumen total de 1,17 m3, es decir, como mínimo un 20 % menos de capacidad de almacenamiento de energía térmica.

La invención permite liberar el espacio para almacenar el material MCP.

El procedimiento implementado para fabricar el dispositivo de almacenamiento según la invención permite un sobremoldeado de la espuma directamente sobre los tubos, lo cual no era posible con ningún otro tipo de espuma estocástica.

El sobremoldeado de la espuma de aluminio sobre los tubos de acero asegura una puesta en tensión de la interfaz de acero/aluminio garantizando una conexión metal/metal íntima y durable.

La integración de los intercambiadores térmicos en la espuma permite una mejor transferencia térmica entre el caloportador y el material MCP, lo cual permite reducir el número de intercambiadores térmicos, por ejemplo, el número de tubos. El hecho de utilizar menos tubos ofrece la posibilidad de utilizar alimentadores hidráulicos para la distribución hidráulica y recogida hidráulica del fluido caloportador en los extremos de conexión de los intercambiadores térmicos. La utilización de alimentadores hidráulicos ofrece varias ventajas. En primer lugar, permite prescindir de la utilización de cajas de agua que implican recurrir a placas para realizar la interfaz con el haz de tubos que se utiliza a menudo en el diseño tradicional. La utilización de placas, también llamadas placas colectoras de tubos, implica numerosas y costosas operaciones de ensamblaje (obtenidas por soldadura o expansión) para realizar la conexión entre la/las placa(s) y los tubos. Por tanto, es necesario disponer de dos operaciones de ensamblaje por tubo. Estas operaciones de ensamblaje pueden constituir además zonas frágiles desde el momento en que implican operaciones de soldadura.

La utilización de alimentadores hidráulicos también simplifica las operaciones de ensamblaje. Las soldaduras se realizan en el exterior del módulo de almacenamiento térmico entre los extremos de conexión de los intercambiadores térmicos y los alimentadores.

La conexión por soldadura se hace ventajosamente «de extremo a extremo» o mediante la utilización de conectores, por ejemplo, de tipo unión, que ofrecen una resistencia mecánica mucho mejor que las conexiones habituales de tubos en las placas tubulares. Por otro lado, la posibilidad de realizar las conexiones soldadas en el exterior del módulo facilita su accesibilidad, especialmente para las operaciones de controles periódicos/inspecciones. Además, el hecho de evitar el uso de cajas de agua para la distribución y la recogida hidráulica del fluido caloportador del molde utilizando en su lugar alimentadores hidráulicos permite reducir el volumen de fluido caloportador contenido en estos componentes. En el caso de que el fluido caloportador esté presurizado, la posibilidad de reducir el volumen contenido en el módulo permite aligerar y limitar las exigencias en el diseño, especialmente en el caso de la utilización de fluido presurizado.

La reducción del número de tubos permite no tener que recurrir a insertos, reduciendo el coste y la complejidad del módulo. La densidad energética de almacenamiento del módulo se puede aumentar en la medida en que el volumen liberado por los tubos se pueda reemplazar con material MCP. La ausencia de insertos en los tubos puede reducir los riesgos de ensuciamiento en los tubos en determinados casos.

A continuación, se describirá un ejemplo de un procedimiento de fabricación del módulo M1 de almacenamiento térmico. Las Figuras 10A a 10F representan diferentes etapas de manera esquemática de un ejemplo de procedimiento de fabricación de un módulo de almacenamiento térmico. En primer lugar, se proporcionan núcleos los cuales se fabrican por agregación de elementos por medio de un aglutinante, por ejemplo, un poliuretano. Los elementos se colocan en un molde de forma correspondiente a la de la preforma PR que se desea realizar con el fin de obtener los núcleos N. Para garantizar un buen apilamiento de los núcleos en un molde, se depositan los elementos capa por capa y el número de capas depende de la forma y del tamaño de la preforma PR.

Los tubos de acero se colocan en las capas de los núcleos N, para este efecto se integra un espacio previsto, por ejemplo, mediante CAO. Alrededor de cada tubo y entre los núcleos, una capa de aluminio llega a cubrir el tubo de acero para maximizar el sobremoldeo y la conexión térmica (Figura 10B).

