MX2008004698A - Intercambiador de calor de material de cambio de fase. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo intercambiador térmico de material de cambio de fase (PCM) que comprende celdas de intercambiador térmico (1a, 1b) que operan bajo el principio de contracorriente regenerativa, proporcionados los acumuladores (2, 3) de material de cambio de fase (PCM) en las celdas de intercambiador térmico y un vórtice tubular (6, 7, 8). Cuando las direcciones de los flujos de aire, gas y líquido se invierten cíclicamente en el aparato, la energía se recupera dentro de las celdas de intercambiador térmico y el acumulador PCM, y durante el ciclo subsecuente, la energía es liberada de la celda de intercambiador térmico y el acumulador PCM. Aunque se carga una celda de intercambiador térmico y el acumulador PCM, la otra celda de intercambiador térmico y el acumulador PCM se descarga continuamente. El flujo frío/caliente proveniente del vórtice tubular se utiliza para incrementar/crear las diferencias de temperatura necesarias. La invención es aplicable a edificios, vehículos, salas de control de clima, dispositivos individuales o múltiples tales como computadoras, y en diversos procesos, tales como, pero sin limitarse a, métodos criogénicos, y en la tecnología espacial y aplicaciones súper críticas de dióxido de carbono.

Description

INTERCAMB1AD0R DE CALOR DE MATERIAL DE CAMBIO DE FASE CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a un intercambiador de calor que comprende un intercambiador calor regenerativo que opera según el principio de contracorriente y de un acumulador de entalpia de cambio de fase de material (PCM) en el intercambiador de calor y/o un tubo de vórtice que saca ventaja del fenómeno de Venturi. El sistema provee el preenfriado y el presecado de aire fresco de ventilación en el verano y de precalentamiento y prehumedecido de aire fresco de ventilación en el invierno. El sistema también se puede usar sin ventilación. Además de en edificios, la presente invención se puede usar en vehículos, salas de equipos industriales y comerciales, así como en cualquier compartimiento cerrado que requiera condiciones climáticas controladas, por ejemplo para la refrigeración de procesos y aparatos tales como computadoras y equipos de telecomunicaciones. Además de la refrigeración de aire o gas, el intercambiador de calor es aplicable para incrementar la transferencia de calor en líquidos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En escala global, se usa abundante energía para la refrigeración, en oposición a la tendencia natural de que la energía térmica pase a un objeto más frío. A medida que se calienta el clima, la refrigeración y la deshumidificación requerirán más energía. El método convencional de refrigeración por compresor consume/demanda gran cantidad de energía. Entre otras características, la refrigeración por absorción saca ventaja eficiente del calor residual. La unidad termoeléctrica basada en el fenómeno de Seebeck convierte en calor en electricidad, pero tiene altos costos de producción, por lo que resulta inadecuado para objetivos que requieren mayores cantidades de energía. Además de los edificios, los vehículos y los procesos industriales, el control de la temperatura también es vital en los dispositivos generadores de calor, tales como las computadoras. La ventilación en importante, pero a menudo imposible de usar, por ejemplo, en sitios con aire contaminado, tales como los negocios a nivel de la calle. En muchas aplicaciones, por ejemplo la refrigeración de computadoras, la ventilación es innecesaria. En un acumulador PCM de calor, conocido per se, los cambios de fase de material generalmente ocurren entre un estado sólido y un estado líquido. Dichos acumuladores usualmente se mantienen en un rango de temperatura de 0-100 °C, por lo que son adecuados para el almacenamiento de energía de corto plazo, cuando se conectan a calefactores y refrigeradores. Los medios típicos comprenden agua/hielo, salmueras, hidratos de sales inorgánicas, hidrocarburos saturados y ácidos grasos de alto peso molecular. Las unidades de almacenamiento PCM tienen los beneficios de ser de tamaño pequeño, en comparación por ejemplo con unidades de almacenamiento solo para agua, y no tienen partes móviles. Los