ES2954943T3 - Fuente de calor portátil - Google Patents

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Werner Kraft
Tim Lanz
Peter Vetter
Veronika Stahl
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Abstract

La invención se refiere a una fuente de calor portátil en forma de placa de cocción (100) y/o placa caliente (200) y/o horno (300), que comprende un núcleo calefactor (10) que contiene al menos un interruptor de fase. material (50) en una carcasa (40), en donde el núcleo de calentamiento (10) está rodeado por un aislamiento térmico (70) al menos en algunas regiones, y el material de cambio de fase (50) comprende una fase metálica o semimetálica -cambiar material (50). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Fuente de calor portátil
Estado de la técnica
La invención se refiere a una fuente de calor portátil, en particular en forma de placa de cocción y/o de placa de mantenimiento de calor y/o de estufa.
Por ejemplo cuando existen temperaturas frías en el exterior es conocido el uso de fuentes de calor portátiles en forma de estufas de seta accionadas por gas y en caso de acampada en forma de parrillas y hornillos de gas. Los cartuchos de gas o el carbón de parrilla deben ser almacenados para este fin. El uso en interiores no está previsto debido a los gases de escape procedentes de la combustión del gas o el carbón.
El documento DE102015012017A1 da a conocer un dispositivo para templar biberones con un material PCM con calor latente a una temperatura de fusión de 37 °C.
El documento DE102013114507B3 da a conocer un dispositivo que proporciona una temperatura de bebida de 60° para bebidas calientes o una temperatura de 30 °C para alimentos infantiles. Se utiliza una mezcla que contiene ácido esteárico como material PCM con una temperatura de fusión de 69 °C.
Los documentos US20180084943A1, US20170042373A1 y US20160242598A1 dan a conocer un dispositivo a modo de un recipiente para beber en el que se usa un material PCM para enfriar una bebida o comida que está demasiado caliente. Para calentar una bebida fresca o fría están previstos elementos calefactores regulables. Como material PCM para el enfriamiento se usa parafina.
El documento EP2997865A2 describe un inserto de cocción al vapor para un robot de cocina en el que se utiliza agua como material PCM.
Descripción de la invención
El objeto de la invención es indicar una fuente de calor portátil que cuando esté en uso esté libre de gases de escape de combustión y que pueda usarse tanto en interiores como en exteriores.
El objeto se lleva a cabo mediante las características de la reivindicación independiente. Realizaciones favorables y ventajas de la invención resultan de las otras reivindicaciones, de la descripción y del dibujo.
Se propone una fuente de calor portátil en forma de placa de cocción y/o placa de mantenimiento de calor y/o estufa con un núcleo calefactor que contiene al menos un material de cambio de fase en una carcasa, estando el núcleo calefactor rodeado al menos en algunas zonas por un aislamiento térmico. El material de cambio de fase comprende un material de cambio de fase metálico o semimetálico con una temperatura de cambio de fase de al menos 500 °C.
El núcleo calefactor es un dispositivo de almacenamiento térmico con el que se puede conseguir un almacenamiento de calor a alta temperatura. En particular, con el material de cambio de fase metálico, también conocido como mPCM, el almacenamiento de calor se realiza mediante calor latente y calor sensible. Durante la transición de fase, el material de cambio de fase metálico puede absorber energía térmica en fase sólida sin variación de temperatura hasta que el material de cambio de fase metálico esté fundido por completo o liberar energía térmica en fase líquida hasta que el material de cambio de fase metálico esté completamente solidificado.
Mediante el material de cambio de fase metálico puede ser almacenado calor, y en particular calor latente y sensible, durante un período de tiempo largo. En particular, el calor puede ser almacenado a un nivel de temperatura alto, que se sitúa por ejemplo a al menos 500 °C y en particular aproximadamente de 600 °C a 650 °C. Dependiendo del tipo de material de cambio de fase metálico (mPCM), el calor se puede almacenar a un nivel de temperatura de hasta 1500 °C. Por ejemplo, se puede utilizar silicio puro con una temperatura de cambio de fase de 1414 °C o SiB3 con una temperatura de cambio de fase de 1385 °C.
Dependiendo del estado de carga térmica, el material de cambio de fase metálico está en estado líquido o en estado sólido. Un material de cambio de fase favorable es por ejemplo AlSi12.
Si es utilizado por ejemplo AlSi12 como material de cambio de fase metálico en el intervalo de temperatura de 25 °C a 600 °C, este posee una densidad de energía de aproximadamente 300 Wh/kg o aproximadamente 795 Wh/l.
En comparación con esto, con botellas de agua caliente solo se pueden lograr densidades de energía relativamente bajas, por ejemplo debido al uso de intervalos de temperatura relativamente pequeños. La densidad de energía de una botella de agua caliente llena de agua que se calienta de 25 °C a 95 °C, es por ejemplo de alrededor de 80 Wh/kg o 80 Wh/l.
La ventaja frente a los sistemas que utilizan por ejemplo gas como combustible, como es el caso de una estufa de seta o un hornillo de camping, es que se puede prescindir de fuentes de energía fósiles. En cualquier caso, existe al menos una ausencia local de emisiones, por lo que se puede utilizar tanto en interiores como en exteriores.
