CN106244114B - 一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统及方法 - Google Patents

一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106244114B
CN106244114B CN201610544528.4A CN201610544528A CN106244114B CN 106244114 B CN106244114 B CN 106244114B CN 201610544528 A CN201610544528 A CN 201610544528A CN 106244114 B CN106244114 B CN 106244114B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
temperature
foam metal
memorial alloy
mobile
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610544528.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106244114A (zh
Inventor
范利武
邵雪峰
冯飙
朱子钦
郑梦莲
路倩
曾轶
刘闵婕
金虹庆
俞自涛
胡亚才
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201610544528.4A priority Critical patent/CN106244114B/zh
Publication of CN106244114A publication Critical patent/CN106244114A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106244114B publication Critical patent/CN106244114B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)

Abstract

本发明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。

Description

一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统及方法
技术领域
本发明涉及新能源发电和电动汽车技术领域，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。
背景技术
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。
发明内容
本发明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。
本发明的技术方案如下：
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。
本发明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。
本发明与现有技术相比，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为本发明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
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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。上述实施例仅为本发明的较佳实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何在本发明的精神和原则之内，所作的修改、替代、组合、简化、改进等，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

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的相变储能控温系统的储能、控温方法，其特征在于：
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(2)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(2)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，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。
CN201610544528.4A 2016-07-08 2016-07-08 一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统及方法 Active CN106244114B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610544528.4A CN106244114B (zh) 2016-07-08 2016-07-08 一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610544528.4A CN106244114B (zh) 2016-07-08 2016-07-08 一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106244114A CN106244114A (zh) 2016-12-21
CN106244114B true CN106244114B (zh) 2019-02-15

Family

ID=57612898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610544528.4A Active CN106244114B (zh) 2016-07-08 2016-07-08 一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106244114B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106885089B (zh) * 2017-03-02 2018-10-26 浙江大学 一种用于蒸汽管道的冷/热双向保护装置及方法
CN106907952B (zh) * 2017-03-14 2019-01-08 中国科学院金属研究所 用于无毒空间单组元发动机的蓄换热器件及其制备方法
CN108666282B (zh) * 2018-05-14 2020-08-11 东南大学 一种智能泡沫金属强化沸腾换热冷却装置
CN109883808B (zh) * 2019-03-22 2020-04-24 浙江大学 一种具有自检测校准功能的透明恒温加热装置及方法
CN110190779B (zh) * 2019-06-06 2020-07-14 西安交通大学 一种温度控制式复合相变材料温差发电系统
CN112856061B (zh) * 2020-12-30 2022-01-18 浙江大学 一种便于拆装的相变材料灌注保温密封管道接头及其方法
CN114199063B (zh) * 2021-12-14 2023-01-03 浙江大学 一种基于记忆金属的管壳式换热器及实现接触熔化的方法
CN116130828B (zh) * 2023-01-07 2023-11-07 广东永光新能源设计咨询有限公司 一种新能源汽车电池包散热系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201059901Y (zh) * 2007-07-20 2008-05-14 东南大学 相变蓄能球
CN202384449U (zh) * 2011-12-31 2012-08-15 广东工业大学 基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统
CN103436240A (zh) * 2013-07-30 2013-12-11 北京航空航天大学 一种泡沫金属复合相变材料及其制备方法
CN203671962U (zh) * 2014-01-23 2014-06-25 河北科技大学 一种具有蓄放热功能的太阳能热水器
DE102013006103A1 (de) * 2013-04-09 2014-10-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zum Temperieren mittels Latentwärmespeicher

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201059901Y (zh) * 2007-07-20 2008-05-14 东南大学 相变蓄能球
CN202384449U (zh) * 2011-12-31 2012-08-15 广东工业大学 基于泡沫金属/复合相变材料的动力电池冷却系统
DE102013006103A1 (de) * 2013-04-09 2014-10-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zum Temperieren mittels Latentwärmespeicher
CN103436240A (zh) * 2013-07-30 2013-12-11 北京航空航天大学 一种泡沫金属复合相变材料及其制备方法
CN203671962U (zh) * 2014-01-23 2014-06-25 河北科技大学 一种具有蓄放热功能的太阳能热水器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Heat transfer enhancement for thermal energy storage using metal foams embedded within phase change materials (PCMs);C.Y.Zhao;《Solar Energy》;20101031;第84卷(第8期);第1402-1412页
泡沫金属相变材料溶化传热过程的数值分析;崔海亭等;《功能材料》;20100831;第41卷(第8期);第1439-1442页

Also Published As

Publication number Publication date
CN106244114A (zh) 2016-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106244114B (zh) 一种基于移动式泡沫金属的相变储能控温系统及方法
Lei et al. A lithium-ion battery-thermal-management design based on phase-change-material thermal storage and spray cooling
Wang et al. Performance investigation of a passive battery thermal management system applied with phase change material
Kong et al. A novel battery thermal management system coupling with PCM and optimized controllable liquid cooling for different ambient temperatures
Azizi et al. Thermal management of a LiFePO4 battery pack at high temperature environment using a composite of phase change materials and aluminum wire mesh plates
He et al. Experimental investigation of thermal management system for lithium ion batteries module with coupling effect by heat sheets and phase change materials
Zhang et al. Melting heat transfer characteristics of a composite phase change material fabricated by paraffin and metal foam
Cheng et al. Studies on thermal properties and thermal control effectiveness of a new shape-stabilized phase change material with high thermal conductivity
CN206490115U (zh) 电池模组
CN103178314A (zh) 具有高效均衡散热功能和电加热功能的电池热管理设备
CN106921002A (zh) 一种具有相变热缓冲功能的圆柱形锂电池
CN104716402B (zh) 一种动力电池模块
CN205452476U (zh) 一种具有相变热缓冲功能的圆柱形锂电池
CN104893674A (zh) 一种泡沫碳/石蜡类相变复合材料及其封装方法
CN110071348A (zh) 基于复合相变材料冷却的动力电池热管理系统及其应用
CN205657108U (zh) 电池组和用于电池组的隔膜
CN208093603U (zh) 一种软包电池模组
CN111029683A (zh) 一种耐温变储能元器件
CN209374620U (zh) 一种具有良好温度控制性能的圆柱形电芯模组
CN106785199A (zh) 一种锂离子电池组电源散热装置
CN109037844A (zh) 一种用于防止锂电池热失控的复合板及其制作方法
Oh et al. Design of battery thermal management unit with PCM for electrical vehicle: Part I: Modelling and analysis of pouch type battery cell
CN109709690B (zh) 一种基于相变材料的眼镜多级控温保护设计装置及其保护方法
CN208738372U (zh) 一种含有均温储热板的动力电池模组
CN110360865A (zh) 一种翅片式组合相变材料蓄热球

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Fan Liwu

Inventor after: Yu Zitao

Inventor after: Hu Yacai

Inventor after: Shao Xuefeng

Inventor after: Feng Biao

Inventor after: Zhu Ziqin

Inventor after: Zheng Menglian

Inventor after: Lu Qian

Inventor after: Zeng Die

Inventor after: Liu Minjie

Inventor after: Jin Hongqing

Inventor before: Fan Liwu

Inventor before: Yu Zitao

Inventor before: Hu Yacai

Inventor before: Feng Biao

Inventor before: Zhu Ziqin

Inventor before: Zheng Menglian

Inventor before: Lu Qian

Inventor before: Zeng Die

Inventor before: Shao Xuefeng

Inventor before: Liu Minjie

Inventor before: Jin Hongqing

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant