PT702776E - Reservatorio de calor latente - Google Patents

Description

"RESERVATÓRIO DE CALOR LATENTE"

Esta invenção diz respeito a um reservatório de calor latente para um veículo equipado com um motor de combustão interna, segundo a primeira parte da reivindicação da patente 1.

Os reservatórios de calor latente e os materiais dos reservatórios de calor latente já são conhecidos nas mais variadas versões, segundo a mais actual evolução da técnica. Por exemplo poderá remeter-se para a patente DE-A1 27 41 829. Desta conhece-se a utilização de parafina contida em capsulas de plástico como meio de armazenamento de calor num reservatório de calor latente. Por sua vez, as capsulas de plástico encontram-se num recipiente de armazenamento cheio de água. Neste tipo de reservatórios de calor latente o transporte do calor é apenas feito através da condução térmica para a parafina por meio da capsula de plástico. Este tipo de reservatórios são designados por reservatórios estáticos. São ainda conhecidos os chamados reservatórios de calor latente dinâmicos, sobre os quais se remete para a patente DD 23 68 62 e DD 28 01 13. No que refere à mais actual evolução da técnica neste contexto, remete-se ainda para a patente DE-A1 41 22 859. Como materiais para o reservatório de calor latente são utilizados especialmente sais, como designado nos documentos em epígrafe, mas mais recentemente também parafina ou hidrocarbonetos parafínicos nas mais diversas versões. Fala-se também de hidrocarbonteos de petróleo parafínico. Por fim também há que remeter para o pedido de patente alemão 42 43 202 não pré-publicada.

Do Patent Abstract Japan (Resumo de Patentes Japão), vol. 007, n° 020 (M-188) é conhecido um reservatório de calor latente, no qual urh permutador térmico em forma de tubo, para a admissão e a saída de calor, se encontra 2

ι envolto concentricamente por uma quantidade de camadas de recipientes de calor. As várias camadas de armazenamento de calor latente contêm material de reservatório de calor latente com temperaturas de passagem de fase distintas. Característico para este tipo de reservatório de calor latente conhecido é que as temperaturas de passagem de fase das camadas sobem a partir do permutador térmico, isto é, de dentro para fora.

Também os já referidos reservatórios de calor latente para veículos automóveis já foram apresentados nas mais variadas formas e já foram testados, pelo menos parcialmente. Para tal o calor armazenado é utilizado para aquecer o motor do veículo automóvel em caso de um arranque a frio, precisamente com o calor retirado do reservatório de calor latente. De forma a ser possível fazer face a fases longas, nas quais o veículo não está em funcionamento, é necessário isolar termicamente o reservatório de calor latente de forma adequada. Geralmente, dispositivos de isolamento térmico convencionais, como por exemplo, com base em material celular, não bastam para tal. Daí que também já se propôs envolver o reservatório de calor latente com um espaço no qual se fez vácuo, segundo o princípio das garrafas térmicas. Contudo, esta última opção proporciona o isolamento térmico necessário, mas comparativamente resulta muito dispendiosa.

No que respeita os aspectos técnicos acima descritos, pretende-se a indicação de um reservatório de calor latente para um veículo automóvel, com custos de produção reduzidos, assegurando no entanto um isolamento térmico suficiente.

Esta tarefa é resolvida no objecto da reivindicação 1. Dá-se especialmente preferência a componentes parafínicos altamente puros. Além disso, também é utilizado um outro princípio de armazenamento, nomeadamente um princípio de armazenamento de calor latente basicamente estático, como o inicialmente referido. O segundo material de armazanemanto de calor latente pode ser parafina ou hidrocarboneto parafínico. A parafina tem a vantagem de não representar uma ameaça ao meio ambiente, caso o reservatório rebente por

qualquer motivo. Como o ponto de fusão do segundo material de armazanemanto de calor latente é mais baixo que o ponto de fusão do primeiro material de armazanemanto de calor latente, isto significa que na fase de arrefecimento o segundo material de armazanemanto de calor latente ainda se encontra líquido, enquanto que o primeiro material de armazanemanto de calor latente já se encontra no seu ponto de solidificação. Pelo facto de o segundo material de armazanemanto de calor latente no segundo reservatório de calor latente envolver o primeiro reservatório de calor latente, representando assim a sua camada de isolamento térmico, mantém-se no primeiro material de armazenamento de calor latente, através da margem de temperatura pré-definida pela área de trabalho do segundo material de armazanamento de calor latente, uma temperatura praticamente idêntica por um longo período de tempo, apesar de se verificar um escoamento térmico para o exterior, precisamente através do segundo material de armazanemanto de calor latente.

