CN104870925B - 用于通过相变材料传输热能的设备和方法 - Google Patents

Abstract

用于从来自生产或服务过程的热的废气（2）提取热能并将所述热能传输至外部用户装置（3）的设备，所述设备与所述废气（2）接触，并且至少部分地被置于进行所述生产或服务过程的工厂的容纳室（22）或一个或多个管道内。所述设备包含至少两个区段（4），每个区段由至少一个热交换模块（5）界定，所述热交换模块具有容器/交换器（6），其至少部分地与所述废气（2）接触，从而与它们交换热能。具有高的热扩散率的第一相变材料（7）位于所述容器/交换器（6）内。提取交换器（8）与所述第一相变材料（7）接触并具有传送和返回管（9），载热流体（10）在所述管中循环，以提取并传输由第一相变材料（7）储蓄的热能。再者，移动装置（14,15）移动载热流体（10），并传送和管理后者的流速，以对每个区段（4）选择性地得到从所述废气（2）提取的并与所述第一相变材料（7）交换的热流的值的变化。

Description

用于通过相变材料传输热能的设备和方法

技术领域

本发明涉及能够从废气（off-gas）提取热流以将它们转移至定义的外部用户装置（UE）的设备，该废气具有相当大的能量含量并且来自生产和服务过程。

该转移是通过相变材料的帮助而实现的，该材料与温度等于或高于100°C的热废气接触，并在固体/液体相变中运作，其中热交换器与相变材料接触或浸渍在其中，载热流体在该热交换器中流动，其将热流提取以供给外部用户设备。

所述外部用户设备可以例如由具有延迟时间的电能和/或热能生成器构成。再者，本发明具有调节作用，其减少设备下游的温度和热能（thermal power）的变化，从而在技术上和经济上便于使用已知的技术进行后续的能量回收。

根据外部用户设备的需要，可以在数值和相对于提取的时间延迟上管理从热废气至外部用户设备的热流的转移。所讨论的热能转移设备将在下文中被综合地称为“TET”。

背景技术

多年来，能量载体成本的连续增加，以及各个国家的用于激励来自替代来源和能量回收的热能和电能生产的法规的连续增加，已经促进了具有高能量含量的来自多种生产和服务过程的废气的能量回收技术的发展。能量回收被用来供给外部用户设备或者被用来增加已经生成热气体的过程的效率，降低能量因子（其被理解为每单元的产品或服务使用的能量）。

已知的设备是这样的，它们进行来自燃烧过程或化学反应过程的高温气体的热能回收，从而预热装载材料、或进入燃烧室的燃烧物，或者在低温和中温下开始化学过程。

直接的热交换设备也是已知的，其中空气、水、导热油或蒸汽流作为载热流体，供给热能/电能用户设备，以用于低温/高温预热，从而生成电能和/或热能。

已知的技术用于限制供给通用用户设备的温度和热能的变化，其由具有储蓄器（水、蒸汽、油）功能的罐组成。

一种具体的已知技术由熔盐构成，其被用于例如热动力太阳能发电系统的领域，同时作为载热流体和热储蓄器。

作为象征的但非限制性的例子，参考电炉钢工程，其中随气体消散的总能量是总能量输入的大约38%。

在可用的能量商数上废气的回收干预（recovery intervenes）约等于21%，否则其会沿着油烟净化线分散（包含排出进大气）。

用于工艺气体的热回收的一种已知的设备采用直接的交换器，在其中载热流体被强制流动并且其供给外部用户装置；直接的交换器生成各种热流，这些热流始终遵循油烟的温度和流动速率的发展。

直接的交换设备的缺点是，交换器和用户设备必须位于热流的最大值，这降低了其平均使用，并且可能的电力发生器以小于最佳平均性能运行。

一种已知的用于限制供给用户装置的热流的变化的技术是热储蓄器，但它的缺点是非常昂贵，特别是在被建造来抵抗高压的场合。

一种技术已知被用来降低向外部用户装置的蒸汽供应的变化，它提供来使得产生的蒸汽在蒸汽储蓄器中以可变的流动速率传输。

另一种已知的用于避免被提取的热功率的变化的技术是，通过产生额外的热能的装置来结合回收系统；在这种情况中，设备系统具有更大的尺寸，其重要地且综合地依赖传统的燃料或载体，后者对回收的经济性有负面影响。

一种已经在操作上被应用的方案是，预热被包含在电炉的加载篮筐中的废料。在这种情况中，除了篮筐的物流使设备复杂化之外，还有低熔点物质的装载物的存在造成的技术问题，可能对熔炉的运作和生产能力造成负面影响。其他问题是环境性的，在预热的油烟中可能存在二恶英，还可能由于预热的装载物的合成而产生有毒产物，这会要求油烟的后燃烧系统。

通过被放出至废料的所述热量来回收油烟的显热，可以在用漏气稀释之后进行，不需要采用低温（300°-350° C）下的辅助综合燃烧器，避免了在高温预热的复杂性，但是这离被认为对实现最大节能而言最佳的条件（600°-650° C）还很远。

在改进的情况中，即在升级现存系统时，采用预热系统的明显的物流和设备设计的困难性限制了该技术的推广。

该回收系统使人感兴趣的是具有高生产能力的设备，其中油烟的流动速率和温度使得它们能够被充分利用，并且熔炼周期（出钢至出钢，Tap-to-Tap）的持续时间指示性地大于70分钟。

被称为“双炉壳（Twin Shell）”工艺的一种技术，提供了带有两个炉壳的熔化炉，这两个炉壳具有共同的电极承载系统。在这类工艺中，当材料在第一炉壳中被熔化时，篮筐被加载进第二炉壳，而当第一炉壳传到出钢时，在第二炉壳中开始熔炼。总体上来自正在熔炼装载材料的熔炉的气体被使得在正在进行加载的熔炉中运输。但是，由于环境原因，在这种情况下也通常需要使用燃烧器来进行预热。

同样已知的是被称为“Contiarc”的熔炉，它是输入直流电（DV）的电弧炉，其中将被熔炼的金属装载料以与下部的熔炼速度相同的速度被连续地供给进炉壳的上部。在下降期间，废料被上升的气体撞击，从而将其预热。

被称为“柯麦尔特（Comelt）”的另一种电炉也输入直流电（DC），它提供垂直的预热炉壳，其使用在相邻的（可倾斜的）熔炼主体中生成的气体。

例如，壳式炉或“竖式炉”使用辅助炉壳（或两个交替使用的炉壳），水被置于熔化炉之上并被冷却，其中产生将预热废料的气体。在该配置中，氧-燃料燃烧器被提供来结合由烟气放出的显热。

用于装载反应器的技术旨在包含停机时间并缩短熔炼循环的持续时间，其发展已经引起连续的供给系统（所谓的“CONSTEEL®”）的制造，其中通过来自电弧炉的热废气在传送带上预热废料。该系统使得能够减少电能的需求约10%，并给出更高的生产能力。

