CN106164615B - 用于包含相变材料的包囊的吸收体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及旨在包含相变材料的用于冷藏设备的包囊(10)的长圆形吸收体(1)，其特征在于所述吸收体包括填充有常压气体的挠性外壳(2)，所述外壳具有通常为圆柱体的主体部分，所述吸收体具有圆形截面并终止于半球状端部。本发明还涉及提供有这种吸收体的包囊。
Description
本发明涉及一种用于包含相变材料(缩写为PCM)的包囊的吸收体(也称为填充体)以及装配有这种吸收体的包囊，所述相变材料具体为具有高的熔解/凝固潜热的能量存储剂，如水或水合盐的共熔体(utectic)。本发明还涉及包装所述包囊的方法。
发明背景
已知的冷藏装置包括这样的封闭环路：其中传热流体(例如二醇水)在填充有相变材料的包囊之间受迫循环并堆积在罐(由钢或混凝土制造)中，然后通向需冷却的区域(该技术被称为“包封的PCM”)。囊壁越薄，从包囊至传热流体的传热系数越高。在被称为“存储－进料”阶段的过程中，被冷冻压缩机冷却的传热流体在低于包囊中包含的相变材料状态改变温度的温度下循环通过所述罐，这具有使包囊中包含的相变材料凝固的效果，因此能存储一定量的冷却能。在被称为“存储－输出”阶段的过程中，传热流体循环通过所述罐，并在与填充有凝固的PCM的包囊接触时接收存储的冷却能，并将其转移至需要冷却的区域。该循环使得包囊中的相变材料逐渐融化，这表示相变材料必须周期性地返回固体状态(在存储进料阶段发生)。
某些相变材料，特别是水，在固体状态时的体积大于液体状态，对于包囊来说能吸收该增加的体积而不受损是非常重要的。一种目前的解决方案是用相变材料部分填充该包囊，剩余体积由空气占据，形成能被相变材料凝固时逐渐占据的自由体积，代价是包囊内压力增加。虽然便于实施，但该方案的缺点是导致包囊的薄壁在较弱强度的区域中拉伸，并且在传热流体的压力作用下在外壳强度较小的区域中形成中凹的形状从而使得包囊的外壳变形。
这些变形不断重复的特性导致外壳弱化，最终失效。
文献FR2609536描述了一种完全用相变材料填充的包囊，其包括具有中空的凹陷形状的挠性外壳，该凹陷形状可以在相变材料凝固时被相变材料推回原位，从而使得包囊的内部体积增加。如前所述，外壳变形不断重复的特性最终使得外壳弱化。
文献FR2732453本身描述了一种具有薄的且刚性的外壳的包囊，该包囊包含固定在包囊中心的球形吸收体，并占据了包囊的部分内部体积。包囊的内部体积因此由于吸收体本身的体积而减小，被相变材料完全填充。吸收体是可压缩的，因此能随着相变材料凝固而被相变材料压缩，从而吸收所述材料增加的体积。膨胀体的球形形状与包囊的球形形状相关联，导致相变材料从周边朝向包囊中心凝固而不流动，从而避免有害的内部压力产生。但是，在包囊中心设置这种吸收体并保持该吸收体是棘手的。
发明目的
本发明的一个目的是提出一种简单形状的吸收体，其使用简单，容易与具有球形外壳的包囊组合使用。
发明简述
为实现该目的，提出一种包括挠性的气体填充的外壳的长圆形吸收体，其具有圆柱体总体形状的主体部分以及终止于半球状端的圆形截面。通过使该吸收体的长度基本上等于球形包囊的内部直径，该吸收体能自然地将其自身沿其直径轴楔入包囊中，从而保持包囊内部体积的旋转对称性。在凝固阶段，相变材料在包囊外壳附近开始凝固，这捕获并固定吸收体的端部，防止吸收体在包囊内部移动，从而防止吸收体的移动破坏相变材料的凝固。随着凝固逐渐进行，吸收体逐渐压缩，从而释放空间来吸收相变材料增加的体积。
还提出一种外壳具有球状总体形状的包囊，其装配有本发明的长圆形吸收体，所述包囊的外壳具有与本发明吸收体的长度基本相等的内部直径，并包括圆形填充孔，所述填充孔的直径与长圆形吸收体的直径相比略长。这使得吸收体非常容易放置于包囊内部。
所述包囊的外壳可以是光滑的，或者可以具有凸起以鼓励相变材料和进入与包囊接触的传热流体之间的热交换。此外，术语“外壳具有球状总体形状”包括总体形状类似球状的外壳，该形状不一定是严格的球状。具体地，所述外壳可具有中空的形状。
根据本发明的一个方面，包装所述包囊包括以下步骤：
－将所述长圆形吸收体通过其开口引入所述包囊中；
－将所述吸收体转动以使所述包囊的开口呈畅通状态；
－通过所述开口用相变材料填充所述包囊；
－塞住包囊孔。
根据本发明的一个替代形式，所述长圆形吸收体与压力传感器相联，以测试所述吸收体中包封的气体的压力。
附图说明
以下将结合所附说明书附图进行描述，从而更好地理解本发明，其中：
－图1是根据本发明的长圆形吸收体的立体图；
