СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕНОСА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ С ПОМОЩЬЮ МАТЕРИАЛОВ, ИЗМЕНЯЮЩИХ СВОЕ АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ

1. Устройство для извлечения тепловой энергии из отходящих газов (2), имеющих температуру не ниже 100°С или выше, образующихся при осуществлении производственных или вспомогательных процессов, и для передачи этой тепловой энергии на внешнее устройство-потребитель (3), при этом устройство расположено, по меньшей мере частично, внутри вмещающей камеры (22) или внутри одной или большего числа труб, относящихся к установке, на которой осуществляются упомянутые производственные или вспомогательные процессы, и в контакте с этими отходящими газами (2), характеризующееся тем, что оно содержит по меньшей мере две секции (4), каждая из которых снабжена по меньшей мере одним теплообменным модулем (5), включающим
- полый контейнер/теплообменник (6), выполненный из металлического материала с теплопроводностью 10 Вт/мК или выше и находящийся, по меньшей мере частично, в контакте с отходящими газами (2) с целью теплообмена с ними,
-7
2
- первый материал (7), изменяющий свое агрегатное состояние, температуропроводность которого равна 10 м/с или выше, находящийся внутри упомянутого контейнера/теплообменника (6),
- экстракционный теплообменник (8), находящийся в контакте с упомянутым первым материалом (7), изменяющим свое агрегатное состояние, и содержащий приточные и рециркуляционные трубы (9),
- теплонесущую текучую среду (10), связанную с упомянутым экстракционным теплообменником (8) и циркулирующую в упомянутых трубах (9) для извлечения и передачи тепловой энергии, аккумулируемой упомянутым первым материалом (7), изменяющим свое агрегатное состояние,
- средства перемещения (14, 15), связанные с упомянутыми трубами (9) с целью продвижения протекающей по ним упомянутой теплонесущей текучей среды (10) и управления расходом этой теплонесущей текучей среды для выборочного задания для каждой секции (4) вариации величины теплового потока, извлекаемого из отходящих газов (2), и для достижения по меньшей мере частичного фазового перехода в упомянутом первом материале (7), изменяющем свое агрегатное состояние, каждой секции (4).
2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что упомянутые средства перемещения (14, 15) выполнены с возможностью продвижения упомянутой теплонесущей текучей среды (10) между секциями (4) и управления ее расходом для достижения по меньшей мере частичного фазового перехода в упомянутом первом материале (7), изменяющем свое агрегатное состояние, каждой секции (4) чередующимся и взаимодополняющим образом.
3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что упомянутые экстракционные теплообменники (8) теплообменных модулей (5) каждой секции (4) соединены в единую независимую трубопроводную распределительную сеть (13), при этом упомянутые единые трубопроводные распределительные сети (13) каждой секции (4), содержащие теплонесущую текучую среду (10) с изменяемым и независимым расходом, соединены параллельно (16) в общую схему (17), питающую внешнее устройство-потребитель (3).
2
4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что упомянутая тепло-несущая текучая среда (10) является газообразной и выбрана из группы, включающей по меньшей мере воздух, пар, углекислый газ (СО), азот или другие подобные или сравнимые газы или их смеси.
5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что упомянутая тепло-несущая текучая среда (10) является жидкостью, выбранной из группы, включающей по меньшей мере воду, диатермическое масло, расплавленные соли, расплавленные металлы, расплавленные сплавы металлов и другие жидкости с высокой теплоемкостью.
6. Устройство по любому из пп. 1-5, характеризующееся тем, что оно содержит по меньшей мере один дополнительный контейнер, в котором содержится второй материал (11), изменяющий свое агрегатное состояние, который по меньшей мере частично погружен в упомянутый первый материал (7), изменяющий свое агрегатное состояние, и имеет разделительную поверхность (12), отделяющую упомянутый второй материал (11), изменяющий свое агрегатное состояние и содержащийся в упомянутом дополнительном контейнере, от примыкающего к ней первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, и обеспечивающую теплообмен между упомянутыми первым материалом (7), изменяющим свое агрегатное состояние, и вторым материалом (11), изменяющим свое агрегатное состояние.
