ES2604228T3 - Acumulador térmico con un material de cambio de fase y procedimiento para su fabricación - Google Patents

Acumulador térmico con un material de cambio de fase y procedimiento para su fabricación Download PDF

Info

Publication number
ES2604228T3
ES2604228T3 ES10000916.6T ES10000916T ES2604228T3 ES 2604228 T3 ES2604228 T3 ES 2604228T3 ES 10000916 T ES10000916 T ES 10000916T ES 2604228 T3 ES2604228 T3 ES 2604228T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
dimensional
grid
bars
phase change
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES10000916.6T
Other languages
English (en)
Inventor
Karin Dietl
Claus Emmelmann
Olaf Rehme
Gerhard Schmitz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Hamburg Harburg
Tutech Innovation GmbH
Original Assignee
Technische Universitaet Hamburg Harburg
Tutech Innovation GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Hamburg Harburg, Tutech Innovation GmbH filed Critical Technische Universitaet Hamburg Harburg
Application granted granted Critical
Publication of ES2604228T3 publication Critical patent/ES2604228T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/063Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/023Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0004Particular heat storage apparatus
    • F28D2020/0013Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in elements attached to or integral with heat exchange conduits
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Acumulador térmico con una carcasa (10) en la que están dispuestos un material de cambio de fase (14) y una estructura conductora de calor circundada por el material de cambio de fase (14), caracterizado porque la estructura conductora de calor presenta al menos dos zonas parciales que presentan respectivamente una rejilla tridimensional (18, 20, 22) de barras que se convierten unas en otras como material unitario en los puntos nodales de la rejilla tridimensional (18, 20, 22), siendo distinta en las dos rejillas tridimensionales (18, 20, 22) la relación entre la termoconductividad de la rejilla tridimensional (18, 20, 22) y el tamaño de la superficie de la rejilla tridimensional (18, 20, 22) y presentando las barras en ambas rejillas tridimensionales (18, 20, 22) una disposición tridimensional regular.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
DESCRIPCION
Acumulador termico con un material de cambio de fase y procedimiento para su fabricacion
La invencion se refiere a un acumulador termico con una carcasa en la que estan dispuestos un material de cambio de fase y una estructura conductora de calor circundada por el material de cambio de fase, asf como a un procedimiento para la fabricacion de un acumulador termico de este tipo. Los acumuladores termicos con un material de cambio de fase (ingles PCM, phase change material) se denominan tambien acumuladores termicos latentes. Pueden absorber energfa termica y almacenarla aprovechando una transicion de fase del material de cambio de fase y volver a emitirla. En la transicion de fase, por ejemplo de solido a lfquido, puede ser absorbida una cantidad de calor relativamente grande, segun la entalpfa de fusion, sin que se produzca un aumento de temperatura. Como material de cambio de fase frecuentemente se usan sales o parafinas que presentan una alta entalpfa de fusion, pero una termoconductividad relativamente baja. Especialmente cuando se trata de evacuar rapidamente calor, por ejemplo en la electronica de potencia, a causa de la baja termoconductividad es diffcil conseguir un transporte de calor suficientemente rapido al material de cambio de fase.
Con vistas a este problema se han propuesto diferentes soluciones destinadas a un mejor transporte de calor dentro del acumulador termico. Por ejemplo, por el documento AT363963B se dio a conocer el modo de distribuir el calor a traves de un lfquido arremolinado dentro del acumulador termico latente. Una solucion comparable se describe en el documento DD256434A3 en el que un medio de transporte de calor que se evapora circula por el material de cambio de fase. Alternativamente, se conoce el modo de usar una estructura de conduccion de calor dispuesta fijamente para una mejor distribucion del calor dentro del acumulador termico. Para ello, el documento DE19815777A1 propone conducir a traves de tubos planos que pasan de forma ondulada por el material de cambio de fase un medio portador de calor, a traves del que se introduce calor en el acumulador termico, y cubrir con placas en forma de placas o de nervaduras, con una buena termconductividad, los espacios situados entre los tubos. El documento DE10007848A1 preve empotrar el material de cambio de fase en una matriz de espuma metalica. La espuma metalica es de poros abiertos y presenta una alta termoconductividad en comparacion con el material de cambio de fase. Finalmente, por el documento DE202007005965U1 se dio a conocer el modo de usar como estructura conductora de calor un trenzado tridimensional de alambres u otras fibras, con una buena termoconductividad.