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Com isto consegue-se também, que o primeiro material de armazenamento de calor latente se aproxime muito lentamente da sua temperatura de solidificação, o que por sua vez significa, que se verifica apenas uma diferença de temperatura muito pequena,sobre a profundidade do primeiro reservatório de calor latente e que a solidificação se dá quase repentinamente em todo o primeiro reservatório de calor latente. No entanto, preferencialmente a diferença de temperatura não deverá ser muito grande, situando-se na área de alguns Kelvin. Um valor possível será por exemplo, 5 Kelvin. No entanto, também podem ser por exemplo, 2, 3, 7 ou 9 Kelvin. Enquanto que o primeiro reservatório de calor latente é preferencialmente concebido como reservatório dinâmico de calor latente, de acordo com. o pedido de patente alemã 42 43 202.2 acima mencionado, o material de armazenamento de calor latente sitúado no revestimento, que em conjunto com o revestimento forma o segundo reservatório de calor latente, concebido preferencialmente no sentido de um reservatório de calor latente quase estático. Neste sentido dá-se ainda preferência a uma optimização do material de armazenamento de calor latente, na medida em que este tenha um aditivo espumante por exemplo, ou sob forma de um conhecido meio de relaxação da superfície. A tendência para a criação de espuma do material de armazenamento de calor latente, por exemplo da parafina, é visado propositadamente. ,Em estado sólido, praticamente todo o segundo reservatório de calor latente é percorrido por partes de espuma, que influenciam vantajosamente um valor de transmissão térmica do segundo reservatório de calor latente, no sentido da sua redução. Além disso, 90 a 95% do segundo reservatório de calor latente encontra-se cheio. O volume restante pode ser, por xemplo, preenchido com água ou óleo, como meio portador de calor. Este último proporciona, de forma muito reduzida, um determinado comportamento dinâmico, devido ao qual acima se falou num reservatório de calor latente quase estático. O carácter dinâmico do reservatório de calor latente, mesmo sendo muito reduzido, tem assim uma importância especial, na medida em que é favorecida especialmente a formação de espuma. Parafina ou hidrocarbonete parafínico em espuma (em estado sólido) é, no que diz respeito aos valores de isolamento térmico, ainda mais vantajoso do que hidrocarbonete parafínico solidificado homogeneamente. A relação entre o meio de transporte térmico, ou seja por exemplo óleo, em relação ao hidrocarbonete parafínico, pode ser por exemplo, também de 1:100. O volume restante no reservatório de calor latente fica vazio. De resto, neste reservatório de calor latente pode existir uma pressão efectiva ou uma depressão. A pressão efectiva deverá rondar de forma realista por ca. de 1 A, enquanto que a depressão se deverá situar entre 0,1 a 0,5 A até ao vácuo quase total. Comparativamente, a depressão no segundo reservatório de calor latente deverá preferencialmente ser bastante reduzida. Está ainda previsto neste tipo de reservatório de calor latente para um veículo automóvel, que o primeiro reservatório de calor latente disponha na sua parte inferior de um permutador térmico, que age sobre o reservatório de calor latente e que serve para a admissão de calor de escape do motor para o reservatório de calor latente. Intercalada com o permutador térmico, que actua sobre a área inferior do primeiro reservatório de calor latente, encontra-se prevista uma válvula inversora, com a qual em caso de saída de palor do primeiro reservatório de calor latente, o meio de transporte térmico, que no veículo automóvel é geralmente água, e que passa pelo permutador térmico e pela