La preforma PR se dispone en un molde MO (Figura 10C). El molde está realizado, por ejemplo, de arena o de un material metálico. El molde y la disposición de la preforma en el molde son tales que se forma un espacio E vacío entre la preforma y una pared interna del molde MO de modo que, durante el moldeo, se formará una pared 6 sólida en el material de la matriz en una cara de la matriz porosa y alrededor de los extremos de los tubos.

Durante una etapa siguiente representada en la Figura 10D, se prepara un baño B de metal, por ejemplo, de aluminio, y luego el metal líquido se infiltra en la preforma. El sistema de llenado y la temperatura del metal se adaptan a la configuración de la matriz por fabricar. Se puede utilizar un software que permita calcular las distancias de infiltración del metal. El metal se solidifica (Figura 10E), en este estado, la preforma todavía está contenida en la pieza y por lo tanto debe ser destruida. Para realizar esto, se sumerge la pieza en un disolvente, de modo que la preforma se disuelva. La pieza obtenida después de la destrucción de la preforma presenta dos tipos de zonas: las zonas de espuma hueca, en lugar de la preforma, y las zonas sólidas de aleación en lugar del espacio vacío. Por tanto, la pieza puede presentar una «piel» alrededor de la zona de espuma (Figura 10F).

El metal se acaba y el módulo se completa, especialmente uniendo las otras partes del tanque, por ejemplo, mediante soldadura.

A continuación, el módulo se puede llenar con material MCP. Este llenado del módulo con MCP puede tener lugar cuando el módulo está colocado y conectado a la red de fluido caloportador para asegurar el suministro de calor necesario a la fusión del MCP. Durante el llenado, el MCP se puede suministrar en forma de polvo, en forma de gránulos de algunos milímetros de diámetro (en general entre 1 mm y 3 mm) o bien directamente en forma de líquido, es decir, después de haber sido previamente calentado para ser fundido).

El procedimiento de fabricación de la matriz puede incluir un control de la forma de los núcleos, un control de la porosidad del metal antes del vertido, una medición de la temperatura del metal antes del vertido, una verificación de la metalurgia del metal antes del vertido.

Según otro modo de realización preferido de la invención, representado en las Figuras 11 y 12, la matriz MA está equipada en algunas de sus aristas con montantes 15. Se trata de cuatro montantes 15, en forma de largueros, que equipan las cuatro aristas de la matriz orientadas verticalmente.

Los montantes 15, también paralelos entre sí y orientados verticalmente, pueden ser realizados en un material diferente al de la matriz MA. Por ejemplo, para conferir una mejor resistencia mecánica al módulo, y, por lo tanto, cumplir una función estructural, el acero puede ser empleado, o incluso cualquier otro material que disponga de tales propiedades.

Los montantes 15 adoptan, de preferencia, una sección cuadrada o rectangular, sólida o hueca, por ejemplo, en forma de perfiles. Pueden ser mecanizados, perforados o roscados para facilitar el ensamblaje de posibles elementos sobre su superficie, tales como pies de soporte, elementos de encajamiento, órganos de manipulación como grilletes, etc.

Según otro modo de realización, los largueros también pueden perforarse en su pared en contacto con la matriz MA de modo de permitir, durante la operación de moldeo, la penetración del material (en fusión) de la matriz a través o en el interior de los largueros. Después de la fase de solidificación del material de la matriz, este modo de realización permitirá hacer solidario(s) el(los) larguero(s) 15 con la matriz MA. Por supuesto, según este modo de realización, los largueros se insertan/ensamblan con los núcleos durante su ensamblaje antes del vertido del material de la matriz. Este modo de realización hace definitivamente solidarios y no desmontables los largueros y la matriz.

