CN110402367A

CN110402367A - 操作换热器

Info

Publication number: CN110402367A
Application number: CN201880017217.XA
Authority: CN
Inventors: C·沃克; C·朗; E·A·佐格-胡泽曼斯
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2019-11-01
Also published as: IL269242A; WO2018165379A1; EP3593074A1; US20200049425A1

Abstract

本公开的实施例涉及操作热交换器的方法，其包含：经由热交换器表面将热量从液相变材料传递到热传递流体；在所述热交换器表面上形成固体，其中所述固体由所述液相变材料形成；以及加热所述热交换器表面以由所述固体形成流体部分。

Description

操作换热器

技术领域

本公开的实施例涉及操作热交换器的方法，更具体来说，实施例涉及包含以下的操作热交换器的方法：经由热交换器表面将热量从液相变材料传递到热传递流体；在热交换器表面上形成固体，其中固体由液相变材料形成；以及加热热交换器表面以由固体形成流体部分。

背景技术

热交换器是一种将热量从一种介质传递到另一种介质的设备。举例来说，热量可以从一种流体传递到另一种流体。热量可通过经由分离所使用介质的材料传导来传递。热交换器可用于许多不同的应用，包含：空气调节、发电站、化工厂、石油精炼厂、天然气处理和污水处理设施等。

发明内容

本公开提供操作热交换器的方法，其包含：经由热交换器表面将热量从液相变材料传递到热传递流体；在热交换器表面上形成固体，其中固体由液相变材料形成；以及加热热交换器表面以由固体形成流体部分。

本公开的以上发明内容不意图描述本公开的每一实施例或每个实施方案。以下描述更具体地例示说明性实施例。在本申请通篇中的若干位置中，经由实例清单提供指导，所述实例可以不同的组合形式使用。在每一种情况下，所叙述的清单仅充当代表性的组而不应解释为排它性的清单。

附图说明

图1是根据本公开的一个或多个实施例的热交换器的实例的说明。

图2是与根据本公开的一个或多个实施例的操作热交换器的实例相关联的数据的图解说明。

具体实施方式

本文中公开操作热交换器的方法。本文中公开的方法可包含：经由热交换器表面将热量从液相变材料传递到热传递流体；在热交换器表面上形成固体，其中固体由液相变材料形成；以及加热热交换器表面以由固体形成流体部分，如本文中进一步论述。

本公开的实施例可提供改进的热功率输出，例如改进的热流。举例来说，当热量经由热交换器表面从流体(例如熔融的相变材料)传递到热传递流体时，可冷却液相变材料的一部分，使得固体在热交换器表面上形成。固体在热交换器表面上的存在可降低热交换器的热功率输出，这是因为固相变材料相对于热交换器的材料(例如热交换器表面)具有较低的热导率；由于固体在热交换器表面上的存在，因此减少从液相变材料到热交换器表面的热交换。如所提及，可加热(例如电加热等)热交换器表面，使得固相变材料的一部分再液化。有利的是，固体的剩余部分可随后与热交换器表面分离以提供改进的热功率输出，这是因为具有相对较低热导率的固相变材料不再经由热交换器表面减少从液相变材料到热传递流体的热交换。提供改进的热功率输出可有利于许多应用，例如功率产生应用，其中可能需要总体上一致的热功率输出。

为例如功率产生应用提供总体上一致的热功率输出的前述方法已包含增大热交换器表面面积以补偿固体在热交换器表面面积上的形成。然而，这些增大的表面面积热交换器的大小考量和成本考量皆过高。

本公开的实施例提供：可利用各种热交换器。举例来说，可利用管壳式热交换器、板式热交换器或板壳式热交换器等。

图1是根据本公开的一个或多个实施例的热交换器102的实例的说明。

热交换器102包含热交换器材料104。热交换器材料104可分离与热交换器102一起利用的介质。热交换器材料104是导热的。热量可通过经由热交换器材料104例如从第一介质到第二介质的传导而经传递。热交换器材料104的实例包含：铝、铝黄铜、黄铜、碳钢、碳钼、铬钼钢、铜、铜镍合金、铬镍铁合金、蒙乃尔合金、镍、不锈钢、钛以及其组合等。热交换器材料104可以是导电的。