materiales de PCM se han usado recientemente para calentar y enfriar telas para aparejos de uso. Un inconveniente de los almacenamientos de PCM es causado por su escasa conductividad del calor. Las unidades de almacenamiento PCM también pueden tener forma similar a placas. Las descargas de calor desde el acumulador PCM constituyen un problema importante, dado que no se puede almacenar más calor, a menos que se descargue primero. En consecuencia, la operación del PCM se basa en cargas y descargas cíclicas. Una de las ventajas de los materiales de PCM es su operación con pequeñas diferencias de temperatura. Si la temperatura entre el aire de ventilación externo e interno es igual, obviamente no ocurre cambio de fase. La demanda de refrigeración en edificios depende de tres componentes: la carga de calor causada por el aire externo, por el aire interno y por la ventilación. La operación de recuperación de calor por el principio de contracorriente ha demostrado un rendimiento más eficiente que un sistema que opera por el principio de corriente hacia delante (ver, por ejemplo, el documento 7.059.385). En un sistema regenerativo, el calor se almacena eficientemente en células de recuperación de calor. En los intercambiadores de calor de placa de recuperación de corrientes cruzadas, las corrientes de aire no se invierten y, en consecuencia, no pueden interactuar óptimamente con un almacenamiento PCM ni con una célula de recuperación de calor regenerativa rotatoria. Un sistema de células de almacenamiento estacionario, regenerativo y de acumulación que opera por el principio de contracorriente es directo y efectivo. El sistema de células se puede fabricar de cualquier material que tenga elevada acumulación térmica (capacidad de calor), tal como aluminio o cobre. También se puede usar intercambiador de calor regenerativo de tipo rotatorio que rota alternadamente entre dos flujos contrarios (aire), por lo que sustituye dos células ¡ntercambiadoras de calor, si bien la eficiencia es menor y la construcción bastante complicada y onerosa. Un tubo de vórtice o dispositivo similar, conocido per se, saca ventaja del fenómeno de Venturi. Ver Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Vortex tube. El tubo de vórtice tiene una puerta de entrada y primeras y segundas puertas de salida en los extremos opuestos de un tubo dispuesto perpendicular a la puerta de entrada. Un fluido compresible tal como aire ingresa por la puerta de entrada y el aire calentado sale por la primera puerta de salida, mientras que el aire enfriado sale por la segunda puerta de salida. El tubo de vórtice no tiene partes móviles. Por ejemplo, si entra aire a 21 °C por la puerta de entrada, aire a 76 °C puede salir por la primera puerta de salida y a -34 °C puede salir por la segunda puerta de salida.

En lugar de un tubo de vórtice, se puede usar tecnología convencional, por ejemplo un compresor, para crear una diferencia térmica, pero entonces la eficiencia es menor. Si el tubo de vórtice se usa solo, generalmente la capacidad no es económica para refrigerar/calentar grandes espacios. En las patentes DE 3825155, US 4407134 y la solicitud publicada de los Estados Unidos US 2002073848, se menciona un tubo de vórtice como dispositivo separado utilizado en la producción de una corriente de aire frío por un lado y de una corriente de aire caliento por el otro lado. Este tubo tampoco está conectado a un intercambiador de calor con el PCM o sin él, debido a que su principio de operación continua no permite que el tubo de vórtice esté conectado con un dispositivo que opere en forma periódica, como en la presente invención. En el documento EP 1455157 se menciona PCM solo como medio de almacenamiento de calor, pero no está conectado a un tubo de vórtice externo, a diferencia de la presente invención. SÍNTESIS DE LA INVENCIÓN La presente invención tiene por finalidad crear un intercambiador de calor regenerativo que se pueda usar en la mayor parte de las condiciones, incluso cuando no se disponga de fluido externo; y en particular, en condiciones en las cuales la diferencia térmica entre los fluidos de entrada y de salida no es suficiente para asegurar el efecto de cambio de fase de PCM. La invención es aplicable a la transferencia de calor entre aire, otros gases y líquidos.

