CN102822614A

CN102822614A - 传热和/或储热的系统及方法

Info

Publication number: CN102822614A
Application number: CN201080051419XA
Authority: CN
Inventors: 项晓东; 张融
Original assignee: BLUE CORAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BLUE CORAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: US20110120673A1; US9612059B2; WO2011035213A2; WO2011035213A3; CN102822614B

Abstract

本发明公开了包括与系统、方法和计算机实施例相一致的发明均指向传热和/或储热。在某个实施例中，提供了一种传热/储热系统包含一个换热/储热装置，还包括一个腔室，一个适应高温的热输入装置将蒸气输入腔室。另一实施例中，包括下面一个或多个特征，通过工作媒介/流体的热输出装置，置于腔室之中的储热媒介，和/或一个将换热媒介/流体输送到储热材料表面的换热系统。

Description

传热和/或储热的系统及方法

技术领域

本发明涉及换热及储热方案和装置。更确切地说，本发明涉及用作储热材料和/或换热媒介的相变储热材料。

背景技术

储能在许多能源应用中都至关重要，包括传统发电、可再生能源发电、空调与供暖、工业流程加热等。储能还使核电厂和煤电厂在发电时能够实现削峰填谷。由于风能和太阳能的资源更不可控，风电厂和太阳能电厂更需要储能方案来满足电网的需要。

通常使用电池直接储存电能，虽然电池技术不断改进，但是电池本身的高成本将其应用限制在小规模的紧急应用中。目前两种可行的储能方式是抽水储能和压缩空气储能。通过泵或压缩机将电能先转换成水或空气的势能，需要时再转换回电能。但这两种储能方式通常需要特殊的地理条件，比如适宜建造两个上下游有落差的水库或天然的地下密闭高压储气室。很少有什么地方的发电厂能有以上条件。

储热的成本低，源于其可以利用各种低成本材料。由于大多数（逾80%）的发电厂都是通过热过程进行发电，储热易于大规模推广应用。

大多数的发电厂采用汽轮机作为发电的驱动机。汽轮机依照郎肯循环的原理工作，诸如通过过热蒸汽的膨胀来驱动涡轮叶片。效率取决于入口处与出口处的蒸汽压力比。为提高效率，出口处的蒸汽通常需用冷却水冷凝。在此过程中，大量的潜热（通常为入口处热能的60%）被出口处的低压蒸汽所释放，经冷却水排入大气中。对一吨蒸汽来说，冷却过程需要50-100吨的淡水，完成水循环的水泵需消耗5-10%的电量，冷却塔扬水还会消耗5-10吨的水。如果水资源不免费，冷却过程中的电和水的成本就要占总运营成本的20-30%。因此，即使不考虑其他的环境因素，电厂也并非随处可建。大型的制冷和海水淡化项目也需要类似的冷却过程，水冷的成本同样占据很大一部分的总运营成本。

在发电、制冷、海水淡化等方面保持效率的同时去除水冷的需求相当迫切。过去曾尝试过空冷方案，但是由于昂贵的设备与高耗电，并不够成功。如果出口处的热机或装置（如郎肯循环、热泵、海水淡化和制冷装置）的余热能在运行过程中被储存，之后再排出或加以利用，就能节约大量的电和水。

储热对于太阳能聚焦光热电厂也非常重要。聚焦光热技术的工作原理是利用各种聚焦镜（如抛物面镜、抛物槽式镜、菲尼尔反射镜及其他种类的聚焦镜）将太阳光聚焦到集热器，再由特殊的涂层将光转化为热能。热能将流过集热器的导热媒介加热至某一高温，再通过换热器产生高压高温水蒸气，推动汽轮发电机发电。因而光热发电只是用“太阳能加热器/锅炉”替代化石燃料及核燃料锅炉，其余发电原理和传统发电厂相同。

然而，由于云层、日落等因素导致太阳能光照强度不稳定，光热电厂需要储热装置才能够成为一个基本负荷电力的供应商。因此，低成本高效率的储热解决方案对于光热电厂规模化替代化石燃料发电厂至关重要。比如槽式聚焦光热发电厂，如无储热装置，年运营系数（即光热电厂发电时间的百分比）仅为20%，即每年运行时间约1760小时。如果配备了储热装置，运营系数可超过60%，每年运行时间可达5260小时。

储热应用有三种关键的热媒介：导热流体、储热媒介和工作媒介。导热流体将集热器的热能传递给储热媒介或通过换热器直接加热工作媒介。储热媒介接收导热流体的充热，再通过换热器向工作媒介放热，并驱动热机。

导热流体可以是气态或液态。常用的液态导热媒介有导热油和熔盐两种。若以导热油为导热媒介，其可承受的最高温度约为400C，超过这个温度，导热油会分解。熔盐则可承受高达约600C的工作温度，但熔盐的工作温度必须控制在220C以上以避免凝固及由此对传输管路和容器的损坏，这势必提高系统的维护成本。蒸汽可以作为气态导热媒介，但高温蒸汽的压力太高造成高成本。热空气也可作为气态导热媒介，但热空气热容量很低，而且需要消耗大量的电能才能获得足够高的流速。

在大部分的实例中，工作媒介均为液体，比如水。先预压至所要求的工作压力，然后通过换热器将其加热到所要求的工作温度，最终在饱和压力下释放，经历液体到气体的相变过程。高压蒸汽在热机入口处膨胀，在压力作用下分子的势能转化为动能。该动能即为热机的驱动力，并最终发出电来。例如，对一台典型的1MW汽轮机，额定功率对应2.4Mpa的压力与355℃的温度。而对于典型的100MW汽轮机，所要求的工作压力与温度范围则分别为10-12Mpa与380-400℃。大型汽轮机通常能达到更高的热电效率，但同时也要求更高的工作压力与温度。

基于材料的吸热类型发展出两种储热途径，显热储热和潜热储热。

显热储热是利用储热媒介的热容量，通过升高或降低材料的温度来实现热量的存储或释放。（公式1）Q代表显热储热材料存储的热能，M是储热材料的质量，Cp是储热媒介的比热容，T1和T2代表起始和终了温度，T是温差。

显热储热是最常见、原理最简单、技术最成熟并得到广泛应用的储热方式。显热储热又分为液体显热储热、固体显热储热、液-固联合显热储热以及带压蒸汽显热储热4种。

液体显热储热。液体显热的储热装置通常采用直接或间接的换热形式。槽式或线性菲涅尔太阳能热发电技术组成的光热太阳能集热场，通常采用导热油（矿物油或合成油）作为导热媒介，用熔盐液体作为显热储热媒介。这种液体显热储热材料常用于所谓的“主动储热”系统，储热材料在换热器和集热器间循环，换热器将热能从导热油传输到熔盐实现储热。这种方式称为间接储热。目前只有此法是成功应用于分布式集热系统（如碟式、槽式、线性菲涅尔等太阳能热发电技术）的储热技术。系统通过设置两个高低温熔融盐液体贮罐来实现直接储热。在储热过程中，高温导热油通过换热器将热能传送给从低温熔融盐贮罐流向高温熔融盐贮罐的低温熔盐，产生的高温熔盐被存储在高温熔融盐贮罐里。当无法获得太阳能时，高温熔盐通过换热器流向低温贮罐，与水换热产生高温高压蒸汽来发电。当大部分高温熔盐流出高温贮罐时，放热结束。

这种储热方式存在如下几个问题。首先，需采用耐腐蚀的高温泵让强腐蚀性的高温熔盐在两个贮罐、油-盐换热器和盐-汽换热器间循环。其次，需采用特殊的耐腐蚀换热器。最后，建设成本也很高——每kWh热的建设成本约为40美元。

这种两个高低温盐液贮罐的方案也被用于太阳能槽式或塔式发电厂的直接储热系统。在这些实例中，熔盐液体既作为导热媒介，又作为显热储热媒介。也就是说，导热媒介和显热出热媒介为同一种材料，无需换热器，这种方式称为直接储热。显然，这种方案减少了换热损失，适用于400-500℃高温的槽式系统。这种方案的主要缺点就在于，熔盐的凝固点通常高于220℃的熔点，为避免凝固时对系统管路的损坏，需要辅助的加热系统，并消耗能量。这会大大增加分布式集热系统在建设、维护与运行时的复杂性与系统管路的成本。

塔式系统可采用液体显热直接储热装置。西班牙的Solar Tres塔式太阳能热电厂即是实例之一。因为塔式系统的管网系统绝大部分竖直布置在塔内，管内的盐液容易排出，因此与槽式相比，易解决管内的固化问题。另外，塔式聚焦光热的工作温度比槽式系统高，因此采用熔盐液体显热直接储热的方案更适用于塔式系统。为获得合适的液相温度范围，常采用共晶混合物或单相合成物。例如美国内华达州的Solar Two系统采用60%的硝酸钠和40%的硝酸钾的单相合成物，其熔点为220°C，工作温度为300C-600°C之间。二十世纪九十年代建于美国加州的SEGS槽式系统分别采用了二苯基氧(Therminol VP-1) 、Hitec (硝酸钾、硝酸钠和亚硝酸钠混合物，53％KNO3+ 7％NaNO3+40％NaNO2)、Hitec XL (硝酸钾，硝酸钙和硝酸钠混合物，45％KNO3+48％Ca(NO3)2+7％NaNO3)等作为液体显热直接储热材料。

固体显热储热。固体显热储热用岩石、混凝土、沙石等廉价的固体材料充当储热媒介。由于固体材料无法在容器内传输热能，通常使用气态或液态的导热流体在储热媒介和工作媒介之间进行换热。这又被称作“被动储热”系统。在直接产生蒸汽的光热系统中，储热系统通常采用固体显热储热材料，其最大的优势是成本低，但它只能用于间接储热。德国航天航空研究中心的Tamme等人在研究沙石混凝土和玄武岩混凝土的储热性能基础上，研发出耐高温混凝土和铸造陶瓷等固体储热材料。其中，耐高温混凝土的骨料主要是采用氧化铁，水泥作为黏结剂。由于显热储热材料的温度随着热量的减少而降低，固体显热储热方式的一个缺点是放热时的换热温度和工作温度会降低。这类系统的另一个问题就是导热和传热效率低。如果按照目前技术，将产生的蒸汽直接作为流体导热媒介，这就要求贯穿整个太阳能集热场的传输管路和储热容器必须承受高温高压，从而导致系统管路和储热容器的成本急剧增加；另一方面，为了降低成本就得降低蒸汽压力，从而降低汽轮机的发电效率。因而，此技术长期停留在研发阶段却无重大突破。