Por el documento DE4021492C2 se dio a conocer un acumulador termico latente con una carcasa y con un material de cambio de fase. En el espacio interior de la carcasa esta dispuesto un material que puede ser humectado por el material de cambio de fase y que tiene una estructura de poros abierto y esta embebido del material de cambio de fase.
Por el documento WO2006/046022A1 se dio a conocer un cuerpo refrigerador para un componente semiconductor. El cuerpo refrigerador conocido presenta una rejilla tridimensional de barras metalicas que se convierten una en otra como material unitario en los puntos nodales de la rejilla tridimensional, que se pone en contacto termico con el componente semiconductor. Para la refrigeracion, se sopla aire a traves de la rejilla con un ventilador. Adicionalmente, dentro de la rejilla tridimensional se encuentra un conducto separado de la rejilla, por el que se puede hacer pasar un lfquido refrigerante.
Por el documento JP63161300A se dio a conocer un acumulador termico con una carcasa en la que esta dispuesto un material de cambio de fase. Dentro de la carcasa esta dispuesto un material de aluminio espumado que presenta una estructura porosa.
Por el documento DE10123456A1 se dio a conocer un intercambiador termico que presenta una espuma metalica de poros abiertos, por la que circula un medio lfquido que ha de ser refrigerado.
Por el documento US4,652,710 se dio a conocer un acumulador termico en forma de placas, en el que entre dos placas esta formada una estructura alveolar de celulas unidas entre sf, en la que se puede introducir un material de cambio de fase.
Por el documento JP63243693A se dio a conocer un intercambiador termico con caractensticas de acumulacion de calor. Dentro de una carcasa del intercambiador termico conocido esta dispuesta una estructura termonconductora de metal poroso. El documento JP63243693 muestra un acumulador termico segun el preambulo de la reivindicacion 1.
Por el documento GB2419463A se dio a conocer un cuerpo refrigerante para un elemento semiconductor. El cuerpo refrigerador conocido presenta una rejilla tridimensional de barras metalicas que se convierten una en otra como material unitario en los puntos nodales de la rejilla tridimensional, que se pone en contacto termico con el componente semiconductor. Para la refrigeracion, se sopla aire a traves de la rejilla con un ventilador. Adicionalmente, dentro de la rejilla tridimensional puede encontrarse un conducto separado de la rejilla, por el que se puede hacer pasar un lfquido refrigerante.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Partiendo de ello, la invencion tiene el objetivo de proporcionar un acumulador termico con una carcasa en la que estan dispuestos un material de cambio de fase y una estructura conductora de calor circundada por el material de cambio de fase, en el cual sea posible un transporte de calor mas eficiente.
Este objetivo se consigue mediante un acumulador termico con las caractensticas de la reivindicacion 1 asf como mediante el procedimiento para la fabricacion del acumulador termico con las caractensticas de la reivindicacion 10. Formas de realizacion ventajosas se indican en las reivindicaciones subordinadas siguientes.
El acumulador termico segun la invencion tiene una carcasa en la que estan dispuestos un material de cambio de fase y una estructura conductora de calor circundada por el material de cambio de fase, presentando la estructura conductora de calor una rejilla tridimensional de barras que se convierten una en otra como material unitario en los puntos nodales de la rejilla tridimensional. Las barras pueden ser uniones rectilmeas entre los puntos de rejilla imaginarias de la rejilla tridimensional. La rejilla tridimensional presenta una disposicion tridimensional regular de las barras. La regularidad de la rejilla tridimensional puede consistir especialmente en que se puede definir una celula de rejilla elemental que presenta un numero de barras y que, dispuestas repetidamente en fila en las tres direcciones espaciales, forma la rejilla tridimensional. El hecho de que las barras se convierten una en otra como material unitario significa que no estan separadas unas de otras por otro material como un adhesivo o una soldadura o una superficie lfmite. Esto hace que tambien en los puntos nodales de la rejilla tridimensional es posible un transporte de calor sin obstaculos. De esta manera, en combinacion con la regularidad de la rejilla tridimensional se consigue un transporte de calor altamente eficiente y homogeneo a lo largo de toda la zona cubierta por la rejilla tridimensional. El calor transportado es evacuado de la estructura conductora de calor directamente al material de cambio de fase circundante. Tambien a este respecto resulta ventajosa la regularidad de la rejilla tridimensional, porque el material de cambio de fase en cada celula de rejilla se encuentra a una distancia homogenea de las barras. Otra ventaja de la disposicion de rejilla tridimensional de las barras es que dentro del material de cambio de fase no existen paredes de separacion en las que se puedan acumular por ejemplo burbujas de gas. Tambien por ello, la estructura de rejilla tridimensional contribuye a unas condiciones homogeneas dentro del volumen total.