Los cuatro montantes 15 se integran perfectamente en la geometría paralelepipédica de la matriz MA y del conjunto del módulo. Para realizar esto, la matriz MA presenta retirada/vaciado de material al nivel de cada una de sus aristas afectados, de forma complementaria a la del montante recibido. Esta retirada 17, también denominada ahorro, presenta, por lo tanto, una forma de ángulo recto, abierto hacia el exterior del módulo. El ensamblaje es tal que las superficies exteriores de los montantes 15 están al ras o sustancialmente al ras de las superficies exteriores adyacentes de la matriz.

Para la integración de los montantes 15 se ofrecen dos posibilidades. La primera consiste en integrar los montantes en la matriz MA directamente durante el moldeo de esta última. En este caso, los montantes 15 pueden presentar una superficie estructurada para favorecer la adherencia y la solidaridad con la matriz porosa moldeada sobre estos montantes.

La segunda posibilidad reside en la integración de estos montantes 15 solo después de haber obtenido la matriz MA por moldeo. En este caso, la obtención de las retiradas 17 en la matriz MA se efectúan adaptando la geometría de los núcleos en el molde. Estas retiradas se definen entonces preferentemente con zonas sólidas, como las de las paredes sólidas las cuales definen todo o parte del tanque 2 sobre la superficie exterior de la matriz.

En una alternativa que se muestra en la Figura 13, el módulo M1 es similar al módulo M3 que se muestra en la Figura 3, en el sentido en que el tanque 2 se forma con la ayuda de un cuerpo 2a de tanque, cerrado por una tapa 2b que recubre una cara 10 libre de la matriz MA porosa. En esta configuración, la presencia de los montantes 15 en las aristas verticales de la matriz MA permite facilitar y reforzar la fijación de la tapa 2b sobre el módulo.

Según otra alternativa representada en la Figura 14, un marco 19 se añade entre la tapa 2b y los extremos superiores de los montantes 15, sobre los cuales se añade este marco 19. Este marco presenta por ejemplo una sección en forma de L, facilitando el ensamblaje por sujeción mecánica de la tapa 2b sobre el marco 19.

Según aún otra alternativa que se muestra en la Figura 15, algunas de las paredes 6 que forman el cuerpo del tanque ya no se realizan directamente por moldeo y en una sola pieza con la matriz MA, sino que se añaden en el módulo después del moldeo de la matriz. Los montantes 15 y el marco 19 facilitan entonces su ensamblaje y refuerzan la resistencia mecánica del conjunto obtenido. Además, se puede disponer otro marco 19 similar en la cara opuesta de la matriz, y fijarse a los extremos inferiores de los montantes 15 para recibir una de las placas sólidas añadidas destinadas para formar el tanque. En este caso, los esfuerzos que pasan a través de los montantes 15 pueden distribuirse adecuadamente en cada uno de los marcos 19.

Para la fijación de las placas 6 sólidas, los montantes 15 pueden estar preequipados con medios de fijación tales como pernos roscados (no se representan), facilitando el montaje por sujeción de estas paredes 6 las cuales son añadidas, y no realizadas en una sola pieza con la matriz MA. También se puede disponer una superficie exterior lisa sobre estos montantes 15, de manera que reciba una junta de estanqueidad aplastada entre estos montantes y las placas 6 sólidas que soportan.

Por supuesto, los expertos en la técnica pueden introducir diversas modificaciones a la invención que se acaba de describir, únicamente a título de ejemplos no limitativos, y cuyo alcance está definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Módulo para el almacenamiento térmico por material de cambio de fase que incluye un tanque (2), al menos un intercambiador (4, 204, 304) térmico que incluye un primer (4.1) y un segundo (4.2) extremos de conexión destinados para conectarse a una red de fluido caloportador, penetrando y abriendo los dichos primero (4.1) y segundo (4.2) extremos de conexión del tanque (2), una estructura (S) recibida en el tanque y destinada para contener un material de cambio de fase, comprendiendo la dicha estructura (S) una matriz (MA, MA') porosa con celdas comunicantes atravesadas por el dicho intercambiador (4) térmico y en contacto con la superficie exterior del dicho intercambiador (4, 204, 304) térmico, siendo la dicha matriz (MA, MA') obtenida por moldeo alrededor del dicho intercambiador (4, 204, 304) térmico, caracterizado porque el dicho tanque (2) comprende al menos una pared (6) de material formado por moldeo directamente sobre la matriz (MA, MA') porosa.

