ITMI20121791A1 - Apparato e metodo per il trasferimento di energia termica mediante materiali a cambiamento di fase - Google Patents

Description

"APPARATO E METODO PER IL TRASFERIMENTO DI ENERGIA TERMICA MEDIANTE MATERIALI A CAMBIAMENTO DI FASE"

CAMPO DI APPLICAZIONE

II presente trovato si riferisce ad un apparato in grado di effettuare l’estrazione di flussi termici da reflui gassosi, detti anche “Off Gas†, ad alto contenuto energetico di processi industriali e di servizio, per trasferirli a una utenza definita esterna (UE) . Il trasferimento viene realizzato con l’ausilio di materiali a cambiamento di fase, detti anche “phase change materials†, che a contatto dei reflui gassosi caldi operano in transizione di fase solido/liquido e con scambiatori termici a contatto coi, o immersi nei, materiali a cambiamento di fase dove all’interno degli scambiatori di calore scorrono fluidi termovettori che alimentano l’utenza esterna.

L’utenza esterna può essere costituita da un produttore di energia elettrica e/o termica, da una sezione dell’impianto diversa da quella dove à ̈ avvenuta l’estrazione dei flussi termici e con una tempistica differita ai fini dell’ottimizzazione del processo stesso. Infine, il trovato ha un effetto moderatore di riduzione della variabilità delle temperature e delle potenze termiche a valle dell’apparato stesso per facilitare tecnicamente ed economicamente un successivo recupero energetico con tecnologie note.

Il trasferimento dei flussi termici dai reflui gassosi caldi ad un’utenza esterna à ̈ gestibile nel valore e nel differimento temporale rispetto all’estrazione secondo l’esigenza dell’utenza esterna. Il trasferitore di energia termica di cui trattasi à ̈ denominato nel seguito sinteticamente “TET a PCM†.

STATO DELLA TECNICA

I continui aumenti del costo dei vettori energetici e le normative degli Stati nazionali che incentivano la produzione di energia termica ed elettrica da fonti alternative e da recuperi energetici, hanno favorito negli anni lo sviluppo di tecnologie per recuperare energia da reflui gassosi ad alto contenuto energetico propri di numerosi processi industriali e di servizio. Il recupero energetico viene utilizzato per alimentare utenze esterne o per aumentare l’efficienza dei processi che hanno generato i gas caldi riducendone i fattori energetici intesi come energia utilizzata per unità di prodotto o di servizio.

Sono note apparecchiature che effettuano un recupero di energia termica dei gas ad alta temperatura da processi di combustione o di reazione chimica per effettuare il preriscaldo del materiale di carica, oppure del comburente in ingresso nella camera di combustione, oppure per avviare processi chimici a bassa e media temperatura.

Sono altresì noti apparati di scambio termico diretto dove scorre come fluido termovettore aria, acqua, olio diatermico o vapore per alimentare utenze termiche/elettriche, per il pre-riscaldo a bassa/alta temperatura, per la produzione di energia elettrica e/o termica.

Sono note tecnologie per limitare le variazioni di temperatura e di potenza termica per alimentare l’utenza generica costituita da serbatoi con la funzione di accumulatori (acqua, vapore, olio).

Una tecnologia nota particolare à ̈ costituita dai sali fusi che vengono utilizzati, ad esempio nel campo del solare termodinamico, sia come fluidi termovettori che come accumulatori termici.

Come esempio emblematico, ma non esclusivo, si fa riferimento alle acciaierie elettriche, dove l’energia dissipata complessivamente con i gas à ̈ nell’intorno del 38% del totale dell’energia in ingresso e il fattore energetico complessivo à ̈ di circa il 50%. II recupero interviene sugli effluenti gassosi su una quota di energia disponibile pari a circa il 21%, che andrebbe in caso contrario disperso lungo la linea di depurazione fumi inclusa l’espulsione in atmosfera.

Una apparecchiatura nota per il recupero termico dei gas di processo adotta scambiatori diretti che vengono fatti percorrere internamente da fluidi termovettori che alimentano utenze esterne; gli scambiatori diretti generano flussi termici variabili che seguono coerentemente l’andamento delle temperature e delle portate dei fumi.

L’apparecchiatura a scambio diretto ha l’inconveniente di imporre il dimensionamento degli scambiatori e delle apparecchiature di utilizzo sui valori massimi dei flussi termici parzializzandone l’utilizzo medio, inoltre l’eventuale generatore elettrico opera con rendimenti medi non ottimali.

Una tecnologia nota per limitare la variabilità dei flussi termici di alimentazione dell’utenza à ̈ l’accumulatore termico che ha però l’inconveniente di un alto costo, in particolare se costruito per resistere ad alte pressioni.

E’ pure nota una tecnica per ridurre la variabilità nella fornitura di vapore ad una utenza esterna che prevede di far transitare il vapore prodotto a portata variabile in un accumulatore di vapore.

Un’altra tecnologia nota per ovviare alla variabilità delle potenze termiche estratte à ̈ quella di integrare il sistema di recupero con apparati che generano potenze termiche aggiuntive; in questo caso il sistema impiantistico assume una taglia più grande con un ricorso importante a combustibili o vettori tradizionali che inficiano l’economicità del recupero.

Una soluzione che ha avuto applicazioni operative prevede il pre-riscaldamento del rottame contenuto nelle ceste di carico per forni elettrici. In questo caso, alle complicazioni impiantistiche dovute alla logistica delle ceste, si aggiungono le problematiche tecnologiche dovute alla presenza nella carica di basso-fondenti con possibili conseguenze negative per la marcia del forno e per la produttività. Ulteriori problemi sono di tipo ambientale legati alla possibile presenza di diossine nei fumi di pre-riscaldo e alla formazione di prodotti tossici dovuti alla composizione della carica preriscaldata che potrebbero richiedere sistemi di post-combustione dei fumi.

II recupero del calore sensibile dei fumi, con cessione dello stesso al rottame, può essere effettuato dopo diluizione con aria falsa e senza l’adozione di bruciatori ausiliari di integrazione a bassa temperatura (300°-350° C), evitando le complicazioni di un pre-riscaldo ad alta temperatura, ma lontano dalle condizioni ritenute ottimali per un conseguimento di massimo risparmio energetico (600°- 650° C).

In situazioni di “revamping†, ossia di intervento di aggiornamento di impianti esistenti, le evidenti difficoltà, logistiche ed impiantistiche, di adottare sistemi di preriscaldo frena la diffusione di tale tecnologia.

Questo sistema di recupero si rivela interessante in impianti dall’elevata produttività, dove le portate e la temperatura dei fumi sono tali da poter essere adeguatamente sfruttati e la durata del ciclo di fusione (Tap-to-Tap) à ̈ indicativamente superiore ai 70 minuti.

Una tecnologia nota come processo “Twin-Shell†prevede un forno fusorio con due tini aventi in comune il sistema porta elettrodi. In questo tipo di processo, mentre viene fuso il materiale nel primo tino, nel secondo viene caricata una cesta e, quando nel primo si passa allo spillaggio nel secondo si inizia la fusione. In genere i gas provenienti dal forno che sta fondendo il materiale di carica vengono fatti transitare nel forno in cui sta avvenendo la carica. Però, per motivi ambientali, anche in questo caso à ̈ spesso necessario effettuare il preriscaldamento tramite dei bruciatori.

E altresì noto il forno cosiddetto “Contiarc†, il quale à ̈ un forno ad arco alimentato a corrente continua (DC), nel quale la carica metallica da fondere viene alimentata con continuità nella parte superiore del tino a velocità pari a quella di fusione nella parte inferiore. Durante la discesa, il rottame viene investito dai gas ascendenti che quindi provvedono a pre-riscaldarlo.

Un ulteriore forno elettrico cosiddetto “Comelt†, anch’esso in corrente continua (DC), prevede un tino verticale di preriscaldamento che utilizza i gas generati nel corpo fusorio (inclinabile) adiacente.

Ad esempio il forno a tino cosiddetto “Shaft Furnace†utilizza un tino supplementare (o due tini usati alternativamente) raffreddato ad acqua e posizionato superiormente al forno fusorio, dove vengono prodotti i gas che andranno a preriscaldare il rottame di carica. Anche in questa configurazione sono previsti dei bruciatori ossi-combustibile ad integrazione del calore sensibile ceduto dai fumi.

L’evoluzione delle tecnologie di caricamento dei reattori, indirizzate al contenimento dei tempi morti e ad una contrazione della durata del ciclo di fusione, hanno portato alla realizzazione dei sistemi di approvvigionamento in continuo cosiddetto “CONSTEEL®â€ nei quali si effettua il pre-riscaldo del rottame sul nastro convogliatore da parte dei reflui gassosi caldi del forno elettrico ad arco. Tale impianto consente una riduzione del fabbisogno di energia elettrica di circa 10% ed una maggior produttività.

Per quanto riguarda il recupero energetico ai soli fini termici, esso à ̈ praticabile in associazione a reti di teleriscaldamento, considerata la scarsa rilevanza economica dell’energia termica a bassa entalpia nell’ambito del comprensorio industriale. In altri termini à ̈ necessario cedere energia termica a insediamenti industriali o civili vicini. E’ nota un’ulteriore possibilità di recupero, anche se ancora non realizzata industrialmente, basata sui materiali a cambiamento di fase PCM a temperatura di fusione elevata, come il rame, che fonde a circa 1083°C. Tale tecnologia prevede l’accumulazione dell’energia contenuta nei gas in uscita dal forno in un PCM che fungerà da fonte di calore per la reazione endotermica di steam-reforming del metano, al fine di produrre idrogeno.