热交换器材料104可具有厚度106。厚度106可例如针对不同的应用具有不同的值。厚度可具有从0.01cm到25.0cm的值。包含从0.01cm到25.0cm的所有个别值和子范围；例如，厚度可具有从0.01cm、0.05cm、0.1cm或0.2cm的下限到25.0cm、22.5cm或20.0cm的上限的值。厚度106可在整个热交换器材料104中具有单一特定值，或厚度106可在整个热交换器材料104中具有多个特定值。热交换材料104可包含一种材料或多种不同材料。热交换材料104可以是单层或具有多个层，例如具有相同或不同材料和/或厚度的层。对于热交换材料104包含多个层的实施例，任何单层可具有0.0001cm或更大的厚度，这有助于厚度106。举例来说，多个层中的一层或多层可有助于提供增大的表面强度，减少表面磨损且/或增强导电性。虽然说明一个热交换器材料104，但实施例不限于此。举例来说，热交换器102可例如对应于管或板包含多个热交换器材料104。

热交换器材料104包含第一热交换器表面108和第二热交换器表面110。本公开的实施例提供：第一热交换器表面108与第二热交换器表面110由厚度106分离。

热交换器102包含第一通道材料112和第二通道材料114。第一通道材料112和第二通道材料114以及任何额外通道材料可以是适合与热交换器102一起使用的各种材料，例如金属。

第一通道材料112、第一热交换器表面108和图1中未说明的额外第一通道材料可形成第一通道116。第二通道材料114、第二热交换器表面110和图1中未说明的额外第二通道材料可形成第二通道118。第一通道116和第二通道118可各自独立地用作流体导管和/或流体贮存器。热交换器102的其它部分(图1中未说明)可向第一通道116和第二通道118提供流体。第一通道116和第二通道118可例如基于各种热交换器应用而各自独立地具有多个不同的体积。

如所提及，热交换器材料104可分离与热交换器102一起使用的介质，例如流体。分离的介质可包含相变材料和热传递流体。本公开的实施例提供：热量可经由热交换器表面从液相变材料交换到热传递流体。如本文中所使用，“相变材料”是指在热量经从相变材料传递时从例如液态的第一状态转变到例如固态的第二状态的材料。在热量经传递到处于固态中的相变材料时，所述相变材料可转变为液态。相变材料(例如处于液态中)可用于存储热能。

液相变材料可处于-50℃到600℃的温度下。包含-50℃到600℃的所有个别值和子范围；例如，液相变材料处于从-50℃、-25℃、0℃、25℃、50℃、75℃、100℃、125℃、150℃、160℃或175℃的下限到600℃、550℃、500℃、450℃、400℃、385℃或375℃的上限。

相变材料的实例包含但不限于：石蜡、糖醇、聚合物、水、有机酸、盐、笼形水合物以及碱金属氢氧化物。糖醇的实例包含但不限于：季戊四醇、三羟甲基乙烷、赤藓糖醇、甘露醇、新戊二醇以及其组合。聚合物的实例包含但不限于：聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚(丁二烯)、聚(异戊二烯)、聚(氢化丁二烯)、聚醚酯弹性体、乙烯/丙烯/二烯聚苯乙烯、聚氯乙烯以及其组合。有机酸的实例包含但不限于：脂肪酸或其它有机酸，例如癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸以及其组合。盐的实例包含但不限于：盐的水溶液、盐水合物、盐水合物的混合物、无机盐和有机盐以及盐的共晶掺合物。如本文中所使用，术语“盐”包含盐水合物，例如包含水分子的固态盐。举例来说，盐可每阴离子包含1个到12个水分子。一个或多个实施例提供：盐包含选自以下的阴离子：硝酸根、亚硝酸根、碳酸根、氢氧根以及其组合。对于许多应用，可能需要利用盐水合物，例如对于需要降低熔融和/或冷冻温度的应用。可利用的盐(包含盐水合物)的实例包含铵和碱和碱土金属盐，例如氯化物、氯酸盐、硝酸盐、氮化物、硫化物、磷酸盐、氢氧化物、碳酸盐、氟化物、溴化物、乙酸盐、乙酰胺，以及镁、钠、钾、钙、锂、钡的过硼酸盐、其水合物，以及其组合等。可利用的盐(包含盐水合物)的其它实例硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂、氯化钠、氯化钙、氯酸锂、氯化钙六水合物、氯化镁六水合物、硝酸锂三水合物、乙酸钠三水合物以及其组合等。