respectiva canalização, possa ser conduzido por um segundo permutador térmico, que pode fazer sair calor da parte superior do primeiro reservatório de calor latente, transpondo preferencialmente o mesmo. O meio de transporte térmico, que actua no primeiro permutador térmico, inferior, flui a partir do permutador térmico, ou seja fora do reservatório de calor latente, para o radiador do veículo automóvel, atravessa o mesmo, e entra depois para o motor, enquanto que o meio de transporte térmico que actua sobre o segundo permutador térmico, passa imediatamente do radiador para o motor por desvio. Á versão de um reservatório de calor latente para um veículo automóvel anteriormente descrita está inerente um raciocínio geral que se refere à conexão ou à disposição conjunta de reservatórios de calor latente. Nesta base geral, a invenção diz respeito a um reservatório de. calor latente, preferencialmente do tipo dinâmico, com um primeiro material de armazenamento de calor latente, apresentando o reservatório de calor latente uma parede exterior. De forma a se obter condições térmicas mais vantajosas, especialmente no sentido de um isolamento térmico, esta invenção propõe que uma parte considerável da parede exterior seja coberta com efeito de isolamento térmico por um segundo material de armazenamento de calor, como por exemplo, parafina ou hidrocarbonete parafínico. No que respeita este material também poderão ser utilizados saís conhecidos. É possível que o segundo material de armazenamento de calor não se encontre totalmente num recipiente separado. Por exemplo a parede exterior do primeiro reservatório de calor latente pode apresentar um primeiro limite (interior) de um espaço, no qual se encontra o segundo material de armazenamento de calor latente. Também neste contexto as versões preferenciais acima referidas estão acertadas, na medida em que o segundo material de armazenamento de calor latente apresenta um ponto de fusão mais baixo do que o primeiro material de armazenamento de calor latente, de que o segundo material de armazenamento de calor latente contém um agente espumante e eventualmente óleo como meio dé transporte do calor. Para o caso de que o segundo material de armazenamento de calor latente se encontre num 6 6

recipiente separado, também é vantajoso que pelo menos uma parede deste recipiente seja formada de forma flexível. Desde que o segundo material de armazenamento de calor latente se encontre numa fase líquida, um reservatório de calor latente deste tipo, poderá com base numa parede destas, moldar-se facilmente a uma estrutura irregular da superfície da parede exterior do primeiro reservatório de calor latente. A parede poderá, por exemplo, ser constituída por uma folha de plástico.

Um outro raciocínio geral desta invenção diz respeito à utilização de um reservatório de calor latente, preferencialmente estático, como elemento de isolamento térmico ou a utilização do material de armazenamento de calor latente como material de isolamento térmico. Enquanto até à data o material de armazenamento de calor latente se utiliza apenas por causa das suas características de armazenamento de calor, o material de armazenamento de calor latente com base em parafina, especialmente no caso de parafinas compostas, em conjunto com as restantes características conhecidas de um reservatório de calor latente, representa um meio ou um elemento de isolamento térmico, que dispõe também de valores de isolamento térmico consideráveis. Por exemplo a difusidade térmica da parafina é de ca. 0,1 W/mK, enquanto num material de isolamento térmico comum se situa em 0,04 W/mK. Assim, mesmo que a difusidade térmica de um material de isolamento térmico comum não for atingida totalmente, representa contudo um isolamento térmico considerável. A característica especial de um elemento de isolamento térmico em forma de um reservatório de calor latente pode ser especialmente útil, por exemplo, em reactores processuais, especialmente reactores processuais biológicos. Este tipo de reactores processuais depende de uma temperatura constante. O calor gerado dentro de reactor pode ser, de acordo com o raciocínio desta invenção, absorvido por um reservatório de calor latente que envolve o reactor no sentido de o isolar térmicamente, sem que a temperatura do mesmo aumente levando como reacção a um aumento da temperatura no reactor processual. 7 7

Inversamente, um decréscimo da temperatura na área circundante do reactor processual envolto por um reservatório de calor latente utilizado para isolamento térmico poderá levar à saída de calor do elemento de isolamento térmico ou ao reservatório de calor latente, sem que a temperatura do elemento de isolamento térmico se altere significativamente. O reservatório de calor latente utilizado neste sentido, de acordo com a invenção, pode ser um reservatório de calor latente quase estático com a configuração anteriormente descrita do segundo reservatório de calor latente. A invenção encontra-se descrita de seguida com base no desenho em apêndice, que no entanto só representa diagramas e exemplos de configuração. Poderá ver-se então na

Fig. 1 uma representação exemplar em forma de diagrama com a curva da temperatura num isolamento térmico convencional e num isolamento térmico por meio de um reservatório de calor latente, na fase de aquecimento;

Fig. 2 uma representação em forma de diagrama com a curva da temperatura segundo a Fig. 1, mas na fase de arrefecimento;

Fig. 3 uma representação esquemática de um reservatório de calor latente de um veículo automóvel, com isolamento térmico.