È noto, inoltre, che i forni elettrici ad arco utilizzati nelle acciaierie sono sempre caratterizzati dalla presenza di potenti sistemi di raffreddamento ad acqua che necessitano di complessi e voluminosi sistemi di raffreddamento dissipativi che non prevedono alcuna forma di recupero termico. Questi sistemi di raffreddamento sono collocati sulle pareti del tino, sulla volta del forno di fusione, sui primi tratti dei condotti che convogliano i fumi dal quarto foro del forno ai sistemi di depurazione ed hanno lo scopo di salvaguardare l’integrità dell’involucro e di ridurre le usure dei refrattari protetti e delle parti metalliche refrigerate.

Nelle tecnologie note di recupero energetico sono utilizzati, come fluidi termovettori, acqua calda e vapore a basse caratteristiche termiche, temperature e pressioni relativamente basse in ragione della variabilità dei flussi di potenza termica degli effluenti gassosi; i rendimenti che ne conseguono sono modesti.

Un ulteriore inconveniente delle tecnologie note di recupero energetico nei forni elettrici ad arco, ma non esclusivamente, Ã ̈ quello di dimensionare gli apparati per le punte di carico, con una duplice inefficienza, legata sia al fatto che gli investimenti iniziali per la realizzazione degli impianti sono utilizzati mediamente solo in parte, sia al fatto che i rendimenti di recupero energetico sono modesti in relazione alla parzializzazione media delle potenze nominali.

Il principale scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un nuovo apparato ed un nuovo metodo per l’estrazione di energia termica da reflui gassosi caldi di processi industriali e di servizio e per il trasferimento di tale energia termica in alimentazione ad una utenza esterna.

Un ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un apparato ed un metodo per il trasferimento di energia termica che consentano di mantenere un materiale almeno parzialmente in una condizione di costante transizione di fase e dunque a temperatura pressoché costante, condizione particolarmente utile negli scambiatori di calore.

Un ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un apparato ed un metodo che siano in grado di estrarre energia termica da un processo avente elevata variabilità nel tempo in termini di temperature e/o portate e/o potenze termiche, oppure avente intermittenza di funzionamento, per alimentare una utenza esterna con un flusso termico costante o comunque gestito in funzione delle esigenze dell’utenza stessa.

Uno scopo ulteriore del presente trovato à ̈ quello di realizzare un apparato che consenta di ottenere una consistente riserva energetica, sotto forma essenzialmente di calore latente, ad alta temperatura, utile alla regolazione del processo che ha generato gli effluenti gassosi caldi in una sezione impiantistica diversa da quella di estrazione energetica, e con un differimento temporale gestito.

Scopo ulteriore del presente trovato à ̈ quello di realizzare un apparato ed un metodo che consentano di sostituire totalmente o parzialmente i circuiti, utilizzati ad esempio in siderurgia, per il raffreddamento e la protezione delle strutture, i quali normalmente richiedono potenze elevate e sono notevolmente dissipativi.

Un ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un apparato ed un metodo che permettano di sostituire totalmente o parzialmente i sistemi di scambio termico, notevolmente dissipativi, necessari per il raffreddamento degli effluenti gassosi di processi termici, quale ad esempio un forno crematorio.

Un ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un apparato in grado di riscaldare aria ambiente ad alta temperatura da immettere nei camini per eliminare l’eventuale pennacchio di vapore dove prescritto.

Ancora un ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un apparato che utilizzi come fluido termovettore i sali fusi, con temperature di estrazione che possono raggiungere i 550°C e con potenze termiche e temperature relativamente elevate.

È un ulteriore scopo del presente trovato il realizzare un apparato ed un metodo che consentano selettivamente di realizzare cicli termodinamici Rankine completi particolarmente potenti e ad alto rendimento, oppure, in alternativa, che consentano di realizzare la sola fase di surriscaldamento, particolarmente delicata sia dal punto di vista termodinamico, date le alte temperature di processo, sia dal punto di vista tecnologico, per evitare corrosioni e usure.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, il Richiedente ha ideato, dimensionato, progettato il presente trovato e ne ha definito il metodo di utilizzo.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato à ̈ espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le relative rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell’idea di soluzione principale.

In accordo con i suddetti scopi, un apparato per l’estrazione di energia termica da reflui gassosi di processi produttivi o di servizio e per il trasferimento di detta energia ad un’utenza esterna, à ̈ posizionato almeno parzialmente all’interno di una camera di contenimento di un impianto operante detti processi produttivi o di servizio e a contatto con detti reflui gassosi.

Secondo un aspetto del presente trovato, il suddetto apparato comprende almeno due sezioni, ciascuna delle quali à ̈ definita da almeno un modulo di scambio termico avente:

- un contenitore/scambiatore di forma cava realizzato in materiale metallico ad alta conducibilità termica e posto almeno parzialmente a contatto con detti reflui gassosi, per scambiare con essi energia termica;

- un primo materiale a cambiamento di fase, avente alta diffusività termica e temperatura di fusione inferiore alla temperatura media dei reflui gassosi, posto all’ interno di detto contenitore/scambiatore;

- uno scambiatore di estrazione, disposto a contatto con detto primo materiale a cambiamento di fase e avente tubazioni almeno di mandata ed eventualmente di ritorno;

- un fluido termovettore associato a detto scambiatore di estrazione e circolante in dette tubazioni per estrarre e trasferire l’energia termica accumulata dal primo materiale a cambiamento di fase;

- mezzi di movimentazione associati a dette tubazioni per movimentare il fluido termovettore che li attraversa e veicolare e gestire la portata di detto fluido termovettore per determinare selettivamente, per ciascuna sezione, una variazione dei valori del flusso termico estratto a detti reflui gassosi e concretizzare un cambiamento di fase almeno parziale del materiale a cambiamento di fase di ciascuna sezione, in modo alternato e complementare tra sezioni.

Ciò consente vantaggiosamente, attraverso la regolazione della portata del fluido termovettore di ciascuna sezione, di estrarre flussi termici ai suddetti reflui gassosi, da sommare e convogliare in parallelo in alimentazione ad un’utenza esterna con caratteristiche complessive di costanza nel valore.

Secondo un aspetto del presente trovato, l’alimentazione dell’utenza a valle può avvenire tramite connessioni in serie od in parallelo di reti di connessione delle tubazioni di mandata o ritorno di ciascuna sezione.

In alcune forme di realizzazione del presente trovato, il suddetto apparato comprende anche almeno un contenitore contenente un secondo materiale a cambiamento di fase. Tale contenitore à ̈ almeno parzialmente immerso in detto primo materiale a cambiamento di fase, ed ha una superficie di separazione che separa il secondo materiale a cambiamento di fase contenuto nel suddetto contenitore dal primo materiale a cambiamento di fase adiacente e permette lo scambio termico tra il primo ed il secondo materiale a cambiamento di fase.

II secondo materiale a cambiamento di fase, che vantaggiosamente ha temperatura di fusione inferiore rispetto al primo materiale a cambiamento di fase ed elevata capacità termica, permette di accumulare energia termica e funge da polmone integrativo nella capacità termica di accumulo del primo materiale a cambiamento di fase. In questo caso à ̈ necessario forzare alternativamente le sezioni a sottoraffreddamenti in fase solida del primo materiale a cambiamento di fase, per determinare la solidificazione del secondo materiale a cambiamento di fase. A ciò viene fatto seguire un successivo riscaldamento del primo materiale a cambiamento di fase, per ottenere la fusione almeno del secondo materiale a cambiamento di fase. Fa parte del presente trovato anche un metodo per l’estrazione di energia termica da reflui gassosi di processi produttivi o di servizio e per il trasferimento di tale energia ad un’utenza esterna mediante un apparato come sopra descritto e comprendente almeno due sezioni.

Secondo un aspetto del presente trovato, il suddetto metodo prevede di forzare termicamente in modo alternato e complementare ciascuna delle suddette sezioni tramite la gestione del flusso di un fluido termovettore circolante in tubazioni di mandata e ritorno presenti in ciascuna sezione, per determinare selettivamente un flusso termico estratto da un primo materiale a cambiamento di fase superiore o inferiore al flusso termico ceduto dai suddetti reflui gassosi. In questo modo à ̈ possibile determinare rispettivamente stati termo fisici di fusione o solidificazione, almeno parziali, e viceversa, nel primo materiale a cambiamento di fase di ciascuna sezione. In particolare, tali stati termo fisici vengono determinati in modo alternato in ciascuna sezione e complementare tra le diverse sezioni.

Si ottiene quindi il vantaggio di poter gestire, mediante commutazione delle potenze termiche erogate o assorbite da ogni sezione, la costanza della potenza termica trasferita dai reflui gassosi all’utenza a valle del suddetto apparato.