Finalmente, la disposicion de rejilla tridimensional de las barras es extraordinariamente flexible y se puede variar de multiples maneras, por ejemplo mediante la variacion del tamano de las celulas de rejilla o del numero y la dimension de las barras, para satisfacer diferentes requisitos. Por ejemplo, una aplicacion puede requerir un transporte de calor especialmente rapido, lo que se puede conseguir por ejemplo mediante una termoconductividad especialmente alta de la estructura conductora de calor, por ejemplo usando barras relativamente gruesas, mientras que en otra aplicacion puede importar mas la cantidad total de calor acumulable. Para ello, se ofrecen estructuras conductoras de calor con una rejilla tridimensional que ocupe una menor parte del volumen dentro del acumulador termico, para poder emplear correspondientemente mas material de cambio de fase dentro del mismo volumen. Los dos casos de aplicacion son especialmente eficientes con vistas a los respectivos requisitos en cuanto a la termoconductividad lograda.
Las medidas totales de un acumulador termico segun la invencion pueden ser por ejemplo de hasta 250 mm x 250 mm x 250 mm. En funcion del procedimiento de fabricacion elegido tambien son posibles medidas todavfa mas grandes. Preferentemente, sin embargo, los acumuladores termicos se pueden realizar de forma especialmente compacta y por tanto presentar unas medidas sensiblemente mas pequenas.
En una forma de realizacion, la rejilla tridimensional se compone de metal. Los metales presentan una alta termoconductividad espedfica y se pueden transformar bien. Por lo tanto, resultan especialmente apropiados para el acumulador termico segun la invencion. Sin embargo, basicamente tambien entran en consideracion otros materiales, por ejemplo fibras de carbono o materiales sinteticos con una termoconductividad suficiente.
En una forma de realizacion, las medidas de los puntos nodales corresponden a la seccion transversal de las barras. Dicho de otra manera, los puntos nodales especialmente no estan engrosados con respecto a la seccion transversal de las barras. De esta manera, se consigue tambien en los puntos nodales una termoconductividad correspondiente a la termoconductividad de las barras, sin necesidad de una acumulacion amplia de material.
Segun una forma de realizacion, la rejilla tridimensional presenta en cada celula de rejilla al menos una barra de extension diagonal. Basicamente, tambien se puede usar una rejilla sencilla, por ejemplo cubica de forma rectangular. Sin embargo, unas barras que se extienden adicionalmente de forma diagonal pueden mejorar el transporte de calor de forma selectiva a lo largo de direcciones predefinidas y al mismo tiempo aumentar la estabilidad mecanica de la rejilla tridimensional, porque las fuerzas introducidas en la rejilla tridimensional actuan preferentemente como fuerzas de traccion y de presion, no como fuerzas de flexion desventajosas.
Segun una forma de realizacion, un diametro de las barras es inferior a 1 mm y/o el tamano de las celulas de rejilla es inferior a 10 mm. Preferentemente, se eligen medidas aun mas pequenas, por ejemplo un diametro de barra de menos de 0,5 mm, por ejemplo de solo 0,1 mm y un tamano de las celulas de rejilla de menos de 5 mm, por ejemplo de 1 mm. Unas rejillas tridimensionales tan filigranas aseguran una penetracion del material de cambio de fase practicamente sin lagunas. De esta manera, el calor puede ser evacuado de manera especialmente rapida al material de cambio de fase.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
En la invencion, la estructura conductora de calor presenta al menos dos zonas parciales que presentan respectivamente una rejilla tridimensional en barras que se convierte unas en otras como material unitario en los puntos nodales de la rejilla tridimensional, siendo distinta en las dos rejillas tridimensionales la relacion entre la termoconductividad de la rejilla tridimensional y el tamano de superficie de la rejilla tridimensional. Una alta termoconductividad de la rejilla tridimensional permite un transporte de calor rapido. Una gran superficie de la rejilla tridimensional en cambio mejora el intercambio de calor con el material de cambio de fase. En la forma de realizacion mencionada, en distintas zonas parciales de la estructura conductora de calor se elige un compromiso distinto entre estas dos magnitudes a las que se aspira. Mediante la realizacion de distintas zonas parciales dentro del acumulador termico se consigue satisfacer aun mejor requisitos especiales. Especialmente, un aporte de calor especialmente grande en una zona parcial se puede tener en cuenta mediante una termoconductividad especialmente alta en esta zona parcial, mientras que en otra zona, por ejemplo mas alejada de una fuente de calor, preferentemente se optimiza el aporte de calor al material de cambio de fase.