Na Fig. 1 encontram-se registadas na ordenada as temperaturas, na abscissa o tempo. Num isolamento térmico convencional, devido ao escoamento do calor muito reduzido, a temperatura aumenta muito rapidamente na fase de. aquecimento de um objecto ou num reservatório isolado termicamente, no diagrama representado até aproximadamente ao ponto 1. Aproximadamente a partir desta temperatura, o fluxo de calor aumenta significativamente devido ao isolamento térmico, causada pelo diferença de temperatura continuamente crescente, de forma que no objecto, reservatório ou semelhante a isolar, se verifica comparativamente um aumento de temperatura inferior (partindo do princípio que haja uma alimentação contínua de uma quantidade de calor constante por tempo). Por outro lado, num reservatório de calor latente utilizado como elemento de isolamento térmico, a temperatura no objecto, reservatório, reactor ou semelhante a isolar não aumenta tão rapidamente como num isolamento térmico convencional, ou seja, verifica-se a mesma alimentação de calor por tempo, até ser atingida a temperatura de conversão de fase do reservatório de calor latente, o que no diagrama é visível mais ou menos no ponto 2. Essencial é então, e ai é que reside a maior diferença, que num período de tempo, que se encontra entre os pontos de tempo marcados no diagrama com 2 e 3, a temperatura no reservatório de calor latente utilizado como elemento de isolamento térmico quase que não se altera. Por outro lado, num isolamento térmico convencional a temperatura sobe também neste período de tempo. No entanto, a partir do ponto 3 pode verificar-se uma subida de temperatura considerável, que até é mais acentuada do que num isolamento térmico convencional após alcançar o ponto de igualização, que no diagrama está marcado com a cifra 1. No seguimento, a curva da temperatura do reservatório de calor latente utilizado como elemento de isolamento térmico, também se estabiliza. Parte-se do princípio, que a figura só deverá ser entendida qualitativamente. Tudo depende do material de isolamento térmico (convencional) utilizado (difusidade térmica, espessura, etc.) ou do respectivo material do reservatório de calor latente utilizado.

Na Fig. 2 encontram-se representadas as relações aquando da sida do calor. Neste caso parte-se de um reservatório'de calor isolado térmicamente, do qual se retira calor através de um permutador térmico, no sentido do reservatório de calor latente ainda de seguida descrito.

Num isolamento térmico convencional resulta um percurso da temperatura, como representado pela curva A1, que regra geral é uma curva segundo uma função exponencial. Num reservatório de calor latente utilizado como elemento de isolamento térmico resulta por sua vez no reservatório ou em qualquer outro objecto isolado térmicamente, um percurso da temperatura, idêntico ao representado pela curva B1. O tracejado pertencente à curva B1 ’ representa qual o percurso de temperatura que resulta num recipiente isolado térmicamente, quando for utilizado como elemento de isolamento térmico um reservatório de calor latente, representado pelo percurso da temperatura da curva B1.

Pode verificar-se, que a curva da temperatura no recipiente isolado térmicamente, no caso de ser utilizado um reservatório de calor latente como elemento do isolamento térmico, cai primeiro rapidamente, até ao ponto 2’, permanece praticamente constante por um longo período de tempo, ou seja até ao ponto 3’, e cai novamente no sentido de uma curva exponencial. Os pontos dé/ tempo respectivos 2" e 3”, referente aos quais a curva se altera drasticamente, podem também ser observados na curva da temperatura do reservatório de calor latente utilizado como elemento de isolamento térmico.

Na Fig. 3 encontra-se representado sob forma de um esquema um reservatório de calor latente 1 para um veículo automóvel, que se encontra envolto por um segundo reservatório de calor latente 2, com a finalidade de isolamento térmico.