至于仅用于供热的能量回收，考虑到工业领域中具有低热量含量的热能的经济重要性较低，它与远程供热网络相联系时是可实行的。换句话说，需要对附近的工业或民用设施放弃热能。

已知的另一种回收工艺虽然还没有在工业上被实现，它基于具有高熔化温度的相变材料（PCM），例如在约1083°C熔化的铜。该技术将被包含在从熔炉放出的气体中的能量储蓄在相变材料中，该材料将会用作甲烷的蒸汽重整的吸热反应的热源，从而生成氢气。

同样已知的是，在钢铁工程中使用的电弧炉的特征通常是存在强大的水冷却系统，它要求复杂而大量的消散性冷却系统，后者不提供任何类型的热量回收。这些冷却系统位于炉壳的壁和熔化炉的顶板上，并位于将烟气从熔炉的第四孔传送至净化系统的管道的第一段上，它们的目的是保护炉壳的完整性并降低被保护的耐火物和被冷却的金属部件的磨损。

在已知的能量回收技术中，热水和蒸汽被用作载热流体，由于废气的热能的流动的可变性，它们具有较低的热特性、相对低的温度和压力；它们给出的性能是受限制的。

电弧炉（但不仅是）中的已知的能量回收技术的另一个缺点是，对具有双倍低效率的负载峰值确定设备的尺寸的问题，这是由于用于制造设备的平均初期投资仅部分被使用，并且能量回收产率受到额定功率的平均下降的限制。

本发明的主要目的是，获得新的设备和新的方法，以从来自工业和服务过程的热废气中提取热能，并将所述热能转移以供给外部用户装置。

本发明的另一个目的是，获得一种设备和方法以转移热能，它使得能够将材料至少部分维持在恒定的相变条件中，并因此维持在几乎恒定的温度下，该条件在热交换器中是特别有用的。

本发明的另一个目的是，获得能够从这样的过程中提取热能的设备和方法，该过程具有就温度和/或流动速率和/或热功率而言随时间而变的高可变性，或者其具有间歇性的运作，从而通过恒定的热流供给外部用户装置，或者在任何情况下根据所述用户装置的要求进行管理。

本发明的另一个目的是，获得这样的设备，它能够得到在高温下基本上是潜热的形式的一致的能量储备，并且可以用于调节如下过程，该过程在与热量被提取的位置不同的设备区段（section）中生成热的废气，并且具有受管理的时间延迟。

本发明的另一个目的是，获得能够完全或部分更换回路的设备和方法，该回路例如被用于钢铁行业中，用来冷却和保护结构，它通常要求高功率并且非常耗能。

本发明的另一个目的是，获得能够完全或部分更换热交换系统的设备和方法，该系统非常耗能，它被需要来冷却在加热过程中（例如在火化炉中的）的废气。

本发明的另一个目的是，获得能够将环境空气加热至高温的装置，该空气从而被引入至烟囱以消除可能的羽状蒸汽。

本发明的另一个目的是，获得使用熔盐作为载热流体的装置，其具有能够达到550°C的提取温度并且具有相对高的热能和温度。

本发明的另一个目的是，获得这样的装置和方法，它们选择性地能够进行完整的兰金（Rankine）热力循环，或者替代地能够仅进行过度加热步骤，这从热力学角度（鉴于高工艺温度）和从技术角度来看是特别微妙的，从而防止例如腐蚀和磨损。

申请人已经发明、制定并设计了本发明并定义了用于它的方法，从而克服现有技术的缺点并获得这些和其他目标和优点。

发明内容

在独立权利要求中阐述并表征了本发明，而从属权利要求描述了本发明的其他特征或对主要发明构思的变形。

根据以上目的，提供了用于从来自生产或服务过程热的废气提取热能并将所述热能传输至外部用户装置的设备，所述设备至少部分地被置于进行所述生产或服务过程的工厂的容纳室或一个或多个管道内并且与所述废气接触。

根据本发明的一个特征，所述设备包含至少两个区段，每个区段由至少一个热交换模块界定，所述热交换模块具有：

容器/交换器，其具有中空形状，由具有高的热传导率的金属材料（特别地具有等于或大于10 W/mK的热传导率）制成，至少部分地与所述废气接触，从而与它们交换热能；

第一相变材料，其具有高的热扩散率（即等于或大于10^-7 m²/s，例如大于10^-6 m²/s），位于所述容器/交换器内；

提取交换器，其与所述第一相变材料接触并具有传送和返回管；

载热流体，其与所述提取交换器相连并且在所述管中循环，以提取并传输由第一相变材料储蓄的热能；

移动装置，其与所述管相连，从而移动流动通过它们的载热流体，并传送和管理所述载热流体的流速，以对每个区段选择性地确定从所述废气间接（即以介导的方式）提取的热流的值的变化，并实现每个区段的相变材料的至少部分相变。

这有利地允许通过调节每个区段的载热流体的流速，以从废气提取热流，从而被并行地加入和传送以供给外部用户装置，其整体特点是恒定的值、或者在任何情况下都受管理。

在本发明的变形中，移动载热流体的装置被设置来在所述区段之间交替地并互补地得到每个区段的第一相变材料的至少部分相变。

根据本发明的一个特征，下游的用户装置可以由每个区段的传送或返回管的串行或并行的连接网络的连接供给。

在本发明的一些形式的实施例中，所述设备还包含至少一个含有第二相变材料的容器，所述容器被至少部分地浸渍在所述第一相变材料中并且具有分隔表面，所述分隔表面将被包含在所述容器中的第二相变材料从相邻的第一相变材料分开，并且允许所述第一相变材料和所述第二相变材料之间的热交换。

所述第二相变材料，其有利地具有高的热容量和低于第一相变材料的熔化温度的熔化温度，它允许储蓄热能并用作第一相变材料的热容量储蓄中的额外储存器。在该情况中，可以交替地使所述区段在第一相变材料的固相中进行冷却，以确定第二相变材料的固化。在这之后，进行第一相变材料的后续加热，以得到至少第二相变材料的熔化。

本发明还涉及一种方法，该方法用于通过上述的并且包含至少两个区段的设备从来自生产或服务过程的热的废气提取热能并将所述热能传输至外部用户装置。

根据本发明的一个特征，在上述方法中，通过管理在每个区段和相应的提取交换器中的传送和返回管中循环的载热流体的流动，热力地（thermally）驱动（force）每个区段，从而选择性地使从第一相变材料提取的热流高于或低于由所述废气产生的热流。通过这种方式，可以分别确定每个区段的第一相变材料中至少部分熔化或固化（反之亦然）的热-物理状态。

通过这种方式，通过转换每个区段传送或吸收的热能，我们可以管理从废气传输至设备下游的用户装置的热能的恒定性。

根据本发明，提及的方法提供来以交替的和互补的方式驱动所述区段，使得在每个区段中以交替的方式确定热-物理状态并且在不同的区段之间是互补的。

根据本发明的另一个特征，所述方法提供来随着时间交替每个区段的第一相变材料的固化阶段和熔化阶段，以得到所述第一相变材料的相变的连续状态，从而向下游的用户装置传输基本上恒定的或在任何情况下受管理的整体能量。

附图说明

从实施例的一些优选形式的功能性和过程图的以下描述中，本发明的这些和其他特征将变得清晰，这些实施例是参照附图作为非限制性例子给出的，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的用于提取并转移热能的装置及其功能。

图2示意性地示出了每个热交换模块的组成和功能。

图3示意性地示出了通用区段的组成和功能。

图4示出了与外部用户装置连接的设备的供给回路的图。

图5示意性地示出了本发明，它由相对于废气并行放置的2个区段组成。

图6示意性地示出了本发明，它由相对于废气串行放置的2个区段组成。

图7示意性地示出了如图5中配置的装置的运行方法。

图8示意性地示出了由3个区段组成的装置的运行方法，其中前两个位于相对的加载/卸载而第三个用于微调。

图9示意性地示出了由3个区段组成的装置的运行方法，其中存在间歇性的废气。

图10示意性地示出了火化厂，它具有插入有所述设备的点。

图11示出了与图10的火化厂相连的新型设备的功能图。

图12示意性地示出了图11中的设备的计划配置，其带有尺寸。

图13示出了图11和12中的每个热交换模块的几何结构特征。

图14示出了在图13的热交换模块中存在废气时铝的温度值的下降。

图15示意性地示出了通过电弧炉生产钢铁的过程的能量平衡。

图16图解地示出了在循环过程中进入沉降室的热废气的温度特征。

图17示意性地示出了所述设备插入电弧炉的沉降室中。

图18示意性地在平面图中示出了沉降室内各个模块的配置。

图19示意性地示出了使用CO₂作为载热流体的设备的模块的结构特征。

图20示意性地示出了所述设备的模块的结构特征，其中载热流体由熔盐定义。

图21示出了载热流体的分配网络的图。

图22示出了所述设备与用于储蓄熔盐的罐联合使用。

具体实施方式

参照附图，根据本发明制造的用于使用相变材料来转移热能的装置1可以与容纳室或一个或多个通道/管道相连，来自生产或服务过程的热的废气（OG）在其中传输。废气（OG）的温度等于或大于100°C，它通过流动速率（Q_og,τ）、温度（t_og,τ）和热流或热能（Φ_og,τ）的瞬时值的图谱来表征。特别地，在周期性或间歇性过程（τ_p）的情况下，废气（OG）由平均流率值（Q_og,med）、温度（t_og,med）和能量（Φ_og,med）表征。

所述设备包含两个或更多的区段（SEC_n）。每个区段由一个或多个热交换模块（MOD_m）组成。

每个热交换模块（MOD_j）包含金属容器/交换器（CS），其在工作温度下具有大的机械阻力并且抗磨损，并与废气（OG）直接接触。

所述容器/交换器（CS）具有由侧壁界定的中空形状，该侧壁限定了插入第一填充体的体积，它由具有高的热扩散率（即大于或等于10^-7 m²/s，例如大于或等于10^-6 m²/s）的第一相变材料组成，该材料在下文中用术语“传输材料”表示。传输材料（PCM_d）由相变温度（t_d,_fus）表征，该温度在可能形式的实施例中等于或约为、高于或低于废气的平均温度（t_og,med）。

容器/交换器（CS）的功能是通过高热传导率的壁与具有热的废气（OG）交换热流（Φ），并将其传递至传输材料（PCM_d），后者将其“快速地”在其质量内传播。

热交换器与传输材料（PCM_d）接触或浸渍在其中，该热交换器被称为提取交换器（SE）并具有相应的传送和返回管。在最完整的配置中，属于通用区段（SEC_i）的热交换模块（MOD_m）的传送和返回管通过被称为“区段分配回路”（D_sec）的共同的传送和返回回路被相互连接。

在一些简化形式的实施例中，所述回路可以仅为传送回路，而不提供返回（开放回路）。

分配回路（D_sec）的类型对应于热交换的技术逻辑，参照热交换模块（MOD_m）的传送和返回管，它无差别地可以是处于并联、串联或群组的形式。

区段分配回路（D_sec）进而通过被称为“设备的供给回路”（D_app）的并联的连接回路被连接至外部用户装置（UE）。外部用户装置（UE）可以根据所述设备的技术能力来确定尺寸，或者是预先存在的并具有可能的性能。

在区段分配回路（D_sec）和提取交换器（SE）内以流动速率（Q_ft）流动有载热流体（FT），其从传输材料（PCM_d）提取热流（Φ_est）。

载热流体（FT）的流动速率（Q_ft）的值由区段分配回路（D_sec）的上游和下游之间的驱动压力（∆H_mo）确定。

驱动压力（∆H_mo）的值以及载热流体（FT）的流动速率（Q_ft）的值由各种流速泵（PO_vr）（在液体的情况下）或由各种流速换气机（VE_vr）生成。

也可以通过具有固定转速的泵或换气机（PO_fs或VE_fs）得到流动速率中的变化，其装备有偏滤器或混合值、或电子调节器（例如换流器）。

流动速率（Q_ft）中的变化确定了提取交换器（SE）内的载热流体的速度（v_ft）中对应的变化。

与传输材料（PCM_d）接触或浸渍在其中的通用外部交换器的壁的透过率（U_se）的值是载热流体的开头系数（liminary coefficient）（α_ft）的普遍的函数（prevalentfunction），后者进而是其速度（v_ft）的递增函数。

通过改变载热流体的流动速率（Q_ft）并因此改变其速度（v_ft），透过率（U_se）和从传输材料（PCM_d）提取的热能流动（Φ_est）也改变；因此显示的参数随着流动速度而增加，反之亦然。

在变形的方案中，驱动压力（∆H_mo）的瞬时值或平均值可以是零，因此载热流体的速度（v_ft）也可以是零。在这些方案中，具有零驱动压力（∆H_mo）的对应区段（SEC_i）被动地运作。

关于通用区段（SEC_i），对于传输材料（PCM_d）的每个热-物理状态并且对于废气（OG）的每个热动力学状态，在每个瞬间（τ），在废气的温度高于传输材料（PCM_d）的温度的阶段中，存在这样的∆H_mo,eq，它确定被称作“平衡的”的流动速率（Q_ft,eq）和载热流体的速度（v_ft,eq），它除了热惯性之外不改变传输材料（PCM_d）的状态。

在每个瞬间（τ），平衡的流动速率（Q_ft,eq）使从废气（OG）传输至传输材料（PCM_d）的热流（Φ_imm）和从载热流体（FT）提取的热流（Φ_est）的相等，亦即（根据传输材料）零热量平衡（∆ Φ_τ = Φ_imm – Φ_est = 0）。