La relacion entre la termoconductividad de la rejilla tridimensional y el tamano de la superficie de la rejilla tridimensional se puede adaptar de maneras muy distintas. En una forma de realizacion, las dos rejillas tridimensionales presentan para este fin una topologfa distinta. Esto quiere decir que las dos rejillas tridimensionales se diferencian en cuanto al numero y/o la disposicion de las uniones de barras entre los puntos de rejilla imaginarios. Por ejemplo, para una alta termoconductividad puede estar previsto prever dentro de cada celula de rejilla barras adicionales. Segun otra forma de realizacion, las celulas de rejilla de una de las dos rejillas tridimensionales son mas pequenas que las celulas de rejilla de la otra rejilla tridimensional. Mediante una reduccion del tamano de las celulas de rejilla manteniendo iguales las dimensiones restantes de las barras aumenta especialmente el tamano de la superficie de la rejilla tridimensional. En otra forma de realizacion, las barras de una de las dos rejillas tridimensionales presentan otra seccion transversal que las barras de la otra rejilla tridimensional. Especialmente mediante un aumento de tamano de la seccion transversal de las barras se consigue aumentar directamente la termoconductividad de la rejilla tridimensional.
En una forma de realizacion existe una superficie de contacto para el intercambio de calor con una fuente de calor o un sumidero de calor y la relacion entre la termoconductividad de la rejilla tridimensional o de las rejillas tridimensionales y el tamano de la superficie de la rejilla tridimensional o de las rejillas tridimensionales disminuye a medida que aumenta la distancia de la superficie de contacto. Tambien mediante esta medida se consigue adaptar el transporte de calor dentro del acumulador termico de manera selectiva a los respectivos requisitos. Para influir en la relacion entre la termoconductividad y el tamano de la superficie de la rejilla tridimensional se consigue variar especialmente las magnitudes caractensticas mencionadas anteriormente de la rejilla tridimensional. Adicionalmente o alternativamente a zonas parciales distintas en las que estan previstas rejillas tridimensionales realizadas respectivamente de manera uniforme a lo largo de la respectiva zona parcial, las magnitudes de influencia mencionadas, por ejemplo el tamano de las celulas de rejilla o las secciones transversales de las barras pueden variarse de manera continua dentro de una sola estructura de rejilla tridimensional. Mediante una "graduacion" de este tipo se puede conseguir una extension fluida de las caractensticas decisivas de la rejilla.
En otra forma de realizacion, la superficie de contacto se convierte como material unitario en las barras de la estructura conductora de calor. De esta manera, se consigue un transporte de calor optimo de la superficie de contacto a la estructura de rejilla tridimensional.
En otra forma de realizacion, superficies de pared cerradas de la carcasa se convierten como material unitario en la estructura conductora de calor. De esta manera, tambien entre las paredes de la carcasa y la estructura conductora de calor existe un transporte de calor optimo. Adicionalmente, se consigue una alta estabilidad mecanica, porque la estructura conductora de calor apoya de forma optima la pared de la carcasa.
El objetivo mencionado anteriormente igualmente se consigue mediante el procedimiento con las caractensticas de la reivindicacion 10. El procedimiento sirve para fabricar un acumulador termico con una carcasa en la que estan dispuestos un material de cambio de fase y una estructura conductora de calor circundada por el material de cambio de fase, y presenta los siguientes pasos:
a) la puesta a disposicion de un material pulverulento en el lugar de la estructura conductora de calor que ha de ser fabricada,
b) la fusion de zonas definidas del material pulverulento mediante la accion termica de un rayo energetico,
c) la repeticion de los pasos a) y b) hasta que las zonas fundidas forman dos zonas parciales con respectivamente una rejilla tridimensional (18, 20, 22) de barras que se convierten unas en otras como material unitario en los puntos nodales de la rejilla tridimensional (18, 20, 22), siendo distinta en las dos rejillas tridimensionales (18, 20, 22) la relacion entre la termoconductividad de la rejilla tridimensional (18, 20, 22) y el tamano de la superficie de la rejilla tridimensional (18, 20, 22) y presentando las barras en ambas rejillas tridimensionales (18, 20, 22) una disposicion tridimensional regular.
