一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统及方法，所述系统由：腔体、相变材料、固定泡沫金属骨架、移动泡沫金属骨架、记忆合金组成。腔体内充满相变材料。固定泡沫金属骨架固定于腔体内靠近控温保护对象的一侧。移动泡沫金属骨架和固定泡沫金属骨架紧邻，通过记忆合金与固定泡沫金属骨架相连。记忆合金的记忆温度高于相变材料的熔化温度。熔化过程中记忆合金伸展，推动移动泡沫金属骨架紧贴固液相界面，并随着固液相界面的发展不断前移。凝固过程中记忆合金收缩，和移动泡沫金属骨架一同回复到初始位置。利用固定泡沫金属骨架强化了腔体和相变材料界面热阻处的传热，利用移动泡沫金属骨架强化了固液相界面热阻处的传热。利用记忆合金强化余下部分的非主要热阻处的传热。本发明专利技术在利用泡沫金属强化相变传热的同时，显著减少对自然对流换热的抑制以及蓄热能力的损失。

Phase change energy storage and temperature control system and method based on mobile foam metal

The invention discloses a mobile phase change metal foam temperature controlling system and method based on, the system consists of: cavity, phase change material, foam metal skeleton, mobile metal foam skeleton, memory alloy composition. Cavity filled with phase change material. The fixed foam metal frame is fixed on the side of the cavity body close to the temperature control protection object. The mobile foam metal frame and the fixed foam metal skeleton are adjacent to each other. The memory temperature of the memory alloy is higher than that of the phase change material. During the melting process, the memory alloy is extended, and the mobile foam metal framework is close to the solid-liquid interface. During the solidification process, the memory alloy shrinks and moves back to the initial position. The heat transfer at the interface thermal resistance between the cavity and the phase change material is strengthened by the fixed foam metal framework. Enhancement of heat transfer in non thermal resistance of the remaining parts using memory alloy. In the invention, when the phase change heat transfer is enhanced by the use of the foam metal, the natural convection heat transfer and the heat storage capacity can be significantly reduced.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新能源发电和电动汽车
，尤其涉及一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统及方法。
技术介绍