Secondo un ulteriore aspetto del presente trovato, il suddetto metodo prevede di alternare nel tempo le fasi di solidificazione e di fusione del primo materiale a cambiamento di fase di ciascuna sezione, per determinare uno stato continuo di transizione di fase di detto primo materiale a cambiamento di fase, in modo da trasferire alla suddetta utenza a valle una potenza sostanzialmente costante.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di schemi funzionali e processuali e di alcune forme preferenziali di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la figura 1 rappresenta schematicamente un apparato per il prelievo ed il trasferimento di energia termica secondo il presente trovato e le sue funzioni;

- la figura 2 riporta schematicamente la composizione e la funzione di ciascun modulo di scambio termico;

- la figura 3 rappresenta schematicamente la composizione e la funzione della sezione generica;

- la figura 4 rappresenta lo schema del circuito di adduzione dell’apparato e del metodo di funzionamento;

- la figura 5 rappresenta schematicamente il trovato costituito da 2 sezioni poste in parallelo rispetto agli off gas;

- la figura 6 rappresenta schematicamente il trovato costituito da 2 sezioni poste in serie rispetto agli off gas;

- la figura 7 rappresenta schematicamente il funzionamento dell’apparato configurato come da figura 5;

- la figura 8, rappresenta schematicamente il funzionamento di un apparato costituito da 3 sezioni;

- la figura 9 rappresenta schematicamente il funzionamento di un apparato costituito da 3 sezioni a fronte di off gas intermittenti;

- la figura 10 rappresenta schematicamente un impianto di cremazione con il punto di inserimento dell’apparato;

- la figura 11 riporta lo schema funzionale del nuovo apparato, associato all’impianto di cremazione di fig. 10;

- la figura 12 riporta schematicamente la configurazione in pianta dell’apparato di fig.

11, con gli ingombri;

- la figura 13 riporta le caratteristiche geometriche costruttive di ogni modulo di scambio termico di cui alle figg. 11 e 12;

- la figura 14 riporta il decadimento del valore di temperatura dell’alluminio in assenza di off gas in moduli di scambio termico come riportati in fig. 13;

- la figura 15 riporta schematicamente il bilancio energetico del processo di produzione dell’acciaio con un forno elettrico ad arco;

- la figura 16 riporta graficamente le caratteristiche di temperatura degli effluenti gassosi caldi in un processo ciclico in ingresso alla settling chamber;

- la figura 17 riporta schematicamente l’inserimento dell’apparato nella settling chamber di un forno elettrico ad arco;

- la figura 18 rappresenta schematicamente in pianta la disposizione dei singoli moduli all’interno della camera di sedimentazione;

- la figura 19 rappresenta schematicamente le caratteristiche costruttive di un modulo dell’apparato a fluido termovettore C02;

- la figura 20 rappresenta schematicamente le caratteristiche costruttive di un modulo dell’apparato a fluido termovettore Sali fusi;

- la figura 21 rappresenta lo schema della rete di distribuzione del fluido termovettore; - la figura 22 rappresenta l’utilizzo dell’apparato in abbinamento al serbatoio di accumulo a Sali fusi;

DESCRIZIONE DI ALCUNE FORME DI REALIZZAZIONE

Con riferimento alle figure allegate, un apparato 1 per il trasferimento di energia termica mediante materiali a cambiamento di fase realizzato secondo il presente trovato à ̈ associato ad una camera di contenimento o a canali/condotti dove transitano effluenti gassosi caldi, o off gas, (OG) di un processo industriale o di servizio. Tali off gas (OG) sono caratterizzati da uno spettro di valori istantanei di portate (Qog Ï„), temperature (tog,Ï„) e flussi termici o potenze (Φog, Ï„). In particolare, nel caso di processi ciclici o intermittenti (Ï„Ï ), gli off gas (OG) sono caratterizzati da valori medi di portata (Qog,med), temperatura (tog,med) e potenza (Φog,med)·

L’apparato comprende due o più sezioni (SEZn). Ciascuna sezione à ̈ costituita da uno o più moduli di scambio termico (MODm).

Ciascun modulo di scambio termico (MODj) comprende un contenitore/scambiatore (CS) in metallo, ad elevata resistenza meccanica e all’usura alle temperature di esercizio, posto a diretto contatto degli off gas (OG).

Il suddetto contenitore/scambiatore (CS) ha una forma cava definita da una parete laterale che delimita un volume dove à ̈ inserito un primo corpo di riempimento costituito da un primo materiale a cambiamento di fase, avente alta diffusività termica, e nel seguito indicato con il termine “materiale transfert†. Il materiale transfert (PCMd) à ̈ caratterizzato da una temperatura di transizione di fase (td,fus) inferiore alla temperatura media degli off gas (tog,med) .

Il contenitore/scambiatore (CS) ha il compito di scambiare flussi termici (Φ) con gli effluenti caldi (OG) di processo tramite la parete ad elevata conducibilità termica e di trasmetterla al materiale ad elevata diffusività termica (PCMd), che la diffonde “rapidamente†all’interno della sua massa.

A contatto o in immersione al materiale transfert (PCMd) à ̈ posto uno scambiatore di calore, denominato scambiatore di estrazione (SE), con relative tubazioni di mandata e ritorno. Le tubazioni di mandata e ritorno dei moduli di scambio termico (MODm) appartenenti alla generica sezione (SEZi) vengono collegati tra loro, nella configurazione più completa, da un circuito comune di mandata e ritorno denominato “ circuito di distribuzione di sezione†(Dsez).

In forme di realizzazione semplificate, il suddetto circuito potrebbe essere di sola mandata non prevedendo il ritorno (circuito aperto).

La tipologia del circuito di distribuzione (Dsez) risponde a logiche tecnologiche di scambio termico e può essere indifferentemente, in parallelo, in serie o a gruppi, con riferimento alle tubazioni di mandata e ritorno dei moduli di scambio termico (MODm).

I Circuiti di distribuzione di sezione (Dsez) vengono, a loro volta, connessi all’Utenza esterna (UE) mediante un circuito di connessione in parallelo denominato “ circuito di adduzione dell’apparato †(Dapp). L’utenza esterna (UE) può essere dimensionata in relazione alle capacità tecniche dell’apparato oppure preesistente con contingenti prestazioni.

All’interno dei circuiti di distribuzione di sezione (Dsez i),e degli scambiatori di estrazione (SE) scorre un fluido termovettore (FT) di portata (Qft) che estrae flussi termici (Φest) dal materiale transfert (PCMd).

Il valore della portata (Qft) del fluido termovettore (FT) à ̈ determinata da una pressione motrice (AHmo) tra monte e valle del “circuito di distribuzione di sezione†(Dsez).

Il valore della pressione motrice (AHmo) e dunque della portata (Qft) del fluido termovettore (FT) Ã ̈ generata, nel caso di liquidi, da una pompa (POvr) a portata variabile o, nel caso di gas, da un ventilatore a portata variabile (VEvr).

La variazione della portata può essere ottenuta anche da pompe o ventilatori a giri fissi (POfSo VEfS) dotate di valvole deviatrice o miscelatrici.

La variazione della portata (Qft) determina una corrispondente variazione della velocità del fluido termovettore (vft) all’interno degli scambiatori di estrazione (SE). Il valore della trasmittanza (Use) della parete dello scambiatore esterno (SE) generico a contatto o in immersione al materiale transfert (PCMd) à ̈ funzione prevalente del coefficiente liminare del fluido termovettore (αft) che a sua volta à ̈ funzione crescente della sua velocità (Î1⁄23⁄4).

Variando la portata ((3⁄4) del fluido termovettore e dunque la sua velocità (vft) varia la trasmittanza (Use) e il flusso di energia termica estratta (Φest) dal materiale transfert (PCMd); i parametri riportati sono, dunque, crescenti con la portata e viceversa.

Riferendoci ad una sezione generica (SEZ,), per ogni stato termo fisico del materiale transfert (PCMd) e per ogni stato termodinamico degli off gas (OG), istante per istante (x), nelle fasi in cui la temperatura degli off gas à ̈ superiore a quella del materiale transfert (PCMd), esiste una ΔΗιηο eqche determina una portata (Qft eq) e una velocità del fluido termovettore (vft eq), denominate di equilibrio, che non modifica lo stato del materiale transfert (PCMd) a meno delle inerzie termiche.

La portata di equilibrio (Qft,eq), istante per istante (x), determina l’uguaglianza tra i flussi termici (Φimm) che si trasferiscono dagli off gas (OG) al materiale transfert (PCMd) e quelli estratti (Φest) dal fluido termovettore (FT) e cioà ̈, con riferimento al materiale transfert, un bilancio termico nullo (Δ Φτ= Φimm- Φest= 0).

Nel funzionamento dell’apparato gli stati fisici del materiale transfert (PCMd) a contatto del fluido termovettore (FT) possono essere solido e liquido con caratteristiche termofìsiche diverse (conducibilità, ecc.); la velocità di equilibrio istantanea (Vft,eq) cambia a seconda se il materiale transfert (PCMd) a contatto con il fluido termovettore (FT) à ̈ in fase solida o liquida; la velocità di equilibrio (Vft,eq) à ̈ maggiore in fase solida in ragione della sua maggiore conducibilità termica.

Le considerazioni sopra svolte per un istante generico (Ï„) possono essere applicate in termini di un ciclo processuale periodico (Ï„p) riferendoci ai valori medi nel tempo di ciclo.