d) la eliminacion del material pulverulento no fundido,
e) la introduccion del material de cambio de fase, de tal forma que circunda la estructura conductora de calor.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
El procedimiento de fabricacion en el que se basa el procedimiento de fabricacion generalmente se denomina procedimiento de generacion por laser, si como rayo energetico se usa un rayo laser. Alternativamente, el rayo energetico tambien puede ser por ejemplo un rayo de electrones. Como material pulverulento se usa especialmente un polvo metalico, por ejemplo un polvo de acero inoxidable o de aluminio con una distribucion de tamano de granos entre 5 y 50 |im. Por la fusion por la accion termica de un rayo laser segun el paso de procedimiento b) resulta un cuerpo compuesto de manera continua de un material unitario. Los procedimientos de generacion por laser permiten tambien la fabricacion de geometnas complejas, siendo posibles especialmente superficies de forma libre interiores, complejas. La definicion de las zonas que han de ser fundidas se puede tomar directamente de un bloque de datos CAD en 3D correspondiente. El rayo laser se puede desviar mediante al menos un espejo soportado de forma giratoria, una llamada optica de espejo por escaner, al punto de accion correspondiente.
En una forma de realizacion del procedimiento, en el paso a), el material pulverulento se aplica en una capa delgada sobre una superficie base horizontal o sobre una capa del material pulverulento aplicada previamente. Por ejemplo, la primera capa del material que presenta un grosor de por ejemplo al menos 20 |im se puede aplicar sobre una plataforma de construccion. Despues de la fusion selectiva del material pulverulento en esta capa, la plataforma de construccion se puede descender en un trayecto correspondiente al grosor de capa, y una segunda capa del material pulverulento se puede aplicar sobre la placa ya fundida en parte. La aplicacion de las capas de polvo se puede realizar por ejemplo con un rodillo o con una rasqueta. Este procedimiento denominado tambien Selective Laser Melting (SLM) resulta especialmente adecuado para la fabricacion de mmimas estructuras, por ejemplo rejillas tridimensionales con un diametro de barras de 0,2 mm.
En otra variante del procedimiento, en el paso a), el material pulverulento es suministrado de forma selectiva en un entorno del punto focal del rayo laser y el paso b) se realiza sustancialmente al mismo tiempo. Para el suministro del material pulverulento se puede emplear una tobera de suministro dispuesta coaxialmente. La estructura de la pieza de trabajo igualmente se puede realizar en capas.
En una forma de realizacion del procedimiento, en el paso d), el material pulverulento se funde adicionalmente en zonas que forman paredes de carcasa cerradas. De esta manera, es posible una fabricacion conjunta de la estructura conductora de calor y de la carcasa, convirtiendose las dos automaticamente una en otra como material unitario.
Segun una forma de realizacion del procedimiento, una vez finalizado el paso c) quedan al menos dos aberturas en las paredes de carcasa, por las que se elimina el polvo restante y se introduce el material de cambio de fase. Por lo demas, las paredes de carcasa pueden estar completamente cerradas. El polvo no fundido por ejemplo se puede expulsar por las aberturas mediante soplado o enjuagado. Preferentemente, las dos aberturas se encuentran en zonas de la carcasa que no sirven al mismo tiempo de superficie de contacto hacia un medio que aporta o emite el calor.
Segun una forma de realizacion, en el paso e), el material de cambio de fase se pone en un estado lfquido. La introduccion del lfquido puede realizarse especialmente por una de las dos aberturas que quedan, teniendo que cerrarse la segunda abertura eventualmente antes del llenado, segun la disposicion. Despues de introducir el material se puede cerrar tambien la segunda abertura, de manera que queda excluido un escape posterior del material de cambio de fase.
Preferentemente, el procedimiento se realiza de tal forma que el acumulador termico fabricado esta configurado segun una de las formas de realizacion descritas anteriormente.
En cuanto a las ventajas que se consiguen con el procedimiento segun la invencion se remite a la descripcion anterior del acumulador termico que ha de ser fabricado.
A continuacion, la invencion se describe en detalle con la ayuda de un ejemplo de realizacion representado en una figura. La unica figura muestra un acumulador termico segun la invencion en una vista esquematica, simplificada, desde arriba, en la que esta retirada una pared de carcasa para dejar vista libre al interior del acumulador termico.