在所述设备的运行中，与载热流体（FT）接触的传输材料（PCM_d）的物理状态可以是具有不同的热-物理特征（传导率等）的固体和液体；瞬时的平衡速度（v_ft,eq）根据与载热流体（FT）接触的传输材料（PCM_d）是在其固体相还是液体相而改变；瞬时的平衡速度（v_ft,eq）在固体相中更大，这是由于其更大的热传导率。

可以在周期性过程循环（τ_p）中应用对通用的瞬间（τ）的这些考虑，以指示时间周期中的平均值。

对于所述设备的每个区段（SEC_i），参考一个过程的周期性循环的完整时间（τ_p），存在这样的平均流动速率（Q_ft,med）和载热流体的速度（v_ft,med,p），其中从传输材料提取的能量的总体值（Φ_est,eq）例如等于从废气（OG）移除的能量的总体值（Φ_imm,med），使其回到循环的初始状态。对于完整的过程时间（τ_p），如果传输材料在最初被熔化，则设置高于平均平衡速度的载热流体的速度（v_ft）（v_ft,med>v_ft,eq,p），会使传输材料（PCM_d）整体冷却，这逐渐地导向其固化；通常，从传输材料的热能提取被称作“卸载阶段（unloading phase）”；相反地，如果其最初处于固体状态，则如果对时间（τ_p）设置低于平均平衡速度的速度（v_ft,med>v_ft,eq,p）（甚至为零），则总的来说会使传输材料（PCM_d）加热，这会导致其逐渐的熔化；通常，传输材料（PCM_d）的热能的提高被称为“加载阶段（loading phase）”。

特别地，但不仅仅地，通过作用于提取流动速率的值和用所述流动速率的时间，可以确定整个传输材料的完全固化的状态“完全卸载阶段”（参照相变焓热），然后，在稍后的时间段，如果其最初是固体，降低流动速率值，从而确定完全熔化“完全加载阶段”（再次参照相变焓热）。两个完整的、相反的阶段的结合被称作“完全转换循环”，它是指具有完全熔化和完全固化的循环。

所述管理方法的变形包含管理所述设备的每个区段（SEC_i）的载热流体（FT）的流动速率以及它们的应用时间（τ），从而限制固化和熔化，使传输材料的一部分处于“部分转 变循环”。

通过随时间交替加载阶段和卸载阶段，可以确定传输材料的相变的连续状态，它的特征在于恒定的温度。

所述方法的另一个变形是，在卸载阶段期间，使传输材料的温度低于固化温度，并在加载阶段期间，使其温度高于熔化温度；在该功能性配置中，每单位质量的传输材料交换的热能比描述的其他方法更大。该功能性模式被称为“超转变循环”。完整的和部分的转变循环在恒定的温度下发生。在超转变循环中，传输材料的温度也会采用与相变温度不同的温度。

在所述的所有功能性配置中，每个区段构成处于高温的相当大的热能储蓄，这对于通用的外部用户装置的利用来说是特别有用的。

参考所述设备的单个区段，提取的能量（如果被直接传送来供给外部用户装置）的值的交变会造成一些经济问题（例如用户的部分使用）以及技术问题（由于受限的平均产率）。

现在我们将描述处于两个或更多区段的设备的配置以及用于根据本发明管理流动速率的方法，从而克服上述问题。

采取的方法利用所述设备的重要特点，即它能够通过作用于载热流体（FT）的流动速率（Q_ft）、通过独立的模式管理组成它的每个区段（SEC_i）的运作。

简单来说，我们将考虑具有两个区段（SEC₁和SEC₂）的设备，它们具有相同的配置和特点，并行地浸渍在废气（OG）中。

交替地并连续地设置两个不同的功能阶段（阶段a和阶段b），并使它们同时相对于加载阶段和卸载阶段“相反地”运作。

在阶段a中，通过将载热流体的速度减低至低于平均平衡速度（v_ft,med<v_ft,eq,p）（也可能低于零值（v_ft,med =0）），使SEC₁逐渐加热（加载），直至整个传输材料部分或全部熔化，后续可能进行超加热；同时，通过将载热流体的速度增加至高于平均平衡速度（v_ft,med>v_ft,eq,p），使SEC₂逐渐冷却，直至整个传输材料部分或全部固化，处于固相的整个传输材料后续可能冷却。

在阶段b中，在阶段a完成的时候，反转两个区段中的流动速率和速度的值，使它们相对于之前的阶段反转热平衡的特征，直至得到相反的表现，使得之前处于加载阶段的区段1转到卸载阶段，而之前处于卸载阶段的区段2转到加载阶段。

每个区段的加载阶段和卸载阶段的时间取决于载热流体的流动速率和相变材料的整体热容量（相变材料的类型和重量）。

本发明的基本特征是，由两个区段提取的两个能量被并行地输送至外部用户装置，并因此被相互增加以供给该装置。

在阶段a，由两个区段组成的设备以由区段1提取的能量（Φ_1a）和由区段2提取的能量（Φ_2a）（它们分别具有高于平均值（Φ_med,_p）的值和低于平均值的值）的总和供给用户装置；在阶段b，提取的两个能量的值被反转，而它们的和（Φ_tot）不变。

因此由两个区段组成的所述设备的特点是，它能够相对于外部用户装置以“可交换的”特征运作。可以通过诱导不同的热-物理状态来改变由两个区段提取的热能的流动，而不会改变供给外部用户装置的总体热能的流动。

在存在具有恒定的或可变的或间歇的特征的废气的情况下，在不同类型的循环中，通过连续地交替加载阶段和卸载阶段，所述设备供应几乎恒定的提取热能和温度，这对于外部用户装置（涡轮机、交换器等）是有用的和最佳的。

在功率和温度上具有几乎恒定的特征的能量流动防止了已知设备的技术性和经济性效率低下。

根据用户装置的需要，如此配置的设备可以在任何情况下被管理在可变功率之下。

在更普遍的情况中，就尺寸、传输材料的类型和数量等而言，所述区段可以具有不同的特征，或者可以被放置在串行的或混合的配置中而非并行的配置中，而不会改变其功能逻辑。

所述设备可以被制造得具有三个区段，其中第三区段可以干预以提高整体可调性特性；前两个区段如之前描述地运作，而第三区段作为集成体来干预，其用于微调提取的并被传送至外部用户装置的能量，还用来确定另外两个区段的卸载时间和加载时间，提供更好的管理灵活性。

如果所述设备由四个区段组成，则可以是两个在加载阶段中运行而两个在卸载阶段中运行。对于区段数量大于四的情况，前述情况也适用。

在存在间歇性和周期性循环的情况下，例如其中废气的热能被集中在受限的时间范围内，或者在废气具有相当地可变的温度和热能的循环中，有利的是，安装具有数个区段的设备，其中在废气（OG）具有高温度和热能的处理阶段期间在存在废气（OG）时对所有区段同时开始加载阶段，而在稍后的时间段开始卸载阶段，从而覆盖整个周期循环，或者处理废气（OG）的较低温度的峰和热能，并得到连续的提取热能，它在数值上更受限但随时间分布。