No se observa calor latente a medida que aumenta la temperatura, dado que es la energía requerida para que un material pase de un estado físico a otro, por ejemplo de hielo a agua y de agua a vapor. Dichos cambios de estado pueden ser endotérmicos, es decir, que fijan (absorben) energía térmica, o exotérmicos, es decir que liberan energía térmica. En consecuencia, por ejemplo, la energía requerida para la evaporación de agua es liberada cuando el vapor se vuelve a condensar en la forma de agua líquida. De acuerdo con la invención, se añade un acumulador PCM a al menos una célula de recuperación de calor, en donde el calor almacenado en el acumulador se libera cuando se revierten las direcciones del flujo de aire. Cada acumulador y el material de recuperación de calor están conectados de manera tal que la transferencia de calor puede ocurrir de la manera más eficiente posible. Esto es importante en lo referido al manejo de aire y gas debido a la condensación y la evaporación de la humedad. Cabe destacar que el uso de material de recuperación de calor no es tan importante respecto del manejo del líquido. El aparato comprende dos células de recuperación de entalpia, en las cuales las direcciones de flujo del fluido se revierten alternadamente. En el primer extremo del dispositivo se puede ubicar un tubo de vórtice, desde el cual el fluido caliente/frío es conducido fuera de la primera puerta de salida a través de una cámara hasta el PCM. Simultáneamente, el segundo flujo del tubo de vórtice es conducido fuera por la segunda puerta de salida a un segundo PCM (si está presente) o al espacio exterior.

De acuerdo con la invención, para un ¡ntercambiador de calor se crea rápidamente el cambio de fase inicial del PCM por la temperatura del aire que sale del tubo de vórtice. Cuando el estado de fase se modifica, se desactiva el tubo de vórtice, por ejemplo, se puede regular con la temperatura, y ya no se requiere su operación. Hay muchas formas de usar los flujos caliente y frío del tubo del vórtice; a saber, el aire calentado o el aire refrigerado se pueden conducir a una salida o entrada del dispositivo. La forma de usa depende de la economía. El flujo de la segunda puerta de salida desde el tubo de vórtice puede llegar a la célula. Si no es el caso, es conducido al espacio externo, o para calentar/refrigerar alguna cosa, por ejemplo agua. El flujo desde la primera puerta de salida es conducido al intercambiador de calor del dispositivo, en donde está ubicado el PCM. Durante el segundo ciclo, el primer flujo de fluido frío o caliente se puede conducir a través del otro intercambiador de calor/PCM. El flujo que no es conducido a través del intercambiador de calor/PCM se puede conducir al espacio externo. Entonces, el aire es caliente o frío. En consecuencia, se crea una diferencia térmica en forma rápida y eficiente mediante el tubo de vórtice. Los materiales de acumulador de PCM están disponibles para ciertos rangos de temperaturas. Las unidades de acondicionamiento de aire se pueden usar en condiciones externas de frío o calor. En consecuencia, se requieren varios materiales de acumulador PCM. Además, por ejemplo, una bomba de calentamiento de aire de escape no opera de manera eficiente en condiciones de frío. Mediante un tubo de vórtice como el antes mencionado como precalentador/refrigerador, sólo se necesitan escasos materiales de acumulador PCM, dado que el tubo de vórtice hace que la temperatura del fluido que ingresa sea bastante estable y óptimo antes que el material de acumulador PCM. El tubo de vórtice se puede ubicar, por ejemplo, en ambos extremos del dispositivo o en la mitad, entre los intercambiadores de calor y los PCM. El dispositivo intercambiador de calor de cambio de fase se analiza con mayor precisión en la reivindicación 1 . De acuerdo con la invención, el tubo de vórtice se puede usar con ventilación en los casos en los cuales la diferencia de temperatura entre el aire interno y externo no es suficiente para crear el cambio de fase del PCM. El sistema de la invención tiene mayor eficiencia, un coeficiente de rendimiento (COP) de hasta 9,0, que los aparatos convencionales de refrigeración, con un COP promedio de 2,7. La relación de eficiencia de energía estacional (SEER) de la invención es aún relativamente mayor debido a que no se congela en el invierno y está libre de evaporación de carga en el verano. La invención disminuye notablemente la carga pico de energía eléctrica tanto en el invierno como en el verano. Esta es una cuestión muy importante respecto de estados tales como por ejemplo, China, los cuales a menudo carecen de suficiente energía eléctrica.

