Устройство для аккумулирования и передачи тепла Советский патент 1993 года по МПК A61F7/08 F24J1/00 

Изобретение относится к устройствам многоразового действия для накопления тепловой энергии и передачи запасенного тепла в изотермическом режиме в течение всего времени действия. Названные устройства содержат,обратимо аккумулирующее тепло вещества и процессы и предназначены для использования в технике, в быту для обогрева людей и животных, подвергающихся воздействию низких температур (геологи, рыбаки, охотники, личный состав СА и ВМФ и т.д.), сушки обуви, одежды и т.д., прогрева различных участков тела с терапевтическими целями и т.п.

Эффективность подобных устройств оценивают как по общим параметрам, например, способности длительное время сохранять на поверхности необходимую температуру (изотермичность поверхностей) по времени тепловыделения и времени взведения, так и по удельным характеристикам, в частности по величине

полезного эффекта на единицу массы или объема.

Известны устройства для аккумулирования и передачи тепла, содержащие контей- .нер с теплоэккумулирующим веществом.

Недостатком этих устройств является относительно небольшая тепловая емкость и неравномерная отдача тепла, обусловленная непрерывным снижением температуры на их поверхности.

Известны также устройства для аккумулирования и передачи тепла, содержащие контейнер, снаряженный веществами, способными к процессам обратимого аккумулирования тепла за счет фазового перехода (из твердого в жидкое и наоборот).

Основным недостатком известных уст- 1. ройств является то, что конструкция корпуса, обеспечивающая работу устройств, не позволяет осуществить равномерность обогрева изделий сложной формы, рабочие температуры поверхностей или чрезмерно высоки и могут вызвать ожоги незащищенVJ

О

о

4

СА)

ных кожных покровов, или недостаточны для обогрева (до 96°F).

Из известных устройств для аккумулирования и передачи тепла по технической сущности и. наибольшему количеству существенных признаков, совпадающих с заявляемым объектом, выбрано в качестве прототипа устройства для аккумулирования, сохранения и передачи тепла. В этом решении герметичный эластичный контейнер заполнен смесью кристаллического тиосульфата натрия с добавкой 2-5 % смеси воды и сахара для замедления скорости кристаллизации,

.... Наиболее существенными недостатками прототипа являются:невозможность применения устройства для обеспечения равномерности двухсторонней передач тепла (для двустороннего теплосъема, двустороннего обогрева) под нагрузкой (при поджатии), т.к. объем активного вещества в жидком состоянии в данном случае существенно меньше чем в твердом, кристаллическом, что обуславливает образование воздушных полостей, исключающих равномерность тепловых потоков с его поверхностей и равномерность распределения нагрузок на устройство,

Кроме того, в устройсТвё-протоТйпе 6т- иЬсительно мало использован тепловой эффект фазовых переходов. ЭтбГсвязаНб с тем, что после кристаллизации расплавленной мессы образуется жесткая, монолитная масса вещества. Кроме неудобства в пользовании контейнером это предопределяет неравномерность теплосъема с нагретого устройства, существенно увеличивает время взведения (выход на режим),

Цель изобретения - устранение назваи- нШх недостатков и повышение эффективности (улучшение эксплуатационных характеристик| ст р:6йства при направленном теплосъеме.;; :

Указанная цель достигается тем, что в герметичном контейнере из эластичного материала размёЩШа пористая эластичная матрица, на всю площадь поверхности наружных и внутренних пор которой нанесена Смесь глицерина с поверхностно-активными веществами типа CMC (синтетические моющие вещества), ,а матрица заполнена веществом, способным к.процессу обратимого аккумулирования тепла за счет фазовых переходов,

Благодаря этому заявляемое устройство обеспечивает локальную кристаллизацию расплавленного материала-аккумулятора тепла внутри полостей мат рйць С причём этот материал при затвердевании в условиях заяв- ляёмого герметичного контейнера образует

только монодисперсные кристаллы (одного размера) с максимальным размером меньшим, чем средний диаметр единичной пары в матрице. Этим достигнута возможность

сохранения эластичности контейнера после кристаллизации и практически полная компенсация разности объемов материала-аккумулятора тепла в твердом и жидком (расплавленном) состоянии (разность объемрв незначима).

В заявляемом устройстве благодаря появлению эффекта локальной кристаллизации обнаружены новые свойства (эластичность теплоаккумулирующего ве5 щества в устройстве после .остывания, уменьшение времени активации, изотер- мичность всей поверхности при двухстороннем теплоотводе; достаточно высокие допустимые нагрузки на устройство в про0 цессё тепловыделения и тепловой активации и т.д.), которые не проявляются ни в одном из известных объектов, содержащих подобные или близкие признаки.

На фиг. 1 п риведен разрез нагреватель5 ного устройства. В герметичном контейнере Т, Шготбв лённом из эластичного материала, размещена пористая эластичная матрица 2, заполненная веществом 3, .обратимо аккумулирующим тепловую энергию (поверх0 н ость пор матрицы покрыта слоем смеси глицерина с CMC).

Устройство работает следующим образом .:

Для использования заявляемого объек5 та в качестве источника длительного обогрева его помещают на несколько минут в кипящую воду, в результате чего плавится тёплоаккумулирующее вещество в порах матрицы. После этого контейнер извлекают

0 из воды, и он в течение нескольких часов обеспечивает постоянство температуры поверхности за счет тепла, выделяющегося при кристаллизации вещества.