也可以通过单个区段实现上述相同的目的，但对于具有所需特征的提取能量的目的来说，在管理上没有相同的操作可靠性和灵活性。

区段的数量（两个或多于两个）就技术和工厂设计而言将取决于废气的温度和热能的图谱的可变性和间歇性水平相关的特征，并最终取决于适当大小的新型用户装置、或预先存在的用户装置吸收热能的需要。

前述配置的一个变形使用了与第一相变材料不同的、被称为“辅助材料”（PCM_h）的第二相变材料。所述辅助材料浸渍在第一传输材料（PCM_d）中并且通过分隔表面与其分开，它不仅用作容器还用作热交换器，并被称为内部交换器（SI）。

所述辅助材料（PCM_h）通常表征有比传输材料（PCM_d）更低的相变温度、高的相变潜热、“低的”比重和“有限的”每单位重量成本。辅助材料（PCM_h）有助于实现设备的整体热容量并降低其重量和成本。

总的来说，辅助材料的特征也是固态和液态中的低传导率（例如工业上使用的熔盐，例如NaNO₃-KNO₃或KCl-MgCl₂以及其他）。

辅助材料（PCM_h）的低热传导率限制了通过传输材料的热透过率，并要求低的热扩散率；为了避免有限的热透过率（U）并在传输PCM和辅助PCM之间得到大量的热流，使用了内部交换器（SI），它相对于各个容器/交换器具有更大的交换表面（SI/CS≥1）。可以通过减少辅助材料的厚度来对比较低的热扩散率。

在一些特别形式的实施例中，可以采用相变温度低于辅助材料（熔盐）的传输材料（例如锡）。但是，所述设备的结构和管理方法不变。

为了确定辅助材料的相变，需要管理所述设备的各个区段，使得传输材料温度约等于辅助材料的相变温度。

对于平均温度大于600°C的废气以及温度大于700°C的阶段，可以使用纯的或合金的（例如5075 MG）铝用作第一传输材料，其具有520-660°C的固化-熔化范围，并将最大运行温度为590°C、熔化温度约为260°C的溶液作为辅助材料。大于590°C的熔化铝合金的最大温度可以产生技术上无法忍受的内部交换器（SI）的壁的温度，例如由于腐蚀作用或产生的热机械应力等。

在该情况中，通过在铝和辅助材料之间放置另一种传输材料，它具有相应的分隔表面和热交换表面（例如具有370°C的熔化温度的铅），可以在不存在温度达到590°C以上的熔盐的情况下管理设备。用热电偶测量铅的温度并根据它的值管理提取交换器（SE）的提取功率，可以防止过热的熔解铅的温度超过辅助材料忍受的最大值。

以上描述的所述设备的配置的变形，提供了与辅助材料或第二传输材料接触的外部交换器（SE）。

适当地选择相变材料（传输材料和辅助材料）使得它们不会落入废气的最大温度上的技术问题（不超过沸点、腐蚀、磨损等）。

在确定交换器尺寸时，需要界定载热流体的最小速度；在气体（空气、CO₂、蒸汽等）的情况下，最小速度甚至可以是零，而在液体（热或过热的水、导热油、熔盐、熔融金属（例如钠、铅或其他低熔点金属）或低熔点金属合金（例如铅-锡、铅-铋、锡-铋等的低共熔合金））的情况下，需要考虑在不同压力下使用的液体的沸点和关键的运作条件；在熔盐、熔融金属或熔融金属合金的情况下，需要避免会产生腐蚀性侵蚀和其他温度的温度；在导热油的情况下，存在安全性和最大温度限制的问题。在超热的水的情况下，需要确定在不同压力下用于防止局部蒸发的最小运行速度以及关键的运作条件。

因此我们已经在不同的变形中描述了本发明的工艺特点、不同元件的运作以及指导选择材料和工厂-设计的主要技术元件。

在最清晰的配置中，构成每个区段（SEC_i）的元件是容器/交换器（CS），第一传输材料（PCM_d,1）被插入其中；可能的具有相应的内部交换器（SI）的其他传输材料（PCM_d,2）、可能的具有相应的内部交换器（SI）的辅助材料（PCM_h）、具有相应的连接至分配回路（D_sec）的传送和返回管的提取交换器（SE）以及各种流速泵或换气机（PO_vr或VE_vr）。根据本发明的设备（TET）包含通过传送网络（D_app）并行连接至外部用户装置（UE）的不同区段（SEC_n）的组合；通过交换器和分配网络流动的共同的载热流体（FT）。

热流传输通过其中的元件是容器/交换器（CS）、内部交换器（SI）和提取交换器（SE）；积蓄和/或放出热能的元件是：传输材料（PCM_d）、辅助材料（PCM_h）；提取热流的元件是载热流体（FT）。

管理每个单独区段的元件是它的泵（PO_vr）或它的换气机（Ve_vr）；提及的装置（TET）的管理是所述区段整体上的泵或换气机的补充和联合管理的功能。废气（OG）放出的总热能被放出至外部用户装置（UE），它在热能上经过调制并相对于提取在时间上被延迟。所述设备还使得各种图谱废气的温度更适中。

采取电模拟，本发明（TET）运行得像“跟随有热容器（capacitor）的矫直器（straightener）”，其中在我们的例子中所述热容器由具有其潜热容量的相变材料组成。因此所述设备可以被称为“热矫直器”、或“带有热活塞的热泵”，其中术语“泵”指热流的传输功能而热活塞指单个区段（活塞）的熔化前锋（front）的交替运动。

我们现在将给出新型装置的方程，其计算它的性能。

本发明的主要函数是提取（Fn_es），它被表达为提取的平均能量（Φ_{es, med}）除以由热废气具有的平均能量（Φ_{og, med}）的比率；在其他条件相同的情况下，废气和PCM_d,₁的熔化温度之间的平均温度的差异越大，则热能的提取的能量越大；相反地，第二原则热力学特性越低。

本发明的另一个函数是废气的调节作用（Fn_mo），它总是以各种温度排出物呈现，其被理解为降低最大温度（t_og,max）、增加最小温度（t_og,min）、减小最大和最小温度之间的差异（∆t_og）；减少温度和热流（VAR_Φ, DS_Φ）的变化值（VARt）和标准偏差（DS_t）的能力。

调节功能的效率由以下方程表达：Ef_mo = 1 – (VAR_t,out / VAR_t,in) ≤ 1。

图1示意性地示出了设备1及其功能。设备1将热流从废气2（它与其接触或浸渍在其中）传输至外部用户装置3，从而在工厂中将它用于制造电能或热能、或联合发电。再者，与废气2交换的热流引起设备1下游的废气2自身的温度和能量的变化。当温度高于传输材料7时通过从热废气2减去热流、与当热条件相反时通过放出热流，会在气体2的温度的变化中发生下降。设备1由两个或多个区段4组成，并且每个区段4由一个或多个热交换模块5组成。