液-固联合显热储热。液一固联合显热储热利用一些固体材料和导热媒介在高温下的可兼容性，将固体和传热媒介液体结合，从而提高整体的热容。采用固体材料最显著的优点就是可以在保持储热总量不变的同时，减少对传热媒介的需求量，从而降低成本（通常传热流体的价格远远高于岩石等固体储热材料）。为了降低槽式系统中的双罐熔融盐液体间接储热装置的固定投资成本，Sandia国家实验室的James等设计并测试了一个2.3兆瓦小时的斜温层单罐储热系统。斜温层单罐储热系统利用储热材料密度与温度的关系，罐项部的高温熔融盐液体被高温泵抽出，经过油盐换热器冷却后，经由罐的底部进入罐内；反之，罐底部的低温熔融盐液体被低温泵抽出，经过油盐换热器加热后，经由罐的项部进入罐内；在这两种情况下，在罐的中间会存在一个温度梯度很大的自然分布层，即斜温层，它像隔离层一样，使得斜温层以上的熔融盐液体保持高温，斜温层以下的熔融盐液体保持低温，随着熔融盐液体的不断抽出，斜温层会上下移动，使得抽出的熔融盐液能够保持恒温。当斜温层到达罐的顶部或底部时，抽出的熔融盐液体的温度就会发生显著变化。为了维持罐内的温度梯度分层，就必须严格控制熔融盐液体的输入和输出过程，在罐内合理填充固体储热材料并配置合适的成层设备，如浮动进口、环壳式换热器等。斜温层罐储热系统的固定投资成本比双罐熔融盐液体间接储热系统低35%，但其局限性和液态显热储热间接法相同。

蒸汽压力储热。西班牙南部城市Seville附近的P10（Planta Solar 10）项目利用压力蒸汽储热，所存储的蒸汽温度为285°C，压力为4Mpa。PS10是在西班牙建设的第一个塔式聚焦光热项目。利用高压储存罐直接存储通过高压管路来自与热源或集热器的高温高压水。这种储热方案仅仅用于平滑太阳辐射的波动，所存储的能量只能向配套的汽轮发电机提供大约1小时左右的蒸汽。当高温高压水从储存罐释放时，由于压力轻微降低，会经历液-气相变过程产生水蒸气。高压水蒸汽可直接用于推动汽轮机。严格来讲，这种储能仍然是从高压水来的显热，而不是仅存在于储罐外的液-气相变过程中的潜热。这是平衡汽轮机负荷的有效储热方案。但是由于压力容器的高成本，所以很难广泛应用。

工作媒介在接近工作温度（即热机入口处的温度）时能吸收最多的热能。这是由于液-气相变过程中吸收的大量潜热，或者媒介接近临界点时的大热容，在临界点全部的液态转为气态而无视压力值为多少。结果，显热储热媒介不得不提供在该温度需要的所有热能。根据公式1，为了满足这一要求，显热储热媒介需要达到更高的温度。由于工作媒介在接近工作温度时需要的热能约比每度显热储热材料的热的大数百倍，T2也必须比工作媒介的工作温度高数百度，或者显热储热材料和导热媒介的质量流必须比工作媒介高数百倍，既不容易实现且成本高昂。这些要求对显热储热系统提出了许多挑战：1、由于热辐射和热传传导造成的热损失随着温度的提高而迅速提高，传输管路、储热罐以及太阳能集热器的热损失巨大，并且很难控制在可接受的水平之内；2、导热流体媒介也要在更高的温度中工作。通常，导热媒介可承受的工作温度限制了T2，从而也限制了工作媒介的工作温度。而工作媒介在较低温度下工作会导致热机的效率降低。

为了配合工作媒介在工作温度附近所需要的大量热能，理想的储热媒介应该是固-液相变温度略高于工作温度的相变材料，其在相变温度的吸热和放热热量能够与所需热量相适合。更进一步，为了向储热媒介提高如此之高的热能，理想的换热媒介也应该是一种相变材料。不然，传热时所要求的传热量也很大，使得传热媒介的流量得比工作介质的流量大许多倍（100倍于工作媒介的流量），或者传热流体还得具有很高的温度。

相变储热利用材料的物理状态变化时相伴的相变潜热来存储能量。材料的物理状态的相变可以是，气态-液体、液体-固态、晶态-非晶态的变化。跟显热储热材料比较，相变储热拥有大得多的热容。相变时的吸热或放热可用下式表述：Q= MCp(eff) T(Eq.2),其中M是材料的质量，Cp(eff)是相变时的有效热容，dT是相变温度变化值。潜热存储与工作媒介在工作温度附近对热能的要求相符，降低传热流体和集热器的工作温度，减小热损失，提高热机效率。然而，由于相变时体积变化量巨大，基于液-气相变的潜热存储比较困难。例如，水在一个大气压（0.1MPa）下气化时的体积变化为1600倍。因而利用液-气相变的潜热作为热存储是不经济的，因为这需要一个巨大体积并能承受高压的压力容器才能适于相变中发生的体积变化，从而显著降低储热密度，同时机械方面的设计建造也将是困难重重。

在欧洲，有13个国家提出了相变材料储热系统的设计方案，称为DSITOR项目。在该项目中，采用直接产生的蒸汽或（高压水）作为导热流体媒介，利用装有石墨和相变材料的微胶囊混合储热材料。还有人提出其他涉及混合相变材料的方案。在这些先前提出的建议书中，导热流体媒介/工作媒介以及储热材料之间的换热采用管壳式换热，其中传热流体/工作媒介流过被相变材料包裹着的管子之中，容器内管子外则填满了固体填充材料以改进热接触。

虽然人们对相变储热材料投入了大量的研究，利用固-液相变储热材料作为潜热储热仍有较大难题。首先，相变储热材料的体积随其状态的转化而变化。体积的变化给系统的机械设计带来困难。其次，很难在固-液相变材料和导热流体媒介之间保持良好的导热。储热媒介、导热媒介和工作媒介之间的热传输也没得到妥善解决，从而导致潜热储热方案和装置至今未能成功投入商业应用。

因此，有必要克服这些现有的热能传输及储存方案的缺陷。

发明内容

符合本发明的系统、方案和计算机实施例均指向传热和/或储热。

在一个示范的实施例中，提供一个由换热器/储热装置构成的传热/储热系统，包括一个腔室、一个工作媒介/流体流经的热输出装置、一个能承受热/向腔室提供蒸汽的热输入装置，一种装在辅助容器内的储热媒介，和一个将换热媒介/流体送到储热表面的换热系统。

需要理解的是，上文的概括描述和下文的详细描述是示范性的和解释性的，不应视为对所描述发明的限制。本发明还会附加更深层次的特点和/或延伸。比如，本发明还可指导发明披露的组合和次组合，和/或在下文详细描述中进一步发明披露的组合和次组合。

附图说明

附图是本专利说明的一部分，通过示例说明了本发明的众多实施例子和相关方面，并通过描述解释了本发明的原理。这些附图是：

图1是与本发明某些方面相一致的实施例的系统的框图。

图2是与本发明某些方面相一致的另一个实施例的系统的框图。

图3是与本发明某些方面相一致的另一个实施例的系统的框图。

图4是与本发明某些方面相一致的另一个实施例的系统的框图。

图5是与本发明某些方面相一致的改进实施例的系统的框图。

图6是与本发明某些方面相一致的另一个改进实施例的系统的框图。

图7是与本发明某些方面相一致的实施例的包含数个串联热传输/储热系统的系统的框图。

图8用图表说明了与本发明某些方面相一致的实施例中热能与相变材料温度之间的示范关系，显示了固-液转换阶段的潜热。

图9是与本发明某些方面相一致的实施例的固-液相变材料储罐设计的示意图。

图10是与本发明某些方面向一致的实施例的无储热媒介系统的框图。

图11用图表说明了与本发明某些方面相一致的实施例中压力储罐材料、相变材料的成本和储热腔室半径之比，。

图12用框图说明了与本发明的某些方面相一致的实施例中与计算机/数据处理相关联的示范热传输/储热系统。

图13说明了与本发明的某些方面一致的实施例中填满了相变储热材料的辅助圆柱形容器在热存储腔室中几何配置的示范实例。

具体实施方式

附图介绍了本发明的多个实施例，可作为本发明详细内容的参考。本发明并不限于下述的具体实施方式，多个实施例仅与本发明的某一方面相一致。只要可能，图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。

本发明的创新的系统和方法，如下述多个实施例，可能涉及将蒸发-冷凝换热原理与相变潜热存储装置相集成的系统和方法，利用液-气相变材料作为热交换媒介以及用固-液相变材料作为热存储媒介。然而，需要理解，本发明的保护范围并不限于任何具体的实施方式，而要由权利要求所限定的的范围和说明书所披露的内容为准。

根据某一些典型的实施方式，使用相变材料的热交换和热存储装置包括以下部件：一个主腔室；一个热输入传输装置将传热流体和其热能送至主腔室中；一个热输出传输装置将工作媒介和其热能从主腔室传输出去；至少一种固-液相变材料，封装在辅助腔室中作为储热介质；一种液-气相变材料，充于主腔室中，但不经过管道通过腔室，作为传热流体、储热媒介和工作媒介各表面之间的热交换媒介；一个液-气相变材料的循环/喷淋系统，和一个用于控制液-气相变材料蒸气压力的调压系统。

具有较大温度范围的液体，如水、合成油、离子液体或熔融盐可以作为热能输入的传热流体。工作流体，可以是水，也可以选择氨水、有机溶液或其他符合性能要求的液体，主要用于热能的输出。表1示出此种液体的具体例子。此外，固-液相变储热材料可以选择无机的或有机的符合称心的相变温度和有效热容量要求的相变材料。表2和表3分别示出了用于低相变温度和高相变温度的各种相变材料的例子。固-液相变材料通常封装在辅助腔室中，使用所需的形状和尺寸，置于主腔室的分层搁架上。液-气相变材料热交换介质可以根据所需液-气相变和工作温度下的蒸气压力进行选择。选中的液体既可以作为传热流体也可作为工作媒介，如表1所示。

