本發(fā)明涉及新能源發(fā)電和電動(dòng)汽車技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于移動(dòng)式泡沫金屬的相變儲(chǔ)能控溫系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著我國新能源發(fā)電和電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，饋線終端設(shè)備(簡稱FTU)和蓄電池等裝置的溫度控制及保護(hù)成為了一項(xiàng)重要課題。相變材料具有儲(chǔ)熱密度高、儲(chǔ)/放熱過程中溫度幾乎不變、熔點(diǎn)分布廣、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在被動(dòng)式控溫保護(hù)領(lǐng)域受到廣泛應(yīng)用。然而，常見的相變材料導(dǎo)熱系數(shù)低，儲(chǔ)能效率低，難以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間高效、迅速、均勻地傳熱，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的控溫保護(hù)性能。

為了強(qiáng)化控溫系統(tǒng)的相變傳熱，研究者們通過在相變材料中添加具有高導(dǎo)熱系數(shù)的泡沫金屬材料顯著增加了復(fù)合相變材料的等效導(dǎo)熱系數(shù)。然而泡沫金屬的存在一方面會(huì)嚴(yán)重抑制液相相變材料的自然對(duì)流換熱，另一方面會(huì)造成系統(tǒng)蓄熱能力的大量損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，通過數(shù)值模擬的方法分析發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)主要的傳熱熱阻分布于腔體和相變材料界面處以及固液相界面處，提出一種基于移動(dòng)式泡沫金屬的相變儲(chǔ)能控溫系統(tǒng)。利用固定泡沫金屬骨架強(qiáng)化腔體和相變材料界面熱阻處的傳熱，利用移動(dòng)泡沫金屬骨架強(qiáng)化固液相界面熱阻處的傳熱。利用記憶合金強(qiáng)化余下部分的非主要熱阻處的傳熱。在利用泡沫金屬強(qiáng)化相變傳熱的同時(shí)，顯著減少對(duì)自然對(duì)流換熱的抑制以及蓄熱能力的損失。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

基于移動(dòng)式泡沫金屬的相變儲(chǔ)能控溫系統(tǒng)包括腔體、相變材料、固定泡沫金屬骨架、移動(dòng)泡沫金屬骨架和記憶合金；腔體內(nèi)充滿相變材料，固定泡沫金屬骨架固定于腔體內(nèi)靠近控溫保護(hù)對(duì)象的一側(cè)，移動(dòng)泡沫金屬骨架和固定泡沫金屬骨架緊鄰，且移動(dòng)泡沫金屬骨架填充于相變材料內(nèi)，固定泡沫金屬骨架通過記憶合金和移動(dòng)泡沫金屬骨架相連，記憶合金的伸縮會(huì)使得移動(dòng)泡沫金屬骨架移動(dòng)。

本發(fā)明的固定泡沫金屬骨架和移動(dòng)泡沫金屬骨架的材料可以相同，如均可選用泡沫銅或泡沫鋁等泡沫金屬材料，作為優(yōu)選的，可選用孔隙率為97％，孔隙密度為15～50PPI的泡沫金屬材料。

優(yōu)選的，所述的固定泡沫金屬骨架、移動(dòng)泡沫金屬骨架與腔體的壁面緊貼。

優(yōu)選的，所述的記憶合金采用具有全程記憶效應(yīng)的記憶金屬，記憶合金的變態(tài)溫度高于相變材料的相變溫度，當(dāng)環(huán)境溫度高于變態(tài)溫度時(shí)，記憶合金伸展，當(dāng)環(huán)境溫度低于變態(tài)溫度時(shí)，記憶合金收縮。

所述基于移動(dòng)式泡沫金屬的相變儲(chǔ)能控溫系統(tǒng)的控溫儲(chǔ)能方法是：

初始狀態(tài)下，腔體內(nèi)充滿固相相變材料，固定泡沫金屬骨架固定于腔體內(nèi)靠近控溫保護(hù)對(duì)象的一側(cè)，移動(dòng)泡沫金屬骨架和固定泡沫金屬骨架緊鄰，記憶合金處于完全收縮狀態(tài)；固定泡沫金屬骨架始終強(qiáng)化腔體和相變材料界面熱阻處的傳熱，當(dāng)控溫保護(hù)對(duì)象由腔體向系統(tǒng)放熱時(shí)，靠近控溫保護(hù)對(duì)象的相變材料吸熱升溫，溫度達(dá)到相變材料熔點(diǎn)時(shí)，相變材料開始熔化，形成固液相界面，熔化后的相變材料溫度繼續(xù)升高，當(dāng)記憶合金達(dá)到變態(tài)溫度時(shí)，記憶合金伸展，推動(dòng)移動(dòng)泡沫金屬骨架緊貼固液相界面并隨著界面的發(fā)展不斷前移，持續(xù)強(qiáng)化固液相界面熱阻處的傳熱，前移過程中推動(dòng)移動(dòng)泡沫金屬骨架始終緊貼固液相界面，隨著記憶合金不斷伸展，占據(jù)的液相相變材料的相對(duì)空間持續(xù)減少，顯著減少了對(duì)自然對(duì)流的抑制，同時(shí)延展了傳熱表面，強(qiáng)化了固定泡沫金屬骨架和移動(dòng)泡沫金屬骨架中間部分非主要熱阻處的傳熱，進(jìn)一步提高了傳熱效率。當(dāng)控溫保護(hù)對(duì)象停止散熱后，液相相變材料透過腔體放熱，溫度逐漸下降，當(dāng)記憶合金的溫度低于變態(tài)溫度時(shí)，記憶合金收縮，記憶合金和移動(dòng)泡沫金屬骨架一同回復(fù)到初始位置，最終相變材料全部凝固，完成一次儲(chǔ)能控溫循環(huán)。