7. Устройство по п. 6, характеризующееся тем, что упомянутый второй материал (11), изменяющий свое агрегатное состояние, имеет температуру фазового перехода ниже температуры плавления первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, и большую скрытую теплоту фазового перехода для внесения вклада в общую теплоемкость устройства.
3
3
2
8. Устройство по п. 6, характеризующееся тем, что упомянутый второй материал (11), изменяющий свое агрегатное состояние, выбран из группы, содержащей по меньшей мере расплавленные соли, используемые в промышленности, такие как NaNO-KNO или KCl-MgCl и другие сходные или сравнимые соли.
9. Устройство по п. 6, характеризующееся тем, что оно содержит по меньшей мере два первых материала (7), изменяющих свое агрегатное состояние, и по меньшей мере два вторых материала (11), изменяющих свое агрегатное состояние, находящихся в соответствующих контейнерах/теплообменниках (6), причем дополнительные контейнеры имеют соответствующие разделительные поверхности (12), являющиеся по существу концентрическими, при этом экстракционный теплообменник (8) каждого из упомянутых теплообменных модулей (5) находится в контакте с одним из упомянутых вторых материалов (11), изменяющих свое агрегатное состояние, или с одним из упомянутых первых материалов (7), изменяющих свое агрегатное состояние, отличающимся от более внешнего первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние.
10. Устройство по любому из пп. 1-5 или 7-9, характеризующееся тем, что первым материалом (7), изменяющим свое агрегатное состояние, является алюминий, в чистом виде или в виде сплава, с температурой плавления от 500°С до 700°С.
11. Устройство по п. 9, характеризующееся тем, что между более внешним первым материалом (7), изменяющим свое агрегатное состояние, и более внешним вторым материалом (11), изменяющим свое агрегатное состояние, размещен дополнительный первый материал (7), изменяющий свое агрегатное состояние, отличающийся от упомянутого более внешнего первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, и имеющий температуру плавления ниже температуры плавления упомянутого более внешнего первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, но выше, чем температура плавления упомянутого более внешнего второго материала (11), изменяющего свое агрегатное состояние, для поддержания рабочих температур последнего ниже величины, примерно равной температуре плавления упомянутого более внешнего первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, которая вредна для конструктивной прочности соответствующей разделительной поверхности (12).
12. Устройство по п. 11, характеризующееся тем, что оно содержит термопару, находящуюся в контакте с упомянутым дополнительным первым материалом (7), изменяющим свое агрегатное состояние, и служащую для измерения температуры последнего и для управления, на основании величины этой температуры, тепловой мощностью, извлекаемой экстракционным теплообменником (8).
13. Устройство по любому из пп. 1-5, 7-9 или 11-12, характеризующееся тем, что оно выполнено с возможностью увеличения тепловой энергии первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, по меньшей мере большинства секций (4) и выборочного извлечения, последовательным образом, тепловой энергии из первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, по меньшей мере большинства секций (4), при осуществлении соответствующих фаз производственных или вспомогательных процессов, в которых отходящие газы (2) имеют высокую температуру и большую тепловую мощность, и при осуществлении фаз упомянутых производственных или вспомогательных процессов, следующих за фазами, в которых отходящие газы (2) имеют высокую температуру и большую тепловую мощность.