Per ciascuna sezione dell’apparato (SEZ;), con riferimento a un tempo completo del ciclo periodico di un processo (Ï„p), esiste una portata media (Qft,med) e una velocità del fluido termovettore (Vft,med,p) che estrae un valore complessivo di energia dal materiale transfert (Φest,eq) tale da eguagliare il valore complessivo di energia sottratta agli off gas (OG) (Φimm,med) riportandolo allo stato iniziale del ciclo. Imponendo per un tempo completo di processo (Tp) una velocità del fluido termovettore (Vft) superiore alla velocità media di equilibrio (vft,Vft,eq,p)) si determina un raffreddamento complessivo del materiale transfert (PCMd) che porta alla sua solidificazione, se inizialmente fuso; in generale l’estrazione di energia termica dal materiale transfert à ̈ denominata “fase di scarico †; viceversa se si impone per il tempo (Ï„Ï ) una velocità inferiore alla velocità media di equilibrio (Vft,med<Vft,,p)si determina, complessivamente, un riscaldamento della massa del materiale transfert (PCMd) che lo porta alla sua fusione, se inizialmente allo stato solido; in generale l’incremento di energia termica dal materiale transfert (PCMd) à ̈ denominata “fase di carico†.

In particolare, ma non esclusivamente, agendo su valore della portata di estrazione e sul tempo di applicazione di detta portata, à ̈ possibile determinare lo stato di completa solidificazione dell’intera massa di materiale transfert “fase di scarico completa †con riferimento al calore entalpico di transizione di fase, per poi in un periodo di tempo successivo ridurre i valori delle portata per determinarne la completa fusione “fase di carico completa†, se inizialmente solido, sempre riferendosi al calore entalpico di transizione di fase. L’insieme, in successione, di due fasi complete opposte à ̈ denominato “ciclo completo di transizione†intendendo un ciclo con una fusione completa ed una solidificazione completa.

Una variante del metodo di gestione consiste nel gestire le portate del fluido termovettore (FT) di ciascuna sezione (SEZi), dell’apparato ed il loro tempo di applicazione (τ) al fine di limitare la solidificazione e la fusione ad una quota parte del materiale “transfert†presente “ciclo parziale di transizione †.

Alternando nel tempo le fasi di scarico e di carico à ̈ possibile determinare uno stato continuo di transizione di fase del materiale transfert caratterizzata da una temperatura costante.

Una ulteriore variante del metodo di gestione à ̈ quello di portare il materiale transfert, in fase di scarico, ad una temperatura inferiore a quella di solidificazione ed in fase di carico ad una temperatura superiore a quella di fusione; in detta configurazione funzionale l’energia termica scambiata per unità di massa di materiale transfert à ̈ maggiore che negli altri metodi di gestione descritti. Questa modalità funzionale à ̈ definita “c/c/o di sovratransizione†. Il ciclo completo di transizione e parziale avvengono a temperatura costante. Nel ciclo di sovratransizione le temperature del materiale transfert assumeranno temperature, anche, diverse da quella di transizione di fase.

In tutte le configurazioni funzionali descritte ciascuna sezione costituisce una rilevante dotazione di energia termica a temperatura elevata particolarmente utile per lo sfruttamento in una generica utenza esterna.

Con riferimento alla singola sezione dell’apparato, l’alternanza dei valori delle potenze estratte, se inviate direttamente in alimentazione di una utenza esterna, pone alcuni problemi economici come il parziale utilizzo dell’utilizzatore e problemi tecnici dovuti ai rendimenti medi limitati.

Nel seguito viene descritto come la configurazione dell’apparato in due o più sezioni e il metodo di gestione delle portate del trovato consente il superamento delle problematiche sopra esposte.

Il metodo di gestione adottato sfrutta la peculiarità rilevante dell’apparato di poter gestire il funzionamento di ciascuna sezione (SEZ,) in cui à ̈ composto con modalità indipendenti agendo sulla portata (Qft) del fluido termovettore (FT).

Si prende in considerazione, per semplicità, un apparato con due sezioni (SEZ1 e SEZ2), di uguale configurazione e caratteristiche, immerse in parallelo negli off gas (OG).

Si impongono alternativamente e successivamente due differenti fasi funzionali (fase a e fase b) che sono forzate a funzionare contemporaneamente in “opposizione†con riferimento alle fasi di carico e di scarico.

Nella fase a la SEZi viene forzata ad un progressivo riscaldamento (carico) riducendo la velocità del fluido termovettore al di sotto della velocità media di equilibrio (Vft,med<Vft,eq,pfino ad una parziale o completa fusione dell’intera massa del materiale transfert ed eventualmente un successivo surriscaldamento; contemporaneamente la SEZ2viene forzata ad un progressivo raffreddamento aumentando la velocità del fluido termovettore sopra la velocità media di equilibrio (Vft,med<Vft,eq,fino ad una parziale o completa solidificazione e ad un eventuale successivo raffreddamento dell’intera massa del materiale transfert in fase solida. Nella fase b, completata la fase a, si impone l’inversione dei valori delle portate e delle velocità nelle due sezioni forzandole ad invertire i segni dei bilanci termici, rispetto alla fase precedente, fino a determinare un comportamento opposto, la sezione 1 che era in fase di carico passa alla fase di scarico e la sezione 2 che era precedentemente in fase di scarico passa alla fase di carico.

I tempi della fase di carico e di scarico di ciascuna sezione dipendono dalle portate del fluido termovettore e dalla capacità termica complessiva dei PCM (tipo e peso dei PCM).

Aspetto fondamentale del trovato à ̈ che le due potenze estratte dalle due sezioni sono convogliate in parallelo all’utenza esterna e dunque si sommano nell’alimentaria. L’apparato composto dalle due sezioni alimenta l’utenza nella fase a) con la somma della potenza estratta dalla sezione 1 (Φ1a) e della potenza estratta nella sezione 2 (Φ2a) rispettivamente di valore superiore e di valore inferiore al valore medio (Φmed,p); nella fase b le due potenze estratte vengono invertite nei loro valori con invarianza della loro somma (Φtot)

Proprietà peculiare dell’apparato composto da due sezioni à ̈, dunque, la capacità di funzionare realizzando la proprietà “Commutativa†rispetto all’utenza esterna. E’ possibile variare i flussi di potenza termica estratta dalle due sezioni inducendo stati termo fisici diversi senza variare il flusso di potenza termica complessivo che alimenta l’utenza esterna.

Alternando le fasi di carico e scarico in successione, nei diversi tipi di cicli, a fronte degli off gas di caratteristiche costanti o variabili o intermittenti, dall’apparato si ottiene una potenza termica estratta e una temperatura pressoché costante utile ed ottimale per le utenze esterne (turbine, scambiatori, ecc).

Un flusso energetico di caratteristiche pressoché costanti nella potenza e nella temperatura evita le inefficienze tecniche ed economiche degli apparati noti.

L’apparato così configurato può comunque essere gestito anche a potenze variabili in funzione delle necessità dell’utenza.

Nella situazione più generale le sezioni possono essere di caratteristiche diverse in termini di dimensioni, tipo e quantità di materiale transfert, ecc o posti in serie anziché in parallelo od in configurazione mista senza che la logica di funzionamento venga alterata.

L’apparato può essere realizzato con tre sezioni dove la terza sezione può intervenire per migliorare le caratteristiche di regolabilità nel suo complesso; le prime due sezioni funzionano come già descritto precedentemente, mentre la terza interviene ad integrazione per una regolazione fine delle potenze estratte da inviare all’utenza esterna e anche per determinare i tempi di scarico e i tempi di carico delle altre due sezioni, con una maggiore flessibilità gestionale.

Nel caso l’apparato sia costituito da quattro sezioni, due possono operare in carica e due in scarica. Per numero di sezioni superiori maggiori di quattro vale quanto detto precedentemente.

A fronte di cicli intermittenti e periodici in cui le potenze termiche degli off gas sono concentrate in un intervallo di tempo limitato à ̈ opportuno installare un apparato a più sezioni dove la fase di carico avviene contemporaneamente per tutte le sezioni in presenza degli off gas (OG), mentre la fase di scarico à ̈ in successione temporale per coprire l’intero ciclo periodico ed ottenere una potenza termica di estrazione continua più limitata di valore, ma distribuita nel tempo.

Le stesse finalità sopraesposte si possono ottenere anche con un’ unica sezione, non però con la stessa affidabilità operativa e flessibilità gestionale ai fini di una potenza estratta di caratteristiche volute.

Il numero di sezioni, due o più di due, dipenderanno da aspetti legati al grado di variabilità o intermittenza dello spettro di temperatura e potenza termica degli off gas, all’ingombro, tecnologici o impiantistici, ed infine dalle esigenze di assorbimento di potenza termica dell’utenza nuova opportunamente dimensionata o di un’ utenza preesistente.

Una variante delle configurazioni precedenti prevede l’utilizzo di un secondo materiale a cambiamento di fase, diverso dal suddetto primo materiale a cambiamento di fase e denominato di aiuto, o “ materiale helper†(PCMh). Il materiale helper viene immerso nel primo materiale a cambiamento di fase (PCMd) e separato da esso da una superficie di separazione che funge, oltre che da contenitore, anche da scambiatore di calore, ed à ̈ denominato scambiatore interno (SI).

Il materiale helper (PCMh) à ̈, generalmente, caratterizzato da una temperatura di transizione di fase inferiore a quella del materiale transfert, un elevato calore latente di cambiamento di fase, “basso†peso specifico e “limitato†costo per unità in peso. Il materiale helper (PCMh), contribuisce alla capacità termica complessiva dell’apparato e ne riduce il peso ed il costo.

In generale, il materiale helper à ̈ anche caratterizzato da una bassa conducibilità sia allo stato solido che liquido (ad esempio i sali fusi ad uso industriale del tipo NaN03-KN03 o KCl-MgC12 ed altri).