En el caso de regeneración del material de cambio de fase metálico, en el que el material de cambio de fase se funde, se puede realizar una carga con energía eléctrica procedente de fuentes de energía renovables o una carga mediante radiación solar concentrada, por lo que también se puede conseguir de forma ventajosa la ausencia global de emisiones.
La provisión móvil de energía térmica a través de la fuente de calor portátil es especialmente ventajosa. La provisión móvil puede ser implementada cargando el núcleo calefactor de la fuente de calor en una ubicación determinada y emitiendo este calor desde la fuente de calor en otra ubicación donde no hay infraestructura disponible para la carga.
También es posible un desfase de tiempo significativo entre la carga y la emisión de la energía térmica. La descarga del material de fase metálico tiene lugar de forma pasiva, es decir, debido a una caída de temperatura por convección, conducción térmica o radiación térmica.
La fuente de calor móvil se puede utilizar para preparar o calentar alimentos o para calentar directamente personas o habitaciones en edificios o incluso tiendas de campaña o caravanas.
Favorablemente se puede proporcionar una fuente de calor con una alta densidad de energía.
Según una realización ventajosa, el material de cambio de fase de la fuente de calor portátil puede comprender una aleación metálica o una aleación semimetálica con uno o varios de los componentes: aluminio, silicio, cobre, magnesio, boro, zinc, en particular una aleación AISi, preferiblemente AlSi12. Las aleaciones favorables son las aleaciones eutécticas y los compuestos intermetálicos, por ejemplo diferentes siliciuros, en los que el cambio de fase tiene lugar con la absorción o emisión de calor latente.
También son favorables en particular aleaciones binarias o aleaciones ternarias y sistemas de aleación con más de tres componentes, con una composición eutéctica o una composición intermetálica con al menos uno de los componentes mencionados anteriormente Al, Si, Cu, Mg, B, Zn.
Algunos ejemplos ventajosos entre una pluralidad de tales sistemas conocidos son AlSi12 con Ts=577 °C; AlCu2/Si5 con Ts=522 °C; AlMg28Zn13 con Ts=461 °C; Al61Mg39 con Ts=466 °C; MgZn52 con Ts = 346 °C; ZnAUMg2 con Ts=351 °C; CuCa30Al14 con Ts=294 °C, donde Ts es la respectiva temperatura de cambio de fase.
Pueden ser elegidos materiales adecuados para diferentes rangos de temperatura.
Según una realización ventajosa, en la carcasa puede estar dispuesto un dispositivo de conducción térmica, en particular dentro de una zona con material de cambio de fase. El dispositivo de conducción térmica puede ventajosamente permitir la alimentación de calor al material de cambio de fase metálico o la emisión de calor desde el material de cambio de fase metálico y asegurar condiciones térmicas estables, por ejemplo en el núcleo calefactor cuando se carga con radiación solar y en la zona de la superficie de transferencia de calor, por ejemplo de una placa de cocción, cuando se descarga del núcleo calefactor. El dispositivo de conducción térmica puede tener por ejemplo nervaduras conductoras de calor que sobresalen en el material de cambio de fase.
Según una realización ventajosa, el material de cambio de fase puede presentar un coeficiente de dilatación térmica mayor que un material de la carcasa.
Alternativa o adicionalmente, el material de cambio de fase puede estar en contacto térmico con el dispositivo de conducción térmica al menos en algunas zonas. En particular, en este caso el material de cambio de fase puede tener un coeficiente de dilatación térmica mayor que un material del dispositivo de conductividad térmica al menos en la zona de contacto con el dispositivo de conductividad térmica. Se puede asegurar un contacto térmico profundo entre el material de cambio de fase y/o la carcasa o el dispositivo de conducción térmica.
Según una realización favorable, la carcasa y/o el dispositivo de conductividad térmica pueden estar hechos de material cerámico reforzado con fibra. En particular, la carcasa y/o el dispositivo de conductividad térmica pueden estar formados por un material cerámico no oxidado reforzado con fibra. El material cerámico no oxidado reforzado con fibra puede estar formado en particular a partir de carbono reforzado con fibra de carbono y/o carburo de silicio reforzado con fibra de carbono y/o carbono reforzado con fibra de carburo de silicio y/o carburo de silicio reforzado con fibra de carburo de silicio (SiC).
Otros posibles materiales para la carcasa son cerámica, como por ejemplo óxido de aluminio, óxido de zirconio, nitruro de boro, óxido de silicio, nitruro de aluminio, carburo de silicio, carburo de boro, grafito y similares.
Por lo tanto, se puede lograr de manera sencilla un coeficiente de dilatación térmica reducido en comparación con el material de cambio de fase metálico. La carcasa se puede realizar ventajosamente en una forma de construcción ligera. Se pueden formar paredes de la carcasa particularmente delgadas mediante un reforzamiento de fibra. Por lo tanto, una carcasa correspondiente se puede usar de manera ventajosa para el alojamiento de materiales si debe realizarse repetidamente un calentamiento de un material alojado correspondiente a altas velocidades de calentamiento y un enfriamiento a altas velocidades de enfriamiento.
Son favorables materiales de carcasa con alta resistencia al choque térmico, alta resistencia a la oxidación, alta estabilidad mecánica y, en particular, alta resistencia a la corrosión. Se puede lograr una carcasa estable a largo plazo de materiales de cambio de fase, que al menos temporalmente son metal fundido.