如本文中所使用，“热传递流体”是指从相变材料接收热量的材料。热传递流体可将热量(例如从相变材料接收的热量)传送到另一组件，例如电产生过程等。热传递流体可以是液体、气体或其组合。热传递流体的实例包含空气、水、硅流体、抑制的乙二醇基流体、矿物油等。热传递流体的实例包含可以商品名DOWTHERM^TM获得的流体，其可从Dow ChemicalCompany获得。本公开的一个或多个实施例提供：热传递流体可以是相变材料。举例来说，热传递流体可以是在从以上所论述的相变材料接收热量时相变为气体的液体。

本公开的实施例提供：液相变材料用于第一通道116或第二通道118中，而热传递流体用于不含液相变材料的通道中。当液相变材料和热传递流体位于热交换器材料104的相对侧时，热量可通过经由热交换器材料104的传导而从液相变材料传递到热传递流体。

本公开的一个或多个实施例提供：可分批利用热传递流体。举例来说，可将热传递流体供应到通道，例如第一通道116或第二通道118，此处其保留预定持续时间且/或直到热传递流体达到预定温度为止。对于各种应用，预定持续时间和/或预定温度可以是不同的。

本公开的一个或多个实施例提供：可分批利用液相变材料。举例来说，可将液相变材料供应到通道，例如第一通道116或第二通道118，此处其保留预定持续时间且/或直到液相变材料达到预定温度为止。对于各种应用，预定持续时间和/或预定温度可以是不同的。

本公开的一个或多个实施例提供：可连续利用热传递流体，例如，热传递流体可以流动。热传递流体流可相对于液相变材料流为逆流、顺流或错流。本公开的一个或多个实施例提供：液相变材料相对于热传递流体流为停滞的。另外，在热传递流体从液相变材料接收热量时，热传递流体的全部或一部分可相变，例如蒸发。对于各种应用，热传递流体流可以是不同的。

本公开的一个或多个实施例提供：可连续利用液相变材料，例如，液相变材料流体可以流动。液相变材料流可相对于热传递流体流为逆流、顺流或错流。本公开的一个或多个实施例提供：热传递流体相对于液相变材料流为停滞的。对于各种应用，液相变材料流可以是不同的。

在热量从液相变材料传递到热传递流体时，液相变材料，具体地说液相变材料位于接近(例如邻近于)热交换器材料104的部分可冷却。随着液相变材料冷却，液相变材料可转变为固相。

对于液相变材料用于第一通道116的实施例，由相变材料形成的固体可形成在第一热交换器表面108上。对于液相变材料用于第二通道118的实施例，由相变材料形成的固体可形成在第二热交换器表面110上。如所提及，固体在热交换器表面上的存在可不合需要地减少热交换器的热功率输出，这是因为固相变材料相对于热交换器材料104具有较低的热导率，这可减少液相变材料与热交换器材料104之间的对流。

本公开的实施例提供加热热交换器表面以由固体形成流体部分。一般来说，流体部分由邻近于热交换器表面的固相变材料形成。加热热交换器表面以由固体形成流体部分可提供：在剩余(例如非流体)固相变材料与热交换器表面之间形成流体的边界层。

本公开的一个或多个实施例提供：加热热交换器表面以由固体形成流体部分包含向热交换器表面施加电流。举例来说，电输入可耦合到热交换器材料104、热交换器表面108和/或热交换器表面110；可接通电路以提供电流到热交换器材料104、热交换器表面108和/或热交换器表面110。由电流提供的能量可加热热交换器材料104、热交换器表面108和/或热交换器表面110。由电流提供的热量可从热交换器表面传递到固相变材料，所述固相变材料形成于特定热交换器表面上。由于固体为相变材料，因此在充分加热时，固体的一部分可转变为液相，即流体部分由固体形成。