图2示意性地示出了每个热交换模块5的组成和功能。每个热交换模块5由容器/交换器6组成，其中放置有高热扩散率的传输材料7并且它基本上在固体-液体相变中运作。提取交换器8与传输材料7接触，并具有相应的传送和返回管9。载热流体10（气体或液体）传输通过交换器8和管道9。通过传递至传输材料7的加热和冷却过程，容器/交换器6在与废气2的入口和出口交换热流。相对于被放出至废气2的热流，从废气2提取的以及放出至传输材料7的热流通常是常见的，这是因为废气2的平均温度高于传输材料7的相变温度。可能地（但并非必须），热交换模块5可以与被称为辅助材料11的另一种相变材料整合，它浸渍在第一传输材料7中并且通过被称为内部交换器12的分隔表面与其分开。辅助材料11的相变温度通常低于传输材料7的相变温度。辅助材料11在与传输材料7的入口和出口交换热流，以与传输材料7相比相对低的成本和质量对热交换模块5的整体潜热做出贡献。热交换模块5是热能储蓄器，它被用来通过相对于废气2放出的热流在时间上延迟的热流提取热能。

图3示意性地示出了设备1的每个区段4的组成和功能。通用的区段4由至少一个热交换模块5（通常是多个，如在图2中示出的）组成。通用的区段4的特征是用于传送和返回的单一的分配网络13，它连接属于该区段4的所有热交换模块5的所有传送和返回管9，其特征还在于各种流速泵14（如果载热流体10是液体）或各种流速换气机15（如果载热流体是气体）。所有传送和返回管9之间的与泵14或换气机15的连接类型在串行、并行或混合群组中可以是无差别的。为了交替地改变向泵14或向换气机15的流速，可以使用混合器或偏滤器阀。通过改变载热流体10的流速，可以设定传输材料7和辅助材料11的热-物理状态。

图4示出了所述设备的供给回路和发明1的运行方法的图，该发明由图3描述的两个或多个区段4组成。设备1的特征在于传送13和返回管9的并行连接16，这些管来自各个区段4并来自与外部用户装置3的传送和返回管17。所述方法可以提供每个区段4的独立管理，相对于加载或卸载阶段，它可以例如是对于一些或全部区段4不同的或共同的，通过作用于关于泵14或换气机15的流速来提取能量流动。从每个区段4提取的能量流动被从供给回路17并行地传送，并汇合一起来供给外部用户装置3。设备1能够互补地管理由每个区段4提取的能量流动，从而确定传输材料7以及可能的辅助材料11中的不同的热-物理状态。如果热废气2的特征和设备1的结构配置都相同，则废气2的平均温度和传输材料7的熔化温度之间的差异越大，提取功能越大，调节功能越小；相反，熔化温度越接近废气2的平均温度，则提取功能将越小，而调节功能越大。

图5通过例子示意性地示出了由2个区段4组成的发明1，这些区段相对于废气2并行放置，其中与废气2的热交换条件相同。

图6通过例子示意性地示出了由2个区段4组成的发明1，这些区段串行放置，其中废气2的热动力学条件不同，因此具有不同的热交换条件。作为进一步的变形，传输材料7可以是不同的；特别地，关于从第一区段放出的废气2的平均温度，采用了具有较低相变温度的传输材料7，从而回收其他部分的热能。

图7通过例子示意性地示出了具有两个区段4（区段1和区段2）的设备1的运行方法。为了简化描述，区段1和2相对于废气2并行地放置，其中两个阶段（被称为阶段a和阶段b）在时间上连续地互相跟随。在阶段a中，在区段1，通过降低载热流体10的流速或使其为零，使能量流动的提取小于由废气2引入的流动或使其为零，从而使传输材料7中的热平衡为正（∆Φ > 0），使传输材料7逐渐熔化。该阶段被称为“加载”阶段；同时，使区段2进行相反的运作；从传输材料7提取的热流大于由废气2放出的热流，从而逐渐固化（∆Φ < 0），被称为“卸载”阶段。两个区段4的两个供给回路13的载热流体10被并行地放置以供给外部用户装置3。在阶段b中，通过作用于泵14（或者换气机15），使关于两个区段4的热流的值反转，从而形成相反的和互补的作用。通过这种方式，可以在时间上交替地进行传输材料7的熔化和固化，使其温度保持恒定（完全或部分转换循环）或在定义的范围内（超转换循环）。互补的特性在设计和调节交换器时是非常有用的，能够得到热能的整体上恒定的流动或在任何情况下都受到管理。

图8示出了由3个区段4组成的设备1，其中2个区段处于如图7所示和描述的相反的功能阶段中；第三区段（区段3）构成热能储蓄器，它能够调节额外的热能流动的提取，使其对用户装置最佳。两个区段4（区段1和区段2）在具有加载-卸载循环的相反阶段中运行，其中熔化或固化前锋是一致的，而在第三个区段（区段3）中，熔化-固化前锋作为它提取的能量的函数在两个方向中变化（微调）。

图9以例子的方式示出了所述设备的能量流的管理，它涉及由例如3个相同的区段4组成的设备1，这些区段相对于带有间歇性热流的废气2并行地放置。例如，在通过LD（林茨-多纳维茨）转换器制造钢铁的过程中，我们具有周期性和间歇性的过程，其中热废气2的生成阶段被限制至约20分钟，而不存在废气2的阶段是约40分钟。在区段1，我们可以假设在加载阶段和卸载阶段之间的平衡状态。另外两个区段在存在废气2时被加载，然后在区段1不运作的余下40分钟中相继被卸载。通过这种方式，三个区段的卸载被分布在整个小时中，从而得到恒定的整体的提取的热流，以被发送至外部用户装置3。在液体传输材料7的情况下，维持液体10的流动的最小值是有利的，从而防止技术问题。

图10示出了火化厂，其中发生周期性和间歇性的过程；它具有60-120分钟的持续时间，而所述间歇性是每日和每周。该火化厂是具有放热阶段和另一个阶段的过程，在所述另一个阶段中，需要整合约40 Nmc的甲烷/火化的热能，向火的热能是约1MW。图11示出了将新型设备1插入至在废气2的方向的后燃烧室的下游和散热器的上游。

