УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАКАПЛИВАНИЯ ЛАТЕНТНОГО ТЕПЛА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК F28D20/02 

Область применения изобретения

Это изобретение относится к устройству для накапливания латентного тепла, а точнее к устройству для накапливания латентного тепла, имеющему относительно небольшой объем и обладающему высокой способностью накапливания тепла.

Предпосылки для создания изобретения

В последние годы прослеживается повышенная потребность в устройствах для накапливания латентного тепла, в частности для применения на транспортных средствах, где они могут быть использованы в качестве батарей латентного тепла. Типичная батарея латентного тепла обычно включает в себя один или более контейнеров с материалом, изменяющим свое фазовое состояние. Материал, изменяющий фазовое состояние, поглощает и выделяет энергию в виде ощутимого тепла и латентного тепла, когда материал нагревают или охлаждают, и/или он изменяет свое фазовое состояние между жидким и твердым состоянием в процессе нагревания или охлаждения. Типичным источником тепла является охладитель двигателя транспортного средства, который протекает вокруг контейнера с материалом, изменяющим свое фазовое состояние. Когда батарея латентного тепла заряжена, материал, изменяющий фазовое состояние, будет находиться в жидкой фазе. Следовательно, если холодный охладитель циркулирует вокруг контейнера с материалом, изменяющим фазовое состояние, охладитель будет нагреваться, когда материал, изменяющий фазовое состояние, охлаждается и затвердевает, выделяя ощутимое тепло и латентное тепло плавления. Теперь нагретый охладитель может быть использован для обеспечения относительно быстрого нагрева внутренней части транспортного средства при его пропускании по системе обогрева кабины транспортного средства. Его также можно использовать для нагрева двигателя и/или трансмиссии, чтобы обеспечить более быстрый нагрев, чем тот, который мог бы происходить только в случае работы двигателя.

Безусловно, батарея латентного тепла разрежается, когда она нагревает охладитель, и должна быть заряжена повторно. Это обеспечивается посредством простого прохождения охладителя через батарею латентного тепла, когда двигатель действует при нормальной рабочей температуре. Теперь горячий охладитель будет нагревать материал, изменяющий фазовое состояние, вызывая его возврат в жидкое состояние из твердого состояния с поглощением ощутимого тепла и латентного тепла плавления.

В обычном случае один или более контейнеры с материалом, изменяющим свое фазовое состояние, размещают внутри корпуса, как правило, называемого солевым кожухом, внутренней рубашкой или охлаждающей рубашкой. Солевой кожух, в свою очередь, размещают внутри наружной рубашки с промежутком относительно нее. Между внутренней частью наружной рубашки и внешней частью солевого кожуха может быть расположен изоляционный материал. Кроме того, для получения хорошей изоляции между ними может быть обеспечен вакуум. Изоляционный материал, который может быть расположен в промежутке между солевым кожухом и наружной рубашкой, предназначен для препятствования переносу тепла от солевого кожуха к наружной рубашке посредством излучения, либо для уменьшения конвекции, когда используют меньшее значение вакуума или когда происходит потеря вакуума. Посредством использования этого способа изоляции заряд батареи латентного тепла может быть сохранен в течение нескольких дней.

Хотя батареи латентного тепла не ограничены их использованием на транспортных средствах, в случае их применения на транспортных средствах они могут быть расположены в любом обычном месте вблизи от двигательного отделения. В настоящее время батареи латентного тепла при их применении размещают в углублении панели пола отделения, находящегося с той стороны транспортного средства, которое предназначено для пассажиров. Следовательно, имеется ограниченное пространство, приемлемое для тепловой батареи. Кроме того, исходя из общих соображений, учитываемых при конструировании транспортного средства, весьма желательно изготавливать любой компонент по возможности легким с тем, чтобы повысить эффективность использования топлива. Таким образом, весьма желательно изготавливать батарею латентного типа по возможности небольшой и легкой. Минимальные размеры и вес могут быть обеспечены посредством использования материала, изменяющего свое фазовое состояние и обладающего высокой полной способностью выделения тепла (то есть способностью выделения ощутимого и латентного тепла). Обычно только уменьшение размера батареи латентного тепла не является достаточной мерой для решения проблемы. Уменьшение размеров батареи одновременно приводит к снижению ее способности накапливания тепла вследствие того, что когда объем батареи латентного тепла уменьшается, количество материала, изменяющего свое фазовое состояние, который может вмещать в себя батарея, соответственно уменьшается, за счет чего снижается ее способность выделения тепла. При этом доведение до минимума веса батареи обычно достигается посредством использования легких материалов, например алюминия. Также необходимо, чтобы солевой кожух и наружная рубашка батарей латентного тепла были конструктивно усилены. Это особенно важно в том случае, когда в пространстве между наружной рубашкой и солевым кожухом создают вакуум. Кроме того, поскольку охладитель, текущий через солевой кожух, находится под давлением, создается большая разность давлений между наружной рубашкой и солевым кожухом, а это приводит к отклонению солевого кожуха в наружном направлении. Подобным же образом на внешнюю сторону наружной рубашки действует давление в одну атмосферу, а внутренняя сторона находится под действием вакуума, что приводит к отклонению наружной рубашки во внутреннем направлении. Когда происходит отклонение солевой и наружной рубашек в направлении друг к другу, пространство между ними уменьшается. При этом изоляционная способность изоляционного пространства уменьшается. Кроме того, когда деформируется солевой кожух, это, в свою очередь, может привести к деформации контейнера (контейнеров) с материалом, изменяющим свое фазовое состояние, находящимся в солевом кожухе. Помимо этого каждый раз, когда транспортное средство приведено в действие, давление охладителя колеблется между одной и двумя атмосферами, поскольку транспортное средство обеспечивает его нагрев. Это приводит к воздействию на контейнер (контейнеры) с материалом, изменяющим фазовое состояние, усталостной циклической нагрузки. Солевой кожух и наружная рубашка могут быть выполнены достаточно жесткими для предотвращения их отклонения по направлению друг к другу и уменьшения изоляционного пространства, что могло бы привести к уменьшению изоляционной способности изоляционного пространства, вследствие чего батарея не могла бы сохранять заряженное состояние так долго, как было бы желательно.

Наконец, многие материалы, изменяющие свое фазовое состояние, которые используют в настоящее время, подвергаются значительным изменениям в отношении объема в процессе их перехода из твердой фазы в жидкую фазу и обратно. При этом контейнеры с материалом, изменяющим свое фазовое состояние, должны обладать достаточной прочностью, чтобы можно было избежать их разрушения в ответ на изменение объема.

Все из упомянутых факторов ограничивают возможность успешного применения батарей латентного тепла на транспортных средствах либо вследствие наложения определенных пределов на способность создания латентного тепла, либо на заряд, который может быть обеспечен в батарее латентного тепла.

В иных случаях применения возникают разные проблемы. Например, для многих типов аппаратов требуются некоторые средства отвода тепла, чтобы предотвратить перегрев оборудования. Одним из примеров является аппарат, в котором используют электронику. Тепло, создаваемое полупроводниками или интегральными схемами в течение их работы, должно рассеиваться для предотвращения их разрушения в результате перегрева. Чтобы это обеспечить, используют системы охлаждения, в случае которых охладитель протекает так, что совершает теплообмен с компонентами аппарата, которые требуют охлаждения. Во многих типах аппаратов тепловая нагрузка воздействует неравномерно. В ходе работы такого оборудования могут быть созданы большие пиковые значения нагрева, при этом система охлаждения должна быть сконструирована таким образом, чтобы она была приспособлена к пиковым значениям нагрева и отводила тепло, которое ими обусловлено.

До настоящего времени требовалось использование систем охлаждения с увеличенными размерами, которые обладают достаточной емкостью для отвода необходимого количества тепла в случае наибольшего выделения тепла, которое может происходить в течение работы оборудования, то есть обладающих охлаждающей способностью для отвода максимального количества тепла, которое будет иметь место в результате пикового нагрева. Для достижения этой цели многие из этих систем охлаждения должны быть выполнены излишне большими, чтобы они обладали желательной способностью отвода тепла. Это приводит к появлению проблем, связанных с абсолютными размерами системы охлаждения, с использованием дополнительных материалов при создании компонентов, с дополнительными энергетическими затратами при работе системы охлаждения в связи с потребностью в большом количестве вентиляторов, насосов и т.д.

Известно устройство для накапливания латентного тепла, включающее в себя кожух, впускной и выпускной патрубки, по меньшей мере одну трубу внутри кожуха, материал, изменяющий свое фазовое состояние (см. патент СА № 2286567). Однако известное устройство не устраняет полностью указанные выше недостатки.

Настоящее изобретение предназначено для устранения упомянутых затруднений с тем, чтобы создать легкое, обладающее большой емкостью и малым объемом устройство для накапливания латентного тепла.

Краткое изложение сущности изобретения

Основная задача изобретения заключается в создании нового, усовершенствованного устройства для накапливания латентного тепла. Точнее, задача изобретения заключается в создании устройства для накапливания латентного тепла, которое идеально подходит для применения на транспортных средствах, но этим не ограничено. Особая задача изобретения заключается в создании батареи латентного тепла, имеющей малый вес, большую емкость и малый объем по сравнению с ранее имевшимися батареями.

Изобретение представляет собой устройство для накапливания латентного тепла, которое включает в себя солевой кожух с имеющейся, но необязательно, наружной рубашкой, окружающей солевой кожух с обеспечением промежутка по отношению к нему, который может определять изоляционное пространство между солевым кожухом и наружной рубашкой, требуемое в таких случаях.

Поставленные выше задачи решаются тем, что в устройстве для накапливания латентного тепла, включающем в себя солевой кожух, впускной и выпускной патрубки, проходящие с внешней стороны наружной рубашки к внутренней части солевого кожуха, по меньшей мере одну трубу внутри солевого кожуха, а также имеющем множество прямых, параллельных путей, образующих матрицу с внешней частью, и материал, изменяющий свое фазовое состояние, изолированно размещенный внутри по меньшей мере одной трубы, пути выполнены в форме равностороннего многоугольника, при этом каждый путь внутри от внешней части упомянутой матрицы примыкает к множеству смежных путей, а каждый путь у внешней части матрицы дополнительно входит в контакт с солевым кожухом, при этом пути имеют такую форму поперечного сечения, что между путями имеются пространства для прохождения потока, причем пространства для прохождения потока сообщаются по текучей среде с входным и выходным патрубками. Каждый из путей определен отдельной трубой, а каждая из труб имеет круглое поперечное сечение. Причем трубы припаяны друг к другу для формирования матрицы из труб. Предпочтительно трубы припаяны друг к другу и к внутренней стенке солевого кожуха системой паяных соединений, которые являются циклически симметричными и повторяемыми.