Al encerrarlo con el material de pared correspondiente, el metal fundido se puede encerrar de manera estable a largo plazo.
Resulta una alta resistencia a la corrosión. Por consiguiente, la carcasa se puede usar en relación con metales fundidos, cuya temperatura puede estar en el rango de por ejemplo hasta aproximadamente 600 °C o 650 °C o incluso hasta 1500 °C.
El material de cambio de fase metálico puede estar alojado en una cámara de carcasa o alojado en varios segmentos de carcasa o alojado macroencapsulado o alojado microencapsulado.
Esencialmente el metal fundido contenido en la carcasa puede estar en estado líquido todo el tiempo, o puede estar en estado líquido solo de forma temporal. Por ejemplo, la carcasa aloja un material de cambio de fase metálico, que está en estado líquido por ejemplo durante la carga térmica y está en estado sólido después de la descarga térmica. Por ejemplo, se puede almacenar tanto calor latente como calor sensible.
Es favorable que un espesor de pared de una zona de pared del material de pared de material SiC reforzado con fibra sea de al menos 1 mm, en particular de al menos 2 mm y en particular de al menos 2,5 mm y sea por ejemplo de aproximadamente 3 mm. El espesor de pared es preferiblemente como máximo de 5 mm. De este modo se puede proporcionar una pared mecánicamente estable, consiguiéndose una alta resistencia al choque térmico. Además, el espesor de pared se puede mantener relativamente pequeño, de modo que el dispositivo contenedor se puede realizar con poco peso.
Según una realización favorable se puede suministrar energía al material de cambio de fase mediante energía eléctrica y/o radiación solar. De esta forma se puede realizar una carga del material de cambio de fase.
Según una realización ventajosa, el dispositivo de conducción térmica puede estar o ser acoplado a un dispositivo de calentamiento o puede tener un dispositivo de calentamiento. En particular el dispositivo de calentamiento puede ser un dispositivo de calentamiento eléctrico. Opcionalmente puede estar previsto calentamiento por resistencia o calentamiento por inducción. Además, como alternativa o adicionalmente, la carga puede realizarse mediante radiación solar concentrada.
Según una realización favorable, el aislamiento térmico puede tener por ejemplo dióxido de silicio pirogénico. Otros materiales, tales como lana mineral, silicato de calcio, fibras cerámicas (por ejemplo silicatos de calcio y magnesio), mica o incluso aislamiento al vacío también pueden ser utilizados de forma ventajosa. Opcionalmente también se pueden utilizar otros materiales que tengan una mayor conductividad térmica pero que sean más baratos.
Según una realización favorable, cuando la fuente de calor portátil está realizada como placa de cocción, el aislamiento térmico puede tener una abertura a través de la cual se puede acceder a una superficie de transferencia de calor del núcleo calefactor. Ventajosamente, la abertura puede cerrarse mediante una cubierta termoaislante, por ejemplo una tapa con asa o similar. La tapa se puede quitar para calentar un recipiente o exponerlo a la luz solar para calentar el material de almacenamiento metálico. La cubierta puede ser ventajosamente del mismo material que el aislamiento térmico alrededor del núcleo calefactor.
La superficie de transferencia de calor puede servir ella misma como superficie de colocación y superficie de contacto para un recipiente, o puede estar previsto un acoplamiento indirecto entre el recipiente y la superficie de transferencia de calor, por ejemplo a través de adaptadores en forma de placa que se colocan en la superficie de transferencia de calor del núcleo calefactor.
Según una realización favorable puede estar previsto un dispositivo de ajuste con el que se puede ajustar una distancia variable entre la superficie de transferencia de calor y una superficie de calentamiento. El recipiente que se va a calentar puede estar dispuesto sobre la superficie de colocación del dispositivo de ajuste que sirve como superficie de calentamiento. Dependiendo de la distancia a la superficie de colocación, el recipiente se puede calentar más o menos.
De esta forma se pueden implementar diferentes niveles de cocción en la placa eléctrica. Además, el dispositivo de ajuste también puede estar previsto en forma de parrilla, en la que los alimentos a cocinar se pueden acercar más o menos a la superficie de transferencia de calor.
Según una realización favorable, la abertura puede alojar adaptadores intercambiables en el estado de uso según está previsto. En particular, diferentes adaptadores pueden tener diferentes alturas y/o diferentes distancias al núcleo calefactor y/o diferentes conductividades térmicas y/o diferentes diámetros. Esto permite establecer diferentes niveles de cocción de manera reproducible o seleccionar adaptadores adecuados para recipientes de diferentes tamaños sin que se pierda desaprovechado el calor residual de la fuente de calor.
Según una realización favorable, si la fuente de calor portátil está realizada como placa de mantenimiento de calor, el núcleo calefactor puede estar dispuesto en un espacio hueco del aislamiento térmico, pudiendo el aislamiento térmico estar realizado de forma que pueda ser dividido. Ventajosamente, el núcleo calefactor puede ser parcialmente descubierto para calentar el material de cambio de fase metálico por apertura del aislamiento térmico. El núcleo calefactor de la placa de mantenimiento de calor puede ser relativamente pequeño y estar particularmente bien aislado para proporcionar una temperatura que se mantiene a largo plazo moderadamente elevada en su lado exterior. Ventajosamente, la temperatura en el lado exterior puede estar limitada, de modo que se pueda evitar un riesgo de lesiones en el lado exterior.