图11示出了火化厂的方块图，它装备有用于将助燃空气预热至高温的新型设备1。

现在可以看到，在该情况中回路是开放的，因此没有返回管道或通道。设备1被用来将空气（载热流体10）从约20°C（10a）预热至约400°C（10b）。

设备1具有区段4和相应的热交换模块5，该设备采用铝作为相变材料7，它的热-物理特征是已知的。设备1将热流从废气2传输至作为载热流体10的气体的流动，排出空气的温度不小于850°C（约900°C）并且流速为约1000 Nmc/h，所述空气流在20°C（10a）通过换气机15被引入进所述设备，整体流速为约500 Nmc/h的助燃空气被加热至约400°C（10b），以用于三种可能的应用：引入进烟囱10c，以过度加热放出的烟气并消除蒸汽的“羽（plume）”，并同时降低在后续的交换器中被分散的热能；回收已用户内部使用（10d）（例如加热邻近的房室）；重新引入进除了提取区段之外的工厂的不同区段中的过程（10d），以取代温度下的一次和二次空气。400°C的空气被引入木制棺材10_e1（自燃温度低于300°C）之下，从而加快在底部的燃烧，以减少火化循环的时间。替代地，预热的空气可以被引入进燃烧室和后燃烧室（10_e2、10_e3和10_e4），从而使该过程的非发热阶段中燃烧器中的甲烷消耗减少约20%，特别是在对应于每日和每周启动的预热步骤中以及在骨头的锻烧中。

图12示出了由浸渍在废气2中的两个区段4a和4b组成的设备1的平面配置；每个区段4由8个热交换模块5组成。示出了两个可变流速换气机15，它们适合两个区段4、传送和返回通道13，作为载热流体的环境空气通过供给通道13在入口为20°C在出口为400°C；来自两个区段的空气被连接在并行16中，从而通过通道17被传送至外部用户装置3。载热流体由空气10组成，其整体流速为约500 Nmc/h。空气的速度是约8 m/s（平衡速度），它不会改变单个区段的热-物理状态。

如上描述的，存在两个阶段（阶段a和阶段b）。在阶段a中，被引入进第一区段4的空气的速度具有大于14 m/s的值，并引起传输材料7（铝）的固化（卸载阶段）；在第二区段4中，速度设置小于4 m/s并引起传输材料7的熔化（加载阶段）。通过交替两个区段4中的速度的值，可以将整个载热流体10的热动力学条件维持在最恒定的值（400°C, 500 Nmc/h），并将热能的储蓄维持在恒定的温度（转换相中的铝）。使铝的最大温度为700°C，比熔化温度高约70°C，最小温度至到500°C，即比固化温度低130°C。进入设备的废气2的温度为900°C（2a），离开设备的温度为720°C（2b）。从废气2移除和被放出至助燃空气10的的热能是73kW热。在设备1中使用的铝的质量是约224 kg，体积为0.083 m³，它在两个区段4和所有16个热交换模块5之间被分开。每个区段4的特征是30分钟的“加载”和“卸载”阶段，交换的热能为131,860 KJ（它随着载热流体10的速度而变化）。外壳的整个表面是6.70 m²。

图13示出的结构配置指示并示例说明浸渍在废气2中的每个热交换模块5，模块由金属圆筒组成，其为外径100 mm，厚度是商用的（例如6 mm），它组成容器/交换器6；在铝作为传输材料7的情况下可用的交换高度是1 m，外壳的容器/交换器6的表面是0.314 m²。浸渍在铝中、在容器/交换器6内插入有两个通道（在该例子中是矩形的），它们界定提取交换器8，其厚度例如为2 mm。

根据优选的变形形式，提取交换器8可以例如被界定为具有圆形截面的四个通道和约30 mm的直径。

所述通道被延伸出热交换模块5并且组成传送和返回管9。在通道内，空气10以从0至14 m/s的可变的速度被传输。管的基部由已知类型的绝缘盘18绝缘，以防止“热桥”造成的局部熔化。在圆筒的上部留有自由的体积19，以允许铝的扩张，以及用于安全性的额外体积的“清除”；上部被放在真空中或替代地填充有惰性气体20（例如CO₂），其初始压力稍微高于大气压。

图14示出的图说明了在不存在热废气的情况下铝的温度值的下降。该下降还被称为“牛顿冷却（Newton's cooling）”。火化场熔炉通常间歇性地运作，每天运行8-12小时，在周末（周六和周日）停止，或者仅在周日停止（每周6日）。每晚停止12小时，周日停止36小时，最长的停止——周六和周日——是60小时。作为初始温度，我们已经考虑了最不利的情况，其中铝处于固态，温度为630°C。12小时之后，铝的温度高于550°C；36小时之后温度达到490°C，60小时之后温度仍然高于400°C（比木的自然温度高得多）。在所有三个情况中，可以使用设备1来预热助燃空气10b，以加快启动并减少甲烷的消耗。在功能性的变形中，在运行周期的最后，铝处于熔化状态，并且具有与在图14中示出的相比更不尖锐（incisive）。

图15示意性地示出了通过典型的电弧炉21制造钢铁的过程的能量平衡，其中示出的潜在的热回收大于15%。

图16以图形示出了对应于电弧炉21的沉降室22的入口的热废气2的温度特征，其具有中-高的生产潜能。其发展是处于图示的形式，平均温度是约800°C，峰值大于1200°C；设备的上游温度上的变化是209,338，标准偏差是457.5；设备的下游其变化是43,319，标准偏差是208。最大温度是867°C，最小温度是412°C。该适度使得更容易回收设备的下游的热。

图17示意性地示出了设备插入沉降室22中。

图18示意性地示出了沉降室22内热交换模块5的设置的平面视图；废气2通过的区段是5 m x 5 m。所述模块相隔0.1 m并具有10”的直径。如果CO₂被用作载热流体10，则对每个区段4热交换模块5的数量是100，总共200个热交换模块5。如果熔盐（NaNO₃-KNO₃或Kcl-MgCl₂和其他）被用作载热流体10，则对每个区段4热交换模块5的数量是70，总共140个热交换模块5。

图19指示性和示意性地示出了热交换模块5的结构特征的可能例子，其中CO₂作为载热流体10，压力为5 bar；提取交换器8的管具有3”的直径和4 mm的厚度。CO₂的最大速度是11.3 m/s，入口温度10a是300°C而出口温度10b是500°C。通过该方案，区段回路的加载损失是相对高的。

图20指示性和示意性地示出了热交换模块5的结构特征的可能例子，其使用熔融工业盐作为载热流体10；提取交换器8的管具有1”的直径和3 mm的厚度。熔盐的最大速度是0.5 m/s，入口温度10a是350°C而出口温度10b是450°C。

图21示出了两个方案（CO₂和熔融工业盐）的每个单独的热交换模块5的并行连接的图。

图22示出了设备1与具有熔盐带有辅助加热器的储蓄罐联合的使用。该配置与被用在热动力学太阳能发电中的非常相似。

Claims (20)

1.用于从热的废气（2）提取热能并将所述热能传输至外部用户装置（3）的设备，所述废气具有等于或高于100°C的温度并且来自生产或服务过程，所述设备至少部分地被置于进行所述生产或服务过程的工厂的容纳室（22）或一个或多个管道内并且与所述废气（2）接触，其特征在于，所述设备包含至少两个区段（4），每个区段由至少一个热交换模块（5）界定，所述热交换模块具有：