El aparato de la invención es de bajo costo, relativamente silencioso, liviano, de fácil mantenimiento y no contiene sustancias peligrosas. De acuerdo con la invención, el dispositivo sólo necesita tres ventiladores para operar, a saber dos para el reciclado o ventilación del aire/fluido (se requieren dos ventiladores/bombas de capacidad casi igual para equilibrar el flujo de fluido y evitar caídas de presión) y uno para el tubo de vórtice. El consumo de energía es muy bajo y en consecuencia, el requerimiento de energía de la conexión eléctrica también es bajo. Esto permite usar fuentes de energía bajas tales como paneles solares, por ejemplo, en los contenedores de transporte, así como en estaciones remotas de base de telecomunicaciones. El refrigerador de automóviles impulsado por compresor requiere que el motor esté en marcha cuando se usa el compresor. En consecuencia, se contamina el aire aún cuando el automóvil no se mueve. De acuerdo con la invención, la refrigeración del aire interior es posible con escaso drenaje de energía si el motor está apagado. En ambientes aislados y cerrados, por ejemplo en submarinos o habitaciones limpias, un requisito básico adicional es el bajo nivel de ruido, cuando no se dispone de provisión de aire fresco. Este bajo nivel de ruido se puede obtener con la presente invención. En la ventilación convencional, los dispositivos de recuperación de calor y refrigeradores tienen tiempos de recuperación de capital prolongados. Además de los costos iniciales, los ventiladores tradicionales de recuperación de calor y las bombas de calor que utilizan aire externo no pueden operar sin energía externa adicional a temperaturas inferiores a cero grados Celsius. A su vez, las bombas de calor interno no son útiles cuando el aire externo es más cálido que el aire interno. En consecuencia, dichos dispositivos tienen periodos de operación muy cortos por año (en invierno o en verano, pero no durante el resto del año). Si fuera necesario utilizar ambos sistemas junto con un secador o humidificador de aire, los costos serian aún mayores. Calculado en términos de las zonas cálidas de los Estados Unidos y de sus tarifas de electricidad promedio, el dispositivo de ventilación de la presente invención puede tener un tiempo de recuperación de capital inferior a un año. El excelente factor de rendimiento estacional (SPF) se debe al prolongado periodo de uso de cada año, es decir, durante todo el año en la práctica, dado que el aparato opera tanto en el invierno como en el verano.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se explica a continuación mediante un ejemplo y con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales: La Figura 1 es una vista esquemática de un dispositivo intercambiador de calor PCM de la presente invención que muestra los flujos de fluido, y La Figura 2 es una vista esquemática del tubo de vórtice, el cual ilustra los flujos de fluido y los intercambiadores de calor, y materiales de cambio de fase para las diferentes temperaturas operativas de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Tal como se observa en la Figura 1 , un dispositivo intercambiador de calor PCM de acuerdo con la presente invención comprende al menos dos células regenerativas de intercambio de calor 1 a y 1 b que operan por el principio regenerativo de contracorriente, a través del cual el aire, los gases o los líquidos son dirigidos hacia el dispositivo y desde allí con direcciones de flujo opuestos alternados y cíclicamente revertidos. Los flujos de aire se muestran mediante las flechas 22 y 24. Las flechas enteras 22 muestran el flujo de aire en un ciclo, mientras que las flechas de puntos 24 muestran el flujo de aire durante un segundo ciclo. El cambio de dirección del flujo de aire en las células 1 a y 1 b se puede realizar mediante técnicas conocidas; por ejemplo, derivadores, ventiladores, reflectores, paletas o derivadotes de rueda rotatoria. Estas técnicas conocidas para cambiar la dirección del flujo de aire en las células 1 a y 1 b se muestran esquemáticamente como ítems 26a y 26b. Alternativamente, se puede usar un único intercambiador de calor regenerativo de tipo rotatorio cuando se modifica para dos células de flujo de aire, pero la eficiencia no es tan buena como con dos intercambiadores de calor.