有两种方法可以用来有效地将热能传输到主腔室内，在传热流体、储热介质和工作流体之间传热，并将热能输出到主腔室外。

按照第一种实施方法，少量的液-气相变材料置于主腔室底部，在“池沸腾”条件下，与热输入传输装置物理接触。传热流体的可用热通过热输入传输装置快速的将液-气相变材料转换成蒸发状态，将其热能转变成潜热，例如，将液-气相变材料气化，当然此时传热流体的温度要高于液-气相变材料在给定主腔室压力时的沸点。在这种情况下，主腔室中只有少量液态材料，所以大部分的相变材料都蒸发了。热交换容器的工作温度取决于液-气相变材料在主腔室给定压力下的沸点。例如，使用VP-1合成油作为传热流体时，它在0.1MPa（或大约一个大气压）的沸点是257℃。如果温度上升到320℃，其相应的饱和气压是0.36MPa。

一旦气态的液-气相变材料接触到固-液相变材料储热介质和/或热输出传输装置（具有，例如，工作流体在其内部流动）等辅助容器的表面，气态的相变材料冷凝成液态，极其高效（超级热交换）地将其潜热传递给储热介质和/或工作流体，将热能输出热交换器。几乎所有的冷凝潜热能立即从“热”表面转移至“冷”表面，形成了一个非常有效的热交换系统。在传递潜热至固态热存储材料或工作流体时，冷凝后的液态液滴依靠重力回落到腔室的底部，重新进行热传递循环，使整个系统形成一个非常有效的热交换和热存储系统。需要注意的是，与现有的系统和方法不一样，储热媒介不直接与热输入与输出管道的表面相接触。

第二种方法利用传热流体的蒸发过程。在某个典型的实例中，传热流体和热交换介质是同一种液-气相变材料。这种传热流体的蒸发过程可能包括传热流体的部分气化过程；饱和相变材料液体在进入主腔室前，通过节流阀或其他节流装置降低压力时会导致部分蒸发，叫做闪蒸。当这部分携带相变潜热的气体与固态表面和/或固-液相变热存储材料的辅助容器表面，以及热输出传输装置的表面相接触时，气体的冷凝过程将把液-气相变材料气体的潜热传给热存储材料和/或工作流体。

在某个典型蒸发实施例中，例如，闪蒸过程的蒸发部分取决于相变材料在闪蒸温度下的相变和热力学性质。如果将400oC的VP-1闪蒸至380oC的腔室中，闪蒸后的气体部分应该是23%，余下的77%的仍保持液态。380oC的气体将通过冷凝相变将其潜热传给通过热输出传输装置的工作流体或固-液相变材料。380oC的VP-1能够再闪蒸至温度更低的第二个腔室中，例如闪蒸至280oC，其中30%的VP-1变成气态。

回到一般的系统，在上述两个实施例中，循环/喷淋系统持续地给储热相变材料的辅助容器表面提供液态相变材料，即使没有输入传热流体向腔室中传热，也能将存储的固-液相变潜热传递给工作流体。

为了在一定尺寸的腔室内控制温度，此处给出的实施例，使用惰性气体和液态相变材料储池控制系统就能改变气态和液态的体积，从而控制腔室中的压力。对于任何给定的液-气相变材料，其气体的压力和温度在密闭腔室中具有一对一的关系。通过液-气相变材料的储池和循环泵系统可以保证适量的液相从而维持恒量的热交换。

利用重力原理来实现蒸发冷凝的循环过程可归类为两相热虹吸现象。这种现象可追溯到蒸汽时代；该原理已经广泛应用于一维虹吸管和热管上。本发明的热交换装置实际上是一个三维虹吸管装置，蒸发-冷凝潜热交换过程同时在多个表面上发生，这些表面包括辅助容器表面或三维腔室内不同介质管道的表面。据我们所知，三维虹吸管装置还从未在任何优先技术中披露过。而且在本发明中，还增加了液体循环/喷淋系统，用于没有传热流体由热输入装置输入时，能够帮助热量在储热相变材料和工作流体之间的热传递。

传热流体的温度为T1，热交换介质的温度为T2，储热介质的温度为T3，工作流体的温度为T4，下列关系成立：T1>T2>T3>T4,T12=T1–T2,T23=T2–T3，T24=T2–T4,T12和T24取决于传热流体和工作流体的流速，输入和输出传热装置的物理结构（主要是传热面积），和传热腔室的工作压力，该压力取决于热交换腔室中液-气相变材料的液体和气体的体积比。T23取决于辅助容器内的储热相变材料的状态。

实际上，在热交换装置内部，热阻非常之小。基本上，在相对较低和较高温度下，热输入输出传输装置和热存储材料的表面之间的热传导系数是非常高的，有可能达到大约100MW/m2的水平，这将在后文阐述和披露。因此，这种热传递过程也称作“热超导”过程。液-气相变材料的相变温度可以通过控制热交换/热存储腔室中气态的液-气相变材料的压力来调节。液-气相变材料的主要功能是通过“热超导”原理，即蒸发-冷凝过程，保持所有的固态热存储材料表面和工作流体传热装置表面的温度一致。当没有来自传热流体的热能输入时，循环喷淋系统将液态的相变材料滴淋在储热材料容器的表面，将气化潜热传递给工作流体。虽然液-气相变材料也存储一定能量，但与固态热存储材料相比能量较小，因为液-气相变材料在热存储腔室中的质量有限。

腔室中气体的温度取决于给定的液-气相变材料的液态和气态的体积比。例如，如果腔室内填充的水量等同于5/1600的总空隙体积，则热交换/储热腔室的水蒸气极限压力将达到5个大气压或0.5MPa。所对应的极限温度（5个大气压下液-气相变温度）将是150摄氏度。

一系列具有不同蒸发或热交换温度的此种类型的热交换/储热腔室，可以通过传热流体和工作流体的弱热耦合连接管连接起来。

下文中给出应用于太阳能发电的实施例子和相关的热动力学分析，使用400℃的VP-1作为传热流体，该传热流体在370℃“闪蒸”来提供气化热能，该热能使作为工作介质的水在18.7MPa压力下产生360℃的饱和蒸汽。首先，我们需要评估所涉及的独立系统的熵变化。熵变化是正数：370℃系统的熵变为，因此，不违反热力学的第二定律。

表4列出了两个串联的热交换/热存储腔室，给出产生1吨360℃ 饱和蒸汽时，每个腔室的热能或焓值之差。同时也列出了相应需要的VP-1流体（传热流体）流量和所能提供的热能，从60℃ 的水开始，使之产生所需的饱和蒸汽。60℃是蒸汽涡轮发电机出口的冷凝水温度。表4还列出了得以产生1吨的360℃饱和蒸汽时每个腔室中相变材料的材料组分和相应质量。如表中所示，相变材料的总用量为6.1吨。

整个充热过程如下所述：热能存储过程可以分成2个阶段：阶段1，9.4吨400℃的传热流体（VP-1）在370℃闪蒸，以气态形式释放其部分热能(200kWh)，以满足1吨高压（18.7MPa）360℃工作介质的水转变成18.7MPa的360℃饱和蒸汽的热能需求；或者，为第一个储热腔室中的相变热存储材料充热，相变材料为大约2吨总量的NaOH(73.2%)+NaCl(26.8%)混合物，该混合物的相变温度为370℃，相变潜热为102.8kWh/t，如表4所示，第一个阶段的热负荷为200kWh。

在阶段2，9.4吨的370℃（VP-1）闪蒸至304℃并释放相应部分的热能(420kWh)，以满足从60℃加热1吨水至360℃的热量需求;或者，为第二个储热腔室中的相变热存储材料充热，第二阶段的相变储热材料与第一阶段相同，有4.1吨。

当没有太阳能时，根据上述方法，相变材料中存储的热能能够释放并持续产生360℃饱和蒸汽。例如，喷淋VP-1至相变材料容器的表面，VP-1将会蒸发。蒸发的VP-1能够通过上述的蒸发冷凝过程，将热能从相变材料转移至工作流体。

总之，我们需要具备总量为6.1吨的相变材料和2种不同的储热腔室，以才能产生360℃压力为 18.7MPa的饱和蒸汽。作为一个50MW的聚焦光热发电系统，饱和蒸汽的负载大约是每小时150吨。如果需要6小时的储热，总储热要能够产生900吨的饱和水蒸汽。考虑到10%的热能的损失或其他因素，当储热系统充满热能时，我们需要提供足够的储热能量来产生1000吨的饱和蒸汽。因此，需要6100吨的NaOH(73.2%)+NaCl(26.8%)混合相变热存储材料。

下面是压力容器的材料价格与相变材料价格的比值关系：α=Pg/Pp=(4/R+4/L)?d?K (Eq.3)，这里α是比值，Pg是容器材料价格（通常为锅炉钢），Pp是相变材料价格，R是圆柱形容器的半径，L是圆柱形容器的长度，d是圆柱形容器壁的厚度，K是一个特殊的比值，代表容器材料价格与相变材料价格的单位比值，它的范围是15至20。这个公式假设，热存储腔室内的空隙体积大约为总体积的50%。在大多数情况下，腔室壁的厚度不应超过3厘米。因此，我们有了下面简化的等式：α=Pg/Pp=0.15319+2.16/R,(Eq.4)。图13说明了这样一种关系，也就是说，腔室的直径越大，储热腔室的成本越低。但是，该直径还得由工业安全标准所限定，因而压力腔室直径不能够过大。

基于相变材料性质的传热模拟仿真表明，对上文所述具有370kJ/kg潜热的NaOH(73.2%)+NaCl (26.8%)混合物，如果将这种相变材料混合物封装在一个5厘米直径的管中，在5个小时内，当VP-1气态温度比相变材料的融化温度369℃高10度时，管子中多于80%的相变材料就会融化。因此，将一组直径为5厘米的圆柱形容器作为包装相变材料的容器，并联组成一批模块化的辅助容器，就能形成足够大的传热速率提供足够的热能来满足发电需求，这是因为通常的充热和放热时间周期都大于5小时。