В одном из вариантов изобретения правильная многоугольная форма представляет собой плотную шестиугольную форму. Пути имеют круглое поперечное сечение, при этом каждый из путей имеет шесть мест контакта с другими путями или с солевым кожухом.

В устройстве согласно изобретению солевой кожух включает в себя множество параллельных, удлиненных, направленных внутрь и отстоящих друг от друга ребер, центры путей отстоят друг от друга, а промежуток между ребрами такой же, как и промежуток между центрами, причем пути у внешней части матрицы расположены между двумя смежными ребрами и каждый из них имеет одно из упомянутых мест контакта с каждым из двух смежных ребер. При этом места контакта отстоят друг от друга на угол около 60°.

Устройство может дополнительно включать перегородку, проходящую через матрицу между путями, при этом входной патрубок подсоединен к солевому кожуху с одной стороны перегородки, а выходной патрубок подсоединен к солевому кожуху с другой стороны перегородки. Пространства для прохождения потока также имеются между трубами у внешней стороны матрицы и солевым кожухом.

Устройство предпочтительно включает наружную рубашку, окружающую солевой кожух с обеспечением промежутка относительно него, с тем, чтобы образовать изоляционное пространство между солевым кожухом и наружной рубашкой, при этом впускной и выпускной патрубки проходят с внешней стороны наружной рубашки к внутренней части солевого кожуха.

В другом варианте устройство для накапливания латентного тепла включает в себя солевой кожух, впускной и выпускной патрубки, проходящие к внутренней части солевого кожуха, по меньшей мере одну трубу внутри солевого кожуха, а также имеет множество прямых параллельных путей, образующих матрицу с внешней частью, и имеет материал, изменяющий фазовое состояние, изолированно размещенный внутри по меньшей мере одной трубы, в котором пути выполнены в форме равностороннего многоугольника, при этом каждый путь внутри внешней части матрицы примыкает к множеству смежных путей, а каждый путь у внешней части матрицы дополнительно входит в контакт с солевым кожухом, причем пути имеют такую форму поперечного сечения, что между путями образованы пространства для прохождения потока, при этом пространства для прохождения потока сообщаются по текучей среде с входным и выходным патрубками, а солевой кожух включает в себя множество параллельных, направленных внутрь, отстоящих друг от друга удлиненных ребер, причем отстоящих друг от друга по центру на расстоянии, равном промежутку между центрами путей, а пути у внешней стороны матрицы размещены между соответствующими одними из ребер и входят в контакт с ребрами по их соответствующей протяженности. Пути определены отдельными трубами с круглым поперечным сечением, а форма равностороннего многоугольника представляет собой правильную шестиугольную форму, при этом каждая труба имеет шесть мест контакта с другими смежными трубами или с солевым кожухом на ребрах и между ними. Предпочтительно места контакта отстоят друг от друга по периферии каждой трубы на угол около 60°.

Устройство согласно изобретению включает в себя наружную рубашку, окружающую солевой кожух с обеспечением промежутка относительно нее, чтобы образовать изоляционное пространство, при этом солевой кожух отделен от наружной рубашки посредством большого количества распорок. Наружная рубашка включает в себя множество упрочняющих ребер. Солевой кожух содержит два каналообразных элемента, окружающих матрицу, соприкасающихся с ней и уплотненных относительно друг друга, а также торцевые пластины или крышки на каждом конце матрицы, уплотненные относительно каналообразных элементов, при этом торцевые пластины или крышки снабжены упрочняющими ребрами.

В другом аспекте изобретения относится к батарее латентного тепла, включающей в себя солевой кожух, наружную рубашку, окружающую солевой кожух с обеспечением промежутка относительно него, чтобы образовать изоляционное пространство между солевым кожухом и наружной рубашкой, входной и выходной патрубки, проходящие с внешней стороны наружной рубашки к внутренней стороне солевого кожуха, по меньшей мере одну трубу внутри солевого кожуха, а также имеющем множество прямых параллельных путей, образующих матрицу с внешней частью, и материал, изменяющий фазовое состояние, изолированно размещенный внутри по меньшей мере одной трубы, в которой пути выполнены в форме равностороннего многоугольника, при этом каждый путь внутри внешней части матрицы примыкает к множеству смежных путей, а каждый путь у внешней части матрицы дополнительно входит в соприкосновение с солевым кожухом, причем пути имеют такую форму поперечного сечения, что между путями находятся пространства для прохождения потока, при этом пространства для прохождения потока сообщаются по текучей среде с входным и выходным патрубками.

Другие задачи и преимущества будут очевидны из приведенного ниже описания при его рассмотрении совместно с прилагаемыми чертежами.

Описание чертежей

На фиг.1 представлен несколько схематический вид в поперечном сечении устройства для накапливания латентного тепла, выполненного согласно изобретению.

На фиг.2 представлен фрагментарный вид в сечении одного конца устройства для накапливания латентного тепла, показанный приблизительно под 90° по отношению к виду на фиг.1.

На фиг.3 представлен разнесенный вид устройства для накапливания латентного тепла.

На фиг.4 представлен вид в перспективе солевого кожуха, когда торцевые пластины или крышки удалены.

На фиг.5 представлен увеличенный вид части матрицы с трубами.

Описание предпочтительных вариантов осуществления конструкции

Если обратиться к Фиг.1 и 2, то на них представлено устройство для накапливания латентного тепла, выполненное согласно изобретению. Оно описано в контексте применения для транспортных средств, однако следует иметь в виду, что за исключением тех ограничений, которые обусловлены прилагаемой формулой изобретения, оно также может найти применение и в других случаях.