Los intercambiadores de calor (células) (1 a y 1 b) se ubican cerca o a continuación entre sí y están separados a fin de impedir que se mezclen dichos flujos y el exceso de conducción térmica. Una o más células conformadas o que contengan algún material de cambio de fase, es decir acumuladores PCM (2, 3) se montan en los intercambiadores de calor (1 a y 1 b). Cuando el fluido caliente ingresa en una de las células (por ejemplo, 1 a), transfiere su energía (entalpia) a esta célula intercambiadora de calor (1 a) y puede cambiar el estado del material en el acumulador PCM (2). Esto implica un cambio de temperatura del fluido que fluye. Los intercambiadores de calor se pueden fabricar de un material de alta conducción del calor, por ejemplo aluminio o cobre, de preferencia también con alta capacidad de calor. Los intercambiadores de calor (1 a, 1 b) pueden estar en el medio del dispositivo. Están separados (1 a, b) entre sí y del dispositivo mediante paredes (30), y por paredes (31 y 32) en ambos extremos de las células con aberturas para el flujo de aire ilustrado. El acumulador PCM (2, 3) se puede diseñar de manera tal que genere suficiente turbulencia del fluido en movimiento. Cuando se ha acumulado suficiente calor del fluido que ingresa, o se modifica la fase del acumulador PCM (2, 3) se invierten las direcciones de los flujos de fluido, de manera tal que el fluido más frío se calienta cuando pasa a través de la célula caliente (1 a, 1 b) y viceversa. También se libera calor al flujo de fluido desde el acumulador PCM (2 ó 3), si se ha acumulado en el ciclo previo debido al efecto de cambio de fase.

La operación cíclica se puede optimizar en términos de temperatura, entre otros. En el caso de flujo de aire, el vapor de agua contenido en el aire durante dichos ciclos se condensa sobre la superficie de la célula correspondiente, y durante el siguiente ciclo vuelve al aire por evaporación. La energía necesaria para la evaporación es provista por la célula y el acumulador PCM (2 o 3), en consecuencia se enfría el aire y la fase del acumulador PCM (2 o 3) cambia por ejemplo de líquido a sólido. Durante el siguiente ciclo, el aire caliente se enfría después de llegar a la célula fría y el acumulador PCM (2 o 3), y al final del ciclo, se calienta la célula fría y la fase del acumulador PCM (2 o 3) vuelve a cambiar, ahora de sólido a líquido, lo cual da por resultado que se vuelvan a revertir las direcciones de las corrientes de aire. En consecuencia, se puede proveer una pluralidad de acumuladores PCM (2, 3) con diferentes rangos de temperatura, a saber, con un acumulador que comience a operar cuando otro está detenido, o con uno en operación en condiciones de frío mientras el otro opera en condiciones de calor. Se pueden proveer acumuladores PCM (2, 3) en solo una de las células intercambiadoras de calor cells; sin embargo, se logra mayor eficiencia con al menos un acumulador PCM (2, 3) en cada una de las células intercambiadoras de calor (1a y 1 b), por lo que un acumulador se carga continuamente, mientras el otro se descarga. El calor también se puede cargar/descargar hacia/desde un acumulador PCM (2, 3) mediante un sistema adicional de circulación de líquido (un circuito secundario) que permite utilizar calor con otros fines, por ejemplo el calentamiento de agua. La invención es adecuada para edificios y vehículos, pero también para el manejo de calor en procesos y dispositivos industriales, por ejemplo computadoras, electrónica y similares. El acumulador PCM saca ventaja del calor latente. Por otra parte, el cambio de fase requiere gran cantidad de energía. Esta diferencia de temperatura/calor es creada/incrementada por el tubo de vórtice (6-8) que comprende un tubo hueco. El tubo de vórtice se puede ubicar en una cámara de impermeable a fluidos (4), o en una región (cámara) 4' entre las células (1 a y 1 b). El aire comprimido es dirigido hacia el interior del tubo de vórtice (6-8) en sentido tangencial a la puerta de entrada (40). El