本公开的一个或多个实施例提供：加热热交换器表面以由固体形成流体部分包含提供加热的流体到通道，所述通道与具有形成于热交换器表面上的固相变材料的通道相对。举例来说，如果固相变材料形成在热交换器表面108上，那么可以将加热的流体提供到通道118。类似地，如果固相变材料形成在热交换器表面110上，那么可将加热的流体提供到通道116。由加热的流体提供的能量可加热热交换器材料104以及热交换器表面108和110。由加热的流体提供的热量可从热交换器表面传递到固相变材料，所述固相变材料形成于特定热交换器表面上。本公开的一个或多个实施例提供：加热的流体可以是热传递流体，其中通过除相变材料以外将能量提供到加热流体。本公开的一个或多个实施例提供：加热的流体与热传递流体不同。加热的流体的实例包含空气、硅流体、抑制的乙二醇基流体、矿物油等。

本公开的一个或多个实施例提供：加热热交换器表面以由固体形成流体部分包含向热交换器表面提供热传导源。热传导源比热交换器材料104以及热交换器表面108和110具有更多的热能，例如处于更高的温度。举例来说，热传导源可耦合到热交换器材料104，且可启用(例如接通)热传导源，以将热能提供到热交换器材料104以及热交换器表面108和110。由热传导源提供的能量可加热热交换器材料104以及热交换器表面108和110。由热传导源提供的热量可从热交换器表面传递到固相变材料，所述固相变材料形成于特定热交换器表面上。可利用所属领域中已知的各种热传导源。

可以预定间隔执行加热热交换器表面以由固体形成流体部分。举例来说，加热热交换器表面以由固体形成流体部分

本公开的一个或多个实施例提供：可根据预定循环执行加热热交换器表面以由固体形成流体部分。如本文所论述，可例如通过以从10秒到48小时的加热时间间隔多次向热交换器材料提供电流来加热热交换器表面。包含从10秒到48小时的所有个别值和子范围；例如，可以从10秒、30秒、1分钟、15分钟、30分钟或60分钟的下限到48小时、36小时、24小时或12小时的上限的加热时间间隔来加热热交换器表面。举例来说，在加热循环之后，即加热热交换器表面以由固体形成流体部分之后，加热可停止一时间间隔。在时间间隔之后，可重新开始加热热交换器表面以由固体形成流体部分。

本公开的一个或多个实施例提供：可根据热功率输出降低而执行加热热交换器表面以由固体形成流体部分。举例来说，可确定基线热功率输出。举例来说，基线热功率输出可以是多个相对最大热功率输出的平均值，其中相对最大热功率输出在热交换器表面不含形成于其上的固相变材料时出现。在确定的热功率输出例如相对于基线热功率输出下降1％、3％、5％、10％、15％或25％时，可执行加热热交换器表面以由固体形成流体部分。对于各种应用，下降的百分比值可不同。

加热热交换器表面以由固体形成流体部分可执行从0.1秒到1小时的持续时间。包含从0.1秒到1小时的所有个别值和子范围；例如，可从0.1秒、0.5秒、1秒、5秒、10秒或30秒的下限到1小时、0.9小时、0.8小时或0.7小时的上限加热热交换器表面。举例来说，在加热热交换器表面以由固体形成流体部分停止一时间间隔之后，如本文所论述，可加热热交换器表面持续从1秒到1小时的持续时间以由固体形成流体部分。对于各种应用，加热热交换器表面以由固体形成流体部分的持续时间可不同。

本公开的一个或多个实施例提供使固体的一部分与热交换器表面分离。如所提及，有利的是，固体的部分可与热交换器表面分离以提供改进的热功率输出。

本公开的一个或多个实施例提供利用重力使固体的一部分与热交换器表面分离。举例来说，如果重力导向第一通道材料112且液相变材料用于第一通道116，那么固相变材料可形成在第一热交换器表面108上。在加热第一热交换器表面108以由固体形成流体部分时，插入于热交换器表面与剩余固体之间的流体部分可从热交换器表面中解耦(例如释放)剩余固体。由于插入的流体部分已解耦剩余固体，因此固体的一部分可通过重力与热交换器表面分离。换句话说，固体的一部分可从第一热交换器表面108朝向第一通道材料112下落。