El acumulador termico representado en la figura 1 tiene una carcasa cerrada por todas partes con una forma cuadrada. La pared de carcasa 12 representada en la figura de arriba sirve de superficie de contacto para recibir tres corrientes de calor designados por Q1, Q2 y Q3. Especialmente, esta previsto que las corrientes de calor representadas de forma aproximada se producen solo durante una duracion de tiempo determinada, de manera que la cantidad de calor que ha de ser evacuada en total puede ser absorbida en su totalidad por el material de cambio de fase.
En el ejemplo de realizacion representado, el material de cambio de fase 14 es una parafina que se funde al absorber una cantidad de calor correspondiente. Rellena completamente el espacio interior de la carcasa 10 y circunde la estructura conductora de calor que se compone de una rejilla tridimensional 16.
5
10
15
20
25
La rejilla tridimensional 16 esta dividida en nueve zonas parciales diferentes, tres de las cuales estan provistas de los signos de referencia 18, 20 y 22 a tftulo de ejemplo. La rejilla tridimensional de cada zona parcial se compone de una disposicion tridimensional de barras que presentan una seccion transversal uniforme y se convierten unas en otras como material unitario en los puntos nodales de la rejilla tridimensional. Cada celula de rejilla presenta un numero fijo de barras que unen los puntos de rejilla a modo de celosfa. Una parte de las barras se extiende diagonalmente.
La realizacion de las rejillas tridimensionales en las zonas parciales 18, 20, 22 de la estructura conductora de calor, escogidas como ejemplo, se diferencia por una parte en el tamano de las celulas de rejilla. En las zonas parciales 20 y 22, estas tienen aproximadamente el doble tamano que en la zona parcial 18. Por otra parte, se diferencian las secciones transversales de las barras empleadas que en la zona parcial 22 son menores que en las dos zonas parciales 18 y 20. Por las diferencias mencionadas de la rejilla tridimensional, la termoconductividad y la capacidad de evacuar calor de la rejilla tridimensional al material de cambio de fase circundante son distintas en las zonas parciales y estan adaptadas a los requisitos correspondientes. En la figura esta representado esquematicamente que la corriente de calor Q2 es mayor que las dos corrientes de calor Q1 y Q3. De manera correspondiente, la rejilla tridimensional 18 que se convierte como material unitario en aquella parte de la superficie de contacto 12 que debe absorber la corriente de calor Q2, esta provisto de una termoconductividad comparativamente alta. Ademas, en la figura esta representado que el diametro de las barras en las zonas parciales correspondientes de la estructura conductora de calor disminuye a medida que aumenta la distancia de la superficie de contacto 12. En el ejemplo, esta "graduacion" se consigue mediante zonas parciales realizadas de forma unitaria de la estructura conductora de calor. Sin embargo, basicamente tambien es posible una variacion continua de los parametros de rejilla correspondientes. En ambos casos, cerca de la superficie de contacto 12 se consigue un transporte de calor especialmente bueno, mientras que en las zonas parciales de la estructura conductora de calor, mas alejadas de la superficie de contacto 12, la capacidad de transporte de calor esta reducida a favor de una parte de volumen mas elevada del material de cambio de fase.

Claims (14)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Acumulador termico con una carcasa (10) en la que estan dispuestos un material de cambio de fase (14) y una estructura conductora de calor circundada por el material de cambio de fase (14), caracterizado porque la estructura conductora de calor presenta al menos dos zonas parciales que presentan respectivamente una rejilla tridimensional (18, 20, 22) de barras que se convierten unas en otras como material unitario en los puntos nodales de la rejilla tridimensional (18, 20, 22), siendo distinta en las dos rejillas tridimensionales (18, 20, 22) la relacion entre la termoconductividad de la rejilla tridimensional (18, 20, 22) y el tamano de la superficie de la rejilla tridimensional (18, 20, 22) y presentando las barras en ambas rejillas tridimensionales (18, 20, 22) una disposicion tridimensional regular.
  2. 2. Acumulador termico segun la reivindicacion 1, caracterizado por que las dimensiones de los puntos nodales corresponden a la seccion transversal de las barras.
  3. 3. Acumulador termico segun una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que las dos rejillas
    tridimensionales (18, 20, 22) presentan en cada celula de rejilla al menos una barra de extension diagonal.
  4. 4. Acumulador termico segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que un diametro de las barras es inferior a 1 m y/o por que el tamano de las celulas de rejilla es inferior a 10 mm.