近年来，随着我国新能源发电和电动汽车产业的迅猛发展，馈线终端设备(简称FTU)和蓄电池等装置的温度控制及保护成为了一项重要课题。相变材料具有储热密度高、储/放热过程中温度几乎不变、熔点分布广、化学性质稳定以及耐腐蚀等优点，在被动式控温保护领域受到广泛应用。然而，常见的相变材料导热系数低，储能效率低，难以实现短时间高效、迅速、均匀地传热，严重影响系统的控温保护性能。为了强化控温系统的相变传热，研究者们通过在相变材料中添加具有高导热系数的泡沫金属材料显著增加了复合相变材料的等效导热系数。然而泡沫金属的存在一方面会严重抑制液相相变材料的自然对流换热，另一方面会造成系统蓄热能力的大量损失。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，通过数值模拟的方法分析发现系统主要的传热热阻分布于腔体和相变材料界面处以及固液相界面处，提出一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统。利用固定泡沫金属骨架强化腔体和相变材料界面热阻处的传热，利用移动泡沫金属骨架强化固液相界面热阻处的传热。利用记忆合金强化余下部分的非主要热阻处的传热。在利用泡沫金属强化相变传热的同时，显著减少对自然对流换热的抑制以及蓄热能力的损失。本专利技术的技术方案如下：基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统包括腔体、相变材料、固定泡沫金属骨架、移动泡沫金属骨架和记忆合金；腔体内充满相变材料，固定泡沫金属骨架固定于腔体内靠近控温保护对象的一侧，移动泡沫金属骨架和固定泡沫金属骨架紧邻，且移动泡沫金属骨架填充于相变材料内，固定泡沫金属骨架通过记忆合金和移动泡沫金属骨架相连，记忆合金的伸缩会使得移动泡沫金属骨架移动。本专利技术的固定泡沫金属骨架和移动泡沫金属骨架的材料可以相同，如均可选用泡沫铜或泡沫铝等泡沫金属材料，作为优选的，可选用孔隙率为97％，孔隙密度为15～50PPI的泡沫金属材料。优选的，所述的固定泡沫金属骨架、移动泡沫金属骨架与腔体的壁面紧贴。优选的，所述的记忆合金采用具有全程记忆效应的记忆金属，记忆合金的变态温度高于相变材料的相变温度，当环境温度高于变态温度时，记忆合金伸展，当环境温度低于变态温度时，记忆合金收缩。所述基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统的控温储能方法是：初始状态下，腔体内充满固相相变材料，固定泡沫金属骨架固定于腔体内靠近控温保护对象的一侧，移动泡沫金属骨架和固定泡沫金属骨架紧邻，记忆合金处于完全收缩状态；固定泡沫金属骨架始终强化腔体和相变材料界面热阻处的传热，当控温保护对象由腔体向系统放热时，靠近控温保护对象的相变材料吸热升温，温度达到相变材料熔点时，相变材料开始熔化，形成固液相界面，熔化后的相变材料温度继续升高，当记忆合金达到变态温度时，记忆合金伸展，推动移动泡沫金属骨架紧贴固液相界面并随着界面的发展不断前移，持续强化固液相界面热阻处的传热，前移过程中推动移动泡沫金属骨架始终紧贴固液相界面，随着记忆合金不断伸展，占据的液相相变材料的相对空间持续减少，显著减少了对自然对流的抑制，同时延展了传热表面，强化了固定泡沫金属骨架和移动泡沫金属骨架中间部分非主要热阻处的传热，进一步提高了传热效率。当控温保护对象停止散热后，液相相变材料透过腔体放热，温度逐渐下降，当记忆合金的温度低于变态温度时，记忆合金收缩，记忆合金和移动泡沫金属骨架一同回复到初始位置，最终相变材料全部凝固，完成一次储能控温循环。所述移动式泡沫金属的相变储能控温系统可以调整泡沫金属的移动方向、移动方式及装置形式，应用于任何相变储能及控温保护领域。本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：(1)利用固定泡沫金属骨架，强化了腔体和相变材料界面热阻处的传热；(2)利用记忆合金在高低温下的伸缩性能，在相变材料吸热储能过程中，使移动泡沫金属骨架始终处于熔融界面处，结构简单、操作方便；(3)利用移动泡沫金属骨架，强化了固液相界面热阻处的传热；(4)固定泡沫金属骨架和移动泡沫金属骨架之间仅由少量记忆合金连接，不占空间，显著减少了对自然对流的抑制，节省材料，经济、环保；(5)由于记忆合金具有强导热性，同时延展了传热表面，强化了固定泡沫金属骨架和移动泡沫金属骨架中间部分非主要热阻处的传热，提高了储能效率；(6)装置灵活性高，适应性强，传热快速均匀效率高，具有保温效果；附图说明图1为本专利技术基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统的结构示意图。附图中，各部件的列表如下：1：腔体； 2：相变材料；3：固定泡沫金属骨架； 4：移动泡沫金属骨架；5：记忆合金。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步详细地说明。