当利用重力来使固体的一部分与热交换器表面分离时，热交换器表面可相对于重力具有各种角度。举例来说，热交换器表面可相对于重力具有从0°到90°的角度。包含从0°到90°的所有个别值和子范围；例如，热交换器表面可相对于重力具有从0°、2°、5°或10°的下限到90°、85°、80°或70°的上限的角度。

利用重力使固体的一部分与热交换器表面分离可持续发生0.01秒到1小时。包含从0.01秒到1小时的所有个别值和子范围；例如利用重力使固体的一部分与热交换器表面分离可从0.01秒、0.1秒、1秒、5秒、10秒或30秒的下限发生到1小时、0.7小时、0.5小时、0.4小时、0.2小时或0.1小时的上限。

本公开的一个或多个实施例提供：固相变材料的密度可大于液相变材料的密度。举例来说，固相变材料的密度可比液相变材料的密度至少大3％、至少大5％、至少大7.5％、至少大10％、至少大12.5％或至少大15％。举例来说，在利用重力使固体的一部分与热交换器表面分离时，假设相变材料的密度大于液相变材料的密度可能为有利的。

本公开的一个或多个实施例提供：使固体的一部分与热交换器表面分离包含提供液相变材料流。如所提及，加热热交换器表面以由固体形成流体部分可提供插入于热交换器表面与剩余固体之间的流体部分，所述流体部分可从热交换器表面中解耦剩余固体。由于插入的流体部分已解耦剩余固体，因此提供液相变材料流可使固体的一部分与热交换器表面分离。虽然不希望受理论束缚，但认为液相变材料流与固体之间的摩擦力可例如通过施加力来提供固体的一部分与热交换器表面的分离。与具有相对更小流动速率和/或压力的前述液相变材料流相比，液相变材料流可以是增大的流。对于各种应用，液相变材料的增大的流(例如增大的流动速率和/或增大的压力)可不同。本公开的一个或多个实施例提供：增大的流为脉冲流。对于各种应用，脉冲流(例如具有增大的流动速率和/或增大的压力的流的脉冲)的持续时间可不同。

本公开的一个或多个实施例提供：使固体的一部分与热交换器表面分离包含为液相变材料提供压力差，例如第一压力和后续第二压力。举例来说，液相变材料可位于通道116的特定部分中，且限定位置中的阀门(图1中未示出)可限制和/或停止液相变材料流以提供第一压力。如本文所论述，来自液相变材料的热量可经由热交换器表面传递到热传递流体，固体可形成于热交换器表面上，且可加热热交换器表面以由固体形成流体部分。此后，可例如通过相对于限定位置打开阀门来提供不同于第一压力的第二压力。第一压力可大于第二压力。由于不同的压力，液相变材料可从热交换器表面推动固体的一部分，以提供改进的热功率输出。

实例

在实例中，使用材料的各种术语和名称，所述术语和名称包含例如以下：

实例1如下执行。对于实例1，利用相变材料(LiNO₃)。液态LiNO₃由500瓦特电加热器在绝缘玻璃容器中维持在257℃下。将不锈钢板(1.4571不锈钢；170mm×65mm×1.5mm)完全浸没在液态LiNO₃中，使得包含不锈钢板的纵轴的平面平行于由液态LiNO₃的表面形成的平面。热传递流体(空气，在约20℃的温度下)以30,000升/分钟流过不锈钢板中的通道(5mm×50mm)约10分钟；通道具有入口和出口，所述入口和所述出口各自位于绝缘玻璃容器的顶部处。热量从液态LiNO₃流动到不锈钢板到热传递流体，且目视检查指示固体材料形成于不锈钢板上。此后，在约450℃的温度下的热空气以40升/分钟流过不锈钢板中的通道约30分钟；来自这一热空气的热量传递到不锈钢板，且随后传递到形成于不锈钢板的固体材料上。目视检查指示固体材料经由重力与不锈钢板分离且收集在绝缘玻璃容器的底部中。