No caso do reservatório de calor latente 1 pode, por exemplo, tratar-se, especialmente no que diz respeito ao material da armazenamento de calor latente e de toda a restante estrutura, de um reservatório de calor latente como descrito já na inicialmente referida patente P 42 43 202.2. O reservatório de calor latente 1 representado caracteriza-se ainda por ser atravessado por um permutador térmico 3 na sua área inferior e por um permutador térmico 4 na sua área superior. O permutador térmico 1 encontra-se ligado ao motor através da conduta 5. O meio refrigerante que atravessa o motor, ou seja a água de refrigeração, percorre a conduta 5 até ao permutador térmico 3 e continua pela conduta 6 até ao radiador 7 do veículo automóvel e pelas condutas 8, 9 de volta ao motor M. Na conduta 5 encontra-se disposta uma válvula inversora 10, o que permite a ligação das condutas do motor, passando pela conduta 11 até ao permutador térmico 4. Neste tipo de circuito, que também é efectuado num arranque a frio do motor Μ, o meio portador de calor, ou seja a água de refrigeração, passa pelas condutas 5 e 11 através do permutador térmico 4, o que faz sair calor do reservatório de calor latente 1. De seguida o meio portador de calor regressa através da conduta 12 e da conduta 9 ao motor M. O reservatório de calor latente 2 envolve o reservatório de calor latente 1 como um manto. Também é possível prever uma parede interior referente ao reservatório de calor latente 2. Por outro lado, a parede exterior 13 pode logo formar a parede interior do reservatório de calor latente 2. É ainda possível, prever o reservatório de calor latente 1 nas superfícies exteriores do reservatório de calor latente 1. O reservatório de calor latente 2 é um reservatório de calor latente estático ou quase estático, no qual existe apenas uma pressão efectiva ou depressão mínimas e que contém quantidades mínimas do meio de transporte de calor, por exemplo, algumas poucas gotas de água.

Lisboa, 2 4 MAIO 2000

Américo da Silva Carvalho

Agente Oficial de Propriedade Industrial R. Castilho, 201 -3.5E- 1070 LISBOA Telets. 3B513 39 - 385 4613

Claims (10)

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REIVINDICAÇÕES 1. Reservatório de calor latente para um veículo automóvel com um motor de combustão interna (M), com um reservatório de calor latente (1) que contém material de armazenamento de calor, sendo o reservatório de calor latente (1) atravessado por um permutador térmico para a entrada e saída de calor e um revestimento para o isolamento térmico, sendo esse revestimento formado por um segundo reservatório de calor latente (2) com material de armazenamento de calor, caracterizado pelo facto de o segundo material de armazenamento apresentar um ponto de fusão inferior do que o primeiro material de armazenamento de calor.

2. Reservatório de calor latente segundo a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o material de armazenamento de calor do segundo reservatório de calor latente dispor de um agente espumante.

3. Reservatório de calor latente segundo a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o segundo reservatório de calor latente (2) ser estático e o material de armazenamento de calor do segundo reservatório de calor latente dispor de um agente espumante.

4. Reservatório de calor latente segundo uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de o material de armazenamento de calor do segundo reservatório de calor latente se encontrar num recipiente separado, sendo as paredes deste último pelo menos parcialmente flexíveis.

5. Reservatório de calor latente segundo uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de ó material de armazenamento de calor do segundo reservatório de calor latente apresentar uma quantidade reduzida do meio de transporte de calor, por exemplo sob forma de algumas gotas de água. 2

6. Reservatório de calor latente segundo uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de no reservatório de calor latente se verificar uma depressão ou uma pressão efectiva.

7. Reactor processual, especialmente um reactor processual biológico com um reservatório de calor latente segundo a reivindicação 1, caracterizado por um isolamento térmico do reactor, formado pelo reservatório de calor latente, para a absorção do calor gerado dentro do reactor processual.

8. Reactor processual segundo a reivindicação 7, caracterizado por o material de armazenamento de calor latente do reservatório de calor latente dispor de um agente espumante.

9. Reactor processual segundo a reivindicação 7 e 8, caracterizado por o material de armazenamento de calor latente do reservatório de calor latente apresentar uma pequena quantidade do meio de transporte do calor, por exemplo sob forma de algumas gotas de água.

10. Reactor processual segundo a reivindicação 7 a 9, caracterizado por o reservatório de calor latente apresentar uma depressão ou uma pressão efectiva. Lisboa' 2 h «IO 2000 i \ f\—í— ^L· ti Américo da Silva Carvalho Agente Oficial de Propriedade Industrial R. Castilho, 201 -3." E - 1070 LISBOA Teleís. 385 13 39 - 385 4613