Устройство для накапливания латентного тепла включает в себя наружную рубашку, в целом обозначенную позицией 10, которая окружает солевой кожух, в целом обозначенную позицией 12. Наружная рубашка 10 необязательна и будет применяться в том случае, когда устройство для накапливания латентного тепла используют в качестве нагревательной батареи. Она отстоит от солевого кожуха 12 так, чтобы образовать изоляционное пространство 14. Множество обычных распорок 16 проходит между наружной рубашкой 10 и солевым кожухом 12 с тем, чтобы обеспечить желаемый промежуток. Распорки предпочтительно изготавливают из материала, обладающего низкой теплопроводностью.

В обычном случае в пространстве 14 будет обеспечен вакуум, который может быть создан через отверстие 18. В то же время в пространство 14 через отверстие 18 может быть введен приемлемый изоляционный материал. Изоляционный материал обычно будет представлять собой материал, который препятствует передаче энергии посредством конвекции и излучения от солевого кожуха 12 к наружной рубашке 10. Приемлемым изоляционным материалом является материал, поступающий в продажу с товарным знаком "AEROGEL".

Как только введен изоляционный материал и обеспечен желаемый вакуум, отверстие 18 может быть герметично закрыто посредством припаивания или приваривания к нему крышки (не показана).

Внутри солевого кожуха 12 расположено множество труб 20. Трубы 20 образуют матрицу из параллельных путей 21. В наиболее предпочтительном варианте осуществления конструкции матрица имеет сотовую форму, то есть она образована в виде плотного равностороннего шестиугольника с добавлением трубного пути 21 по центру. Используемый здесь термин "правильный" относится к геометрической фигуре, многоугольнику, стороны которого имеют одинаковую длину и пересекают друг друга под одинаковыми углами. Этот тип конфигурации обычно будет обеспечивать размещение наибольшего количества труб 20 внутри солевого кожуха, имеющей заданную форму и размер. Однако в некоторых случаях может быть применена многоугольная фигура, отличающаяся от правильного многоугольника. Например, как будет видно из нижеуказанного, когда желательны каналы большего размера для течения охладителя или когда желательно, чтобы общая толщина тепловой батареи была меньше, чем в случае использования правильного многоугольника, например правильного шестиугольника, матрица может иметь форму "равностороннего" многоугольника, который представляет собой многоугольник, стороны которого имеют одинаковую длину, но могут пересекать друг друга под одинаковыми или разными углами. Каждая из труб 20 изолирована и содержит соответствующий материал, изменяющий свое фазовое состояние, который может иметь обычную композицию. В некоторых случаях одна или более из труб 20 может быть изогнута сама на себя, чтобы образовать параллельные пути 21, а не использовать отдельные трубы 20.

Солевой кожух 12 включает в себя две наружные оболочки 22, окружающие пути 21 прохождения труб и примыкающие к ним так, как будет описано. Кроме того, концы оболочек 22 закрыты торцевыми крышками или пластинами с тем, чтобы образовать уплотненную структуру. Каналы для прохождения потока, которые будут описаны, расположены между трубными путями 21, причем в представленном варианте осуществления конструкции матрица из трубных путей 21 разделена пополам посредством перегородки 30, проходящей в матрице из конца в конец. В некоторых случаях перегородку не используют, однако в других случаях используют более одной перегородки с целью изменения количества проходов охладителя через матрицу, состоящую из трубных путей 21.

Вблизи от торцевой крышки или пластины 24 расположено пространство 32 для прохождения потока, при этом оно сообщается по текучей среде со всеми каналами между трубами 20. На противоположных концах расположено в некоторой степени подобное пространство 34 для прохождения потока, но в этом месте перегородка 30 проходит в наружном направлении матрицы из труб 20 и обеспечена прокладкой, показанной схематически и обозначенной позицией 35, которая уплотняется о торцевую крышку или пластину 26.

С одной стороны от перегородки 30 торцевая крышка 26 включает в себя отверстие 36, к которому подсоединен патрубок 38, расположенный в изоляционном пространстве 14. Патрубок 38 проходит к колену, в которое, в свою очередь, заходит штуцер 42 для шланга, проходящий через соответствующее отверстие в наружной рубашке 10.

С противоположной стороны от перегородки 30 расположен подобный патрубок 44, который проходит к штуцеру 46 для шланга. Оба патрубка 38 и 44 сообщаются с внутренней частью солевого кожуха 12 с противоположных сторон от перегородки 30. Таким образом, один из них может служить в качестве впускного патрубка, а другой в качестве выпускного патрубка для жидкости, например для охладителя двигателя. В этом варианте осуществления изобретения перегородка 30 служит для того, чтобы обеспечить два прохода жидкости через матрицу из труб 20. Если желательно, может быть обеспечен только один проход или определенное количество проходов, большее двух, посредством соответствующего исключения перегородки 30 или использования дополнительных перегородок 30 и прокладок 35 с тем, чтобы увеличить количество проходов.

Если теперь обратиться к фиг.3, то применительно к ней устройство для накапливания латентного тепла будет описано более подробно. Как можно видеть, наружная рубашка 10 образована двумя оболочками в форме поддона, включая верхнюю оболочку 50 и нижнюю оболочку 52. Верхняя оболочка 50 включает в себя отверстие 18, а также на ней смонтирована арматура 46 (на фиг.3 не показана) для подсоединения шланга, а на нижней оболочке смонтирована нижняя арматура 42 для подсоединения шланга, которая частично показана на фиг.З.