2. Módulo según la reivindicación 1, en el cual la pared se forma directamente durante el moldeo de la matriz y en una sola pieza con la matriz (MA, MA').

3. Módulo según la reivindicación 1, en el cual la pared se forma en la matriz después del moldeo de esta última y, de preferencia, la al menos una pared está realizada en un material que presenta una conductividad térmica inferior a la de la matriz.

4. Módulo según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual la dicha pared (6) está atravesada por al menos el primer extremo (4.2) del dicho intercambiador térmico.

5. Módulo según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual la matriz porosa está realizada de material metálico, por ejemplo, de aluminio o aleación de aluminio.

6. Módulo según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual la matriz (MA') incluye una primera zona (ZI) de primera porosidad en contacto con la superficie exterior del intercambiador (4, 204, 304) térmico y una segunda zona (ZII) de segunda porosidad que rodea la primera zona (ZI), siendo la segunda porosidad superior a la primera porosidad.

7. Módulo según una de las reivindicaciones 1 a 6, que incluye varios intercambiadores (4, 204, 304) térmicos configurados para conectarse en paralelo a una red de fluido caloportador y en el cual los primeros extremos de conexión están conectados a un alimentador hidráulico y los segundos extremos de conexión están conectados a un segundo alimentador hidráulico.

8. Módulo según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el cual el dicho intercambiador (4, 204, 304) térmico es un tubo.

9. Módulo según la reivindicación 8, en el cual el tubo (204, 304) está configurado de modo que serpentea en la matriz (MA), y, de preferencia, incluye varios tubos (204), estando cada tubo (204) contenido en un plano, siendo los dichos planos sustancialmente verticales, y en el cual los dichos tubos (204) están configurados para estar conectados en paralelo a una red de fluido caloportador.

10. Módulo según la reivindicación 8, que incluye varios tubos (304), estando cada tubo (304) contenido en un plano, siendo los dichos planos sustancialmente horizontales y en el cual los dichos tubos (304) están conectados en serie, estando los dichos tubos (304), de preferencia, conectados por conectores (322) dispuestos en el exterior de la matriz (MA).

11. Módulo según una de las reivindicaciones anteriores, en el cual la matriz (MA) tiene forma de paralelepípedo, y, de preferencia, la matriz (MA) está equipada, en al menos una de sus aristas, de un montante, y, de preferencia, en el cual el tanque incluye cinco paredes en contacto con una cara de la matriz y una pared alejada de una cara (110) de la matriz de modo que proporcione un volumen libre entre la dicha cara y la dicha pared, y, de preferencia, las dichas cinco paredes están realizadas de material metálico formadas directamente durante el moldeo y en una sola pieza con la matriz o se forman sobre la matriz después del moldeo de esta última.

12. Sistema de almacenamiento térmico que incluye al menos un módulo según una de las reivindicaciones anteriores y el material de cambio de fase que llena las celdas de la matriz.

13. Sistema de almacenamiento térmico según la reivindicación anterior, en el cual el dicho módulo incluye al menos dos intercambiadores térmicos y en el cual cada intercambiador es alimentado por un fluido caloportador diferente o procedente de una red de calor diferente.

14. Sistema de almacenamiento térmico según la reivindicación 12 o 13, que incluye varios módulos, estando una parte de los módulos apilados y/o estando otra parte de los módulos yuxtapuestos, y, de preferencia, en el cual los módulos están conectados a una red de fluido caloportador en paralelo.

15. Procedimiento de fabricación de un módulo según una de las reivindicaciones 1 a 11 que incluye:

- el suministro de una preforma que comprende placas de núcleos y al menos un intercambiador térmico entre los núcleos,

- colocación de la preforma en un molde,

- introducción de un metal líquido en la preforma,

- solidificación del metal,

- eliminación de los núcleos,

y en el cual la preforma incluye, de preferencia, un volumen libre entre los núcleos y el intercambiador térmico.