Según una realización favorable, la placa de cocción o placa de mantenimiento de calor puede tener una o varias disposiciones de asa. La fuente de calor portátil puede ser transportada fácilmente de un lugar a otro, por ejemplo entre un lugar en el que se calienta el material de cambio de fase metálico y un lugar en el que la fuente de calor se usa para cocinar o mantener caliente.
Según una realización favorable, el núcleo calefactor puede estar realizado como un disco esencialmente plano, cuyo diámetro es mayor que su altura. Esto permite una forma compacta y manejable de la fuente de calor. Cuando se carga mediante radiación solar concentrada a través de un espejo parabólico, puede ser ventajoso ensombrecerlo lo menos posible. Entonces puede ser ventajosa una forma cilíndrica con una altura igual o mayor que el diámetro.
Según una realización favorable, si la fuente de calor portátil está configurada como estufa, la carcasa puede estar dispuesta en un carro de transporte móvil. Por lo tanto, incluso una unidad más grande puede ser transportada fácilmente de un lugar a otro. La estufa se puede utilizar de forma flexible para calentar un edificio, por ejemplo una caseta de jardín, una caseta de excursionistas, una tienda de campaña o una caravana.
Según una realización favorable, el aislamiento térmico puede presentar un espacio hueco en el que está dispuesto el núcleo calefactor y el primer aislamiento térmico está rodeado por un segundo aislamiento térmico. La temperatura en el lado exterior de la estufa se puede limitar a un rango seguro para los humanos. Opcionalmente también puede estar previsto solo un aislamiento térmico.
Según una realización favorable, en el primer y/o segundo aislamiento térmico puede estar dispuesta una depresión como zona de mantenimiento de calor. Esto permite por ejemplo calentar agua u otras bebidas, cocinar alimentos lentamente o mantenerlos calientes.
Según una realización favorable, el núcleo calefactor puede estar realizado como un cilindro cuyo diámetro es menor que su altura. Se puede conseguir ventajosamente una fuente de calor que ahorre espacio.
Ventajosamente está prevista una fuente de calor móvil, que puede cargarse eléctricamente o también mediante radiación solar concentrada. La carga eléctrica da como resultado un sistema localmente libre de emisiones. Con la expansión de las energías renovables y el mayor aumento de la participación de las energías renovables en la matriz energética, también se puede proporcionar un sistema cada vez más libre de emisiones a nivel global para la provisión móvil de energía térmica. En la realización con carga por radiación solar concentrada resulta un sistema que en el momento actual ya puede ser operado completamente con energías renovables. Al mismo tiempo, la fuente de calor transportable proporciona densidades de energía significativamente mayores que las fuentes de calor móviles disponibles hasta ahora que no recurren a fuentes de energía fósiles.
La fuente de calor portátil se puede fabricar con dimensiones y peso favorables.
Las fuentes de calor portátiles con una unidad de almacenamiento que incluye accesorios que deben ser transportados por personas no debería exceder un peso de 15 kg a 55 kg, pero mejor de 10 kg a 30 kg. Las fuentes de calor portátiles que se van a transportar con ayuda de carros o carretillas no deberían exceder una masa total de 55 kg a 500 kg, que corresponde a la capacidad de carga máxima de las carretillas de carga pesada. Dependiendo de la aplicación, las unidades de almacenamiento también se pueden realizar ya con una masa total de menos de 15 kg. El volumen requerido para esto resulta esencialmente de la capacidad de almacenamiento requerida para la aplicación respectiva, la temperatura de cambio de fase y la tasa de autodescarga permitida en cada caso. En su forma más simple, la descarga comienza inmediatamente después de la carga, por lo que se puede reducir el gasto en aislamiento. El aislamiento se puede diseñar por ejemplo para minimizar las pérdidas de almacenamiento o para limitar la temperatura de la superficie, especialmente por motivos de manipulación.
Para un diseño favorable de la fuente de calor como placa de cocción se supone que se va a cocinar durante 2 horas con una potencia media de 1 kW, para lo que se requiere un total de 2 kWh de capacidad de almacenamiento. Esto requiere aproximadamente 7 kg de material de almacenamiento. Con carcasa, aislamiento y, eventualmente otros componentes, la placa de cocción puede tener entonces una masa total de aproximadamente 10 a 12 kg. El material de almacenamiento de 7 kg ocupa un volumen de aproximadamente 2,7 l. Esto corresponde a un disco cilíndrico con un diámetro de 22 cm en el caso de una placa de cocción media y una altura de aproximadamente 7 cm. Con un espesor de aislamiento de aproximadamente 3 cm y suponiendo un espesor de carcasa de 1 cm en todas las direcciones resulta un disco cilíndrico con un diámetro de 30 cm y una altura de 15 cm. Esto corresponde a un volumen total de 10,6 l. El aislamiento tendría un volumen de aproximadamente 6 l y, por lo tanto, representaría alrededor del 57 % del volumen total.
Para una primera aplicación como estufa en forma de maleta térmica se requiere una capacidad de almacenamiento de unos 4 kWh en el caso de un diseño favorable con una potencia calorífica de 0,5 kW durante un período de aproximadamente 8 horas. Para ello son necesarios unos 14 kg de material de almacenamiento, que ocupan un volumen de aproximadamente 5,4 l.