Две оболочки 50 и 52 имеют периферийные кромки 54 и 56, которые приведены в состояние примыкания и приварены друг к другу. Кроме того, каждая из оболочек 54, 56 включает в себя множество упрочняющих ребер 60. Упрочняющие ребра 60, в общем, проходят поперечно направлению длины труб 20 и образованы в донной части 62 каждой из оболочек 50, 52, а также у обеих противоположных боковых стенок 64 оболочек 50, 52.

Если теперь обратиться к Фиг.3 и 4, то оболочки, составляющие солевой кожух, включают в себя два каналообразных элемента 70, 72, собранных друг с другом так, как показано на фиг.4, и припаянных друг к другу с тем, чтобы охватить трубы 20, а также перегородку 30, если она используется. Компоновка согласно представленному предпочтительному варианту осуществления конструкции такова, что трубы 20 ограничены плотной равносторонней шестиугольной или сотовой формой, как показано, при этом трубы 20 у внешней стороны матрицы соприкасаются с солевым кожухом 22 и с другими трубами внутри матрицы, а трубы 20 внутри матрицы соприкасаются друг с другом и/или с перегородкой 30, если она используется.

К каждому торцу каналов 70, 72, формирующих солевой кожух 12, прикреплены торцевые пластины или крышки 24, 26, которые показаны ранее на фигурах 1 и 2. Как показано, крышка 24 включает в себя множество направленных внутрь упрочняющих ребер 74, в то время как торцевая крышка или пластина 26 включает в себя подобные ребра 76.

Фактически торцевая пластина или крышка 24 представляет собой крышку, которую устанавливают вокруг кромок каналов 70, 72, но которая отстоит по отношению к торцам 78 труб 20 с тем, чтобы образовать упомянутое ранее пространство 32 для прохождения потока. Торцевая крышка или пластина 26 фактически представляет собой пластину, которая отстоит от торцов 80 труб 20 и позволяет установить прокладку 35.

Каналы 70, 72 включают в себя множество направленных внутрь ребер 82 на основании 84 каждого канала, а также их ножки 86, 88. Ребра 82 отстоят друг от друга по центру на таком расстоянии, которое равно промежутку между центрами труб 20 так, что трубы могли быть установлены в пространстве между смежными ребрами 82, как наилучшим образом показано на фиг.5. Ребра вновь обозначены позицией 82, а промежутки между ребрами обозначены позицией 89. Можно видеть, что промежутки 89 имеют поперечное сечение, которое по форме, в общем, похоже на почку. Вследствие этого каждая из труб 20 вблизи от внешней части матрицы будет входить в соприкосновение с одним из двух смежных ребер в месте 90 и с другим из двух смежных ребер в месте 91. Места 90 и 91 фактически представляют собой линии контакта, которые проходят по всей длине трубы 20. Кроме того, данная труба 20 будет соприкасаться с одной смежной трубой 20 по месту 92, со второй смежной трубой 20 по месту 93, с третьей смежной трубой 20 по месту 94 и с четвертой смежной трубой 20 по месту 96. Можно будет заметить, что все места контакта 90, 91, 92, 93, 94 и 96 отстоят друг от друга на одинаковый угол, составляющий порядка 60°, для показанной матрицы с сотовой или правильной шестиугольной формой.

В случае трубы, находящейся внутри матрицы, как показано на фиг.5, места контакта 90 и 91 с каналами 70,72 заменены местами контакта соответственно 98 и 100 с трубами 20 внутри матрицы. Вновь образуемые при этом шесть мест контакта отстоят друг от друга на угол, примерно составляющий 60°.

В предпочтительном варианте осуществления конструкции перегородка 30 может быть изготовлена из волнистых полос или из пластинообразного элемента, имеющего углубления, подобные углублениям 82 в каналах 70, 72, с тем, чтобы добиться конфигурации контакта того же самого типа.

В результате вышеупомянутого используют прочность кольца труб 20 для обеспечения удовлетворительной стойкости к давлению охладителя. Кроме того, независимо от характера формы трубы приблизительно одинаковый угловой промежуток между местами контакта со смежными трубами 20, каналами 70, 72 солевым кожухом и перегородкой 30 улучшает распределение напряжений в матрице и в солевом кожухе 12 и представляет собой средство повышения конструктивной прочности узла. В частности, этот отличительный признак изобретения обеспечивает возможность использования относительно тонких сварных труб 20 вместо труб, которые использовались ранее. Поскольку стенки труб могут быть изготовлены более тонкими, их внутренние диаметры могут иметь большее значение, что позволяет увеличить вместимость каждой трубы и возможность удержания материала, изменяющего фазовое состояние, без увеличения общего размера матрицы. Как вариант, внутренний диаметр может быть неизменным, при этом меньшая толщина стенки обеспечивает возможность уменьшения общего размера матрицы. Также происходит уменьшение веса.

Кроме того, промежутки между трубами 20 приводят к образованию множества путей 102 прохождения потока вокруг периферии каждой трубы во внутренней части матрицы, через которые может течь охладитель. Далее промежутки 89 между трубами 20 и ребрами 82 приводят к образованию путей 104 прохождения потока, так что даже трубы 20 у внешней части матрицы окружены шестью путями прохождения потока. Поэтому достигается превосходное распределение потока и хороший теплообмен. Ребра 82 служат не только для вышеупомянутого распределения напряжений, позволяя использовать более тонкие сварные трубы, но и выполняют функцию упрочнения для выдерживания давления жидкости, циркулирующей в каналах 102, 104, а также сил, прилагаемых в результате воздействия вакуума, создаваемого в пространстве 14.