在不同的应用中，上述的热交换/储热方法还可以消除郎肯循环和其他过程对冷却水的需求，诸如空调和海水淡化过程。例如，包含蒸汽涡轮发电机的郎肯循环，其低温水蒸汽，比如说，从涡轮机的出口出来的60℃的水蒸气。对每1吨的水蒸汽，大约有650kWh的潜热需要由冷却水带走。我们可以使用表3中列出的低温相变材料存储这些潜热，并使用上述和下文所揭示的方法和系统，代替冷却水将余热带走。首先，传热流体如水蒸汽进入热交换/储热腔室，它与具有合适相变温度的固-液相变材料接触，在这个例子中为30-50℃，蒸汽将会在相变材料辅助容器的表面冷凝成水，当相变材料充满热时，该腔室的关断阀将会关闭，蒸汽就会注入到其他并联的相同腔室中。为了使用该腔室中存储的热量，水或蒸汽会被抽空，不同低沸点的液-气相变热交换介质被引入腔室，通过喷淋/滴水系统到达辅助储热容器的表面，蒸发成气态。气体将其潜传给热输出装置、热应用设备或腔室的表面使之在环境中耗散掉。如果模块化的热存储腔室仅仅存储涡轮机输出的余热热能，维持一小段时间的运行，然后用更多的时间，重新利用或疏散热能，调度一批这种类型的储热装置将消除对冷却水的需求。因为相变材料的有效比热比水大100倍，在本发明中，仅需要非常少量的储热容器。1小时运行产生1吨水蒸气，约需要9.3吨的Na2SO4*10H2O相变储热材料，如果储热腔室的容积率是0.5，只需12m3。

图1是本系统实施例的示意框图，与本发明的某一些方面相一致，该系统包括传热流体148，相变材料热存储介质126和工作流体147，热交换介质118。所述系统可以包括固-液相变热能存储装置和液-气相变热交换装置。参见图1，传热流体从热源或集热器112携带热能流入热输入交换装置110，通过主腔室114内位于腔室底部表面116进入主腔室114。更为详细的描述请见图9，固-液相变材料126，包含在具有一定形状的辅助容器中，辅助容器之间有空隙，作为主腔室114内的主要热能存储材料。热输入传输装置表面116与液-气相变材料118物理接触。相变材料118液态的量要远少于相变材料118的气态120的量，气态充满了腔室114内的空隙空间，包括一定比例的固态材料126之间的空洞。液态相变材料118能够迅速与传热流体116达到热平衡从而达到蒸发阶段。液-气相变材料120蒸发时填充整个腔室。在与与固态热储存材料126的冷表面接触时，气体迅速冷凝同时将潜热传给固态相变材料126。冷凝的相变材料液体水珠119滴落回储热腔室114的底部，再次开始蒸发-冷凝循环，直至所有的热存储材料126与储热腔室的工作温度达到热平衡。通道设计使相变材料气体120能够直接到达储热腔室的顶部。当液-气相变材料的气体120与热输出传输装置122的表面接触时，气体迅速冷凝，同时将相变潜热从相变材料气体120传递给工作流体。冷态工作流体124的温度快速升至储热腔室114的工作温度，归因于极其高效的传热速率。在多云天气或晚上，当太阳能集热器区域停止收集热能时，需要从热存储腔室114中释放已存储的热能，与液-气相变材料储池130及储热腔室114的底部相连接的循环泵132推动相变材料液体118进入热存储容器126顶部的液体喷淋/交换装置134。相变材料液体118喷洒在固态热存储材料126辅助容器的表面。相变材料118在固态材料126的辅助容器表面加热并蒸发。气体通过之前描述的同样过程，向冷态的工作流体释放潜热。冷凝的相变材料118液珠向腔室底部滴落，继续这种散布，热接触、蒸发和冷凝过程，直至将所有热存储腔室中可用的热能用完。

利用循环泵从一个小型储池130将液态相变材料118泵入或泵出，利用惰性压力气体（未在图中示出）控制相变材料气态120与液态118的体积比率，同时监测压力表141、数据获取/控制单元144和计算机145的度数就能很容易地在储热腔室中控制并获得理想的工作压力和工作温度。此外，工作温度也能很容易地连续不断地调整到所需水平。

图2是本系统另一典型实施例的框图示意图。该系统包括热输入装置，相变材料储热介质，热输出装置，和热交换系统，与本发明的某一些方面相一致。参见图2，本实施例的热交换/储热系统包括热交换/储热装置，该热交换/储热装置包括腔室214，从热源或集热器212携带传热流体的热输入装置210，使热能通过位于腔室214内靠近腔室214底部的表面216进入主腔室214；位于腔室内的热储热介质226；热输出装置，以及将传热媒介/流体送至热存储媒介226的热交换系统230/232/234。热输入传输装置的表面216与液-气相变材料218物理接触。相变材料218处于液态的量要远少于处于气态220的量，气体充满腔室114的空隙空间，包括一定比例的固态材料226之间的空隙。液态形式的相变材料218用于迅速与传热流体216达到热平衡从而达到蒸发阶段。液-气相变材料蒸汽220通过蒸发填充整个腔室。在与固态热存储材料226的冷表面接触时，气体迅速冷凝，同时将潜热传递给固态材料226；冷凝的相变材料液体水珠219滴落回储热腔室214的底部，再次开始蒸发-冷凝循环，直至所有的储热材料226与储热腔室的工作温度达到热平衡。设计了一些通道允许相变材料蒸汽220直接到达储热腔室的顶部。当液-气相变材料气体220与热输出传输装置222的表面接触时，气体迅速冷凝，同时将相变材料气体220的潜热传递给工作流体224。如此，因为极高的传热效率，工作流体224的温度能够快速的升高至储热腔室214的工作温度。热输出装置包括热输出装置表面222，该表面穿过并暴露在腔室214内。

热存储介质226位于腔室214内，具有确定的储热表面。在图2的一个典型实施例中，热存储介质226可以包括液体、固体、固液混合、或显热存储材料。如果采用固态显热材料，则无需辅助容器。

热输出装置属于热输出系统的一部分，也包括输出表面222，工作介质/流体247本身，热工作介质/流体的出口管251，储池242，和能使冷态工作流体循环回到腔室214的返回管路250。

如上文所述，热交换系统230/232/234将热交换介质/流体送至热存储材料426的表面。根据此实施例，热交换介质/流体可以从表1中所列出的材料中选择一种或多种介质/流体。热交换系统也可以具有一个或多个储池230、多个阀门及其他流体控制元件232。

结合给出更多细节的图12，图2的系统还可以包括计算机/数据处理和控制元件，例如数据获取或处理元件224和计算机终端，用户界面和其他用户互动元件，等等。

图2所示的系统还可以包括各种其他的阀门和连接关系，如前述披露的，包括阀门240，用于连接热交换流体系统和邻近/关联的传热系统，比如连接到另一个此种系统的热存储罐243。

图3是本系统另一典型实施例的框图示意图。该系统包括传热流体，相变储热介质，和热交换系统，与本发明的某一方面相一致。图3的系统与图1和图2系统的区别在于：该系统没有热输出装置或工作流体。所述的系统可以包括相变材料（固-液，等等）热能存储装置和相变材料（液-气，等等）热交换装置。参见图3，来自热源或集热器312的相变材料热能流体通过热交换装置310经表面316到达主腔室314，该表面在腔室314内并与主腔室底部接触。包含在一定形状的辅助容器内的固-液相变材料326作为主腔室314内的主要热能存储材料；辅助容器之间具有空隙，参见图9更为详细的说明。热输入传输装置表面316与液-气相变材料318物理接触。液态的相变材料318的体积要远小于气态320的相变材料318，该气态形式填充了主腔室314的空余空间，包括填充了占一定比例的固体材料326之间的空隙。液态相变材料318迅速与传热流体316达到热平衡而产生蒸汽。运行中，液-气相变材料气态320依靠蒸发充满了整个腔室314。在与固体热存储材料326的低温表面接触时，气体迅速冷凝，同时将潜热传给储热材料326。冷凝的相变材料液体水珠319滴落回储热腔室314的底部，重新开始蒸发-冷凝循环，直至所有热存储材料326与储热腔室的工作温度到达热平衡。腔室314设有通道允许相变材料气体320直接到达储热腔室的顶部。

使用循环泵从储池330输入或输出液态相的变材料318，再加上有压力的惰性气体（未图示），可以用来控制气态相变材料320和液态相变材料318的体积比值，根据测压表341和数据获取/控制单元344及计算机监控的数据即可很容易的控制储热腔室的理想工作压力和工作温度。此外，系统可以如此配置使得工作温度可以连续调节至所需的温度范围。

图4是本系统另一典型实施例的框图示意图。该系统包括热输入装置，相变材料储热媒介，热输出装置，和热交换系统，与本发明的某一方面相一致。参见图4，本实施例的传热/储热系统包括，具有腔室414的热交换/储热装置400，热输入装置410/446携带来自热源或集热器412的传热流体以气体形态通过阀门装置注入腔室，位于腔室之内热存储介质426，热输出装置，热交换系统456/455/434 将热交换介质/流体送到热存储介质426。运行中，热输入装置通过管口、节流阀或阀门等将气态420注入传热流体453等，进入腔室。气体形式的相变材料接触热存储介质426的表面，在其表面冷凝，经过气液相变过程，气态相变材料传递其潜热至热存储介质。热输出装置表面422穿过并暴露在腔室414内，气态的相变材料可以接触这些输出装置的表面，在其表面冷凝从而传递热量。冷凝成液态的传热流体452循环出腔室，回到热源或集热器412，诸如一个储热罐。

热存储介质426位于腔室414内，具有确定的热存储表面，图9中有更详细的说明。在图4的典型实例中，热存储介质426可以为表2和/或表3中列出的一种或多种相变材料。

热输出装置是热输出系统的一个部分，该装置也可以包括输出表面422，工作介质/流体447本身，热工作介质/流体的出口管451，储池442，使热工作流体循环回到腔室414的返回管450。

如上文所示，热交换系统456/455/434传递热交换介质/流体至热存储材料426的表面。根据此处的实施例，热交换介质/流体可以选择表1所列材料中的一种或多种介质/流体。热交换系统也可以包括一个或多个储池456、430、各种阀门455和其他流体控制元件432。