Con carcasa, calentador eléctrico y aislamiento, sin el bastidor de transporte, la placa de cocción pesa aproximadamente entre 22 y 25 kg. Por tanto, un recipiente cilíndrico con un espesor de carcasa de 1 cm y un espesor de aislamiento de 4 cm puede tener por ejemplo un diámetro de 26 cm y una altura de 37 cm. El recipiente tiene entonces un volumen total de aproximadamente 20 l. El aislamiento tendría un volumen de aproximadamente 12 l y por lo tanto representaría alrededor del 60 % del volumen.
Para una segunda aplicación como estufa en forma de estufa de seta, suponiendo una potencia de aproximadamente 10 kW durante un período de 8 horas, resulta una capacidad de 80 kWh. Para esto se requieren unos 280 kg de material de almacenamiento, que ocupan un volumen de aproximadamente 108 l. Suponiendo una carcasa de 1 cm y un espesor de aislamiento de 4 cm resulta un cilindro con un diámetro de por ejemplo 50 cm y una altura de 96 cm. El recipiente tiene así un volumen total de aproximadamente 189 l. El aislamiento tendría un volumen de aproximadamente 60 l y por lo tanto una proporción de aproximadamente 32 % del volumen.
Esencialmente también pueden diseñarse aislamientos más delgados, ya que tanto cuando se usa como placa de cocción o como estufa es aprovechado el calor irradiado por la placa de cocción. La proporción de aislamiento en el volumen total y también el volumen total del almacenamiento se pueden reducir correspondientemente.
Dibujo
Otras ventajas resultan de la siguiente descripción del dibujo. En los dibujos se muestran ejemplos de realización de la invención. Los dibujos, la descripción y las reivindicaciones contienen numerosas características en combinación. El experto en la materia también considerará convenientemente las características individualmente y las combinará en otras combinaciones con sentido.
Muestran a modo de ejemplo:
Fig. 1: en una representación en sección, una placa de cocción según un ejemplo de realización de la invención con una superficie de transferencia de calor cubierta;
Fig. 2: en una representación en sección, una placa de cocción según un ejemplo de realización de la invención con un dispositivo de conducción térmica en el núcleo calefactor;
Fig. 3: en una representación en sección, una placa de cocción según un ejemplo de realización de la invención con un bastidor de soporte con asas;
Fig. 4: en una representación en sección, una placa de cocción según un ejemplo de realización de la invención con un dispositivo de ajuste para cambiar la distancia a una superficie de transferencia de calor de un núcleo calefactor;
Fig. 5: en una representación en sección, una placa de cocción según un ejemplo de realización de la invención con un adaptador para calentar un recipiente;
Fig. 6: la placa de cocción según la figura 5 con un adaptador más alto para calentar un recipiente;
Fig. 7: en una representación en sección, una placa de cocción según un ejemplo de realización de la invención durante la carga térmica de un núcleo calefactor;
Fig. 8: en una representación en sección, una placa de mantenimiento de calor según un ejemplo de realización de la invención;
Fig. 9: en una representación en sección, una estufa según un ejemplo de realización de la invención;
Fig. 10: en una representación en sección, una estufa según un ejemplo de realización de la invención con una zona de mantenimiento del calor; y
Fig. 11: esquemáticamente la estufa según la figura 10 en un edificio o tienda de campaña.
Formas de realización de la invención
En las figuras, los componentes del mismo tipo o que tienen el mismo efecto se indican con los mismos símbolos de referencia. Las figuras muestran únicamente ejemplos y no deben entenderse como limitativas.
La terminología direccional utilizada a continuación con términos como "izquierda", "derecha", "arriba", "abajo", "delante", "detrás", "después" y similares solo pretende mejorar la comprensión de las figuras y en ningún caso representan una limitación de la generalidad. Los componentes y elementos representados, su diseño y uso pueden variar según las consideraciones de un experto en la materia y pueden adaptarse a las respectivas aplicaciones.
Las figuras 1 a 7 muestran ejemplos de realización de una fuente de calor portátil según la invención en forma de placas de cocción 100. Las placas de cocción 100 se utilizan para preparar alimentos.
La figura 1 muestra una representación en sección de una placa de cocción 100 según un ejemplo de realización de la invención con la superficie de transferencia de calor 104 cubierta. La placa de cocción 100 tiene un núcleo calefactor 10 en forma de disco. En este ejemplo, el núcleo calefactor 10 consta de una carcasa 40 en la que está contenido un material de cambio de fase 50 metálico. La sección transversal de la placa de cocción 10 puede ser redonda o cuadrada.
El material de cambio de fase 50 tiene una temperatura de cambio de fase de al menos 500 °C. El material de cambio de fase 50 puede ser por ejemplo una aleación de siliciuro, en particular AlSi12. Este material tiene una temperatura de cambio de fase de aproximadamente 577 °C, a la que cuando la temperatura es constante el material se funde cuando se le suministra energía o se solidifica cuando se le extrae energía.
En un ejemplo de realización, la carcasa 40 puede estar formada por un material cerámico en particular reforzado con fibra, por ejemplo carburo de silicio, o también óxido de aluminio o grafito. Sin embargo, también son concebibles otros materiales adecuados. El espesor de pared puede ser muy fino, por ejemplo de 1 mm, en particular de al menos 2 mm y en particular de al menos 2,5 mm y es por ejemplo de aproximadamente 3 mm. El grosor de pared es preferiblemente como máximo de 5 mm.