Исходя из вышеуказанного можно будет легко оценить, что уникальная компоновка и конфигурация труб 20 по отношению к солевому кожуху 12 обеспечивает возможность получения прочного агрегата, имеющего минимальный объем и/или максимальную способность удержания материала, изменяющего фазовое состояние. Когда упомянутой способностью приходится пожертвовать для сведения к минимуму объема, устройство для накапливания латентного тепла, выполненное согласно настоящему изобретению, все же будет иметь более высокую способность нагрева или зарядки, чем в случае иного равного по объему устройства для накапливания латентного тепла, выполненного соответственно известному уровню техники, вследствие возможности использования тонкостенных сварных труб. В то же время, когда способность нагрева должна быть доведена до максимума без увеличения объема, это может быть достигнуто за счет того же самого фактора. Стойкость к воздействию давления обеспечивается посредством использования труб, а также уникальной компоновки ребер в солевом кожухе.

Хотя изобретение описано применительно к круглым трубам, можно легко оценить, что могут быть использованы трубы, поперечное сечение которых отличается от круглого сечения. Например, квалифицированные специалисты в этой области легко смогут оценить, исходя из фиг.5, что могут быть применены двенадцатисторонние многоугольные трубы, когда в показанных местах контакта располагаются боковые стороны, а дополнительные боковые стороны располагаются между отдельными местами контакта. При этом трубы, имеющие другую конфигурацию, могут быть использованы с получением каналов 102, 104 для прохождения потока, образуемых посредством канавок на внешней стороне труб даже в случае их плотного расположения в плотной сотовой или равносторонней шестиугольной матрице.

Приведенное выше описание матрицы из трубных путей 21, то есть описание матрицы, имеющей правильную шестиугольную или сотовую структуру, раскрывает возможность получения максимального количества трубных путей 21 в заданном пространстве. Однако в том случае, когда матрица должна быть изготовлена более тонкой, могут быть использованы другие многоугольные структуры. Например, центры труб могут быть расположены по углам равностороннего треугольника или ромба. С другой стороны, когда общая площадь поперечного сечения каналов для течения охладителя должна быть больше той площади, которая может быть достигнута в случае упомянутой треугольной формы или ранее описанной сотовой формы, центры трубных путей 21 могут быть расположены по углам квадрата (правильного четырехугольника) или ромба (равностороннего четырехугольника). Как вариант, трубы могут быть размещены по углам правильного неравностороннего шестиугольника. Безусловно, для квалифицированных специалистов в этой отрасли будут очевидны многие другие формы поперечного сечения матрицы, при этом вышеизложенное лишь иллюстрирует то, как различные варианты поперечного сечения матрицы могут быть использованы для доведения до максимума плотности труб, либо для доведения до максимума поперечного сечения пути течения охладителя, или для обеспечения желаемого баланса между ними.

Однако желательно, чтобы независимо от формы матрицы ей была придана такая конфигурация, чтобы имел место циклически равномерный и повторяемый контакт (даже необязательно с равным угловым промежутком между линиями контакта, хотя это желательно) между одной из смежных труб с каждой другой трубой и с каналами 70,72 с тем, чтобы довести до максимума конструктивную прочность системы, когда это требуется.

Устройство для накапливания латентного тепла, в общем, может быть изготовлено следующим образом. Обычно выполняют сборку матрицы из труб 20 с каналами 70, 72, причем, как правило, так, как показано на фиг.4. После этого собранные части могут быть припаяны друг к другу, особенно в том случае, когда используют алюминиевые трубы. Трубы 20 после их охлаждения могут быть заполнены материалом, изменяющим свое фазовое состояние, а затем их изолируют известным способом. После этого к каналам 70, 72 могут быть приварены торцевые детали или крышки 24, 26.

Затем в оболочку 50, 52, составляющую наружную рубашку, может быть установлен солевой кожух 12, после чего подсоединяют и приваривают в надлежащем месте впускной и выпускной патрубки (для охладителя). Далее, используя отверстие 18, осуществляют откачку из пространства 14 и его заполнение изоляционным материалом. В условиях вакуума для закрытия отверстия 18 может быть использована уплотняющая пластина (не показана). Таким образом, сборку выполняют относительно просто.

Итак, квалифицированные специалисты в этой области легко смогут оценить, что устройство для накапливания латентного тепла, выполненное согласно изобретению, позволяет решить указанные выше задачи, при этом оно идеально пригодно для использования в качестве нагревательной батареи на транспортных средствах.

Безусловно, описанное выше устройство для накапливания латентного тепла также может найти применение в качестве нагревательной батареи не только на транспортных средствах. Помимо этого, оно может быть использовано в качестве термоконденсатора с тем, чтобы можно было довести до минимума размер охлаждающих систем в аппаратах, подвергаемых воздействию изменяющихся тепловых нагрузок, то есть в том случае, когда в течение работы устройства имеет место пиковый нагрев.