  5. 5. Acumulador termico segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que las dos rejillas
    tridimensionales (18, 20, 21) presentan una topologfa distinta.
  6. 6. Acumulador termico segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que las celulas de rejilla de una de las dos rejillas tridimensionales (18, 20, 22) son mas pequenas que las celulas de rejilla de la otra rejilla tridimensional (18, 20, 22).
  7. 7. Acumulador termico segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que las barras de una de las dos rejillas tridimensionales (18, 20, 22) presentan otra seccion transversal que las barras de la otra rejilla tridimensional (18, 20, 22).
  8. 8. Acumulador termico segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que existe una superficie de
    contacto (12) para el intercambio de calor con una fuente de calor o un sumidero de calor y la relacion entre la termoconductividad de las rejillas tridimensionales (18, 20, 22) y el tamano de la superficie de las rejillas tridimensionales (18, 20, 22) disminuye a medida que aumenta la distancia de la superficie de contacto (12).
  9. 9. Acumulador termico segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que superficies de pared
    cerradas de la carcasa (10) y/o la superficie de contacto (12) se convierten como material unitario en la estructura conductora de calor.
  10. 10. Procedimiento para la fabricacion de un acumulador termico segun la reivindicacion 1 con una carcasa (10) en la que estan dispuestos un material de cambio de fase (14) y una estructura conductora de calor circundada por el material de cambio de fase (14), con los siguientes pasos:
    a) la puesta a disposicion de un material pulverulento en el lugar de la estructura conductora de calor que ha de ser fabricada,
    b) la fusion de zonas definidas del material pulverulento mediante la accion termica de un rayo energetico,
    c) la repeticion de los pasos a) y b) hasta que las zonas fundidas formen dos zonas parciales con
    respectivamente una rejilla tridimensional (18, 20, 22) de barras que se convierten unas en otras como material unitario en los puntos nodales de la rejilla tridimensional (18, 20, 22), siendo distinta en las dos rejillas tridimensionales (18, 20, 22) la relacion entre la termoconductividad de la rejilla tridimensional (18, 20, 22) y el tamano de la superficie de la rejilla tridimensional (18, 20, 22) y presentando las barras en ambas rejillas tridimensionales (18, 20, 22) una disposicion tridimensional regular.
    d) la eliminacion del material pulverulento no fundido,
    e) la introduccion del material de cambio de fase (14), de tal forma que circunda la estructura conductora de
    calor.
  11. 11. Procedimiento segun la reivindicacion 10, caracterizado por que, en el paso a), el material pulverulento se aplica en una capa delgada sobre una superficie base horizontal o sobre una capa del material pulverulento aplicada previamente.
  12. 12. Procedimiento segun la reivindicacion 10, caracterizado por que, en el paso a), el material pulverulento es suministrado de forma selectiva en un entorno del punto focal del rayo laser y el paso b) se realiza sustancialmente al mismo tiempo.
  13. 13. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por que, en el paso b), el material pulverulento se funde adicionalmente en zonas que forman paredes de carcasa cerradas.
  14. 14. Procedimiento segun la reivindicacion 13, caracterizado por que una vez finalizado el paso c) quedan al menos 5 dos aberturas en las paredes de carcasa, por las que se elimina el polvo restante y se introduce el material de
    cambio de fase (14).
ES10000916.6T 2009-01-30 2010-01-29 Acumulador térmico con un material de cambio de fase y procedimiento para su fabricación Active ES2604228T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009006788A DE102009006788A1 (de) 2009-01-30 2009-01-30 Wärmespeicher mit einem Phasenwechselmaterial und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102009006788 2009-01-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2604228T3 true ES2604228T3 (es) 2017-03-03

Family

ID=42270255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES10000916.6T Active ES2604228T3 (es) 2009-01-30 2010-01-29 Acumulador térmico con un material de cambio de fase y procedimiento para su fabricación

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2236970B1 (es)
DE (1) DE102009006788A1 (es)
ES (1) ES2604228T3 (es)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2711163A1 (de) 2012-09-21 2014-03-26 Hirschberg Engineering Dreidimensionale Formkörper
DE102017200524A1 (de) 2017-01-13 2018-07-19 Siemens Aktiengesellschaft Kühlvorrichtung mit einem Wärmerohr und einem Latentwärmespeicher, Verfahren zum Herstellen derselben und elektronische Schaltung
DE102017213718B4 (de) 2017-08-07 2023-06-01 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Wärmespeichervorrichtung und Verfahren zum Speichern oder Bereitstellen von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung
DE102019102955B3 (de) * 2019-02-06 2020-02-13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Wärmespeichervorrichtung und Verfahren zum Speichern oder Bereitstellen von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung
DE102019207965B4 (de) * 2019-05-29 2024-01-25 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Wärmespeichervorrichtung und Verfahren zum Speichern und/oder Bereitstellen von Wärme
CN117698230A (zh) * 2023-12-13 2024-03-15 贵州盛航云集科技有限公司 一种可提高散热性能的合金复合体及其制备方法和应用

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH639477A5 (de) 1979-04-18 1983-11-15 Sulzer Ag Verfahren zum waermeaustausch in einem latentwaermespeicher sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens.