容器/交换器（6），其具有中空形状，由热传导率等于或大于10 W/mK的金属材料制成，至少部分地与所述废气（2）接触，从而与所述废气交换热能；

第一相变材料（7），其具有等于或大于10^-7 m²/s的热扩散率，位于所述容器/交换器（6）内；

提取交换器（8），其与所述第一相变材料（7）接触并具有传送和返回管（9）；

载热流体（10），其与所述提取交换器（8）相连并且在所述传送和返回管（9）中循环，以提取并传输由第一相变材料（7）储蓄的热能；

移动装置（14, 15），其与所述传送和返回管（9）相连，从而移动流动通过所述传送和返回管（9）的载热流体（10），并传送和管理所述载热流体（10）的流速，以对每个区段（4）选择性地确定从所述废气（2）提取的热流的值的变化，并实现每个区段（4）的所述第一相变材料（7）的至少部分相变。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述移动装置（14, 15）被配置来传送和管理所述载热流体（10）的流速，以在所述区段（4）之间以交替的和互补的方式实现每个区段（4）的第一相变材料（7）的至少部分相变。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每个区段（4）的热交换模块（5）的提取交换器（8）通过管的单一的独立的连接网络（13）连接，而且，具有可变且独立的流速的载热流体（10）的每个区段（4）的单一的连接网络（13）被并行地连接在公共的回路（17）中，所述公共的回路供给外部用户装置（3）。

4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的设备，其特征在于，所述载热流体（10）是气态的并且至少选自空气、蒸汽、CO₂、氮气、或其混合物。

5.根据权利要求1、2或3中任一项所述的设备，其特征在于，所述载热流体（10）是液体，至少选自水、导热油、熔盐、熔融金属、熔融金属合金和其他具有高热容量的液体。

6.根据权利要求1、2或3中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包含至少一个额外的容器，所述额外的容器包含第二相变材料（11），并且被至少部分地浸渍在所述第一相变材料（7）中并且具有分隔表面（12），所述分隔表面将被包含在所述额外的容器中的第二相变材料（11）和相邻的第一相变材料（7）分开，并且允许所述第一相变材料（7）和所述第二相变材料（11）之间的热交换。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第二相变材料（11）具有低于第一相变材料（7）的熔化温度的相变温度以及高的相变潜热，从而有助于实现所述设备的整体热容量。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第二相变材料（11）至少选自用于工业用途的熔盐。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包含置于各自的容器/交换器（6）和额外的容器中的至少两个第一相变材料（7）和至少两个第二相变材料（11），所述额外的容器具有相应的同心地设置的内部分隔表面（12）而且，所述模块（5）的每一个的提取交换器（8）都与和更外部的第一相变材料（7）不同的所述第二相变材料（11）中的一个或者第一相变材料（7）中的一个接触。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一相变材料（7）是纯的或合金的铝，其具有在500°C和700°C之间的熔化温度。

11.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，在更外部的第一相变材料（7）和更外部的第二相变材料（11）之间，插入有额外的第一相变材料（7），所述额外的第一相变材料（7）与所述更外部的第一相变材料（7）不同，其熔化温度低于更外部的第一相变材料（7）并高于更外部的第二相变材料（11），从而将后者的运行温度维持低于一个值，所述值约等于所述更外部的第一相变材料（7）的熔化温度，并且对各自的分隔表面（12）的结构抗力是不利的。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述设备包含与所述额外的第一相变材料（7）接触的热电偶，从而测量其温度并基于所述值管理提取交换器（8）的提取能量。

13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备被配置来在所述废气（2）具有高温和高热能的所述生产或服务过程的阶段，提高至少大部分所述区段（4）的第一相变材料（7）的热能，并在所述废气（2）具有高温和高热能的所述阶段之后的所述生产或服务过程的阶段，选择性地连续从至少大部分区段（4）的第一相变材料（7）提取热能。

14.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述用于工业用途的熔盐为NaNO₃-KNO₃或KCl-MgCl₂。

15.用于从来自生产或服务过程的废气（2）提取热能并将所述热能传输至外部用户装置（3）的方法，所述方法使用包含至少两个区段（4）的根据权利要求1至13中的任一项所述的设备（1），其特征在于：

通过管理在所述至少两个区段（4）的每一个的传送和返回管（9）中循环的载热流体（10）的流动，热力地驱动所述至少两个区段（4）的每一个，从而选择性地使从第一相变材料（7）提取的热流高于或低于由所述废气（2）产生的热流，从而分别确定所述区段（4）的每一个的第一相变材料（7）中至少部分熔化或固化的热-物理状态，反之亦然，所述热-物理状态在每个区段（4）中是交替的并且在不同的区段（4）之间是互补的；

如果第一相变材料最初是熔化的，则所述载热流体（10）的相对高的流速使得循环有所述载热流体（10）的区段（4）的第一相变材料（7）整体并逐渐冷却，从而使所述第一相变材料（7）逐渐固化；

如果第一相变材料最初处于固态，则所述载热流体（10）的相对低的或不存在的流速使得循环有所述载热流体（10）的区段（4）的第一相变材料（7）整体并逐渐加热，从而使所述第一相变材料（7）逐渐熔化；

交替每个区段（4）的第一相变材料（7）的固化阶段和熔化阶段，以得到所述第一相变材料（7）的相变的连续状态，并向所述设备（1）的下游的用户装置（3）传输恒定的、或者在任何情况下可管理的整体能量。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，以交替的和互补的方式热力地驱动所述至少两个区段（4）中的每一个。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在废气（2）带有高温和高热能的所述生产或服务过程的阶段期间，提高至少大部分所述区段（4）的第一相变材料（7）的热能，并在所述废气（2）带有高温和高热能的所述阶段之后的所述生产或服务过程的阶段期间，从至少大部分区段（4）的第一相变材料（7）提取热能。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于，形成所述区段（4）的传送和返回管（9）的连接网络的并行的连接，从而得到作为由单个区段（4）提取的热能的总和而提取的整体能量，而且在单个区段（4）内设定交替的固化和熔化循环，使它们相互补充地运作，以提取随着时间几乎恒定的、或至少可管理的整体热能。

19.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中每个区段（4）包含至少一个热交换模块（5），其特征在于，对每个区段（4）中的每个热交换模块（5），在固化阶段，使第一相变材料（7）的温度低于置于所述第一相变材料（7）内的第二相变材料（11）的固化温度，而在熔化阶段，使第一相变材料的温度高于所述第二相变材料（11）的熔化温度。

20.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于，驱动设备（1）的单个区段（4），以使第一相变材料（7）中的温度低于所述第二相变材料（11）的熔化温度，以实现其相变，并使用相应的潜热进行后续的热交换。