－图2a至2c是描述包装根据本发明的具有图1吸收体的包囊的多个步骤的示意图；
－图3是图2a至2c的包囊的立体图，在与囊壁接触后包囊中的相变材料处于凝固过程。
－图4是根据本发明的一个替代实施方式的吸收体的立体图；
－图5a至2c是描述包装根据本发明的具有图4吸收体的包囊的多个步骤的示意图；
发明实施方式详述
图1示出根据本发明的吸收体1，其包括由挠性材料制备的外壳2。外壳2为长圆形，具有圆柱形主体部分3，其具有终止于半球状端部4的圆形截面。所述外壳2是流体密封的并包含气体，例如常压下的空气。对其材料进行选择以防止吸收体1内部和外部的渗透交换，并使其具有良好的耐夹捏(pinch)性。例如，可以使用基于乙烯乙酸乙烯酯(缩写EVA)的材料。这种吸收体可以通过吹塑或通过任何其它合适的方法制备。
这种吸收体以图2a至2c所示的方式使用。
在图2a所示的第一步骤中，将吸收体1通过开口11引入包囊10，开口11的直径略大于吸收体1的主体部分3的直径。本文中，外壳12包括在其外壁上的凸起，但外壳12的总体形状可表现为任何可想象的形状，前体是它整体上是球状。
接着，如图2b所示，将吸收体1在包囊10中转动以避开开口11，使得更易于使用浇铸嘴13用液态的相变材料(如小点所示)填充包囊10。应注意吸收体1的长度基本上等于包囊10的内径，这样吸收体1自然地沿包囊10的直径轴延伸。
最后，如图2c所示，再使用塞14将包囊10包封。这样包装的包囊可以与其它包囊一起装填到冷却装置的罐中。
图3示出吸收体1随着相变材料凝固而被压缩的方式。凝固在与外壳12接触时开始(凝固的部分以更紧密分布的点表示)，并捕获吸收体1的端部。其主体部分随着相变材料的体积逐渐增加而压缩。吸收体内的内部压力相应地增加。相反，随着相变材料融化，吸收体向相变材料施压，当相变材料充分融化时，吸收体有助于打散残余晶体，从而增加液/固交换的表面积。
根据本发明一个替代的实施方式，如图4所示的替代实施方式，吸收体101还包括前述长圆形的外壳。但是，一个端部114是打开的，并能接收压力传感器115以测量吸收体101的内部压力，所述传感器是例如，能远程会话的RFID型传感器。在这种情况下，实践中传感器通过塞114一体设置，吸收体固定在所述塞上以形成容易操作的单元组件。
这种吸收体以图5a至5c所示的方式使用。
如图5a所示，包囊10首先用液态的相变材料填充。
然后，如图5b所示，由吸收体101、塞114和传感器115组成的组件装配到包囊上，使得一定量的相变材料溢出并用盘116收集。图5c示出完全包装并可以使用的包囊。
通常，对于内径为130毫米的包囊，吸收体将设置为长度130毫米，主体部分直径35毫米。
通常，对吸收体的主体部分直径进行选择，这样当包囊中包含的相变材料完全凝固时，吸收体内的压力小于或等于3巴。
本发明不限于已描述的内容，相反，本发明包括落入权利要求范围内的任意替代形式。
Claims (8)
1.一种旨在包含相变材料的用于冷藏装置包囊的长圆形吸收体，其特征在于，所述吸收体包括气体填充的挠性外壳(2；102)，所述外壳具有圆柱体总体形状的主体部分和终止于半球状端部的圆形截面，其中，所述吸收体通过其一个端部与压力传感器(115)相联，所述压力传感器适用于测量所述吸收体的内部压力。
2.如权利要求1所述的长圆形吸收体，其中，所述外壳由基于乙烯乙酸乙烯酯的材料制备。
3.如权利要求1所述的长圆形吸收体，所述长圆形吸收体与包囊闭合塞(114)相联，向所述塞(114)引入所述长圆形吸收体。
4.一种用于冷藏装置的包囊，所述包囊包括球形总体形状的外壳(12)，所述外壳包含如权利要求1所述的吸收体(1；101)，所述吸收体的长度基本上等于所述包囊外壳的内径，所述包囊用相变材料填充。
5.如权利要求4所述的包囊，所述包囊包括直径略大于吸收体主体部分直径的开口。
6.使用如权利要求4或5所述的包囊的冷藏装置。
7.一种包装包囊的方法，其包括以下步骤：
－将权利要求1所述的长圆形吸收体通过其开口引入包囊；
－将所述吸收体转动以使所述包囊的开口呈畅通状态；
－通过所述开口用相变材料填充所述包囊；
－塞住包囊孔。
8.一种包装包囊的方法，其包括以下步骤：
－通过所述包囊的开口用相变材料填充所述包囊；
向所述包囊引入包括如权利要求1所述的长圆形吸收体(101)的组件，所述组件通过其一个端部与压力传感器(115)相联，所述压力传感器适用于测量所述吸收体的内部压力，所述组件固定于塞(114)，直至用所述塞将所述包囊的开口塞住。
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