Например, в случае применения для охлаждения электронных устройств, о чем говорилось ранее, устройство для накапливания латентного тепла может быть расположено в системе охлаждения далее по ходу от тепловой нагрузки и ближе по ходу от теплообменника, используемого для отвода тепла в окружающую среду или в иную среду. В этом случае устройство для накапливания латентного тепла может действовать в качестве термоконденсатора для сглаживания пиков нагрева, с которыми приходится сталкиваться при работе охлаждаемого аппарата. При этом устройство для накапливания латентного тепла будет сформировано в системе охлаждения таким образом, что когда пики нагрева отсутствуют, это устройство будет отводить тепло к охладителю, текущему через него от нагрузки к теплообменнику, для отвода тепла. Когда возникает пиковый нагрев, тепло, характеризуемое пиком, будет поглощено устройством для накапливания латентного тепла в течение действия пика. Когда пик проходит, накопленная энергия будет выделяться или отводиться в поток охладителя при продолжении работы устройства. Вследствие этого можно избежать применения чрезмерно больших насосов для обеспечения циркуляции большого объема охладителя, достаточного для приспосабливания к пиковому нагреву. Подобным же образом теплообменник для отвода тепла должен иметь размеры, лишь незначительно превышающие те размеры, которые требуются для отвода тепла в течение работы системы, когда отсутствует пиковый нагрев. Размер вентилятора, если его используют совместно с теплообменником для отвода тепла, тоже может быть уменьшен. Вследствие этого объем системы охлаждения, имея в виду физический размер, и ее стоимость могут быть значительно уменьшены.

Безусловно, когда устройство для накапливания латентного тепла используют в качестве термоконденсатора, то с функциональной точки зрения для него обычно не потребуется наличие наружной рубашки и изоляционного пространства в виде наружной рубашки 10 и изоляционного пространства 14, которое она образует с солевым кожухом 12. Фактически, ее отсутствие может представлять собой дополнительное средство отвода тепла от внешней поверхности солевого кожуха 12.

В то же время во многих случаях наружная рубашка 10 может быть сохранена совместно с изоляционным пространством определенной величины с целью предотвращения отвода тепла батареей, служащей для накапливания латентного тепла, в окружающую среду так, что может произойти перегрев смежного оборудования, либо чтобы по каким-то различным причинам предотвратить воздействие на окружающую среду поверхности с весьма высокой температурой.

Изобретение предназначено для применения в устройствах для накапливания латентного тепла, а именно к устройствам для накапливания латентного тепла, имеющих относительно небольшой объем и обладающих высокой способностью накапливания тепла.