所述移動(dòng)式泡沫金屬的相變儲(chǔ)能控溫系統(tǒng)可以調(diào)整泡沫金屬的移動(dòng)方向、移動(dòng)方式及裝置形式，應(yīng)用于任何相變儲(chǔ)能及控溫保護(hù)領(lǐng)域。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

(1)利用固定泡沫金屬骨架，強(qiáng)化了腔體和相變材料界面熱阻處的傳熱；

(2)利用記憶合金在高低溫下的伸縮性能，在相變材料吸熱儲(chǔ)能過程中，使移動(dòng)泡沫金屬骨架始終處于熔融界面處，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便；

(3)利用移動(dòng)泡沫金屬骨架，強(qiáng)化了固液相界面熱阻處的傳熱；

(4)固定泡沫金屬骨架和移動(dòng)泡沫金屬骨架之間僅由少量記憶合金連接，不占空間，顯著減少了對(duì)自然對(duì)流的抑制，節(jié)省材料，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保；

(5)由于記憶合金具有強(qiáng)導(dǎo)熱性，同時(shí)延展了傳熱表面，強(qiáng)化了固定泡沫金屬骨架和移動(dòng)泡沫金屬骨架中間部分非主要熱阻處的傳熱，提高了儲(chǔ)能效率；

(6)裝置靈活性高，適應(yīng)性強(qiáng)，傳熱快速均勻效率高，具有保溫效果；

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于移動(dòng)式泡沫金屬的相變儲(chǔ)能控溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中，各部件的列表如下：

1：腔體； 2：相變材料；

3：固定泡沫金屬骨架； 4：移動(dòng)泡沫金屬骨架；

5：記憶合金。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

如圖1所示，基于移動(dòng)式泡沫金屬的相變儲(chǔ)能控溫系統(tǒng)包括腔體1、相變材料2、固定泡沫金屬骨架3、移動(dòng)泡沫金屬骨架4和記憶合金5；腔體1內(nèi)充滿相變材料2，固定泡沫金屬骨架3固定于腔體內(nèi)靠近控溫保護(hù)對(duì)象的一側(cè)，移動(dòng)泡沫金屬骨架4和固定泡沫金屬骨架3緊鄰，且移動(dòng)泡沫金屬骨架4填充于相變材料2內(nèi)，固定泡沫金屬骨架3通過記憶合金5和移動(dòng)泡沫金屬骨架4相連，記憶合金5的伸縮會(huì)使得移動(dòng)泡沫金屬骨架4移動(dòng)。

優(yōu)選的，所述的固定泡沫金屬骨架3、移動(dòng)泡沫金屬骨架4與腔體1的壁面緊貼。

優(yōu)選的，所述的記憶合金5采用具有全程記憶效應(yīng)的記憶金屬，記憶合金的變態(tài)溫度高于相變材料2的相變溫度，當(dāng)環(huán)境溫度高于變態(tài)溫度時(shí)，記憶合金伸展，當(dāng)環(huán)境溫度低于變態(tài)溫度時(shí)，記憶合金收縮。

所述基于移動(dòng)式泡沫金屬的相變儲(chǔ)能控溫系統(tǒng)的控溫儲(chǔ)能方法是：

初始狀態(tài)下，腔體1內(nèi)充滿固相相變材料2，固定泡沫金屬骨架3固定于腔體1內(nèi)靠近控溫保護(hù)對(duì)象的一側(cè)，移動(dòng)泡沫金屬骨架4和固定泡沫金屬骨架3緊鄰，記憶合金5處于完全收縮狀態(tài)；固定泡沫金屬骨架3始終強(qiáng)化腔體1和相變材料2界面熱阻處的傳熱，當(dāng)控溫保護(hù)對(duì)象由腔體1向系統(tǒng)放熱時(shí)，靠近控溫保護(hù)對(duì)象的相變材料2吸熱升溫，溫度達(dá)到相變材料熔點(diǎn)時(shí)，相變材料2開始熔化，形成固液相界面，熔化后的相變材料溫度繼續(xù)升高，當(dāng)記憶合金5達(dá)到變態(tài)溫度時(shí)，記憶合金5伸展，推動(dòng)移動(dòng)泡沫金屬骨架4緊貼固液相界面并隨著界面的發(fā)展不斷前移，持續(xù)強(qiáng)化固液相界面熱阻處的傳熱，前移過程中推動(dòng)移動(dòng)泡沫金屬骨架4始終緊貼固液相界面，隨著記憶合金不斷伸展，占據(jù)的液相相變材料的相對(duì)空間持續(xù)減少，顯著減少了對(duì)自然對(duì)流的抑制，同時(shí)延展了傳熱表面，強(qiáng)化了固定泡沫金屬骨架和移動(dòng)泡沫金屬骨架中間部分非主要熱阻處的傳熱，進(jìn)一步提高了傳熱效率。當(dāng)控溫保護(hù)對(duì)象停止散熱后，液相相變材料透過腔體1放熱，溫度逐漸下降，當(dāng)記憶合金5的溫度低于變態(tài)溫度時(shí)，記憶合金5收縮，記憶合金5和移動(dòng)泡沫金屬骨架4一同回復(fù)到初始位置，最終相變材料全部凝固，完成一次儲(chǔ)能控溫循環(huán)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述實(shí)施例序號(hào)僅僅用于描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的修改、替代、組合、簡化、改進(jìn)等，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。