具有试验1到3的实例2如下执行。对于实例2，利用相变材料(LiNO₃)。在257℃下，液态LiNO₃具有1.78g/cm³的密度，且固态LiNO₃具有2.16g/cm³的密度。液态LiNO₃由500瓦特电加热器在绝缘玻璃容器中维持在257℃下。利用双通道设备。双通道设备包含：第一和第二不锈钢板(每一板为1.4571不锈钢；170mm×65mm×1.5mm)；以及块(152mm×65mm×11.5mm的1.4571不锈钢)，其位于第一与第二不锈钢板之间。第一不锈钢板与块分离(5mm)以形成第一通道，且第二不锈钢板与块分离(5mm)以形成第二通道。每一通道连接到入口和出口，所述入口和所述出口都位于绝缘玻璃容器的顶部处。双通道设备包含上部表面和下部表面(每一表面为1.4571不锈钢)以密封第一和第二通道；上部和下部表面由陶瓷垫片与第一和第二不锈钢板分离，从而使表面与板热和电隔离。双通道设备完全浸没在液态LiNO₃中，使得包含第一不锈钢板的纵轴的平面和包含第二不锈钢板的纵轴的平面垂直于由液态LiNO₃的表面形成的平面。热传递流体(空气，在约340℃的温度下)以40升/分钟流动到加热设备，以解决设备的顶部处的热损失并维持能量平衡。这由于设备组件，例如从设备的顶部出来且可能不足够绝缘以便不影响试验的管道和缆线。在试验开始之前，热传递流体降低到90℃的温度且流过通道中的每一个约12分钟，这将设备入口管道冷却到约90℃(经由通道到板的入口处的温度指示测量)。热量从液态LiNO₃分别流动到第一和第二不锈钢板到热传递流体；目视检查指示固体材料形成于第一和第二浸没的不锈钢板的相应部分上。

能够供应约2伏特的电池通过包含两个板连接器(每一板连接器为1.4571不锈钢)的电路来耦合到第一不锈钢板，所述两个板连接器分别附接在板的纵向相对端附近。

在试验之前，接通电路约102秒，以加热第一不锈钢板和形成于板上的固体材料。目视检查指示固体材料与第一不锈钢板分离且收集在绝缘玻璃容器的底部中。电路断开。不由电路加热第二不锈钢板，且形成于第二不锈钢板上的固体材料保留在板上。

对于试验1：在从板的前一加热开始约271秒的时间间隔之后接通电路约149秒，以加热第一不锈钢板和形成于板上的固体材料。目视检查指示固体材料与第一不锈钢板分离且收集在绝缘玻璃容器的底部中。电路断开。不由电路加热第二不锈钢板，且形成于第二不锈钢板上的固体材料保留在板上

对于试验2：固体材料通过上文所描述的过程再次形成于第一不锈钢板上。此后，再次接通电路约175秒，以加热第一不锈钢板和形成于板上的固体材料。目视检查指示固体材料与第一不锈钢板分离且收集在绝缘玻璃容器的底部中。电路断开。

对于试验3：固体材料通过上文所描述的过程再次形成于第一不锈钢板上。此后，再次接通电路约167秒，以加热第一不锈钢板和形成于板上的固体材料。目视检查指示固体材料与第一不锈钢板分离且收集在绝缘玻璃容器的底部中。电路断开。

