Claims (38)
1. Устройство, включающее в себя:1. A device including:
I) материал, аккумулирующий тепловую энергию и имеющий фазовый переход от твердого к жидкому при определенной температуре; иI) a material that accumulates thermal energy and has a phase transition from solid to liquid at a certain temperature; and
II) капиллярную структуру, имеющую множество капилляров;Ii) a capillary structure having a plurality of capillaries;
причем устройство представляет собой теплоаккумулирующее устройство.moreover, the device is a heat storage device.
2. Устройство по п. 1, в котором материал, аккумулирующий тепловую энергию, имеет фазовый переход от твердого к жидкому при температуре выше, чем приблизительно 50°С.2. The device according to claim 1, in which the material that accumulates thermal energy has a phase transition from solid to liquid at a temperature higher than about 50 ° C.
3. Устройство по п. 2, в котором материал, аккумулирующий тепловую энергию, имеет фазовый переход от твердого к жидкому при температуре примерно от 90°С до 300°С.3. The device according to claim 2, in which the material that accumulates thermal energy has a phase transition from solid to liquid at a temperature of from about 90 ° C to 300 ° C.
4. Устройство по п. 1, в котором материал, аккумулирующий тепловую энергию, инкапсулирован в одном или более отделениях для материала, аккумулирующего тепловую энергию, причем устройство включает в себя отделение для рабочей текучей среды, находящееся в тепловом контакте с материалом, аккумулирующим тепловую энергию.4. The device according to claim 1, wherein the thermal energy storage material is encapsulated in one or more compartments for the thermal energy storage material, the device including a working fluid compartment in thermal contact with the thermal energy storage material .
5. Устройство по п. 1, в котором материал, аккумулирующий тепловую энергию, заключен во множестве капсул.5. The device according to claim 1, in which the material that accumulates thermal energy is enclosed in many capsules.
6. Устройство по п. 5, в котором капсулы имеют поверхность, которая обеспечивает максимальный контакт с отделением для рабочей текучей среды, и капсула имеет геометрию, позволяющую получить максимальную передачу тепла между ними.6. The device according to claim 5, in which the capsules have a surface that provides maximum contact with the compartment for the working fluid, and the capsule has a geometry that allows you to get maximum heat transfer between them.
7. Устройство по п. 1, в котором материал, аккумулирующий тепловую энергию, инкапсулирован во множество капсул, при этом капсулы имеют изогнутую поверхность и плоскую поверхность.7. The device according to claim 1, wherein the thermal energy storage material is encapsulated in a plurality of capsules, wherein the capsules have a curved surface and a flat surface.
8. Устройство по п. 1, содержащее:8. The device according to claim 1, containing:
I) одну или более емкостей, каждая из которых имеет, по меньшей мере, один впуск и один выпуск для рабочей текучей среды, и, по меньшей мере, один впуск и один выпуск для второй текучей среды;I) one or more containers, each of which has at least one inlet and one outlet for the working fluid, and at least one inlet and one outlet for the second fluid;
II) одну или более капсул, содержащих материал, аккумулирующий тепловую энергию, в емкости, имеющих, по меньшей мере, первую наружную поверхность, при этом материал, аккумулирующий тепловую энергию, представляет собой материал с фазовым переходом;II) one or more capsules containing thermal energy storage material in a container having at least a first outer surface, wherein the thermal energy storage material is a phase transition material;
III) первый канал для потока рабочей текучей среды через емкость, причем упомянутый канал для потока, по меньшей мере, частично образован первой наружной поверхностью капсулы;III) a first channel for flowing the working fluid through the container, said flow channel being at least partially formed by the first outer surface of the capsule;
IV) капиллярную структуру, имеющую множество капилляров, способных перекачивать рабочую текучую среду через первый канал для потока, при этом капиллярная структура частично заполняет первый канал для потока и, по меньшей мере, частично находится в контакте с первой наружной поверхностью капсулы, так что при контакте с рабочей текучей средой с одного конца, рабочая текучая среда втягивается в капилляр и во второй участок первого канала для потока, свободный от капилляров;Iv) a capillary structure having a plurality of capillaries capable of pumping the working fluid through the first flow channel, wherein the capillary structure partially fills the first flow channel and is at least partially in contact with the first outer surface of the capsule, so that in contact with the working fluid at one end, the working fluid is drawn into the capillary and into the second portion of the first flow channel, free of capillaries;
V) второй канал для потока второй текучей среды через емкость;V) a second channel for the flow of the second fluid through the tank;
при этом первый канал для потока представляет собой отделение для рабочей текучей среды, второй канал для потока представляет собой отделение для теплообменной текучей среды, а материал с фазовым переходом находится в отделении для материала с фазовым переходом;wherein the first flow channel is a compartment for a working fluid, the second flow channel is a compartment for a heat exchange fluid, and the phase transition material is in the phase transition material compartment;
материал с фазовым переходом термически сообщается с отделением для рабочей текучей среды и отделением для теплообменной текучей среды;the phase transition material is thermally in communication with a compartment for a working fluid and a compartment for a heat exchange fluid;
причем устройство представляет собой теплоаккумулирующее устройство.moreover, the device is a heat storage device.
9. Устройство по п. 8, в котором множество капилляров включает в себя капилляры, диаметр поры которых меньше, чем приблизительно 200 мкм.9. The device of claim 8, wherein the plurality of capillaries includes capillaries whose pore diameter is less than about 200 microns.
10. Устройство по п. 9, в котором капсула содержит вторую наружную поверхность, которая, по меньшей мере, частично образует второй канал для потока.10. The device according to p. 9, in which the capsule contains a second outer surface, which at least partially forms a second channel for flow.
11. Устройство по п. 9, в котором вторая текучая среда представляет собой выхлопной газ.11. The device according to claim 9, in which the second fluid is an exhaust gas.
12. Устройство по п. 9, в котором рабочая текучая среда предпочтительно имеет суммарное давление пара всех ее компонентов, равное 1 атмосфере, при температуре примерно от 0°С до 250°С.12. The device according to p. 9, in which the working fluid preferably has a total vapor pressure of all its components equal to 1 atmosphere, at a temperature of from about 0 ° C to 250 ° C.
13. Устройство по п. 9, в котором материал с фазовым переходом имеет температуру фазового перехода от твердого в жидкое выше, чем приблизительно 50°С (например, примерно от 90°С до 300°С).13. The device according to claim 9, in which the material with a phase transition has a phase transition temperature from solid to liquid higher than about 50 ° C (for example, from about 90 ° C to 300 ° C).
14. Устройство по п. 9, в котором емкость, по меньшей мере, частично изолирована.14. The device according to claim 9, in which the container is at least partially insulated.
15. Устройство по п. 9, в котором система включает в себя множество капсул.15. The device according to claim 9, in which the system includes many capsules.
16. Система аккумулирования и передачи тепла, включающая в себя:16. The system of accumulation and heat transfer, including:
а) теплоаккумулирующее устройство по п. 1;a) a heat storage device according to claim 1;
б) конденсатор, имеющий, по меньшей мере, первый впуск и, по меньшей мере, первый выпуск и первый канал для потока для рабочей текучей среды;b) a condenser having at least a first inlet and at least a first outlet and a first flow channel for a working fluid;
при этом теплоаккумулирующее устройство находится в соединении по текучей среде с конденсатором, и система содержит контур с капиллярным накачиванием, включающий в себя указанный первый канал для потока конденсатора и первый канал для потока теплоаккумулирующего устройства.wherein the heat storage device is in fluid communication with the condenser, and the system comprises a capillary pumping circuit including said first channel for the flow of the condenser and a first channel for the flow of the heat storage device.
17. Система по п. 16, которая содержит рабочую текучую среду.17. The system according to p. 16, which contains a working fluid.
18. Система по п. 17, в которой рабочая текучая среда имеет суммарное давление пара всех ее компонентов, равное 1 атм, при температуре, превышающей примерно 35°С.18. The system according to p. 17, in which the working fluid has a total vapor pressure of all its components equal to 1 atm, at a temperature exceeding about 35 ° C.
19. Система по п. 16, в которой рабочая текучая среда включает в себя один или более спиртов, один или более кетонов, один или более углеводородов, фторуглерод, гидрофторуглерод, воду, аммиак или любую их комбинацию.19. The system of claim 16, wherein the working fluid includes one or more alcohols, one or more ketones, one or more hydrocarbons, fluorocarbon, hydrofluorocarbon, water, ammonia, or any combination thereof.
20. Система по п. 19, в которой рабочая текучая среда включает в себя раствор из аммиака и воды.20. The system of claim 19, wherein the working fluid includes a solution of ammonia and water.
21. Система по п. 16, в которой равновесное состояние рабочей текучей среды наступает, когда, по меньшей мере, 90% жидкости при температуре -40°С и под давлением 1 атм.21. The system according to p. 16, in which the equilibrium state of the working fluid occurs when at least 90% of the liquid at a temperature of -40 ° C and under a pressure of 1 ATM.
22. Система по п. 16, включающая в себя клапан для рабочей текучей среды для управления потоком рабочей текучей среды из теплоаккумулирующего устройства в конденсатор.22. The system of claim 16, including a valve for the working fluid for controlling the flow of the working fluid from the heat storage device to the condenser.
23. Система по п. 16, включающая в себя трубу для пара, соединяющую выпуск теплоаккумулирующего устройства и впуск конденсатора.23. The system of claim 16, including a steam pipe connecting the outlet of the heat storage device and the inlet of the condenser.