如图12中的具体描述，系统400还可以包括计算机/数据处理和控制元件，诸如数据获取或处理元件444和计算机终端，用户界面和其他用户河东的元件，等等。

图4的系统还可以包括多个其他阀门和互联设备，如上文和此处披露的，包括用于连接传热流体系统和相邻/相关传热系统的阀门440，比如连接另一系统中的热存储罐443。

图5是本系统具体实施例的另一个框图示意图。该系统包括热输入装置，相变材料储热介质，热输出装置，和热交换系统，与本发明的某一方面相一致。参见图5，传热/储热系统包括腔室514，热输入装置510/546，用于将热源或集热器512的传热流体通过阀门装置注入气态的传热流体进入腔室，位于腔室内的热存储介质526，热输出装置，和将传热交换介质/流体送至热存储介质526的热交换系统556/555/534。运行中，热输入装置通过喷嘴、节流阀或阀门等等，将处于气态520的传热流体553注入腔室。气态的相变材料接触热存储介质526的表面并在其表面冷凝，通过气液相变过程，将气态相变材料的潜热传给热存储介质。热输出装置包括穿过并暴露于腔室514内的热输出装置表面522，气态形式的相变材料可以接触这些输出装置的表面，在其表面冷凝并传递热量。传热流体冷凝成液态形式并通过循环泵552出腔室，回到热源或集热器512，诸如一个储热罐。

热存储介质526位于腔室514内，具有确定的热存储表面。如图5所示的典型实施例，热存储介质426可以包括液体，固体，液体固体混合，和/或显热储热材料。

热输出装置是热输出系统的一部分，可以包括输出表面522，工作介质/流体547本身，热工作介质/流体的出口管551，储池542，和冷态工作流体循环回到腔室514的返回管550。

根据上文所示，热交换系统556/555/534将热交换介质/流体送至热存储材料526表面。根据此实施例，热交换介质/流体可以从表1所列的材料中选择一种或多种介质/流体。热交换系统也可以包括一个或多个储池556、530、各种阀门555和其他流体控制元件532。

如图12中详细描述的，图5的系统还可以包括计算机/数据处理控制元件，如数据获取或处理模块544、计算机终端、用户界面机、其他用户互动元件，等等。

图5的系统还可以包括多个其他阀门和互联设备，如上文和此处披露的，包括用于连接传热流体系统和相邻/相关传热系统的阀门540，比如连接另一系统中的热存储罐543。

图6是本系统实施例的框图示意图。该系统包括热输入设备，相变材料储热介质和热交换系统，与本发明的某一方面相一致。图6系统与图4系统的区别在于，图6系统没有热输出设备或工作流体。

参见图6，示出了传热/储热系统的实施例包括腔室614，热输入装置610/646，用于传输来自热源或集热器612的传热流体并以气态形式通过阀门注入腔室，位于腔室内的热存储介质626和用于传递传热介质/流体至热存储介质626的热交换系统656/655/634。运行过程中，热输入装置通过喷嘴、节流阀或阀门等等，将气体形态620的传热流体653注入腔室。气体形式的相变材料接触热存储介质626的表面，在其表面冷凝，通过气液相变过程，将气态的潜热传递给热存储介质。热输出装置包括热输出装置表面622，穿过并暴露在腔室614内，气态形式的相变材料可以接触这些输出装置的表面，在其表面冷凝并传递热量。传热流体冷凝成液态形式652循环出腔室，回到热源或集热器612，诸如一个储热罐。

热存储介质626位于腔室414内，具有确定的热存储表面，图9中有更详细的描述。如图6的典型实施例所示，热存储介质626可以包括上述表2和/或表3中所列出的一种或多种相变材料。

如上文所述，热交换系统656/655/634将热交换介质/流体送至热存储材料626的表面。根据此实施例，热交换介质/流体可以从表1列出的材料中选择一种或多种介质/流体。热交换系统也可以包括一个或多个储池656、630、各种阀门655和其他流体控制元件632。

上述图12示出了更多的细节，图6的系统还可以包括数据计算/处理和控制元件，如数据获取或处理元件644、计算机终端、用户界面和其他用户互动元件，等等。

图6的系统还可以包括多个其他阀门和互联设备，如上文和此处披露的，包括用于连接传热流体系统和相邻/相关传热系统的阀门640，比如连接另一系统中的热存储罐643。

本实施例可以很容易级联成多个子系统形成系列系统，如图7中介绍的。图7是本系统实施例的框图流程图，该系统包括多个串联的传热/储热子系统，与本发明的某一方面相一致。这种热交换和储热的系统与热虹吸管的原理一致：传热速率与蒸汽分子在冷凝表面的碰撞率成正比，一部分与表面碰撞的蒸汽分子迅速冷凝成液相，释放潜热给传热装置的表面。蒸汽冷凝的分量取决于液态相变材料的性质、腔室内工作压力和温度。使用气体动力学公式很容易计算传热速率。

单位时间碰撞冷凝表面的单元表面积的分子的数量（用N摩尔计量）：N=Zm/Na=P/(平方根[2RMT])，Zm是碰撞速率，Na是阿佛伽德罗数，P是气态相变材料压力，T是相变材料的开尔文温度，R是大气常数，M是摩尔质量kg。例如，在100oC(373K)和1个大气压(105pa)下，碰撞表面的水蒸气分子数为N=5400 mole/sec m2=0.54 mole/sec cm2。如果每个与传热表面相碰撞的水蒸气分子都冷凝成液相，每秒每平方厘米释放潜热的传热率=22kj/sec cm2 =22kW/cm2 =220MW/m2。在180oC(453K)和10个大气压(1MPa)下，N=48452 mole/sec m2 =4.85 mole/sec cm2。传热率=180kW/cm2=1800MW/m2。由于仅有一小部分碰撞传热表面的分子冷凝成液相，因此上述计算的传热率为实际值的上限。

热管（与热虹吸管的工作原理一致）的最高（世界纪录）传热速率为230 MW/m2，与本发明的传热速率值一致。在第二个例子中，每8个水分子碰撞表面就有一个分子冷凝成液相的同时传输潜热至冷凝表面。可以注意到，这个传热速率值4倍于太阳表面的辐射热流量。

因此，本发明具备以下一个或多个特征：1)本发明大大改进了热交换装置的设计结构；2)简化了对热存储容器/固态热存储材料的充热和放热过程，使得固态储热材料的创新和有效利用成为可能，降低了热存储的成本；3)显著提高了热存储容器的热交换效率；4)通过封装相变材料，改进了利用固-液相变潜热的利用特性；和/或 5)闪蒸方法简化了热能输入过程，同时也使控制热存储腔室的工作温度的变得更为简单。

图8介绍了本发明另一实施例的固-液相变材料126的热能与温度关系图。该相变材料的相变温度为308oC。低于和高于相变温度，热能相对温度的曲线平缓，表示是显热区域。在相变温度，热能相对温度的曲线快速上升，表示是潜热区域。通常相变区域的热能密度和有效热容量高于显热区域一至二个数量级。在给定的温度范围内，热能存储密度大大增加。

这个特性对于聚焦太阳热能的应用非常重要。对于任何已知的聚焦太阳能集热场，太阳能集热场所能达到的最高温度有个上限。例如，使用合成油的系统，由于合成油具有最高温度极限，太阳能集热场能够达到的最高温度即为400oC。对于最高储热温度为400oC的热存储系统，所产生的温度和蒸汽压力越高，所达到的热电转换效率就越高，从而降低电力成本。例如，利用现有的固-液相变材料热存储方案，比如，氯化钠和氢氧化钠盐的晶体混合物，其相变温度为385oC，热存储密度为370kj/kg，可以在白天存储385oC的热能，并在晚上释放热能。存储的热能能够产生360oC18.5MPa压力的水蒸气。如果有人想要使用双灌熔盐显热储热系统来达到相同的效果，所使用的热存储材料的总量就得是固-液相变储热材料的15至20倍。所产生的水蒸气温度越接近最高温度极限（在这个例子中为400oC），相变储热对显热储热方案的优势就越大。

图9示出了本发明实施例中固-液相变材料的封装，可在上述提到的储热腔室中使用。为固-液相变储热材料特别设计了金属容器926，可用于容纳相变材料960。这种容器926由据有弹性的金属外壳制成，所以，当固态材料转变为液态材料时，能够适应相变过程中的体积变化，反之亦然。容器外壳上设有凹槽961，能够适应相变时的体积变化。这种布置结构用于代替热能存储腔室中的固态显热储热材料。

总之，许多固态材料都能够用在这种储热装置上。此外，多种类型的固-液相变材料也可以用在这种储热装置上，只要这种相变材料能够容纳在之前所述的固态容器外壳内，经过相变过程后，相变材料仍能保留在固态容器内部，还能保持热存储容器之间的空隙。相变潜热使热存储密度增长10至20倍，从而显著减少储热体积。换热/储热装置的主要成本取决于储热材料的成本，比如岩石、陶瓷、金属矿石、混凝土、各种氮盐和其他盐。容器可以采用在高温下具有较强抗拉强度的钢或其他金属及钢筋混凝土等材料制成。

图10是介绍本发明一个实施中不具备储热介质的框图示意图，与本发明的某些方面相一致。参见图10，热输入和传热流体系统101/1018/1016/1049/ 1052/1024，热输出和工作流体系统1047/1051/1042/1050/1024，应用方式与上述的实施例的系统相一致，但没有任何热存储介质的运行或参与。

图11阐明实施例中压力容器材料成本/价格与相变材料成本/价格与储热容器半径比率的关系曲线，与本发明的某一方面相一致。与此曲线相一致的本发明更为详细的细节和特征关系在其他地方说明。

图12介绍了本发明一个或多个实施例的传热/储热系统的方框示意图。参见图12，传热/储热系统包括传输/储热区域120，该区域包括传热/储热装置100和控制器170和，作为选项，外部系统130的一个或多个元件。控制器可以包括一个或多个处理元件，系统和/或环境180执行、帮助或协调热存储/热传输。如下详细阐述，这种计算元件可以采取一个或多个本地计算的结构形式，于此表现和执行全部应用特征和功能，或者这些元件可以利用一个或多个控制器170，用于协调分散式处理功能。而且，虽然图中示出与传热/储热区域120有一定的关系，控制器170不必在位置上与集热器100非常接近。该系统还可以包括一个或多个可选设备或系统130，用于体现相关处理元件、系统和/或环境180，或可仅仅包含环境处理元件，与此处其他分散式组成的实现功能、方法和/或创新的处理元件一同工作。