JPS618597A (ja) * 1984-06-21 1986-01-16 Sumitomo Chem Co Ltd 蓄熱材パネル用中空板状体および蓄熱材パネルの製造方法
DD256434A3 (de) 1985-12-31 1988-05-11 Ingenieurtechnik Halle Bt Kael Waermeuebertrager fuer dynamische latentwaermespeicher
JPS63161300A (ja) 1986-12-22 1988-07-04 三井建設株式会社 トンネル覆工の構築方法
JPS63161390A (ja) * 1986-12-24 1988-07-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 蓄熱器
JPS63243693A (ja) 1987-03-30 1988-10-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 蓄熱式熱交換器
DE19815777A1 (de) 1998-04-08 1999-10-14 Modine Mfg Co Wärmespeicher, insbesondere Latentwärmespeicher
DE10007848A1 (de) 2000-02-21 2001-08-23 Thomas Freitag Latentwärmespeicher mit einer offenporigen Metallschaum-Matrix
DE10123456A1 (de) * 2001-05-14 2002-11-21 Pore M Gmbh Wärmetauscher
GB2419463A (en) * 2004-10-25 2006-04-26 Elan House Ltd Heat sink
US7382959B1 (en) * 2006-10-13 2008-06-03 Hrl Laboratories, Llc Optically oriented three-dimensional polymer microstructures
DE202007005965U1 (de) 2007-04-26 2007-07-12 Fuchs, Michael Latentwärmespeicher

Also Published As

Publication number Publication date
EP2236970B1 (de) 2016-09-14
EP2236970A1 (de) 2010-10-06
DE102009006788A1 (de) 2010-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2604228T3 (es) Acumulador térmico con un material de cambio de fase y procedimiento para su fabricación
Jilte et al. Battery thermal management system employing phase change material with cell-to-cell air cooling
ES2562834T3 (es) Disipador térmico y acumulador de energía eléctrica
Abdi et al. Numerical investigation of melting in a cavity with vertically oriented fins
TWI311191B (en) Heat sink
CN110192076A (zh) 具有热管和潜热存储器的冷却装置及其制造方法和电子电路
US20140369005A1 (en) Passive thermal management device
CN109792013A (zh) 用于汽车电池温度管理的电池盒
ES2565488T3 (es) Absorbedor para receptor solar y receptor solar que comprende al menos un absorbedor de este tipo
WO2011010395A1 (ja) 扁平型ヒートパイプおよびその製造方法
WO2009108192A1 (en) Heat sink device
EP3861271B1 (en) Additively manufactured thermal energy storage units
US9291406B2 (en) Heat-absorbing device with phase-change material
ES3009838T3 (en) Heating element with open-cell structure
Salari et al. Three-dimensional natural convection and entropy generation in tall rectangular enclosures filled with stratified nanofluid/air fluids
Priyadarsini et al. Effect of trapezoidal fin on heat transfer enhancement in pcm thermal energy storage system: a computational approach
JP2001243993A (ja) 二次電池およびその製造方法
WO2022210838A1 (ja) ベーパーチャンバ
Afzal et al. Melting numerical simulation of hydrated salt phase change material in thermal management of cylindrical battery cells using enthalpy-porosity model
JP2018535878A (ja) 人工衛星用熱交換装置、およびそのような熱交換装置を備える壁および壁組立品
ES2655968T3 (es) Herramienta de molde y procedimiento
CN114497813B (zh) 相变复合膜及包括所述相变复合膜的电池和芯片组件
JP2018021749A (ja) 相変化材料を用いた熱交換器
CN113224626A (zh) 一种板翅组合式散热器
CN116374215B (zh) 一种热管点阵卫星均温板结构及其设计方法、制造方法