对于试验1到3，利用以下公式确定热分布：

公式1：

公式2：

公式3：

公式4：

公式5：

公式6：

Q_b＝Q_b+c-Q_c

公式7：

Q_d＝Q_el-Q_b+c

其中：

Q_a＝在LiNO₃放电期间从LiNO₃充电到热传递流体(空气)的能量；

Q_b＝在电气加热期间从LiNO₃充电到热传递流体(空气)的能量；

Q_c＝充电到热传递流体(空气)的电能；

Q_d＝充电到LiNO₃的电能；

Q_el＝充电到系统的电能；以及

Q_f＝在LiNO₃放电期间由LiNO₃层导致的能量减少。

在确定热分布时，将可视作循环的试验(例如试验1)描述为LiNO₃放电时间t₁-t₀、固体材料脱离时间t₂-t₁以及固体材料的脱离与电路断开之间的时间。在LiNO₃放电时间期间，热能Q_a经由第一不锈钢板从LiNO₃材料传递到热传递流体(空气)。起始热功率正随时间t₁-t₀递减为由于固体LiNO₃材料在第一不锈钢板上的累积，未充电到热传递流体(空气)的热能为Q_f。在t₁处，电路接通，且电能Q_el在时间t₃-t₁期间充电到第一不锈钢板。电力增大第一不锈钢板表面的温度，其中用能量Q_d加热LiNO₃。电能Q_el还用Q_c加热热传递流体(空气)。在t₃与t₁之间充电到热传递流体(空气)的总能量为Q_b+Q_c，这意味着所述总能量来自电路Q_c且来自呈Q_b形式的LiNO₃。

来自试验1到3的数据报告在表1中。

表1

图2是与根据本公开的一个或多个实施例的操作热交换器的实例相关联的数据的图解说明250。图2说明与实例2的试验1到3相关联的数据。图2包含在左侧y轴上随时间推移的板连接器的以伏特为单位的测量的电压U₂，和在右侧y轴上的以瓦特为单位的传递到热传递流体(空气)的能量，即热功率输出。

利用以下公式来确定：

公式8：

其中：

ρ_空气＝空气在25℃下的密度(kg/m³)；

cp_空气＝空气在(θ_出气-θ_进气)/2下的热容量(J/kgK)；

θ_出气＝第一不锈钢板的出口处的空气温度(℃)；和

θ_进气＝第一不锈钢板的入口处的空气温度(℃)。

板连接器的电压(U₂)如下确定。使用铜线(127mm²)直径将双通道设备的组件(例如开关、保险丝、电池和连接器)与板连接到电路。在试验1到3期间，在铜线与板之间的若干点处进行电压测量以测量电压(U₂)。对于试验，板连接器提供当将板加热时没有固相变材料附接到所述连接器。对于试验，连接器部分地浸没在液相变材料中。因此，由流过连接器的电流产生的热量也部分地传递到液相变材料，且因此传递到板。包含这一热量以用于热平衡计算。另外，来自连接器的热量的评估比例也可传递到液相变材料表面上方的空气中。在试验之前，在约23℃的温度下确定板、板连接器和电池的电压。利用以下公式计算确定板(R_板)和R_缆线的电阻：

公式8：

公式9：R_缆线＝0.123Ohm/km(7m)＝0.924mOhm

其中：

由确定，其中：a＝-4.50822E-07；b＝8.18014E-04；c＝7.25792E-01。

利用以下公式确定电路的电流(I)：

公式10：I＝U_板/R_板

其中：

U_板＝电路运行期间板上的电压。

利用以下公式确定总电缆(U_缆线)上的电压：

公式11：U_缆线＝R_缆线(I)

利用以下公式确定用于试验1到3的开关和保险丝上的电压(U_{开关和保险丝})：

公式12：U_{开关和保险丝}＝U_电池-U_连接器-U_缆线-U_板

其中：

U_连接器＝电路运行期间连接器的电压；和

U_电池＝电路运行期间电池的电压。

利用以下公式确定用于试验1到3的连接器(R_连接器)、开关和保险丝(R_{开关和保险丝})和总电路电阻(R_总)上的电阻：

公式13：R_连接器＝U_连接器/I

公式14：R_{开关和保险丝}＝U_{开关和保险丝}/I

公式15：R_总＝R_缆线+R_连接器+R_{开关和保险丝}+R_板

利用以下公式确定用于试验1到3的电流：

公式16：I＝U_电池/R_总

在准备试验时，每1到20秒测量U₂。在准备期间，每秒确定每个数据点的最小值和最大值。据估计，在冷条件下测量的比例(连接器在距离板最远的点处的电压\[U₁])/U₂和(连接器在大约连接器长度的一半的点处的电压\[U₃])/U₂适用于热条件。此外，假设最小值和最大值的电流是恒定的。利用以下公式确定的最小热功率输出和最大热功率输出：