La bassa conducibilità termica del materiale helper (PCMh) limita la trasmittanza termica con il materiale transfert e comporta una bassa diffusività termica; per ovviare alla ridotta trasmittanza termica (U) ed ottenere flussi termici rilevanti tra PCM transfert e PCM helper si adottano scambiatori interni (SI) realizzati ad elevata superficie di scambio rispetto ai rispettivi contenitori/scambiatori (SI/CS>1). La bassa diffusività termica può essere contrastata riducendo gli spessori di materiale helper. In alcune forme di realizzazione particolari à ̈ possibile adottare materiali transfert (ad esempio stagno) a temperatura di transizione di fase minore del materiale helper (sali fusi). La strutturazione dell’apparato ed il metodo di gestione, comunque, non variano.

Per determinare la transizione di fase del materiale helper à ̈ necessario gestire le singole sezioni dell’apparato determinando nel materiale transfert temperature che risultino nell’intorno della temperatura di transizione di fase del materiale helper. Nel caso di effluenti gassosi con temperatura media superiore a 600 °C e fasi con temperature superiori a 700 °C si può adottare come primo materiale transfert l’alluminio puro o in lega (ad esempio 5075 MG) con un intervallo di solidificazionefusione di 520-590 °C e come materiale helper sali fusi con temperature massime operative di 590 °C e temperature di fusione nell’intorno di 260 °C. Le temperature massime della lega di alluminio fuso superiori a 590 °C possono generare temperature di parete dello scambiatore interno (SI) intollerabili tecnologicamente per corrosività ecc.

In questo caso, interponendo tra l’alluminio e il materiale helper un ulteriore materiale transfert con le relative superfici di separazione e di scambio termico, ad esempio piombo con una temperatura di fusione di 370 °C, à ̈ possibile gestire l’apparato senza che i sali fusi raggiungano temperature superiori ai 590°C. Una termocoppia misura la temperatura del piombo e in base al suo valore viene gestita la potenza di estrazione dello scambiatore di estrazione (SE) evitando che la temperatura del piombo fuso surriscaldato superi valori massimi previsti e tollerabili dal materiale helper.

Varianti delle configurazioni dell’apparato sopra descritto prevedono che lo scambiatore esterno (SE) venga realizzato a contatto del materiale helper o del secondo materiale transfert.

I materiali a cambiamento di fase, sia transfert che helper, vengono scelti opportunamente per non incorrere in problemi tecnologici alle temperature massime degli off gas (non superamento della temperatura di ebollizione, corrosioni, usure, ect...).

Nel dimensionare gli scambiatori à ̈ necessario definire la velocità minima del fluido termovettore; nel caso dei gas (aria, C02, vapore, etc.) la velocità minima può assumere anche un valore nullo, mentre nel caso di liquidi (acqua calda o surriscaldata, olio diatermico, Sali fusi, etc.) à ̈ necessario tenere conto della temperatura di ebollizione dei liquidi utilizzati alle diverse pressioni; nel caso di sali fusi à ̈ necessario evitare temperature tali da determinare aggressività corrosiva ed altre problematiche, nel caso di oli diatermici sono prevalenti i problemi di sicurezza e di limiti di temperatura massima. Nel caso di acqua surriscaldata sarà necessario determinare le velocità minime di funzionamento alle diverse pressioni per evitare evaporazioni localizzate.

Del trovato sono state dunque descritte le caratteristiche costruttive nelle diverse varianti, il funzionamento dei diversi elementi e gli elementi tecnologici principali che guidano le scelte dei materiali e la progettazione impiantistica.

Gli elementi che realizzano ciascuna sezione (SEZi), nella configurazione più articolata, sono il contenitore/scambiatore (CS), in cui à ̈ inserito un primo materiale “transfert†(PCMd,1); eventuali ulteriori materiali “transfert†(PCMd,2) con i relativi scambiatori interni (SI), eventuali materiali “helper†(PCMh) con relativi scambiatori interni (SI), lo scambiatore di estrazione (SE) con relative tubazioni di andata e ritorno connesse con un circuito di distribuzione (Dsez) e la pompa o ventilatore a portata variabile (POvro VEvr). L’apparato oggetto del presente trovato (TET a PCM) à ̈ costituito dall’insieme delle diverse sezioni (SEZn) collegate in parallelo da una rete di adduzione (Dapp) all’utenza esterna (UE); gli scambiatori e le reti di distribuzione sono percorse da un fluido termovettore comune (FT).

Gli elementi di transito dei flussi termici sono il contenitore/scambiatore (CS), gli scambiatori interni (SI) e lo scambiatore di estrazione (SE); gli elementi che accumulano e/o cedono energia termica sono: i materiali “transfert†(PCMd), i materiali “helper†(PCMh); l’elemento che estrae il flusso termico à ̈ il fluido termovettore (FT).

Gli elementi di gestione di ogni singola sezione sono la sua pompa (ΡΟvr) o il suo ventilatore (VEvr); la gestione dell’apparato di cui si discute (TET a PCM) à ̈ funzione della gestione complementare e combinata delle pompe o dei ventilatori delle sezioni nel loro insieme. Gli off gas (OG) cedono complessivamente energia termica che viene ceduta all’utenza esterna (UE) modulata nella potenza termica e differita temporalmente rispetto all’estrazione. L’apparato opera anche una moderazione delle temperature in off gas a spettro variabile.

II presente trovato (TET a PCM), in analogia elettrica, funziona come un “raddrizzatore seguito da un condensatore†dove nel nostro caso il condensatore à ̈ costituito dal materiale a cambiamento di fase con la sua capacità termica latente. L’apparato potrebbe essere denominato “pompa di calore a pistoni termici†dove la pompa richiama la funzione di trasferimento di flussi termici e i pistoni termici richiamano il movimento alternato dei fronti di fusione delle singole sezioni (pistoni). Del nuovo apparato si riportano di seguito le relazioni che ne calcolano le prestazioni.

La funzione principale del trovato à ̈ quella estrattiva (Fnes) che à ̈ espressa dal rapporto della potenza media estratta (Φes,med) sulla potenza media di dotazione degli effluenti gassosi caldi (Φog,med); a parità di altre condizioni, maggiore à ̈ la differenza di temperatura media tra gli off gas e la temperatura di fusione del PCMd,1e maggiore à ̈ la potenzialità di estrazione di energia termica; di converso le caratteristiche termodinamiche di secondo principio sono inferiori.

Una ulteriore funzione conseguente del trovato à ̈ l’azione moderante (Fnmo) degli off gas, sempre presente negli effluenti a temperatura variabile, intesa come la capacità di ridurre la temperatura massima (tog,max), aumentare la temperatura minima

(tog,min), ridurre la differenza delle temperature tra massima e minima (Δtog); riduzione della varianza (VARt) e della deviazione standard (DSt) delle temperature e dei flussi termici ( VARΦ, DSΦ).

L’efficienza della funzione moderante à ̈ espressa dalla relazione: Efmo= 1 (VARt,out/ VARt,in) ≤ l .

In figura 1 à ̈ riportato schematicamente l’apparato 1 e le sue funzioni. L’apparato 1 effettua il trasferimento di flussi termici da un off gas 2, con cui à ̈ a contatto o in immersione, ad una utenza esterna 3 per utilizzarla in un impianto di produzione di energia elettrica o termica o in cogenerazione, inoltre i flussi termici scambiati con gli off gas 2 determinano una riduzione della varianza delle temperature e delle potenze negli off gas 2 stessi a valle dell’apparato 1. La riduzione della varianza delle temperature degli off gas 2 avviene mediante sottrazione di flussi termici dagli effluenti gassosi caldi 2 quando le temperature sono superiori a quelle del materiale transfert 7, e una cessione di flussi termici quando le condizioni termiche sono opposte. L’apparato 1 à ̈ costituito da due o più sezioni 4 e ciascuna sezione 4 à ̈ costituita da uno o più moduli di scambio termico 5.

In figura 2 sono riportate schematicamente la composizione e la funzione di ciascun modulo di scambio termico 5. Ciascun modulo di scambio termico 5 à ̈ composto da un contenitore/scambiatore 6 dove viene posto un materiale transfert 7 ad alta diffusività termica che opera essenzialmente in transizione di fase solido-liquido. A contatto del materiale transfert 7 à ̈ posto uno scambiatore di estrazione 8 con le relative tubazioni di mandata e ritorno 9. Lo scambiatore 8 e le tubazioni 9 sono attraversate da un fluido termovettore 10, gassoso o liquido. Il contenitore/scambiatore 6 scambia flussi termici in ingresso e in uscita con gli off gas 2 con riscaldamenti e raffreddamenti che vengono trasmessi al materiale transfert 7. I flussi termici estratti dagli off gas 2 e ceduti al materiale transfert 7 sono prevalenti rispetto ai flussi termici ceduti agli off gas 2 in quanto la temperatura media degli off gas 2 à ̈ superiore alla temperatura di transizione di fase del materiale transfert 7. Eventualmente, ma non necessariamente, il modulo di scambio termico 5 può essere integrato da un ulteriore materiale a cambiamento di fase denominato di aiuto o helper 11 immerso nel primo materiale transfert 7 e separato da esso da una superficie di separazione denominato scambiatore interno 12. Il materiale helper 11 ha una temperatura di transizione di fase, in generale, inferiore alla temperatura di transizione di fase del materiale transfert 7. Il materiale helper 11 scambia flussi di energia in entrata e in uscita con il materiale transfert 7 contribuendo al calore latente complessivo del modulo di scambio termico 5 a costi e pesi relativamente inferiori al materiale transfert 7. Il modulo di scambio termico 5 à ̈ un accumulatore di energia termica che viene utilizzato per estrarre energia termica con flussi termici gestiti con un differimento temporale rispetto ai flussi termici ceduti dagli off gas 2.

In figura 3 sono riportate schematicamente la composizione e la funzione di ciascuna sezione 4 dell’apparato 1. La sezione 4 generica à ̈ composta da almeno 1 modulo di scambio termico 5, generalmente una pluralità, come descritto in figura 2. La sezione generica 4 à ̈ caratterizzata da un’unica rete di distribuzione 13 di mandata e ritorno che connette tutte le tubazioni di mandata e ritorno 9 di tutti i moduli di scambio termico 5 appartenenti alla sezione 4 e da un pompa 14 a portata variabile se il fluido termovettore 10 à ̈ liquido, o un ventilatore 15 a portata variabile se il fluido termovettore 10 à ̈ un gas. La tipologia delle connessioni tra tutte le tubazioni di mandata e ritorno 9 alla pompa 14 o al ventilatore 15 può essere indifferentemente in serie, in parallelo o a gruppi misti. Ai fini di variare la portata e in alternativa alla pompa 14 o al ventilatore 15 può essere utilizzata una valvola miscelatrice o deviatrice. Variando la portata del fluido termovettore 10 si può imporre lo stato termo fisico del materiale transfert 7 ed helper 11.

Nella figura 4 à ̈ riportato lo schema del circuito di adduzione dell’apparato e del metodo di funzionamento del trovato 1 costituito da due o più sezioni 4 descritte in figura 3. L’apparato 1 à ̈ caratterizzato da una connessione in parallelo 16 delle tubazioni 13 di mandata e ritorno 9 provenienti dalle singole sezioni 4 e dalle tubazione di mandata e ritorno 17 con l’utenza esterna 3. Il metodo di funzionamento prevede una gestione differenziata e indipendente di ciascuna sezione 4 estraendo flussi energetici agendo sulle portate di afferenza delle pompe 14 o dei ventilatori 15. 1 flussi energetici estratti da ciascuna sezione 4 vengono convogliati in parallelo 16 dal circuito di adduzione 17, sommandosi, in alimentazione all’utenza esterna 3. L’apparato 1 à ̈ in grado di gestire con complementarietà i flussi energetici estratti da ciascuna sezione 4 determinando stati termo fisici diversi nei materiali transfert 7 ed eventualmente helper 11.. A parità di caratteristiche degli effluenti gassosi caldi 2 e della configurazione costruttiva dell’apparato 1 maggiore à ̈ la differenza di temperatura tra la temperatura media degli off gas 2 e la temperatura di fusione del materiale transfert 7, maggiore à ̈ la funzione estrattiva e minore quella moderante; viceversa, più la temperatura di fusione avvicina la temperatura media degli off gas 2, minore sarà la funzione estrattiva e maggiore la funzione moderante.

Nella figura 5 viene rappresentata schematicamente, a titolo esemplificativo, il trovato 1 costituito da 2 sezioni 4 poste in parallelo rispetto agli off gas 2, dove le condizioni di scambio termico con gli off gas 2 stessi sono uguali.

Nella figura 6 Ã ̈ rappresentato schematicamente, a titolo esemplificativo, il trovato 1 costituito da 2 sezioni 4 poste in serie dove le condizioni termodinamiche degli effluenti gassosi 2 sono diverse e dunque con condizioni di scambio termico diverse. Come ulteriore variante, i materiali transfert 7 possono essere diversi, in particolare, in relazione alla temperatura media degli off gas 2 in uscita della prima sezione si adotta un materiale transfert 7 con temperatura di transizione inferiore per recuperare quote ulteriori di energia termica.

Nella figura 7 à ̈ riportato schematicamente, a titolo esemplificativo, il funzionamento dell’apparato 1 a due sezioni 4 (sezl e sez2). Le sezioni 1 e 2 sono poste, per semplicità descrittiva, in parallelo rispetto agli off gas 2 dove si succedono temporalmente in serie due fasi dette fase a e fase b. Nella fase a si determina, nella sezione 1, riducendo o azzerando la portata del fluido termovettore 10, una estrazione di flusso energetico inferiore al flusso immesso dagli off gas 2, a determinare un bilancio termico positivo (ΔΦ > 0) nel materiale transfert 7 con la progressiva fusione del materiale transfert 7. Detta fase viene denominata di “carico†; contemporaneamente la sezione 2 viene forzata ad un funzionamento opposto; estraendo dal materiale transfert 7 un flusso termico superiore al flusso termico ceduto dagli effluenti gassosi 2, si determina la progressiva solidificazione (ΔΦ < 0) denominata fase di “scarico†. Il fluido termovettore 10 dei due circuiti di adduzione 13 delle due sezioni 4 sono posti in parallelo 16 in alimentazione dell’utenza esterna 3. Nella fase b si invertono i valori dei flussi termici afferenti alle due sezioni 4 agendo sulle pompe 14 (o sui ventilatori 15) determinando un comportamento opposto e complementare. In tal modo à ̈ possibile alternare, nel tempo, le fusioni e le solidificazioni del materiale transfert 7, mantenendo la sua temperatura costante (ciclo di transizione completa o parziale) o in un range definito (ciclo di overtransizione). La caratteristica di complementarietà à ̈ molto utile nella progettazione e regolazione degli scambiatori di calore ai fini di ottenere un flusso di potenza termica complessiva costante o comunque gestita.

Nella figura 8, si riporta un apparato 1 costituito da 3 sezioni 4, in cui 2 sezioni sono in opposizione di fase funzionale come rappresentato e descritto in figura 7; la terza sezione (sez3) costituisce una riserva energetica termica che consente di modulare l’estrazione di un flusso di energia termica integrativa ottimale per l’utenza.

Due sezioni 4 (sezl e sez2) funzionano in opposizione di fase con cicli di caricoscarico dove i fronti di fusione o di solidificazione sono coerenti mentre nella terza sezione (sez3) il fronte di fusione-solidificazione varia nelle due direzioni in funzione della potenza che estrae (regolazione fine).

In figura 9, a titolo esemplificativo, con afferenza ad un apparato 1 costituito ad esempio da 3 sezioni 4 uguali poste in parallelo rispetto a un off gas 2 a flussi termici intermittenti, à ̈ presentata la gestione dei flussi energetici di detto apparato. Ad esempio, nella produzione di acciaio con convertitori LD (Linz-Donawitz) si à ̈ in presenza di un processo periodico e intermittente dove la fase di produzione di off gas 2 caldi à ̈ limitata a circa 20 minuti, mentre la fase di assenza di off gas 2 à ̈ di circa 40 minuti. Nella sezione 1 si può ipotizzare uno stato di equilibrio tra fase di carico e fase di scarico. Le altre due sezioni nella fase di presenza di off gas 2 si caricano per poi essere scaricate in successione nei restanti 40 minuti dove la sezione 1 non opera. In tal modo, lo scarico delle tre sezioni à ̈ distribuito nell’ora complessiva a determinare un flusso termico complessivo estratto costante da inviare all’utenza esterna 3. Nel caso di materiale transfert 7 liquido à ̈ opportuno mantenere un valore minimo del flusso del fluido 10 per evitare problemi tecnologici.

Nella figura 10 à ̈ riportato un impianto di cremazione dove si realizza un processo ciclico e intermittente; il processo ciclico ha una durata di 60 -120 minuti, mentre l’intermittenza à ̈ giornaliera e settimanale. L’impianto di cremazione à ̈ un processo con fasi esotermiche e fasi in cui à ̈ necessaria l’integrazione di una potenza termica pari a circa 40 Nmc di metano/cremazione; la potenza termica al focolare à ̈ di circa 1 MW. Nella figura 1 1 à ̈ riportato l’inserimento del nuovo apparato 1 posto a valle della camera di post combustione e a monte del dissipatore termico nel verso degli off gas 2.

Nella figura 11 à ̈ riportato uno schema a blocchi con rimpianto crematorio dotato del nuovo apparato 1 per il preriscaldo ad alta temperatura deH’aria comburente. Si noti come in questo caso il circuito sia aperto e quindi non siano presenti tubazioni o canali di ritorno. L’apparato 1 viene utilizzato per preriscaldare l’aria, che à ̈ il fluido termovettore 10 da 20 °C (10a) a circa 400°C (10b).

L’apparato 1 con le sue sezioni 4 e i relativi moduli di scambio termico 5 adotta come materiale a cambiamento di fase 7 l’alluminio con le caratteristiche termo fisiche note . L’apparato 1 trasferisce flussi termici dagli effluenti gassosi, o off gas 2, che hanno una temperatura non inferiore a 850°C (circa 900°C) ed una portata di circa 1.000 Nmc/h, ad un flusso di aria come fluido termovettore 10 che viene immessa nell’apparato con i ventilatori 15 con una temperatura di 20°C (10a), l’aria comburente per una portata complessiva di circa 500 Nmc/h viene riscaldata ad una temperatura di circa 400 °C (10b) con tre possibili utilizzi: immissione nel camino 10c per surriscaldare i fumi emessi ed eliminare il “pennacchio†di vapore e contemporaneamente ridurre la potenza termica da dissipare nello scambiatore successivo; recupero ad uso interno ( 1 Od) (esempio riscaldamento dei locali adiacenti); reimmissione nel processo (lOe) in sezioni impiantistiche diverse da quella di estrazione in sostituzione di aria primaria e secondaria a temperatura. L’aria a 400°C viene immessa sotto la cassa in legno 10ei(temperatura di autoaccensione inferiore ai 300°) per accelerarne la combustione del fondo a ridurre il tempo del ciclo di cremazione. In alternativa le arie preriscaldate possono essere immesse in camera di combustione e post combustione (10e2,10e3e 10e4) per ridurre i consumi di metano dei bruciatori nelle fasi non esotermiche del processo circa il 20%, in particolare nelle fasi di preriscaldo in corrispondenza dell’avviamento giornaliero e settimanale e nelle fasi di “calcinazione†delle ossa.