24. Система по п. 16, в которой труба для пара, по меньшей мере, частично изолирована.24. The system of claim 16, wherein the steam pipe is at least partially insulated.
25. Система по п. 16, включающая в себя трубку для жидкости, соединяющую выпуск конденсатора и впуск теплоаккумулирующего устройства.25. The system of claim 16, including a fluid tube connecting the outlet of the condenser and the inlet of the heat storage device.
26. Система по п. 16, содержащая рабочую текучую среду, по меньшей мере, частично заполняющую конденсатор.26. The system of claim 16, comprising a working fluid at least partially filling the condenser.
27. Система по п. 16, которая включает в себя средство нагревания материала с фазовым переходом в теплоаккумулирующем устройстве, так что, когда температура теплоаккумулирующего устройства достаточна для того, чтобы заставить суммарное давление пара всех компонентов рабочей текучей среды превысить 1 атм, и клапан открывается, пропуская поток рабочей текучей среды, рабочая текучая среда:27. The system of claim 16, which includes means for heating the material with a phase transition in the heat storage device, so that when the temperature of the heat storage device is sufficient to cause the total vapor pressure of all components of the working fluid to exceed 1 atm, and the valve opens By passing the flow of the working fluid, the working fluid:
а) перекачивается капиллярной структурой;a) is pumped by a capillary structure;
б) по меньшей мере, частично испаряется;b) at least partially evaporates;
в) по меньшей мере, частично транспортируется в конденсатор; иc) at least partially transported to a capacitor; and
г) по меньшей мере, частично конденсируется в конденсаторе;g) at least partially condensed in a capacitor;
таким образом, что тепло забирается из теплоаккумулирующего устройства.so that heat is taken from the heat storage device.
28. Система по п. 16, включающая в себя второй клапан для управления указанным потоком второй текучей среды в теплоаккумулирующее устройство.28. The system of claim 16, including a second valve for controlling said stream of second fluid into a heat storage device.
29. Система п. 16, включающая в себя резервуар, содержащий рабочую текучую среду.29. The system of claim 16, including a reservoir containing a working fluid.
30. Система по п. 16, в которой не предусмотрен насос для перекачивания рабочей текучей среды, кроме капиллярного насоса.30. The system of claim 16, wherein the pump is not provided for pumping a working fluid other than a capillary pump.
31. Система по п. 16, в которой конденсатор включает в себя второй канал для потока, второй впуск и второй выпуск для транспортирования теплообменной текучей среды через конденсатор, так чтобы конденсатор мог передавать тепло от рабочей текучей среды к теплообменной среде.31. The system of claim 16, wherein the condenser includes a second flow channel, a second inlet, and a second outlet for transporting the heat transfer fluid through the condenser, so that the condenser can transfer heat from the working fluid to the heat transfer medium.
32. Система по п. 16, используемая для обогрева компонентов автомобиля.32. The system of claim 16, used to heat vehicle components.
33. Система по п. 16, которая термически сообщается с двигателем внутреннего сгорания.33. The system of claim 16, which is thermally coupled to an internal combustion engine.
34. Система по п. 16, в которой отношение объема рабочей текучей среды к объему материала с фазовым переходом меньше, чем примерно 20:1.34. The system of claim 16, wherein the ratio of the volume of the working fluid to the volume of the material with a phase transition is less than about 20: 1.
35. Система по п. 16, в которой примерно от 5% до 95% первого канала для потока через теплообменник включают в себя капиллярную структуру.35. The system of claim 16, wherein from about 5% to 95% of the first channel for flow through the heat exchanger includes a capillary structure.
36. Система по п. 16, которая дополнительно содержит клапан для управления потоком выхлопного газа через второй канал для потока.36. The system of claim 16, further comprising a valve for controlling exhaust gas flow through a second flow channel.
37. Система по п. 16, в которой средняя плотность энерговыделения составляет, по меньшей мере, приблизительно 1 кВт/литр изолированного (внутреннего) объема устройства, рассчитанная как средняя величина за первые 30 секунд работы, которая начинается, когда клапан открывается, пропуская поток рабочей текучей среды через первый канал для потока теплоаккумулирующего устройства, при этом, по меньшей мере, 50% объема материала с фазовым переходом находится в жидком состоянии, когда клапан открывают.37. The system of claim 16, wherein the average energy density is at least about 1 kW / liter of the isolated (internal) volume of the device, calculated as the average value for the first 30 seconds of operation, which begins when the valve opens, allowing flow working fluid through the first channel for the flow of the heat storage device, while at least 50% of the volume of the material with the phase transition is in a liquid state when the valve is opened.
38. Способ отдачи тепла, включающий в себя этап циркулирования рабочей текучей среды через теплоаккумулирующее устройство по п. 1.
38. A method of heat transfer, comprising the step of circulating the working fluid through a heat storage device according to claim 1.