有关本发明的处理元件和软件，如传热和/或储热方法，本发明可以应用/符合众多一般用途或特殊用途的计算系统环境或配置。适用于本发明的多种典型的操作系统、环境、和/或配置包括，但不限于，个人电脑、服务器或服务器计算设备，如路由/连接部件、手持式或笔记本设备、多处理器系统、基于微处理器系统、机顶盒、智能电话、消费电子设备、网络个人电脑、其他现有的计算机平台、包括一个或多个上述系统或设备的分布式计算环境，等等。

本发明用一般计算机可执行的指令文字描述，诸如程序模块、由计算机执行、处理元件，等等。总之，程序模块可以包括程序、程式、目标、元件、数据结构，等等，完成特定的任务或实施特定的抽象数据类型。本发明还可以实行分布式计算环境，其中的任务是由连接通讯网络的远程处理装置执行的。分布式计算环境程序模块可以位于本地的或远程的具有存储器的计算机存储介质中。

计算元件/环境180还可以包括一个或多个形式的计算机可读媒介。计算机可读媒介可以是任何可用的媒介，驻存、连接或存取计算元件/环境180。通过示例，而非对本发明的限制，计算机可读介质可以包括计算存储媒介和通讯媒介。计算机存储媒介包括易失的或非易失的、可移动的或固定的媒介，使用任何方法或技术实现信息存储，如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他信息。计算机存储媒介包括，但不限于，RAM、ROM、EEPROM、闪存后其他存储技术、CD-ROM、数字式多功能光盘（DVD）或其他光存储器、磁带、磁盘存储器或其他磁盘存储设备、或其他任何可以用来存储所需信息并可由处理元件访问的媒介。通讯媒介可以包括计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他体现功能的数据。进一步的，通讯媒介可以包括有线媒介如有线网络或直连连接，和无线媒介如声音、无线电、红外线或其他无线媒介。上述任何部件的组合也包含在计算机可读媒介的范围内。

目前的描述、元件关系、模块、设备，等等，可以参照任何类型的逻辑或功能进程或块，可以采用不同的方法去实施。例如，不同块的功能能够与其他任何数量的模块彼此联合。每个模块可以由存储在有形记忆媒介（例如，任意的存取存储器、只读存储器、CD-ROM存储器、硬盘）上的软件程序施行，并由中央处理器单元实现本发明的功能。或者，模块可以包括编程指令，通过传输载波将指令传输到通用的计算机或处理/图像硬件。同样，模块可以通过硬件逻辑电路实现本发明的功能。最后，模块可以使用专用指令（SIMD指令）、现场可编程逻辑阵列或任何达到所需性能水平和成本的混合指令来实现。

如此处公开的，本发明的实例和特征需要通过计算机硬件、软件和/或固件实现。举例来说，此处公开的系统和方法可以由多种形式体现，例如，数据处理器、比如包括数据库的计算机、数字电路、固件、软件、或它们的组合。进一步的，部分公开的实施例阐述的元件，例如软件、系统和方法，与本发明一致，可以使用任何硬件、软件和/或固件的组合来实现。此外，本发明的上述特征或其他方面及原理可以在不同环境中实现。该环境和相关应用可以为了执行本发明多种进程和操作而专门构建，或者他们可以包括通用计算机或处理平台，通过代码选择性的激活或重新配置来提供必要功能。此处公开的进程并不相关任何特定计算机、网络、架构、环境、或其他装置，而且可以由合适的硬件、软件、和/或固件的组合来实现。比如，各种多用途的设备可以利用编程，与本发明的原理一致，或可以更便利的构建专门的装置或系统来实现所需的方法和技术。

此处所述方法和系统的一方面，例如逻辑，可以功能性的编入任何一种不同的电路，包括可编程逻辑设备（“PLDs”），例如现场可编程门阵列（“FPGAs”），可编程逻辑阵列(“PAL”)设备，电子可编程逻辑和存储设备，标准基于电池设备，和专用集成电路。一些其他可能的应用方面包括：存储设备、具有存储器的微处理器（比如EPROM）、嵌入式的微处理器、固件、软件、等等。此外，可以体现在基于电子仿真软件的微处理器、离散逻辑（序列和组合）、自定义设备、模糊（神经）逻辑、量子设备、和任何上述设备的组合。基本的设备技术可以用在不同类型的元件上，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管（“MOSFET”）技术、互补金属氧化物半导体技术（“CMOS”）、发射极耦合逻辑的双极技术（“ECL”），聚合物技术（例如，成对硅聚合物和成对金属聚合物结构）、混合模拟和数字技术、等等。

应该注意到，此处公开的不同逻辑和/或功能可以按照它们的行为、传送、逻辑元件、和/或其他特征，使用任何数量的硬件、固件、和/或数据、和/或包含在不同机读或机器可读媒介的指令的组合。此种格式数据和/或指令的计算机可读媒介可以包括，但不限于，不同形式的不易失性的存储媒介（例如，光学的、磁性的、或半导体的存储媒介）和载波，该载波通过无线、光学、或有线信号媒介或其组合，传输此种格式数据和/或指令。通过载波传输此种数据格式和/或指令的例子包括，但不限于，通过一个或多个数据传输协议（例如，HTTP、 FTP、 SMTP，等等），传输（上传、下载、电子邮件，等等）到因特网和/或其他计算机网络。

图13介绍了本发明的一个典型实施例，将相变材料注入到辅助圆柱形管道的储热器的几何结构，于本发明的某一个方面相一致。参见图13，示出了本实施例的系统中，填满了相变材料的辅助圆柱形管，其直径可以是5cm，大约5cm或其他直径。比如，根据基于相变材料特性的传热实例/创新，具有如上文所述的具有370kJ/kg潜热的NaOH(73.2%)+NaCl(26.8%)混合物：将这种相变材料封装入5cm直径的管道里，在5个小时内，当VP-1蒸气温度比它的熔点369℃高10度时，管道内多于80%的相变材料会融化。

虽然此处详细描述了本发明的具体实施例，显而易见，结合现有技术，对此处描述的本发明的多种实施例的各种变化和修改，只要不脱离本发明所揭示的精神和范围，均与本发明一致。因此，可以预见，本发明的范围仅仅由权利要求的内容和适用的法律来限制。

Table 1: 传热、工作流体和热交换介质

Table 2: 低温相变材料

Table 3: 高温相变材料

Table 4: 利用相变材料产生1吨360℃饱和蒸汽的说明

Claims

1.一种传热/储热系统包含：

一个换热/储热装置包括：

一个腔室；

一个热输出设备，其中通过工作媒介/流体，该热输出设备的外表面贯通整个腔室并暴露于所述腔室之中；

一个热输入设备，承载来自热源或太阳能收集器的传热流体，通过喷嘴/节流阀/阀门将蒸气形式的传热媒介输入所述腔室之中；

一种置于上述腔室之中的带有确定储热表面的储热媒介；

当处于气态的传热媒介与储热材料的表面相接触时，会在该表面冷凝，在从气相到液相的相变过程中将其气化潜热传递给储热媒介；

冷凝成液态的传热流体将重新循环回到热源或太阳能集热器；

一个换热系统将换热媒介/流体输送到储热材料的表面。

2.根据权利要求1所述的系统，储热媒介包括高温固-液相变材料。

3.根据权利要求2所述的系统，高温固-液相变材料是从表2中所列的材料组当中选择出来的。

4.根据权利要求1所述的系统，储热媒介包含低温固-液相变材料。

5.根据权利要求4所述的系统，低温固-液相变材料是一种水合盐，一种石蜡，或一种脂肪酸。

6.根据权利要求4所述的系统，低温固-液相变材料可从下述的材料组中选取：

LiNO3*3H2O

Na2SO4*10H2O

Na2CO3*10H2O

Na2HPO4*10H2O

Na2S2O3*5H2O

Na(CH3COO)*3H2O

Na2P2O4*10H2O

50%Na(CH3COO)*3H2O+50%HCONH2

Ba(OH)2i*8H2O

lauric acid

tetradecanoic acid

cetylic acid

stearic acid。

7.根据权利要求1所述的系统，传热流体从水，合成油，离子液体和熔融盐中选取。

8.根据权利要求1所述的系统，传热流体是一种高沸物质。

9.根据权利要求8所述的系统，高沸物质从下列物质中选取：N-Octadecane, N-Pentadecylcyclopentane, and 1-Eicosanol。

10.根据权利要求1所述的系统，传热流体是一种低沸物质。

11.根据权利要求10所述的系统，低沸物质从下列有机物中选取：

METHANOL

ACETYL CHLORIDE

CYCLOPENTANE

PROPIONALDEHYDE

N-PROPYL AMINE

2,3-DIMETHYL-1-BUTENE。

12.根据权利要求1所述的系统，传热流体是一种中沸物质。

13.根据权利要求12所述的系统，中沸物质从下列有机物中选取

O-ETHYLPHENOL

ETHYL BENZOATE

1,2,3,4-TETRAHYDRONAPHTHALENE

N-HEXYLCYCLOPENTANE

1-DODECENE

VP-1 HEAT TRANSFER OIL。

14.根据权利要求1所述的系统，还包含:

第二个热交换/储热装置，包括：

和所述腔室相通的第二个腔室，其中传热流体在重新循环回到热源或太阳能集热器之前先传输到第二个腔室中；

第二个热输出装置，其中通过工作媒介/流体，该热输出设备的外表面贯通并暴露于第二个腔室之中；

放置在二个腔室中的第二种储热媒介，具有明确的第二个储热表面；

当处于气态的传热媒介与第二个储热材料的表面相接触时，会在该表面冷凝，在从气相到液相的相变过程中将其气化潜热传递给储热媒介；

在第二个腔室中冷凝的传热流体也从第二个腔室中循环出去回到热源或太阳能集热器中；

第二个热交换系统将换热媒介/流体输送到第二个储热材料的表面上去。

15.根据权利要求14所述的系统，还包括第三个热交换/热存储装置。

16.根据权利要求14所述的系统，储热媒介包括第一种固-液相变材料，第二种储热媒介包括第二种固-液相变材料。

17.根据权利要求16所述的系统，第一种固-液相变材料的熔点比第二种固-液相变材料的熔点高。

18.根据权利要求16所述的系统，第一种固-液相变材料的熔点和第二种固-液相变材料的熔点相同。

19.根据权利要求17所述的系统，传热流体为VP-1，其中VP-1被热源或集热器加热到400摄氏度，而腔室中的温度则保持在380摄氏度。

20.根据权利要求19所述的系统，第二个腔室的温度保持在280摄氏度。

21.根据权利要求1所述的系统，工作媒介/流体是水。

22.根据权利要求1所述的系统，工作媒介/流体是氨。

23.根据权利要求1所述的系统，腔室包含一组层状的搁架。

24.根据权利要求23所述的系统，储热媒介包含多个辅助容器，其中包装有固-液相变材料。

25.根据权利要求24所述的系统，多个辅助容器放在腔室中的多层搁架上。

26.根据权利要求25所述的系统，多个辅助容器放在腔室中的多层搁架上时，在辅助容器之间留有空缺。

27.根据权利要求26所述的系统，换热系统还包含一个从腔室底部到顶部的通道，该通道能够使气化的传热媒介勿需经过多个辅助容器之间的缝隙就能够到达腔室的顶部。

28.根据权利要求27所述的系统，换热系统进一步包含一个与传热流体储池相连接的循环泵。

29.根据权利要求28所述的系统，换热系统还包含一个液体喷洒系统，安置在腔室的顶部。

30.根据权利要求29所述的系统，循环泵将传热媒介从储池中送到液体喷洒装置上，液体喷洒装置将传热流体喷洒到多个辅助容器的高温表面，蒸发传热流体。

31.根据权利要求30所述的系统，蒸发的传热媒介将其潜热经过在热输出装置的表面上冷凝的途径传递给工作媒体/流体。

32.根据权利要求31所述的系统，与腔室底部传热媒介相通的循环泵将冷凝后流到腔室底部的传热媒介重新泵回到腔室的顶部喷洒，完成整个循环。

33.根据权利要求1所述的系统，工作媒介/流体是水。

34.根据权利要求1所述的系统，换热媒介/流体与传热流体是同一种材料。

35.根据权利要求1所述的系统，换热媒介/流体与工作媒介/流体是同一种材料。

36.根据权利要求1所述的系统，向储热表面输送换热媒介/液体的热交换系统是一个喷淋系统，该系统能够连续地向储热媒介的表面提供储热媒介的液态部分，传热给工作媒介/流体。

37.根据权利要求1所述的系统，当传热流体停止进入热输入装置时，换热系统将储存的热量传递给工作媒介/流体。

38.根据权利要求1所述的系统，换热/储热设备还进一步包含一个与腔室耦合的带压惰性气体压力控制器。

39.根据权利要求1所述的系统，换热/储热设备还包含一个储池和一个与腔室耦合的循环泵。

40.根据权利要求31所述的系统，腔室中的温度是靠气压调节和导热媒介流速调节实现的，其中流速调节控制储池容量和循环泵，气压调节则用来保证腔室中的气压和腔室中的温度，从而实现换热的均匀性。

41.根据权利要求1所述的系统，储热辅助容器的表面采用弹性金属壳层，这样当储热材料从固相变为液相时，弹性金属壳能够适应材料体积的变化。

42.根据权利要求41的系统，储热材料的包装弹性金属壳层包含一些沟槽使之能够进一步适应体积的变化。

43. 一种传热系统包含：

一个热交换/储热设备包括：

一个腔室；

一个热输出设备，其中通过工作媒介/流体，该热输出设备贯通整个腔室，其外表面暴露于所述腔室之中；

一个热输入设备，承载来自热源或太阳能收集器的传热流体，通过喷嘴/节流阀/阀门将蒸气形式的传热媒介输入上述腔室之中；

当处于气态的传热媒介与储热材料的表面相接触时，会在该表面冷凝，在从气相到液相的相变过程中将其气化潜热传递给热输出设备的表面。

44.一种传热系统包含：

一个热交换/储热设备包括：

一个腔室；

一个热输出设备，其中通过工作媒介/流体，该热输出设备贯通整个腔室，其外表面暴露于上述腔室之中；

当处于气态的传热媒介与储热材料的表面相接触时，会在该表面冷凝，在从气相到液相的相变过程中将其气化潜热传递给热输出设备的表面；

一个换热系统将换热媒介/流体输送到储热材料的表面上去。

45.一种传热系统包含：

一个热交换/储热设备包括：

一个腔室；

一个换热系统将换热媒介/流体输送到储热材料的表面上去；

冷凝成液态的传热媒介将重新循环回到热源或太阳能集热器。

46.一种传热/储热系统包含：

一个热交换/储热设备包括：

一个腔室；

一种置于上述腔室之中的带有确定储热表面的储热媒介；

47.一种传热/储热方法包含：

提供一个换热/储热装置，包括：

一个腔室；

一个热输入设备，承载来自热源或太阳能收集器的传热流体，通过喷嘴/节流阀/阀门将蒸气形式的传热媒介以输入所述腔室之中；

一种置于上述腔室之中的带有确定储热表面的储热媒介；

当处于气态的传热媒介与储热材料的表面相接触时，会在该表面冷凝，在从气相到液相的相变过程中将其气化潜热传递给储热媒介。

48.一种传热/储热方法包含：

提供一个换热/储热装置包括：

一个腔室；

一种置于上述腔室之中的带有确定储热表面的储热媒介；

冷凝成液态的传热媒介将重新循环到热源或太阳能集热器去。

49.一种传热/储热方法包含：

提供一个换热/储热装置，包括：

一个腔室；

一种置于上述腔室之中的带有确定储热表面的储热媒介；

50.一种传热/储热方法包含：

提供一个换热/储热装置，包括：

一个腔室；

一种置于上述腔室之中的带有确定储热表面的储热媒介；

冷凝成液态的传热媒介将重新循环到热源或太阳能集热器去；

一个换热系统将换热媒介/流体输送到储热材料的表面上去。

51. 一种传热和储热的方法包含：

提供一种换热/储热装置，包括：

一个腔室；

一种置于上述腔室之中的带有确定储热表面的储热媒介；

冷凝成液态的传热媒介将重新循环回到热源或太阳能集热器；

一个换热系统将换热媒介/流体输送到储热材料的表面上去。

52. 根据权利要求51所述的方法，储热媒介包括高温固-液相变材料。

53. 根据权利要求52所述的方法，所包含的高温固-液相变材料是从表2中所列的材料组当中选择出来的。

54. 根据权利要求51所述的方法，还包含低温固-液相变材料。

55. 根据权利要求54所述的方法，低温固-液相变材料是一种水合盐，一种石蜡，或一种脂肪酸。

56. 根据权利要求54所述的方法，低温固-液相变材料可从下述的材料组中选取：

LiNO3*3H2O

Na2SO4*10H2O

Na2CO3*10H2O

Na2HPO4*10H2O

Na2S2O3*5H2O

Na(CH3COO)*3H2O

Na2P2O4*10H2O

50%Na(CH3COO)*3H2O+50%HCONH2

Ba(OH)2i*8H2O

lauric acid

tetradecanoic acid

cetylic acid

stearic acid

根据权利要求51所述的方法，传热流体从水，合成油，离子液体和熔融盐中选取。

57. 根据权利要求51所述的方法，传热流体是一种高沸物质。

58. 根据权利要求58所述的方法，高沸物质从下列物质中选取：N-Octadecane, N-Pentadecylcyclopentane, and 1-Eicosanol。

59. 根据权利要求51所述的方法，传热流体是一种低沸物质。

60. 根据权利要求60所述的方法，低沸物质从下列有机物中选取

METHANOL

ACETYL CHLORIDE

CYCLOPENTANE

PROPIONALDEHYDE

N-PROPYL AMINE

2,3-DIMETHYL-1-BUTENE。

61. 根据权利要求51所述的方法，传热流体是一种中沸物质。

62. 根据权利要求62所述的方法，中沸物质从下列有机物中选取

O-ETHYLPHENOL

ETHYL BENZOATE

1,2,3,4-TETRAHYDRONAPHTHALENE

N-HEXYLCYCLOPENTANE

1-DODECENE

VP-1 HEAT TRANSFER OIL。

63. 根据权利要求51所述的方法，还包含:

第二个热交换/储热装置，包括：

如前述腔室相通的第二个腔室，其中传热流体在重新循环回到热源或太阳能集热器之前先传输到第二个腔室中；

放置在的二个腔室中的第二种储热媒介，具有明确的第二个储热表面；

第二个热交换方法将换热媒介/流体输送到第二个储热材料的表面上去。

64.根据权利要求64所述的方法，还包括第三个热交换、热存储装置。

65.66.根据权利要求64所述的方法，储热媒介包括第一种固-液相变材料和第二种储热媒介包含第二种固-液相变材料。

66.根据权利要求66所述的方法，第一种固-液相变材料的熔点比第二种固-液相变材料的熔点高。

67.根据权利要求66所述的方法，第一种固-液相变材料的熔点和第二种固-液相变材料的熔点相同。

68.根据权利要求67所述的方法，传热流体为VP-1，其中VP-1被热源或太阳能集热器加热到400摄氏度，而腔室中的温度则保持在380摄氏度。

69.根据权利要求69所述的方法，第二个腔室的温度保持在280摄氏度。

70.根据权利要求51所述的方法，工作媒介/流体是水。

71.根据权利要求51所述的方法，工作媒介/流体是氨。

72.根据权利要求51所述的方法，腔室包含一组层状的搁架。

73.根据权利要求73所述的方法，储热媒介包含多个辅助容器，其中包装有固-液相变材料。

74.根据权利要求74所述的方法，多个辅助容器放在腔室中的多层搁架上。

75.根据权利要求75所述的方法，多个辅助容器放在腔室中的多层搁架上时，在辅助容器之间留有空缺。

76.根据权利要求76所述的方法，包含一个从腔室底部到顶部的通道，该通道能够使气化的传热媒介勿需经过多个辅助容器之间的缝隙就能够到达腔室的顶部。

77.根据权利要求77所述的方法，进一步包含一个与传热流体储池相连接的循环泵。

78.根据权利要求78所述的方法，还包含一个液体喷洒系统，安置在腔室的顶部。

79.根据权利要求79所述的方法，循环泵将传热媒介从储池中送到液体喷洒装置上将传热流体喷洒到多个辅助容器的高温表面上并被蒸发。

80. 根据权利要求80所述的方法，蒸发的传热媒介将其潜热经过在热输出装置的表面上冷凝的途径传递给工作媒体/流体。

81.根据权利要求81所述的方法，与腔室底部传热媒介相通的循环泵将冷凝后流到腔室底部的传热媒介重新泵回到腔室的顶部喷洒，完成整个循环。

82.根据权利要求51所述的方法，工作媒介/流体是水。

83.据权利要求51所述的方法，换热媒介/流体与传热流体是同一种材料。

84.根据权利要求51所述的方法，换热媒介/流体与工作媒介/流体是同一种材料。

85.根据权利要求51所述的方法，向储热表面输送换热媒介/液体的热交换系统是一个喷淋系统，该系统能够连续地向储热媒介的表面提供储热媒介的液态部分，传热给工作媒介/流体。