aire caliente sales de la primera puerta de entrada (42), mientras que el aire frío sale por una segunda puerta de salida 44. El fluido fluye a las células calientes o frías (1 a y 1 b) y los acumuladores PCM asociados (2, 3). El flujo desde el tubo de vórtice (6-8) que no se usa en el proceso puede ser conducido al espacio extemo (50) o se puede usar para refrigerar/calentar, por ejemplo agua. También se puede usar este otro flujo desde el tubo de vórtice (6-8) en el proceso. Normalmente solo se usa un tubo de vórtice (6-8) en un dispositivo. Por ejemplo, tal como se muestra en la Figura 2, el aire a 21 °C (9) es guiado por un ventilador/compresor/bomba (52) (presión 6-7 bar) dentro de unos tubos de vórtice (6-8) en la puerta de entrada (40). En la primera puerta de salida (42) del tubo de vórtice, el fluido que fluye está a +76 °C (12) cuando ingresa en la célula intercambiadora de calor (1 b). El acumulador PCM (3) está en forma sólida. Cuando el fluido caliente fluye a través de la célula intercambiadora de calor (1 b) y el acumulador PCM (3), la fase del acumulador PCM (3) cambia de sólido a líquido. Cuando el fluido fluye hacia el exterior de la célula intercambiadora de calor (1 b) si temperatura ha descendido hasta +32 °C (13). La energía térmica y la entalpia son absorbidas por el material de recuperación de calor, por ejemplo aluminio o cobre, y el material del acumulador PCM (3). El otro acumulador PCM (2) no reacciona a esa temperatura, dado que opera en un rango diferente de temperaturas. En la segunda puerta de salida (44) del tubo de vórtice, el fluido que fluye tiene una temperatura de puerta de salida (44) de -34 °C (10). La disposición es igual que en el otro lado del tubo de vórtice antes mencionado, excepto en que la fase del material del acumulador PCM (2) cambia de líquido a sólido debido al fluido frío (10). Durante el proceso, la temperatura del fluido aumenta de -34 °C a +10 °C. El acumulador PCM (2) ha liberado energía calórica acumulada durante el ciclo anterior. El otro acumulador PCM (3) no reacciona, dado que la temperatura no es adecuada para su cambio de fase. La invención usa el cambio de fase del material (PCM) para revertir cíclicamente el proceso, por ejemplo entre sólido y líquido, con calor de fusión latente. La energía usada para el cambio de fase del material se denomina calor latente. La invención usa (absorbe) calor para crear dos cambios de fase al mismo tiempo, en la primera puerta de salida (42) del tubo de vórtice (6-8) por ejemplo de sólido a líquido (2) y al mismo tiempo en la segunda puerta de salida (44) del tubo de vórtice (6-8), de líquido a sólido (3). Además, la invención saca ventaja del cambio de fase de la humedad durante la condensación y la evaporación en la superficie del intercambiador de calor (1 a, 1 b). Sobre esta base, la eficiencia de la invención es muy elevada. Cuando estos cambios de fase tienen lugar, los flujos a través de los intercambiadores de calor (1 ) se revierten. Además, los flujos (10, 12) de los tubos de vórtice (6-8) se deben cambiar. Esto se puede organizar, por ejemplo, al guiar el fluido que fluye hacia el interior del intercambiador de calor (1 ) mediante una válvula, una tubuladura o una placa (ver flecha de puntos 56), o mediante el uso de varios tipos diferentes de tubos de vórtice (7, 8) usados en forma cíclica (cuando el primera está activado, el otro está desactivado, y viceversa), o un único tubo de vórtice (7) se puede rotar con incrementos de por ejemplo 180 grados. El proceso inverso libera la misma cantidad de energía absorbida previamente. Dado que el cambio de fase del material (calor latente) requiere una cantidad significativamente mayor de energía que el calentamiento o la refrigeración, el objetivo de la invención consiste en operar tan cerca como sea posible del punto/temperatura de cambio de fase. En otras palabras, la invención obliga al acumulador PCM (2,3) a cambiar su estado tantas veces como sea posible en determinado periodo.