El coeficiente de dilatación térmica del material de cambio de fase 50 metálico es preferiblemente mayor que el del material de la carcasa 40.
El núcleo calefactor 10 está dispuesto en un alojamiento 102 de un aislamiento térmico 70 y por ejemplo está rodeado por este por tres lados. El aislamiento térmico 70 tiene una abertura 114 a través de la cual en el estado operativo según está previsto se puede acceder a una superficie de transferencia de calor 104 del núcleo calefactor 10. La abertura 114 puede estar tapada por una cubierta 116, por ejemplo una tapa con asa. La cubierta 116 es retirada para poder usar la placa de cocción 100.
El aislamiento térmico 70 puede ser por ejemplo dióxido de silicio pirogénico. Opcionalmente también se pueden utilizar materiales aislantes convencionales, como por ejemplo materiales aislantes a base de fibras cerámicas, tales como lana mineral, fibras de silicato de calcio y magnesio, silicato de calcio, material aislante microporoso, aire en reposo, placas aislantes al vacío y similares.
El núcleo calefactor 10 disipa el calor del material de cambio de fase 50 esencialmente a través de la superficie de transferencia de calor 104.
La superficie de transferencia de calor 104 sirve como superficie de colocación para un recipiente para su calentamiento. Opcionalmente se puede disponer un adaptador en la superficie de transferencia de calor 104 del núcleo calefactor 10 y su lado superior puede servir como superficie de colocación y superficie de calentamiento sobre la que se puede colocar el recipiente en el adaptador. De esta forma se puede controlar la transferencia de calor entre el núcleo calefactor 10 y el recipiente.
La figura 2 muestra una representación en sección de una placa de cocción 100 según otro ejemplo de realización de la invención. La construcción de la placa de cocción 100 corresponde a la de la figura 1, a la que se hace referencia para evitar repeticiones innecesarias. En la realización de la figura 2, en el material de cambio de fase 50 está dispuesto adicionalmente un dispositivo de conducción térmica 20. El dispositivo de conducción térmica 20 puede tener una pluralidad de láminas, no designadas con más detalle, que sirven para la introducción de calor en el núcleo calefactor 10 o para disipar calor del núcleo calefactor 10 con el material de cambio de fase 50 y pueden contribuir a la distribución homogénea de la temperatura. Las láminas se extienden por ejemplo paralelas al eje vertical de la placa de cocción 100. Si la placa de cocción 100 está realizada con una sección transversal redonda, las laminas pueden formar anillos concéntricos. Son igualmente posibles otras geometrías.
El dispositivo de conducción térmica 20 puede estar formado del mismo material que la carcasa 40.
La figura 3 muestra en una representación en sección una placa de cocción 100 según otro ejemplo de realización de la invención. La construcción de la placa de cocción 100 corresponde a la de la figura 2, a la que se hace referencia para evitar repeticiones innecesarias.
La placa de cocción 100 también tiene un bastidor de soporte 108 con asas 106, en donde se sujeta el aislamiento térmico 70 con el núcleo calefactor 10. Esto permite transportar la placa de cocción 100 de forma cómoda y segura.
La figura 4 muestra una representación en sección de una placa de cocción 100 según otro ejemplo de realización de la invención. La construcción de la placa de cocción 100 corresponde a la de la figura 3, a la que se hace referencia para evitar repeticiones innecesarias.
En esta realización la placa de cocción 100 tiene un dispositivo de ajuste 110 para cambiar la distancia de una superficie de colocación 112 a una superficie de transferencia de calor 104 del núcleo calefactor 10. El dispositivo de ajuste 110 es insertado en la abertura 114 del aislamiento térmico 70.
La superficie de colocación 112 puede ser dispuesta a diferentes alturas del dispositivo de ajuste 110. Con el ajuste de la distancia se puede influir en la transferencia de calor desde el núcleo calefactor 10 al recipiente.
Alternativamente, el dispositivo de ajuste 110 se puede usar como un accesorio de parrilla, en el que los alimentos que se van a asar se pueden cocinar a diferentes distancias del núcleo calefactor 10.
Además, en esta realización la placa de cocción 100 tiene un dispositivo de calentamiento 60 eléctrico debajo del núcleo calefactor 10. Este puede ser calentamiento por resistencia o un calentamiento por inducción y ser cargado a través de una estación de carga.
La figura 5 muestra una representación en sección de una placa de cocción 100 según otro ejemplo de realización de la invención. La construcción de la placa de cocción 100 corresponde a la de la figura 3 sin el dispositivo de ajuste 110; se hace referencia a la figura 3 para evitar repeticiones innecesarias.
En la abertura 114 del aislamiento térmico 70 está depositado un adaptador 118 sobre la superficie de transferencia de calor 104 sobre la cual es colocado un recipiente 120.
Opcionalmente, la superficie de transferencia de calor 104 puede estar dispuesta de manera ajustable en altura con pasadores transversales en escotaduras de tipo cilindro hueco correspondientes en el material de cambio de fase 50.
Los pasadores pueden formar parte de la carcasa 40 y, por lo tanto, juntos forman una cámara de carcasa sellada. Los pasadores de la superficie de transferencia de calor 104 pueden, por ejemplo, ser puestos en contacto con los cilindros huecos mediante una buena exactitud de ajuste o mediante una pasta conductora de calor adicional.