公式17：P_,最小＝U_3,冷/U_2,冷*U₂*P_3,最小＝0.81*U₂/0.7490*197W

公式18：P_最大＝U_1,冷/U_2,冷*U₂*P_1,最大＝1.28*U₂,/0.7730*346W

在图2中，每一“x”指示确定的热功率输出。试验1具有相对最大热功率输出252，其对应于循环的开始。当第一不锈钢板基本上不含形成于其上的固体材料且电力断开时，相对最大热功率输出252出现。对于试验1，当热量从液态LiNO₃传递到热传递流体时，观测到降低的热功率输出区254。如图2中所说明，降低的热功率输出区254基本上呈指数下降。降低的热功率输出区254对应于固体材料在第一不锈钢板上的形成。尽管不希望受理论束缚，但认为热功率输出的指数下降对应于固体材料在第一不锈钢板上的增加的厚度。在电路接通(如由电压测量256指示)且固体材料与第一不锈钢板分离(对应于时间258)并收集于绝缘玻璃容器的底部中时，观测到所需且增大的热功率输出区260。

试验2具有相对最大热功率输出262，其对应于循环的开始。当第一不锈钢板基本上不含形成于其上的固体材料且电力断开时，例如固体材料在于试验1中形成的第一不锈钢板上的一部分已经加热以形成液体使得固体材料的剩余部分与第一不锈钢板分离时，相对最大热功率输出262出现。对于试验2，当热量从液态LiNO₃传递到热传递流体时，观测到降低的热功率输出区264。如图2中所说明，降低的热功率输出区264基本上呈指数下降。降低的热功率输出区264对应于固体材料在第一不锈钢板上的形成。在电路接通(如由电压测量266指示)且固体材料与第一不锈钢板分离(对应于时间268)并收集于绝缘玻璃容器的底部中时，观测到所需且增大的热功率输出区270。

试验3具有相对最大热功率输出272，其对应于循环的开始。当第一不锈钢板基本上不含形成于其上的固体材料且电力断开时，例如固体材料在于试验2中形成的第一不锈钢板上的一部分已经加热以形成液体使得固体材料的剩余部分与第一不锈钢板分离时，相对最大热功率输出272出现。对于试验3，当热量从液态LiNO₃传递到热传递流体时，观测到降低的热功率输出区274。如图2中所说明，降低的热功率输出区274基本上呈指数下降。降低的热功率输出区274对应于固体材料在第一不锈钢板上的形成。在电路接通(如由电压测量276指示)且固体材料与第一不锈钢板分离(对应于时间278)并收集于绝缘玻璃容器的底部中时，观测到所需且增大的热功率输出区280。

Claims

1.一种操作热交换器的方法，其包括：

经由热交换器表面将热量从液相变材料传递到热传递流体；

在所述热交换器表面上形成固体，其中所述固体由所述液相变材料形成；以及

加热所述热交换器表面以由所述固体形成流体部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述固体的密度大于所述液相变材料的密度。

3.根据权利要求1到2中任一项所述的方法，其中所述液相变材料选自：石蜡、糖醇、热塑性聚合物、有机酸、水、盐的水溶液、笼形水合物、盐水合物、盐水合物的混合物、盐和盐的共晶掺合物以及碱金属氢氧化物。

4.根据权利要求1到2中任一项所述的方法，其中所述液相变材料是盐。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述盐包含选自以下的阴离子：硝酸根、亚硝酸根、碳酸根、氢氧根以及其组合。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其中加热所述热交换器表面以由所述固体形成所述流体部分包含向所述热交换器表面施加电流。

7.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其中在所述热交换器表面上形成所述固体包含在第一热交换器表面上形成所述固体；且

加热所述热交换器表面以由所述固体形成所述流体部分包含加热第二热交换器表面以由所述固体形成所述流体部分。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其包含使所述固体的一部分与所述热交换器表面分离。

9.根据权利要求8所述的方法，其中使所述固体的所述部分与所述热交换器表面分离利用重力。

10.根据权利要求8所述的方法，其中使所述固体的所述部分与所述热交换器表面分离包含提供相变材料流。

11.根据权利要求8所述的方法，其中使所述固体的所述部分与所述热交换器表面分离包含为所述相变材料提供压力差。