Una vez que la diferencia de temperatura entre el aire/gas/fluido interno y externo sea suficiente para disponer de un cambio de fase del material, se puede desactivar el tubo de vórtice (6-8). Por otra parte, el uso del tubo de vórtice (6-8) permite el uso de la invención cuando la diferencia de temperatura de las condiciones externas e internas no es suficiente para que tenga lugar el cambio de fase o el objeto consiste en no usar la diferencia de temperaturas. En el caso de que el fluido se recicla en el espacio de la invención, se calienta/enfría. Respecto del aire, no hay ventilación, por lo que la invención es sólo calentador/refrigerador. Si bien se han mostrado y descrito, y señalado las características nuevas fundamentales de la invención tal como se aplican en sus formas de realización preferidas, los expertos en la técnica entenderán que se pueden efectuar diversas omisiones y sustituciones, y cambios en la forma y los detalles de los dispositivos y métodos descritos, sin apartarse del espíritu de la invención. Por ejemplo, se pretende expresamente que todas las combinaciones de dichos elementos y/o etapas de los métodos que realices sustancialmente la misma función de manera sustancialmente igual, a fin de obtener los mismos resultados, estén dentro del alcance de la invención. Además, se debe reconocer que las estructuras y/o elementos y/o etapas de los métodos mostrados y/o descritos en conexión con cualquiera de las formas o formas de realización descritas de la invención se pueden incorporar en cualquier otra forma o forma de realización divulgada o descrita o sugerida como cuestión general de elección de diseño. En consecuencia, se pretende que esté sólo limitada tal como se indica mediante el alcance de las reivindicaciones adjuntas a la presente. Además, en las cláusulas de medios más función de las reivindicaciones se pretende cubrir las estructuras descritas en la presente que llevan a cabo la función citada y no sólo los equivalentes estructurales, sino también las estructuras equivalentes. En consecuencia, si bien un clavo y un tornillo pueden no ser equivalentes estructurales en cuanto a que un clavo utiliza una superficie cilindrica para asegurar partes de madera entre sí, mientras que un tornillo emplea una superficie helicoidal, en el contexto de asegurar partes de madera, un clavo y un tornillo pueden ser estructuras equivalentes.

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES 1 . Un dispositivo intercambiador de calor de material de cambio de fase, caracterizado porque comprende: al menos una primera y una segunda célula intercambiadora de calor (1 a y 1 b), cada una dimensionada para el flujo de fluido a través, con direcciones de flujo de fluido que se revierten alternadamente dentro de cada célula mientras se mantienen opuestas mutuamente, en donde al menos una de dichas primera y segunda célula intercambiadora de calor (1 a, 1 b) que comprende un acumulador de material de cambio de fase (PCM) (2, 3), un tubo de vórtice (6, 7, 8) que tiene una puerta de entrada (40), una primera puerta de salida (42) y una segunda puerta de salida, y una cámara impermeable al fluido (4, 4'), en la cual se ubica el tubo de vórtice (6, 7, 8), en la cual ambos fluidos que fluyen desde las puertas de salida (42, 44) del tubo de vórtice (6, 7, 8) son dirigidos a través de dichas primera y segunda célula intercambiadora de calor (1 a, 1 b), y cualquier acumulador de material de cambio de fase (PCM) (2, 3) ubicado en su interior, hacia el espacio o el espacio externo.
2. 2. El dispositivo intercambiador de calor de material de cambio de fase (PCM) tal como se define de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque cuando la diferencia de temperatura de los flujos de fluido hacia el dispositivo y desde allí es suficiente para activar el acumulador de material de cambio de fase (PCM) (2, 3), la operación del tubo de vórtice (6, 7, 8) se desactiva.