La figura 6 muestra la placa de cocción 100 según la figura 5 con un adaptador 118 más alto en la superficie de transferencia de calor 104 para calentar el recipiente 120. Mediante diferentes adaptadores 118 se puede influir específicamente en la transferencia de calor del núcleo calefactor 10 al recipiente 120. De esta forma se pueden ajustar por ejemplo diferentes grados de cocción, incluso si el núcleo calefactor 10 presenta una temperatura constante.
La figura 7 muestra en una representación en sección una placa de cocción 100 según otro ejemplo de realización de la invención. La construcción de la placa de cocción 100 corresponde a la de la figura 3, a la que se hace referencia para evitar repeticiones innecesarias.
En esta realización, la carga térmica del núcleo calefactor 10 no se realiza a través de un dispositivo de calentamiento 60 eléctrico, sino a través de calor radiante, en particular a través de radiación solar concentrada. Esta actúa sobre la superficie de transferencia de calor 104 y calienta el material de cambio de fase 50 en el núcleo calefactor 10.
Se sobreentiende que este tipo de carga también se puede combinar con un dispositivo de calentamiento 60 eléctrico como se muestra en las figuras 4 a 6.
La figura 8 muestra en una representación en sección una placa de mantenimiento de calor 200 según un ejemplo de realización de la invención.
En esta realización de la fuente de calor portátil, el núcleo calefactor 10 está dispuesto en un espacio hueco 202 del aislamiento térmico 70 con el material de cambio de fase 50 dispuesto en una carcasa 40. El aislamiento térmico 70 está realizado de forma que puede ser dividido a lo largo de una línea de separación 210, de manera que una parte del aislamiento térmico 70 puede ser levantada.
Para calentar el núcleo calefactor 10 puede estar previsto un dispositivo de calentamiento 60 eléctrico, por ejemplo un calentamiento por resistencia o calentamiento por inducción. Por ejemplo, en al menos un lado de la carcasa 40 puede estar dispuesta una placa de inducción 208 que es calentada por radiación electromagnética.
La placa de mantenimiento de calor 200 está rodeada por un borde de agarre 206 por el cual puede ser agarrada de manera cómoda y segura la placa de mantenimiento de calor. La placa de mantenimiento de calor 200 se utiliza para mantener calientes los alimentos o para el templado de personas u objetos. La placa de mantenimiento de calor 200 puede ser adaptada de forma adecuada para diferentes campos de aplicación.
Las figuras 9 a 11 muestran ejemplos de realización de una fuente de calor portátil según la invención en forma de estufas 300. Las estufas 300 son utilizadas para calentar personas o espacios.
La figura 9 muestra en una representación en sección una estufa 300 según un ejemplo de realización de la invención. El núcleo calefactor 10 con la carcasa 40 llena del material de cambio de fase 50 está dispuesto en un carro de transporte 308 móvil. Este carro de transporte 308 está formado ventajosamente de manera similar a un carrito o carro de la compra y por lo tanto se puede mover fácilmente, por ejemplo por medio de un asa 306.
El núcleo calefactor 10 está dispuesto en un espacio hueco 302 central de un primer aislamiento térmico 70 que está rodeado por otro aislamiento térmico 304.
El aislamiento térmico 70, 304 se puede construir de tal manera que por ejemplo la radiación térmica del núcleo calefactor 10 pueda ser emitida al medio ambiente a través de las aberturas.
Opcionalmente, la estufa 300 también puede tener una depresión 310 en la que por ejemplo se puede alojar un recipiente de agua caliente 311 que es alimentado por el calor del núcleo calefactor 10. Esto está representado en la figura 10.
No está representada en las figuras 9 y 10 una posible conexión de energía eléctrica que es necesaria para la carga eléctrica del núcleo calefactor 10. Esta puede ser realizada convenientemente de tal manera que se puedan usar enchufes convencionales.
La figura 11 ilustra esquemáticamente la estufa 300 según la figura 10 en un edificio o tienda de campaña 312. La emisión de calor desde la estufa 300 al medio ambiente se realiza a través del aislamiento térmico 70, 304 o a través de canales de aire en el aislamiento térmico 70, 304. Aquí se utiliza la convección natural, o en caso de una realización correspondiente también el llamado efecto chimenea. El edificio representado (caseta, tienda de campaña, etc.) puede ser un componente separado de la estufa 300 o puede estar integrado directamente con la estufa 300.
10 núcleo calefactor
20 dispositivo de conducción térmica
40 carcasa
50 material de cambio de fase
60 dispositivo de calentamiento
70 aislamiento térmico
100 placa de cocción
102 alojamiento
104 superficie de transferencia de calor
106 asa
108 bastidor de soporte
110 dispositivo de ajuste
112 superficie de colocación
114 abertura
116 cubierta
118 adaptador
120 recipiente
200 placa de mantenimiento de calor
202 espacio hueco
206 borde de agarre
208 placa de inducción
300 estufa
302 espacio hueco
304 aislamiento térmico
306 asa
308 carro de transporte
310 depresión
311 recipiente de agua caliente
312 edificio

Claims (18)

REIVINDICACIONES
1. Fuente de calor portátil, en particular en forma de placa de cocción (100) y/o de placa de mantenimiento de calor (200) y/o una estufa (300), con un núcleo calefactor (10) que contiene al menos un material de cambio de fase (50) en una carcasa (40), en la que el núcleo calefactor (10) está rodeado al menos en algunas zonas por un aislamiento térmico (70), y en la que el material de cambio de fase (50) comprende un material de cambio de fase (50) metálico, caracterizada por que el material de cambio de fase (50) presenta una temperatura de cambio de fase de al menos 500 °C.