Устройство для накапливания латентного тепла включает в себя солевой кожух, впускной и выпускной патрубки, проходящие с внешней стороны наружной рубашки к внутренней части солевого кожуха, по меньшей мере, одну трубу внутри солевого кожуха, а также имеющее множество прямых, параллельных путей, образующих матрицу с внешней частью, и материал, изменяющий свое фазовое состояние, изолированно размещенный внутри, по меньшей мере, одной трубы, причем пути выполнены в форме равностороннего многоугольника, при этом каждый путь внутри от внешней части упомянутой матрицы примыкает к множеству смежных путей, а каждый путь у внешней части матрицы дополнительно входит в контакт с солевым кожухом. Устройство для накапливания латентного тепла также включает в себя солевой кожух, впускной и выпускной патрубки, проходящие к внутренней части солевого кожуха, по меньшей мере, одну трубу внутри солевого кожуха, а также имеющее множество прямых параллельных путей, образующих матрицу с внешней частью, и имеющее материал, изменяющий фазовое состояние, изолированно размещенный внутри, по меньшей мере, одной трубы, в которой пути выполнены в форме равностороннего многоугольника, при этом каждый путь внутри внешней части матрицы примыкает к множеству смежных путей, а каждый путь у внешней части матрицы дополнительно входит в контакт с солевым кожухом, причем пути имеют такую форму поперечного сечения, что между путями образованы пространства для прохождения потока, при этом пространства для прохождения потока сообщаются по текучей среде с входным и выходным патрубками. Батарея латентного тепла включает солевой кожух, наружную рубашку, окружающую солевой кожух с обеспечением промежутка относительно него, чтобы образовать изоляционное пространство между солевым кожухом и наружной рубашкой, входной и выходной патрубки, проходящие с внешней стороны наружной рубашки к внутренней стороне солевого кожуха, по меньшей мере, одну трубу внутри солевого кожуха, а также имеющая множество прямых параллельных путей, образующих матрицу с внешней частью, и материал, изменяющий фазовое состояние, изолированно размещенный внутри, по меньшей мере, одной трубы, в которой пути выполнены в форме равностороннего многоугольника, при этом каждый путь внутри внешней части матрицы примыкает к множеству смежных путей, а каждый путь у внешней части матрицы дополнительно входит в соприкосновение с солевым кожухом. Изобретение позволяет создать легкое, обладающее большой емкостью и малым объемом устройство для накапливания латентного тепла. 3н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для накапливания латентного тепла, включающее в себя солевой кожух, впускной и выпускной патрубки, проходящие с внешней стороны наружной рубашки к внутренней части солевого кожуха, по меньшей мере, одну трубу внутри солевого кожуха, а также имеющее множество прямых параллельных путей, образующих матрицу с внешней частью, и материал, изменяющий свое фазовое состояние, изолированно размещенный внутри, по меньшей мере, одной трубы, причем пути выполнены в форме равностороннего многоугольника, при этом каждый путь внутри от внешней части упомянутой матрицы примыкает к множеству смежных путей, а каждый путь у внешней части матрицы дополнительно входит в контакт с солевым кожухом, при этом пути имеют такую форму поперечного сечения, что между путями имеются пространства для прохождения потока, причем пространства для прохождения потока сообщаются по текучей среде с входным и выходным патрубками.2. Устройство по п.1, в котором каждый из путей определен отдельной трубой.3. Устройство по п.1, в котором каждая из труб имеет круглое поперечное сечение.4. Устройство по п.1, в котором трубы припаяны друг к другу для формирования матрицы из труб.5. Устройство по п.1, в котором трубы припаяны друг к другу и к внутренней стенке солевого кожуха системой паяных соединений, которые являются циклически симметричными и повторяемыми.6. Устройство по п.1, в котором правильная многоугольная форма представляет собой плотную шестиугольную форму.7. Устройство по п.6, в котором пути имеют круглое поперечное сечение, при этом каждый из путей имеет шесть мест контакта с другими путями или с солевым кожухом.8. Устройство по п.7, в котором солевой кожух включает в себя множество параллельных удлиненных, направленных внутрь и отстоящих друг от друга ребер, центры путей отстоят друг от друга, а промежуток между ребрами такой же, как и промежуток между центрами, причем пути у внешней части матрицы расположены между двумя смежными ребрами и каждый из них имеет одно из упомянутых мест контакта с каждым из двух смежных ребер.9. Устройство по п.8, в котором места контакта отстоят друг от друга на угол около 60°.10. Устройство по п.1, дополнительно включающее в себя перегородку, проходящую через матрицу между путями, при этом входной патрубок подсоединен к солевому кожуху с одной стороны перегородки, а выходной патрубок подсоединен к солевому кожуху с другой стороны перегородки.11. Устройство по п.1, в котором пространства для прохождения потока также имеются между трубами у внешней стороны матрицы и солевым кожухом.12. Устройство по п.1, дополнительно включающее в себя наружную рубашку, окружающую солевой кожух с обеспечением промежутка относительно него для того, чтобы образовать изоляционное пространство между солевым кожухом и наружной рубашкой, при этом впускной и выпускной патрубки проходят с внешней стороны наружной рубашки к внутренней части солевого кожуха.13. Устройство для накапливания латентного тепла, включающее в себя солевой кожух, впускной и выпускной патрубки, проходящие к внутренней части солевого кожуха, по меньшей мере, одну трубу внутри солевого кожуха, а также имеющее множество прямых параллельных путей, образующих матрицу с внешней частью, и имеющее материал, изменяющий фазовое состояние, изолированно размещенный внутри, по меньшей мере, одной трубы, в которой пути выполнены в форме равностороннего многоугольника, при этом каждый путь внутри внешней части матрицы примыкает к множеству смежных путей, а каждый путь у внешней части матрицы дополнительно входит в контакт с солевым кожухом, причем пути имеют такую форму поперечного сечения, что между путями образованы пространства для прохождения потока, при этом пространства для прохождения потока сообщаются по текучей среде с входным и выходным патрубками, а солевой кожух включает в себя множество параллельных, направленных внутрь, отстоящих друг от друга удлиненных ребер, причем отстоящих друг от друга по центру на расстоянии, равном промежутку между центрами путей, а пути у внешней стороны матрицы размещены между соответствующими одними из ребер и входят в контакт с ребрами по их соответствующей протяженности.14. Устройство по п.13, в котором пути определены отдельными трубами с круглым поперечным сечением, а форма равностороннего многоугольника представляет собой правильную шестиугольную форму, при этом каждая труба имеет шесть мест контакта с другими смежными трубами или с солевым кожухом на ребрах и между ними.15. Устройство по п.14, в котором места контакта отстоят друг от друга по периферии каждой трубы на угол около 60°.16. Устройство по п.13, включающее в себя наружную рубашку, окружающую солевой кожух с обеспечением промежутка относительно нее, чтобы образовать изоляционное пространство, при этом солевой кожух отделен от наружной рубашки посредством большого количества распорок.17. Устройство по п.13, в котором наружная рубашка включает в себя множество упрочняющих ребер.18. Устройство по п.17, в котором солевой кожух содержит два каналообразных элемента, окружающих матрицу, соприкасающихся с ней и уплотненных относительно друг друга, а также торцевые пластины или крышки на каждом конце матрицы, уплотненные относительно каналообразных элементов, при этом торцевые пластины или крышки снабжены упрочняющими ребрами.19. Устройство по п.13, в котором солевой кожух содержит два каналообразных элемента, окружающих матрицу, соприкасающихся с ней и уплотненных относительно друг друга, а также торцевые пластины или крышки на каждом конце матрицы, уплотненные относительно упомянутых каналообразных элементов, при этом торцевые пластины или крышки снабжены упрочняющими ребрами.20. Батарея латентного тепла, включающая в себя солевой кожух, наружную рубашку, окружающую солевой кожух с обеспечением промежутка относительно него, чтобы образовать изоляционное пространство между солевым кожухом и наружной рубашкой, входной и выходной патрубки, проходящие с внешней стороны наружной рубашки к внутренней стороне солевого кожуха, по меньшей мере, одну трубу внутри солевого кожуха, а также имеющая множество прямых параллельных путей, образующих матрицу с внешней частью, и материал, изменяющий фазовое состояние, изолированно размещенный внутри, по меньшей мере, одной трубы, в которой пути выполнены в форме равностороннего многоугольника, при этом каждый путь внутри внешней части матрицы примыкает к множеству смежных путей, а каждый путь у внешней части матрицы дополнительно входит в соприкосновение с солевым кожухом, причем пути имеют такую форму поперечного сечения, что между путями находятся пространства для прохождения потока, при этом пространства для прохождения потока сообщаются по текучей среде с входным и выходным патрубками.