3. 3. El dispositivo intercambiador de calor de material de cambio de fase (PCM) tal como se define de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque se provee una pluralidad de acumuladores de material de cambio de fase (PCM) (2, 3) que operan en forma cíclica en las células respectivas.
4. 4. El dispositivo intercambiador de calor de material de cambio de fase (PCM) tal como se define de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el dispositivo es de máxima eficiencia cuando cualquier célula intercambiadora de calor (1 a, 1 b) consiste en un acumulador de material de cambio de fase (PCM) (2, 3).
5. 5. El dispositivo intercambiador de calor de material de cambio de fase (PCM) tal como se define de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque al menos algunos de los acumuladores (2, 3) tienen diferentes rangos de temperatura de operación.
6. 6. El dispositivo intercambiador de calor de material de cambio de fase (PCM) tal como se define de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque la célula intercambiadora de calor de material de cambio de fase (PMC) (1 a, 1 b) está dimensionada para su uso en uno de los siguientes: un edificio, vehículo, submarino, aeroplano, contenedor de transporte, computadora, dispositivo criogénico, tecnología espacial y un dispositivo de aplicación de dióxido de carbono supercrítico.
7. 7. Un aparato caracterizado porque comprende: al menos un tubo de vórtice (6, 7, 8) que tiene una puerta de entrada, una primera puerta de salida y una segunda puerta de salida, en donde el tubo de vórtice está ubicado en la cámara impermeable al fluido de manera tal que un primer flujo de fluido desde la primera puerta de salida del tubo de vórtice se conduce para que pase por el acumulador de material de cambio de fase desde el exterior del aparato, mientras que simultáneamente se conduce un flujo desde la segunda puerta de salida del tubo de vórtice en una dirección opuesta con respecto a la otra célula intercambiadora de calor.
8. 8. El aparato de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el flujo desde la segunda puerta de salida del tubo de vórtice es conducida hacia el exterior del aparato.
9. 9. El aparato de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende al menos un segundo acumulador de material de cambio de fase ubicado en la segunda célula intercambiadora de calor y en el cual el primer flujo de fluido proveniente de la primera puerta de salida del tubo de vórtice se conduce alternadamente al acumulador de material de cambio de fase en la primera célula intercambiadora de calor y luego a la segunda célula intercambiadora de calor.
10. 10. El aparato de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el flujo de fluido alternado desde la primera puerta de salida del tubo de vórtice se ubica alternadamente con respecto de los acumuladores de material de cambio de fase en la primera y la segunda célula intercambiadora de calor mediante una tubuladura o placas asociadas con la primera puerta de salida del tubo de vórtice. 1 1 . El aparato de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la salida alternada de la primera puerta de salida del tubo de vórtice se ubica con respecto a los acumuladores de material de cambio de fase en la primera y la segunda célula intercambiadora de calor mediante la rotación alternada del tubo de vórtice en 180 °. 12. El aparato de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende un segundo tubo de vórtice ubicado en la cámara impermeable al fluido de manera tal que el primer flujo de fluido proveniente de la primera puerta de salida del segundo tubo de vórtice es conducido a través del acumulador de material de cambio de fase asociado con la segunda célula intercambiadora de calor! y en donde el primer y el segundo tubo de vórtice se activan y desactivan cíclicamente de manera tal que sólo un fluido de un tubo de vórtice fluye de la primera puerta de salida en un momento determinado. 13. El aparato de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque se usa una única célula intercambiadora de calor regenerativa de tipo rotatorio en sustitución de la primera y la segunda célula intercambiadora de calor, en donde la célula intercambiadora de calor regenerativa de tipo rotatoria se ubica entre el flujo de fluido caliente y frío de manera que el flujo de fluido no se invierte alternadamente y de manera tal que el primer flujo de fluido proveniente de la primera puerta de salida del tubo de vórtice pasa a través del acumulador de material de cambio de fase cuando la célula intercambiadora de calor regenerativa rota.