2. Fuente de calor portátil según la reivindicación 1, en la que el material de cambio de fase (50) comprende una aleación metálica o aleación semimetálica con uno o varios de los componentes: aluminio, silicio, cobre, magnesio, boro, zinc, en particular una aleación AlSi, preferiblemente AlSi12.
3. Fuente de calor portátil según una de las reivindicaciones anteriores, en la que en la carcasa (40), en particular dentro de una zona con material de cambio de fase (50), está dispuesto un dispositivo de conducción térmica (20).
4. Fuente de calor portátil según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el material de cambio de fase (50) presenta un coeficiente de dilatación térmica mayor que un material de la carcasa (40) y/o en la que el material de cambio de fase (50) está en contacto térmico al menos en algunas zonas con el dispositivo de conducción térmica (20), en particular en la que el material de cambio de fase (50) presenta un coeficiente de dilatación térmica mayor que un material del dispositivo de conducción térmica (20), al menos en la zona de contacto con el dispositivo de conducción térmica (20).
5. Fuente de calor portátil según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la carcasa (40) y/o el dispositivo de conducción térmica (20) están formados por un material cerámico reforzado con fibra, en particular por un material cerámico no oxidado reforzado con fibra, en particular de carbono reforzado con fibra de carbono y/o carburo de silicio reforzado con fibra de carbono y/o carbono reforzado con fibra de carburo de silicio y/o carburo de silicio reforzado con fibra de carburo de silicio y/o cerámica, en particular óxido de aluminio, óxido de circonio, nitruro de boro, óxido de silicio, nitruro de aluminio, carburo de silicio, carburo de boro y/o grafito.
6. Fuente de calor portátil según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la energía puede ser alimentada al material de cambio de fase (50) por energía eléctrica y/o radiación solar.
7. Fuente de calor portátil según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el dispositivo de conducción térmica (20) está acoplado o puede ser acoplado a un dispositivo de calentamiento (60) o tiene un dispositivo de calentamiento (60), en particular en la que el dispositivo de calentamiento (60) es un dispositivo de calentamiento eléctrico.
8. Fuente de calor portátil según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el aislamiento térmico (70) presenta dióxido de silicio pirogénico y/o lana mineral y/o silicato de calcio y/o fibras cerámicas y/o mica y/o un aislamiento al vacío.
9. Fuente de calor portátil según una de las reivindicaciones anteriores, en la que en el caso de una realización como placa de cocción (100) el aislamiento térmico (70) presenta una abertura (114) que en particular puede cerrarse mediante una cubierta (116) de aislamiento térmico, a través de la cual se puede acceder a una superficie de transferencia de calor (104) del núcleo calefactor (10).
10. Fuente de calor portátil según la reivindicación 9, en la que está previsto un dispositivo de ajuste (110) con el que se puede ajustar una distancia variable entre la superficie de transferencia de calor (104) y una superficie de colocación (112).
11. Fuente de calor portátil según la reivindicación 9 o 10, en la que la abertura (114) aloja adaptadores (118) intercambiables en el estado de uso según está previsto, en particular en la que diferentes adaptadores (118) presentan diferentes alturas y/o diferentes distancias al núcleo calefactor (10) y/o conductividades térmicas diferentes y/o diámetros diferentes.
12. Fuente de calor portátil según una de las reivindicaciones anteriores, en la que en caso de una realización como placa de mantenimiento de calor (200) el núcleo calefactor (10) está dispuesto en un espacio hueco (202) del aislamiento térmico (70), en la que el aislamiento térmico (70) está realizado de forma que puede ser dividido.
13. Fuente de calor portátil según una de las reivindicaciones 9 a 12, en la que la placa de cocción (100) o la placa de mantenimiento de calor (200) presenta una o varias disposiciones de asa (106, 206).
14. Fuente de calor portátil según una de las reivindicaciones 9 a 13, en la que el núcleo calefactor (10) está realizado como un disco esencialmente plano, cuyo diámetro es mayor que su altura.
15. Fuente de calor portátil según una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que en el caso de una realización como estufa (300) la carcasa (40) está dispuesta en un carro de transporte (308) móvil.
16. Fuente de calor portátil según la reivindicación 15, en la que el aislamiento térmico (70) presenta un espacio hueco (302) en el que está dispuesto el núcleo calefactor (10) y el primer aislamiento térmico (70) está rodeado por un segundo aislamiento térmico (304).
17. Fuente de calor portátil según la reivindicación 15 o 16, en la que en el primer y/o segundo aislamiento térmico (70, 304) está dispuesta una depresión (310) como zona de mantenimiento de calor, en la que en particular la depresión (310) está prevista para el alojamiento de un recipiente de agua caliente (311).
18. Fuente de calor portátil según una de las reivindicaciones 15 a 17, en la que el núcleo calefactor (10) está realizado como un cilindro cuyo diámetro es menor que su altura.
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