In figura 12 à ̈ riportata la configurazione in pianta dell’apparato 1 costituito da due sezioni 4a e 4b immerso negli off gas 2, ciascuna sezione 4 à ̈ costituita da 8 moduli di scambio termico 5; sono evidenziati i due ventilatori a portata variabile 15 che afferiscono alle due sezioni 4, i canali di mandata e ritorno 13, l’aria ambiente come fluido termovettore in ingresso 10a a 20°C e di uscita 10b a 400 °C mediante i canali di adduzione 13, le arie provenienti dalle due sezioni vengono connesse in parallelo 16 per essere veicolate da un canale 17 alle utenze esterne 3. Il fluido termovettore à ̈ costituito da aria 10 con una portata di complessiva di circa 500 Nmc/h. La velocità dell’ aria che non modifica lo stato termo fìsico delle singole sezioni à ̈ di circa 8 m/s (velocità di equilibrio).

Come già descritto le fasi sono due (fase a e fase b). Nella fase a la velocità dell’aria immessa nella prima sezione 4 ha un valore superiore a 14 m/s e determina la progressiva solidificazione (fase di scarico) del materiale transfert 7 (alluminio); nella seconda sezione 4 la velocità imposta à ̈ inferiore a 4 m/s e determina la progressiva fusione del materiale transfert 7 (fase di carico). Alternando i valori delle velocità nelle due sezioni 4 à ̈ possibile mantenere le condizioni termodinamiche del fluido termovettore 10 complessivo a valori pressoché costanti (400°C, 500 Nmc/h), mantenendo anche una riserva di energia termica a temperatura costante (alluminio in transizione di fase). L’allumino viene portato ad una temperatura massima di 700°C, di circa 70 °C superiore alla temperatura di fusione e come temperatura minima fino a 500 °C di 130 °C inferiore alla temperatura di solidificazione. Gli effluenti gassosi, o off gas 2, in ingresso all’apparato hanno una temperatura di 900°C (2a), ed in uscita dall’apparato 720 °C (2b). La potenza termica sottratta agli off gas 2 e ceduta all’aria comburente 10 à ̈ di 73kW termici. La massa di alluminio utilizzata nell’apparato 1 à ̈ di 224 kg per un volume di 0,083 me che viene ripartita nelle due sezioni 4 e nei complessivi 16 moduli di scambio termico 5. Ciascuna sezione 4 à ̈ caratterizzata da una fase di “carico†e “scarico†di 30 minuti con una energia termica scambiata di 131.860 KJ (varia con le velocità del fluido termovettore 10). La superficie complessiva dell’involucro esterno à ̈ di 6,70 m<2>.

In figura 13 à ̈ riportata la configurazione costruttiva di ciascun modulo di scambio termico 5 immerso negli off gas 2 costituito da un cilindro metallico del diametro esterno di 100 mm con spessore commerciale di 4 mm che costituisce il contenitore/scambiatore 6, l’altezza utile di scambio in presenza di alluminio come materiale transfert 7 à ̈ di 1 m, la superficie del contenitore/scambiatore 6 dell’involucro esterno à ̈ di 0,314 m<2>. Immersi nell’alluminio, all’interno del contenitore/scambiatore 6 sono inseriti due canali, nella fattispecie rettangolari, che definiscono lo scambiatore di estrazione 8, di lunghezza 0,15 m, larghezza 0,08, con un perimetro di 0,46 m ed uno spessore di 2 mm, per una superficie di scambio termico di circa 1 m<2>. I canali vengono prolungati all’esterno del modulo di scambio termico 5 e costituiscono le tubazioni di mandata e ritorno 9. All’interno dei canali viene veicolata l’aria 10 a velocità variabile, da 0 a 14 m/s. La base della tubazione viene isolata da un disco di materiale isolante di tipo noto 18 per evitare incipienti fusioni localizzate a causa dei “ponti termici†. Nella parte superiore del cilindro viene lasciato un volume libero 19 per consentire le dilatazioni deH’alluminio e un “franco†di volume aggiuntivo di sicurezza; la parte superiore à ̈ posta sotto vuoto o in alternativa riempita di un gas inerte 20, ad esempio C02, ad una pressione iniziale leggermente superiore a quella atmosferica.

In figura 14 à ̈ riportato un grafico che illustra il decadimento del valore di temperatura dell’alluminio in assenza di effluenti gassosi caldi. Tale decadimento à ̈ anche detto “Raffreddamento di Newton†. Il funzionamento del forno crematorio, in genere, à ̈ intermittente con un’operatività di 8-12 ore giornaliere, con pausa nel weekend (sabato e domenica), o solo la pausa domenicale (funzionamento 6 giorni settimanali). La pausa notturna à ̈ di 12 h, quella domenicale di 36 h, la pausa più lunga del sabato e domenica à ̈ di 60 h. Come temperatura iniziale, si à ̈ considerato il caso più sfavorevole con l’alluminio allo stato solido ad una temperatura di 630 °C. Dopo 12 h la temperatura dell’alluminio à ̈ superiore ai 550 °C; dopo le 36 h la temperatura raggiunge 490 °C, e dopo 60 h, la temperatura à ̈ ancora superiore ai 400 °C (molto superiore alla temperatura di autoaccensione del legno). In tutti i tre casi à ̈ possibile utilizzare l’apparato 1 per il preriscaldo dell’aria comburente 10b per accelerare gli avviamenti e ridurre il consumo di metano. Una variante funzionale prevede che alla fine del periodo operativo l’alluminio risulti allo stato fuso con un processo di raffreddamento molto meno incisivo di quello riportato in figura 14.

La figura 15 riporta schematicamente il bilancio energetico del processo di produzione dell’acciaio con un tipico forno elettrico ad arco 21 dove si evidenzia un potenziale di recupero termico superiore al 15%.

La figura 16 riporta graficamente le caratteristiche di temperatura degli off gas 2 caldi in corrispondenza dell’ingresso alla settling chamber 22 di un forno elettrico ad arco 21 di potenzialità produttiva medio-alta. L’andamento à ̈ in forma schematizzata, si rileva come la temperatura media sia di circa 800°C con punte di oltre 1200°C; a monte dell’apparato la varianza delle temperature à ̈ di 209.338 mentre la deviazione standard à ̈ di 457,5; a valle dell’apparato la varianza à ̈ di 43.319 con una deviazione standard di 208. La temperatura massima à ̈ di 867°C e quella minima di 412 °C. Detta moderazione permette un più agevole recupero termico a valle dell’apparato.

La figura 17 riporta schematicamente l’inserimento dell’apparato nella settling chamber 22.

La figura 18 rappresenta schematicamente in pianta la disposizione dei moduli di scambio termico 5 all’interno della camera di sedimentazione, o settling chamber 22; la sezione di passaggio degli off gas 2 à ̈ di 5 m x 5 m. I moduli sono distanziati di 0,1 m ed hanno diametro di 10†. Nel caso di utilizzo di C02come fluido termovettore 10 il numero di moduli di scambio termico 5 per ciascuna sezione 4 à ̈ 100, per un totale di 200 moduli di scambio termico 5. Nel caso di utilizzo di sali fusi (NaN03-KN03 o KCl-MgC12 ed altri) come fluido termovettore 10, il numero di moduli di scambio termico 5 per ciascuna sezione sezione 4 à ̈ 70, per un complessivo di 140 moduli di scambio termico 5.

La figura 19 rappresenta schematicamente le caratteristiche costruttive di un modulo di scambio termico 5 con C02come fluido termovettore 10, ad una pressione di 5 bar; le tubazioni dello scambiatore di estrazione 8 hanno diametro di 3†e spessore 4 mm. La velocità massima della C02à ̈ di 11,3 m/s, la temperatura di ingesso 10a à ̈ 300°C e quella di uscita 10b à ̈ di 500°C. Con tale soluzione le perdite di carico del circuito di sezione sono relativamente elevate.

La figura 20 rappresenta schematicamente le caratteristiche costruttive di un modulo di scambio termico 5 che utilizza sali fusi industriali come fluido termovettore 10; le tubazioni dello scambiatore di estrazione 8 hanno diametro di 1†e spessore 3 mm. La velocità massima dei sali fusi à ̈ 0,5 m/s, la temperatura di ingesso 10a à ̈ 350°C e quella di uscita 10b à ̈ di 450°C.