При воздействии на контейнертеплоно5 сителей с температурой менее или более

100° С, время активации соответственно

увеличивается или уменьшается время и

характер действия устройства остается неизменным. Это пбзвблШт применять заяв0 ляемое устройство, например, для обогрева автомобильных и иных салонов во время стоянки, отдыха и т.п., используя тепло, аккумулированное от работающего двигателя во время движения.

5 Данное техническое решение позволяет обеспечить: изотермичность всей поверхности контейнера, в том числе и при двухстороннем теплоотводе, включая контакт с поверхностями сложной формы (овал, многогранник и т.п.); увеличить допустимую

нагрузку на контейнер, т.к. отсутствуют газовые включения, полости, прослойки, а плотность содержимого контейнера постоянна во всем объеме и не нарушается во время разогрева и теплоотдачи; отсутству- ют внутренние растягивающие или сжимающие нагрузки на оболочку контейнера при фазовых переходах.

Заявляемое устройство состоит из простых по конструкции деталей и может быть изготовлено с применением несложных технологических операций, без использования дорогостоящих материалов.

Корпус контейнера может быть изготовлен на автоматизированных линиях, напри- мер, для формования пакетов из полиэтилена, поливинилхлорида и других термопластичных материалов, резиновых медицинских грелок и емкостей для льда, Матрица может быть изготовлена из пено- полиуретана (поролона) ОСТ 6-07-407-75, вспененной губчатой резины (губки) и т.п., как из листового материала, так и из отходов производства (обрези).

Обработка всей поверхности пор повер- хностно-активным веществом заключается в смачивании (пропитке) материала матрицы с последующим отжатием жидкости,

Сборка устройства состоит во введении обработанной пористой матрицы внутрь корпуса эластичного контейнера с последующей пропиткой матрицы расплавленным веществом - аккумулятором тепла (тиосульфатом натрия, уксуснокислым натрием, ор- тофосфатом натрия и др.), причем обьем матрицы равен объему вводимого вещества, После герметизации контейнера устройство готово к применению. Кратность взведения, и работы не ограничена, гарантийный срок хранения (эксплуатации) определяется прочностью материала корпуса контейнера.

В качестве материала теплового аккумулятора могут быть использованы вещества, способные при переходе из кристаллического состояния D жидкое поглощать тепло, а при кристаллизации выделять его обратно (например, ацетат натрия по патенту США Мс 2220777, кл, 126-263, ортофосфат натрия по патенту США № 2677367, кл. 126-263 и

Формула изобретения Устройство для аккумулирования и передачи тепла, содержащее-, герметичный эластичный контейнер, заполненный веществом, выделяющим тепло при кристаллизации, от.личающее- с я тем, что, с целью повышения эффективдругие подобные солевые гидратиые системы).

Были испытаны герметичные устройства для аккумулирования и передачи тепла, состоящие из полиэтиленового корпуса с эластичной матрицей из пенополиуретана, пропитанной смесью (раствором) глицерина и синтетического моющего вещества Кристалл, с последующей пропиткой матрицы расплавленным тиосульфатом натрия (объем матрицы равен объему жидкого наполнителя) и герметизацией корпуса (завариванием пакета). Скомплектованное устройство общей массой 0,2 кг обеспечивает сохранение температуры на поверхности корпуса равной 44± 1°С в течение 2-2,5 при температуре окружающей среды от 16 до 25 °С.

На фиг.2 приведены зависимость температуры корпуса устройства от времени для заявляемого устройства и прототипов (кривые 1 и 2 соответственно).

Как видно из фиг. 2, время работы заявляемого устройства больше примерно в 1,5 раза по сравнению с прототипом (при равной массе наполнителя), а стабильность температуры поверхности (изотермичность соответственно выше, кроме того, время достижения рабочей температуры меньше.

Аналогичные результаты получены при использовании поливинилхлорида и резины для изготовления корпуса устройства. Проверены следующие марки глицерина по ГОСТ 6824-76: динамитный 1,11 и высшего сортов, а также сырой глицерин. В качестве .поверхностно-активного вещества применяли синтетические моющие вещества Лотос, Планета и др. (температура поверхности и ее изотермичность в пределах погрешности опыта ± 0,5°С).

Заявляемые нагревательные устройства соответствуют всем требованиям, предъявляемым к изделиям (товарам) народного потребления по безопасности обращения, экологической чистоте, удобству в эксплуатации, времени гарантийного срока хранения, стойкости и прочности к транспортным перегрузкам,

ности работы устройства при направленном теплосъеме, в нем размещают пористую эластичную матрицу, на полную поверхность которой нанесена смесь глицерина с поверхностно-активным вещест- вом.

Использование: для обогрева людей и животных, подвергающихся воздействию 2 . низких температур и прогрева различных участков тела с терапевтическими целями. Цель изобретения: повышение эффективности работы устройства при направленном теплосьеме. Сущность изобретения: устройство состоит из герметичного эластичного контейнера с размещенной в нем пористой эластичной матрицей с нанесенной на ее поверхность смеси глицерина с поверхностно- активным веществом, поры которой заполнены веществом, выделяющим тепло при кристаллизации. 2 ил.