如图1所示，基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统包括腔体1、相变材料2、固定泡沫金属骨架3、移动泡沫金属骨架4和记忆合金5；腔体1内充满相变材料2，固定泡沫金属骨架3固定于腔体内靠近控温保护对象的一侧，移动泡沫金属骨架4和固定泡沫金属骨架3紧邻，且移动泡沫金属骨架4填充于相变材料2内，固定泡沫金属骨架3通过记忆合金5和移动泡沫金属骨架4相连，记忆合金5的伸缩会使得移动泡沫金属骨架4移动。优选的，所述的固定泡沫金属骨架3、移动泡沫金属骨架4与腔体1的壁面紧贴。优选的，所述的记忆合金5采用具有全程记忆效应的记忆金属，记忆合金的变态温度高于相变材料2的相变温度，当环境温度高于变态温度时，记忆合金伸展，当环境温度低于变态温度时，记忆合金收缩。所述基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统的控温储能方法是：初始状态下，腔体1内充满固相相变材料2，固定泡沫金属骨架3固定于腔体1内靠近控温保护对象的一侧，移动泡沫金属骨架4和固定泡沫金属骨架3紧邻，记忆合金5处于完全收缩状态；固定泡沫金属骨架3始终强化腔体1和相变材料2界面热阻处的传热，当控温保护对象由腔体1向系统放热时，靠近控温保护对象的相变材料2吸热升温，温度达到相变材料熔点时，相变材料2开始熔化，形成固液相界面，熔化后的相变材料温度继续升高，当记忆合金5达到变态温度时，记忆合金5伸展，推动移动泡沫金属骨架4紧贴固液相界面并随着界面的发展不断前移，持续强化固液相界面热阻处的传热，前移过程中推动移动泡沫金属骨架4始终紧贴固液相界面，随着记忆合金不断伸展，占据的液相相变材料的相对空间持续减少，显著减少了对自然对流的抑制，同时延展了传热表面，强化了固定泡沫金属骨架和移动泡沫金属骨架中间部分非主要热阻处的传热，进一步提高了传热效率。当控温保护对象停止散热后，液相相变材料透过腔体1放热，温度逐渐下降，当记忆合金5的温度低于变态温度时，记忆合金5收缩，记忆合金5和移动泡沫金属骨架4一同回复到初始位置，最终相变材料全部凝固，完成一次储能控温循环。本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述实施例序号仅仅用于描述，不代表实施例的优劣。上述实施例仅为本专利技术的较佳实施例，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何在本专利技术的精神和原则之内，所作的修改、替代、组合、简化、改进等，都包含在本专利技术的保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统，其特征在于所述系统包括腔体(1)、相变材料(2)、固定泡沫金属骨架(3)、移动泡沫金属骨架(4)和记忆合金(5)；腔体(1)内充满相变材料(2)，固定泡沫金属骨架(3)固定于腔体内靠近控温保护对象的一侧，移动泡沫金属骨架(4)和固定泡沫金属骨架(3)紧邻，且移动泡沫金属骨架(4)填充于相变材料(2)内，固定泡沫金属骨架(3)通过记忆合金(5)和移动泡沫金属骨架(4)相连，记忆合金(5)的伸缩会使得移动泡沫金属骨架(4)移动。

【技术特征摘要】
1.一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统，其特征在于所述系统包括腔体(1)、相变材料(2)、固定泡沫金属骨架(3)、移动泡沫金属骨架(4)和记忆合金(5)；腔体(1)内充满相变材料(2)，固定泡沫金属骨架(3)固定于腔体内靠近控温保护对象的一侧，移动泡沫金属骨架(4)和固定泡沫金属骨架(3)紧邻，且移动泡沫金属骨架(4)填充于相变材料(2)内，固定泡沫金属骨架(3)通过记忆合金(5)和移动泡沫金属骨架(4)相连，记忆合金(5)的伸缩会使得移动泡沫金属骨架(4)移动。2.根据权利要求1所述的一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统，其特征在于所述的固定泡沫金属骨架(3)、移动泡沫金属骨架(4)与腔体(1)的壁面紧贴。3.根据权利要求1所述的一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统，其特征在于所述的记忆合金(5)采用具有全程记忆效应的记忆金属，记忆合金(5)的变态温度高于相变材料(2)的相变温度，当环境温度高于变态温度时，记忆合金(5)伸展，当环境温度低于变态温度时，记忆合金(5)收缩。4.一种如权利要求1所述基于移动式泡沫金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：范利武，冯飙，朱子钦，郑梦莲，路倩，曾轶，邵雪峰，刘闵婕，金虹庆，俞自涛，胡亚才，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33