La figura 21 rappresenta lo schema di collegamento in parallelo di ogni singolo modulo di scambio termico 5 per ambedue le soluzioni: C02e sali fusi industriali. In figura 22 à ̈ rappresentato l’utilizzo dell’apparato 1 in abbinamento al serbatoio di accumulo a sali fusi con un riscaldatore ausiliario. Questa configurazione à ̈ molto simile a quella utilizzata nel termodinamico solare.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato per l’estrazione di energia termica da reflui gassosi caldi (2) di processi produttivi o di servizio e per il trasferimento di detta energia ad un’utenza esterna (3), detto apparato essendo posizionato almeno parzialmente all' interno di una camera di contenimento (22) di un impianto operante detti processi produttivi o di servizio e a contatto con detti reflui gassosi (2), caratterizzato dal fatto che comprende almeno due sezioni (4), ciascuna delle quali à ̈ definita da almeno un modulo di scambio termico (5) avente: - un contenitore/scambiatore (6) di forma cava realizzato in materiale metallico ad alta conducibilità termica e posto almeno parzialmente a contatto con detti reflui gassosi (2), per scambiare con essi energia termica; - un primo materiale a cambiamento di fase (7), avente alta diffusività termica e temperatura di fusione inferiore alla temperatura media dei reflui gassosi (2), posto all’interno di detto contenitore/scambiatore (6); - uno scambiatore di estrazione (8), disposto a contatto con detto primo materiale a cambiamento di fase (7) e avente tubazioni (9) almeno di mandata ed eventualmente di ritorno; - un fluido termovettore (10) associato a detto scambiatore di estrazione (8) e circolante in dette tubazioni (9) per estrarre e trasferire l’energia termica accumulata dal primo materiale a cambiamento di fase (7); - mezzi di movimentazione (14, 15) associati a dette tubazioni (9) per movimentare il fluido termovettore (10) che le attraversa e veicolare e gestire la portata di detto fluido termovettore (10) per determinare selettivamente, per ciascuna sezione (4), una variazione dei valori del flusso termico estratto a detti reflui gassosi (2) e concretizzare un cambiamento di fase almeno parziale di detto primo materiale a cambiamento di fase (7) di ciascuna sezione (4), in modo alternato e complementare tra le sezioni (4).
2. 2. Apparato come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che gli scambiatori di estrazione (8) dei moduli di scambio termico (5) di ciascuna sezione (4) sono collegati da una singola rete di connessione (13) indipendente di tubazioni e che le singole reti di connessione (13) di ciascuna sezione (4) con fluido termovettore (10) a portata variabile e indipendente sono collegate in parallelo (16) in un circuito comune (17) che alimenta l’utenza esterna (3).
3. 3. Apparato come in una o l’altra delle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto fluido termovettore (10) à ̈ gassoso e scelto in un gruppo comprendente almeno aria, vapore, C02, od altri gas simili o assimilabili.
4. 4. Apparato come in una o l’altra delle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto fluido termovettore (10) à ̈ un liquido scelto in un gruppo comprendente almeno acqua, olio diatermico, sali fusi, ed altri liquidi ad elevata capacità termica.
5. 5. Apparato come in una o l’altra delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un ulteriore contenitore che contiene un secondo materiale a cambiamento di fase (11), à ̈ almeno parzialmente immerso in detto primo materiale a cambiamento di fase (7), ed ha una superficie di separazione (12) che separa il secondo materiale a cambiamento di fase (11) contenuto in detto ulteriore contenitore dal primo materiale a cambiamento di fase (7) adiacente e permette lo scambio termico tra detti primo (7) e secondo (11) materiale a cambiamento di fase.
6. 6. Apparato come nella rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto secondo materiale a cambiamento di fase (11) ha una temperatura di transizione di fase inferiore alla temperatura di fusione del primo materiale a cambiamento di fase (7) ed un elevato calore latente di cambiamento di fase, per contribuire alla capacità termica complessiva dell’apparato.
7. 7. Apparato come nella rivendicazione 5 o 6, caratterizzato dal fatto che detto secondo materiale a cambiamento di fase (11) Ã ̈ scelto in un gruppo comprendente almeno sali fusi ad uso industriale, quali NaN03-KN03, KCl-MgC12, ed altri simili o assimilabili.
8. 8. Apparato come nella rivendicazione 1 e in una o l’altra delle rivendicazioni da 5 a 7, caratterizzato dal fatto che comprende almeno due primi materiali a cambiamento di fase (7) e almeno due secondi materiali a cambiamento di fase (11), posizionati in rispettivi contenitori/scambiatori (6) e ulteriori contenitori aventi relative superfici di separazione (12) interne disposti secondo un andamento sostanzialmente concentrico, e che lo scambiatore di estrazione (8) di ciascuno di detti moduli (5) à ̈ posto a contatto con uno di detti secondi materiali a cambiamento di fase (11) o con uno dei primi materiali a cambiamento di fase (7) diverso dal primo materiale a cambiamento di fase (7) più esterno.
9. 9. Apparato come in una o l’altra delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che detto primo materiale a cambiamento di fase (7) à ̈ alluminio, puro o in lega, avente una temperatura di fusione compresa tra 500°C e 700°C.
10. 10. Apparato come nella rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che tra il primo materiale a cambiamento di fase (7) più esterno ed il secondo materiale a cambiamento di fase (11) più esterno à ̈ interposto un ulteriore primo materiale a cambiamento di fase (7), diverso da detto primo materiale a cambiamento di fase (7) più esterno, avente temperatura di fusione inferiore a quella del primo materiale a cambiamento di fase (7) più esterno e superiore a quella del secondo materiale a cambiamento di fase (11) più esterno, per mantenere le temperature operative di quest’ultimo al di sotto di un valore, circa pari alla temperatura di fusione di detto primo materiale a cambiamento di fase (7) più esterno, dannoso per la resistenza strutturale della rispettiva superficie di separazione (12).
11. 11. Apparato come nella rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che comprende una termocoppia, posta a contatto con detto ulteriore primo materiale a cambiamento di fase (7) per misurarne la temperatura e per gestire, sulla base di detto valore, la potenza di estrazione dello scambiatore di estrazione (8).
12. 12. Metodo per l’estrazione di energia termica da reflui gassosi (2) di processi produttivi o di servizio e per il trasferimento di detta energia ad un’utenza esterna (3) mediante un apparato (1) secondo una o l’altra delle rivendicazioni da 1 a 11, comprendente almeno due sezioni (4), caratterizzato dal fatto che: - prevede di forzare termicamente in modo alternato e complementare ciascuna di dette almeno due sezioni (4) tramite la gestione del flusso di un fluido termovettore (10) circolante in tubazioni almeno di mandata ed eventualmente di ritorno (9) di ciascuna di dette almeno due sezioni (4), per determinare selettivamente un flusso termico estratto da un primo materiale a cambiamento di fase (7) superiore o inferiore al flusso termico ceduto da detti reflui gassosi (2), in modo da determinare rispettivamente stati termo fisici di fusione o solidificazione, almeno parziali, e viceversa, nel primo materiale a cambiamento di fase (7) di ciascuna di dette sezioni (4), detti stati termo fisici essendo alternati in ciascuna sezione (4) e complementari tra le sezioni (4); - prevede che una portata relativamente elevata di detto fluido termovettore (10) determini un raffreddamento complessivo e progressivo del primo materiale a cambiamento di fase (7) della sezione (4) nella quale detto fluido termovettore (10) circola, per portare detto primo materiale a cambiamento di fase (7) a progressiva solidificazione, se inizialmente fuso; - prevede che una portata relativamente bassa o nulla di detto fluido termovettore (10) determini complessivamente e progressivamente un riscaldamento del primo materiale a cambiamento di fase (7) della sezione (4) nel quale detto fluido termovettore (10) circola, per portare detto primo materiale a cambiamento di fase a fusione, se inizialmente allo stato solido; - prevede di alternare nel tempo le fasi di solidificazione e di fusione del primo materiale a cambiamento di fase (7) di ciascuna sezione (4), per determinare uno stato continuo di transizione di fase di detto primo materiale a cambiamento di fase (7) e trasferire ad un’utenza (3) a valle di detto apparato (1) una potenza complessiva sostanzialmente costante.
13. 13. Metodo come nella rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che prevede di effettuare una connessione in parallelo (16) di reti di connessioni (13) di condotti di mandata, ed eventualmente ritorno (9), di dette sezioni (4), per ottenere la potenza estratta complessiva come somma delle potenze termiche estratte dalle singole sezioni (4) e che prevede di estrarre una potenza termica complessiva pressoché costante nel tempo, imponendo cicli di solidificazione e fusione alternati all’ interno delle singole sezioni (4) forzandole ad un funzionamento reciprocamente complementare.
14. 14. Metodo come nella rivendicazione 12 o 13, in cui ciascuna sezione comprende almeno un modulo di scambio termico (5), caratterizzato dal fatto che prevede, per ogni modulo di scambio termico (5) di ciascuna sezione (4), di portare il primo materiale a cambiamento di fase (7), in fase di solidificazione, ad una temperatura inferiore a quella di solidificazione di un secondo materiale a cambiamento di fase (11), posizionato all’ interno di detto primo materiale a cambiamento di fase (7), ed in fase di fusione, ad una temperatura superiore a quella di fusione di detto secondo materiale a cambiamento di fase (11).
15. 15. Metodo come in una o l’altra delle rivendicazioni da 12 a 14, caratterizzato dal fatto che prevede sia di forzare le singole sezioni (4) dell’apparato (1) per determinare nel primo materiale a cambiamento di fase (7) temperature inferiori alle temperature di fusione di detto secondo materiale a cambiamento di fase (11), per ottenerne la transizione di fase, sia di utilizzare il relativo calore latente per successivi scambi termici.