86.根据权利要求51所述的方法，当传热流体停止进入热输入装置时，换热系统将储存的热量传递给工作媒介/流体。

87.根据权利要求51所述的方法，换热/储热设备还进一步包含一个与腔室耦合的带压惰性气体压力控制器。

88.根据权利要求51所述的方法，换热/储热设备还包含一个储池和一个与腔室耦合的循环泵。

89.根据权利要求81所述的方法，腔室中的温度是靠气压调节和导热媒介流速调节实现的，其中流速调节控制储池容量和循环泵，气压调节则用来保证腔室51中的气压和腔室中的温度，从而实现换热的均匀性。

90.根据权利要求51所述的方法，储热辅助容器的表面采用弹性金属壳层，这样当储热材料从固相变为液相时，弹性金属壳能够适应材料体积发生的变化。

91.92.根据权利要求91所述的方法，储热材料的包装弹性金属壳层包含一些沟槽使之能够进一步适应体积的变化。

92.根据权利要求51所述的方法，进一步包含使用液态传热媒介与高温储热材料的表面相接触发生相变产生气态的传热媒介。

93. 根据权利要求51所述的方法，换热系统将换热媒介/流体通过一个喷淋装置送到热存储表面上。

94.根据权利要求51所述的方法，还进一步包含:

控制换热腔室的温度/压力使得气态媒介瞬时在储热材料表面冷凝成液态，从而将气态传热媒介的相变潜热传给储热材料;

通过控制腔室中的温度和压力可以控制经过液-气相变材料将储热材料的热量传给工作媒介的表面，也叫做第二种表面。

95. 在传热媒介，储热材料和工作媒介之间通过液-气相变材料的蒸发-冷凝过程在第一种，第二种和第三种表面之间实现储热和换热。

96.根据权利要求51所述的方法，传热流体包括可在腔室中使用的液-气相变材料使其液态材料一直都与工作系统的表面和/或储热材料的表面相接触。

97.根据权利要求47所述的方法，传热流体是VP-1，其中VP-1材料在热源或太阳能集热器中被加热到400摄氏度，腔室的温度则保持在380摄氏度左右。

98.根据权利要求48所述的方法，传热流体是VP-1，其中VP-1材料在热源或太阳能集热器中被加热到400摄氏度，腔室的温度则保持在380摄氏度左右。

99.根据权利要求49所述的方法，传热流体是VP-1，其中VP-1材料在热源或太阳能集热器中被加热到400摄氏度，腔室的温度则保持在380摄氏度左右。

100.根据权利要求49所述的方法，传热流体是VP-1，其中VP-1材料在热源或太阳能集热器中被加热到400摄氏度，腔室的温度则保持在380摄氏度左右。

101.一种传热/储热系统包含：

一个换热/储热装置，包括：

一个腔室；

一种置于上述腔室之中的带有确定储热表面的储热媒介；

一个换热媒介的循环/储池系统将换热媒介/流体输送到储热材料的表面上去。

102.根据权利要求101所述的系统，储热媒介包括高温固-液相变材料。

103.根据权利要求102所述的系统，所包含的高温固-液相变材料是从表2中所列的材料组当中选择出来的。

104.根据权利要求101所述的系统，还包含低温固-液-相变材料。

105.根据权利要求104所述的系统，低温固-液相变材料是一种水合盐，一种石蜡，或一种脂肪酸。

106.根据权利要求104所述的系统，低温固-液相变材料可从下述的材料组中选取：

LiNO3*3H2O

Na2SO4*10H2O

Na2CO3*10H2O

Na2HPO4*10H2O

Na2S2O3*5H2O

Na(CH3COO)*3H2O

Na2P2O4*10H2O

50%Na(CH3COO)*3H2O+50%HCONH2

Ba(OH)2i*8H2O

lauric acid

tetradecanoic acid

cetylic acid

stearic acid。

107.根据权利要求101所述的系统，传热流体从水，合成油，离子液体和熔融盐中选取。

108.根据权利要求101所述的系统，传热流体是一种高沸物质。

109.根据权利要求108所述的系统，高沸物质从下列物质中选取：N-Octadecane, N-Pentadecylcyclopentane, and 1-Eicosanol。

110.根据权利要求101所述的系统，传热流体是一种低沸物质。

111.根据权利要求110所述的系统，低沸物质从下列有机物中选取

METHANOL

ACETYL CHLORIDE

CYCLOPENTANE

PROPIONALDEHYDE

N-PROPYL AMINE

2,3-DIMETHYL-1-BUTENE。

112.根据权利要求101所述的系统，传热流体是一种中沸物质。

113.根据权利要求112所述的系统，中沸物质从下列有机物中选取

O-ETHYLPHENOL

ETHYL BENZOATE

1,2,3,4-TETRAHYDRONAPHTHALENE

N-HEXYLCYCLOPENTANE

1-DODECENE

VP-1 HEAT TRANSFER OIL。

114.根据权利要求101所述的系统，还包含:

第二个热交换/储热装置，包括：

与所述腔室相通的第二个腔室，其中传热流体在重新循环回到热源或太阳能集热器之前先传输到第二个腔室中；

115.根据权利要求114所述的系统，还包括第三个热交换/热存储装置。

116.根据权利要求114所述的系统，储热媒介包括第一种固-液相变材料和第二种储热媒介包含第二种固-液相变材料。

117.根据权利要求116所述的系统，第一种固-液相变材料的熔点比第二种固-液相变材料的熔点高。

118.根据权利要求116所述的系统，第一种固-液相变材料的熔点和第二种固-液相变材料的熔点相同。

119.根据权利要求117所述的系统，传热流体为VP-1，其中VP-1被热源或太阳能集热器加热到400摄氏度，而腔室中的温度则保持在380摄氏度。

120.根据权利要求19所述的系统，第二个腔室的温度保持在280摄氏度。

121.根据权利要求101所述的系统，工作媒介/流体是水。

122.根据权利要求101所述的系统，工作媒介/流体是氨。

123.根据权利要求101所述的系统，腔室包含一组层状的搁架。

124.根据权利要求123所述的系统，储热媒介包含多个辅助容器，其中包装有固-液相变材料。

125.根据权利要求124所述的系统，多个辅助容器放在腔室中的多层搁架上。

126.根据权利要求125所述的系统，多个辅助容器放在腔室中的多层搁架上时，在辅助容器之间留有空缺。

127.根据权利要求126所述的系统，换热系统还包含一个从腔室底部到顶部的通道，该通道能够使气化的传热媒介勿需经过多个辅助容器之间的缝隙就能够到达腔室的顶部。

128.根据权利要求127所述的系统，换热系统进一步包含一个与传热流体储池相连接的循环泵。

129.根据权利要求128所述的系统，换热系统还包含一个液体喷洒系统，安置在腔室的顶部。

130.根据权利要求129所述的系统，循环泵将传热媒介从储池中送到液体喷洒装置上，将传热流体喷洒到多个辅助容器的高温表面上，蒸发传热流体。

131.根据权利要求130所述的系统，蒸发的传热媒介将其潜热经过在热输出装置的表面上冷凝的途径传递给工作媒体/流体。

132.根据权利要求131所述的系统，与腔室底部传热媒介相通的循环泵将冷凝后流到腔室底部的传热媒介重新泵回到腔室的顶部喷洒，完成整个循环。

133.根据权利要求101所述的系统，热交换介质是水。

134.根据权利要求101所述的系统，换热媒介/流体与传热流体是同一种材料。

135.根据权利要求101所述的系统，换热媒介/流体与工作媒介/流体是同一种材料。

136.根据权利要求101所述的系统，向储热表面输送换热媒介/液体的热交换系统是一个喷淋系统，该系统能够连续地向储热媒介的表面提供储热媒介的液态部分，传热给工作媒介/流体。

137.根据权利要求101所述的系统，当传热流体停止进入热输入装置时，换热系统将储存的热量传递给工作媒介/流体。

138.根据权利要求101所述的系统，换热/储热设备还进一步包含一个与腔室耦合的带压惰性气体压力控制器。

139.根据权利要求101所述的系统，换热/储热设备还包含一个储池和一个与腔室耦合的循环泵。

140.根据权利要求131所述的系统，腔室中的温度是靠气压调节和导热媒介流速调节实现的，其中流速调节控制储池容量和循环泵，气压调节则用来保证腔室1中的气压和腔室中的温度，从而实现换热的均匀性。

141.根据权利要求101所述的系统，储热辅助容器的表面采用弹性金属壳层，当储热材料从固相变为液相时，弹性金属壳能够适应材料体积的变化。

142.根据权利要求141所述的系统，储热材料的包装弹性金属壳层包含一些沟槽使之能够进一步适应体积的变化。

143.根据权利要求1至142任一项所述的系统，储热媒介包括一种或数种装在辅助容器中的显热固体材料，显热液体材料，以及固-液相变材料。

144.一种传热/储热系统包含：

一个热交换/储热设备包括：

一个具有内表面和外表面的腔室；

一种置于上述腔室之中的带有确定储热表面的储热媒介；

一个换热系统将换热媒介/流体输送到储热材料的表面上去，释放出存储在储热媒介中的的热量到腔室的表面。