14. Способ извлечения тепловой энергии из отходящих газов (2), образующихся при осуществлении производственных или вспомогательных процессов, и передачи этой тепловой энергии внешнему устройству-потребителю с помощью устройства по любому из пп. 1-13, содержащего по меньшей мере две секции (4), характеризующийся тем, что
- обеспечивают термическое воздействие на каждую из упомянутых по меньшей мере двух секций (4) путем управления потоком теплонесущей текучей среды (10), циркулирующей в приточных и рециркуляционных трубах (9) каждой из упомянутых по меньшей мере двух секций (4), чтобы выборочно обеспечить тепловой поток, извлекаемый из первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, выше или ниже теплового потока, отдаваемого отходящими газами (2), так чтобы соответственно обеспечить теплофизические состояния по меньшей мере частичного плавления или затвердевания, и наоборот, в первом материале (7), изменяющем свое агрегатное состояние, каждой секции (4), при этом упомянутые теплофизические состояния чередуются в каждой секции (4), являясь взаимодополняющими между секциями (4),
- обеспечивают, чтобы относительно высокий расход упомянутой теплонесущей текучей среды (10) определял общее и постепенное охлаждение первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, той секции (4), в которой эта теплонесущая текучая среда (10) циркулирует, с целью обеспечить постепенное затвердевание этого первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, если первоначально он находился в расплавленном состоянии,
- обеспечивают, чтобы относительно низкий или нулевой расход упомянутой теплонесущей текучей среды (10) определял общее и постепенное нагревание первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, той секции (4), в которой эта теплонесущая текучая среда (10) циркулирует, с целью обеспечить постепенное плавление этого первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, если первоначально он находился в твердом состоянии,
- обеспечивают чередование фаз затвердевания и плавления первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, каждой секции (4), чтобы обеспечить непрерывное состояние фазового перехода упомянутого первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, и передачи от устройства (1) к находящемуся за ним внешнему устройству-потребителю (3) по существу постоянного, или в любом случае регулируемого, общего потока тепловой мощности.
15. Способ по п. 14, характеризующийся тем, что термическое воздействие на каждую из упомянутых по меньшей мере двух секций (4) обеспечивают попеременно и взаимодополняющим образом.
16. Способ по любому из пп. 14 или 15, характеризующийся тем, что обеспечивают увеличение тепловой энергии первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, по меньшей мере большинства секций (4) при осуществлении тех фаз производственных или вспомогательных процессов, на протяжении которых отходящие газы (2) имеют высокую температуру и большую тепловую мощность, и извлекают тепловую энергию из первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, по меньшей мере большинства секций (4) при осуществлении тех фаз упомянутых производственных или вспомогательных процессов, следующих за фазами, на протяжении которых отходящие газы (2) имеют высокую температуру и большую тепловую мощность.
17. Способ по любому из пп. 14 или 15, характеризующийся тем, что обеспечивают параллельное (16) соединение распределительных сетей (13) приточных и рециркуляционных труб (9) упомянутых секций (4) с целью получения общего потока извлекаемой тепловой мощности как суммы потоков тепловой мощности, извлекаемых каждой секцией (4), при этом обеспечивают извлечение почти постоянного во времени или по меньшей мере регулируемого общего потока тепловой мощности, задавая чередование циклов затвердевания и плавления внутри отдельных секций (4), принуждая их к работе во взаимодополняющем режиме.
18. Способ по любому из пп. 14 или 15, в котором каждая секция (4) содержит по меньшей мере один теплообменный модуль (5), характеризующийся тем, что для каждого теплообменного модуля (5) каждой секции (4) доводят температуру первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, когда он находится в твердом состоянии, до величины ниже температуры затвердевания второго материала (11), изменяющего свое агрегатное состояние, который расположен внутри объема первого материала (7), изменяющего свое агрегатное состояние, а когда он находится в расплавленном состоянии, его температуру доводят до величины выше температуры плавления упомянутого второго материала (11), изменяющего свое агрегатное состояние.
19. Способ по любому из пп. 14 или 15, характеризующийся тем, что обеспечивают как воздействие на отдельные секции (4) устройства (1) с целью достижения в первом материале (7), изменяющем свое агрегатное состояние, температур ниже температуры плавления упомянутого второго материала (11), изменяющего свое агрегатное состояние, с целью достижения его фазового перехода, так и использование соответствующей латентной теплоты для последующего теплообмена.