CN109477699A - 用于在容积中定位的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种容积中的热交换和定位装置，所述装置包括：‑中心体(5)，其包含用于通过积聚潜热来存储热能的材料(7)，并且所述中心体与周围流动的流体(9)进行热交换；以及‑用于将中心体定位在容积中的结构(11)；所述定位结构被连接到中心体并围绕中心体延伸，并保留通道(13)以使得中心体和周围流体接触并使流体循环。

Description

用于在容积中定位的装置
本发明涉及热管理领域。特别是，本发明涉及一种用于与流体进行循环和热交换的热管理系统。
在容积中，在其中循环的流体可以在某一时间携带热能，如果该热能被存储，则稍后可以被回收在该容积中，例如对于相同的流体，然后该流体可能必须在另一个温度下循环，并且因此能够从这种(至少部分的)热能回收中受益。
例如，在机动车辆中，当推进发动机已经运行一段时间时，发动机油非常热。然后存储一些这种热能可能是有用的。另一方面，当冷启动发动机时，加热发动机油对于发动机性能和限制污染物排放是有用的。
除了存储和释放热能的方式之外，还存在一个问题，即在确定相关容积中的流体流动与在容积中热交换的停留时间/性能比之间的折衷的同时尽可能地确保存储和释放热能的功能。
因此，提出了一种热管理系统，其包括：
-壳体，其具有中空内部，以及设置在所述中空内部中用于流体的入口和出口：
-多个热交换和定位装置，每个包括：
-中心体，其包含用于通过潜热积聚来存储热能的材料，并被布置成与流体进行热交换，以及
-用于将中心体定位在所述中空内部中的结构，该定位结构被连接到中心体并围绕中心体延伸，并且保留通道以使得中心体和周围流体接触并使所述流体循环。因此，在这种情况下，流体的适应流动和装置的相对定位将相关联，以确保重要的热交换。
为了有效地定位中心体，同时考虑到可能的周围形状和/或可能需要通过局部引导流体来局部定向流体，建议定位结构应包括外部结构：
-(基本上或全局地)限定圆柱体，
-并通过横向臂连接到中心体。
在一些情况下，定位结构包括外部结构，所述外部结构限定环并通过横向臂连接到中心体就足够了。
优点是能够减小两个相邻装置的两个中心体之间的间隔，因为定位结构将仅在一个平面中延伸(基本上)。在该平面之外，两个相邻的装置可以彼此跟随并且接触。
并且为了考虑安装、存储或维护的困难，可以提出一种系统，该系统包括通过柔性连杆以串的方式连接在一起的多个装置，并且特别是具有一系列外部结构，每个外部结构限定环的装置。
对于可以是全向的自定位，无论由所述中空内部限定的容积的形状如何，以及周围的流体流动也独立于该容积中的装置的位置，建议定位结构应该是包括在几个平面中围绕中心体周向延伸的外围结构，以在几个方向上将其与周围支撑件分离。
特别地，定位结构然后可以包括外部结构：
-限定不连续球体(带有流体通道和循环开口)，
-并通过横向臂连接到中心体。
如果直径约2cm的定位结构连接到直径约1cm的中心体，通过约15个具有丝状横截面尺寸(因此约为1mm)的直杆，并且如果不连续球体也包括线性(rectilinear)但弯曲的杆，可以将强度、能量性能和考虑没有过多压降的循环结合起来。
优选地，中心体将呈球体或轮廓形式。球体是全向的。
在具有外部结构的上述实施方式中，后者将先验地径向远离中心体。这在管道中通常是有利的，其中横向臂仅提供与中心体的径向机械连接，对流体流动的阻力很小。
在诸如存储交换器气囊的存储容积中，其中没有管道中的管状形状，从上面可以理解，问题可能是使所述装置彼此远离并且与外壁隔开，只是足以不阻止流体几乎任何循环，但优先考虑每平方厘米的装置数量，以获得最大的热交换。
优选地，每个中心体也可以是球体，易于使用和分布，具有最小的死空间。
至于定位结构，它可以包括以下内容，同时围绕中心体，与其接触：
-蜂窝结构，
-或围绕中心体的一个或多个线性链形结构(beads)，
-或在所述体的外表面中形成凹槽。
通过这种方式，一方面，中心体和与其接触的周围流体之间的交换表面将增加，另一方面，根据在链形结构之间或在单元中、或在所述凹槽中的情况，促进该流体的通过，然后限定天然流体通道。
所制造的装置有利地是集成定位结构和包含热能存储材料的中心体的单件模制件。
并且该材料将有利地包括至少一种能够实现高能量性能的相变材料(PCM)。
出于所有目的，进一步证实相变材料(或PCM)是指在-50℃至180℃的受限温度范围内能够改变固体和流体之间的物理状态的材料。传热(或热传递)可以通过使用其潜热LH(LatentHeat)来实现：然后材料可以通过改变状态来存储或传递能量，同时保持基本恒定的温度，即状态变化的温度。
与PCM相关的绝热材料可以是“简单”绝缘体，诸如玻璃棉，但是泡沫材料，例如聚氨酯或聚异氰脲酸酯，或甚至更有利地是多孔或甚至纳米多孔绝热材料(诸如气凝胶)肯定是首选。
如果必要，参考附图阅读以下作为非穷举的实施例的说明将更好地理解本发明，并且本发明的其它特征、细节和优点将变得显而易见，其中：
-图1、2、3是前三个实施例的示意图，其中定位结构确保了中心体在容积中的轴向居中，
-图4、5是根据例如图3的一组装置的示意图，其定位在以容器形式的容积中(特别是在图4中，仅表示了一些所述热交换和定位装置，由于所述装置阻止流体基本上轴向流动，流体的流动是曲折的，如在管道或管中可见；因此与管道中的定位相比，停留时间增加)，并且
-图6、7、8示出了三个其他实施例(横截面和容积)，其中定位结构提供间隔，使得流体在所示的定位在容积中的装置之间流动。
因此可以设想用于在容积中热交换和定位的装置1的几种配置，容积也称为容器的中空内部3或21。
系统地，装置1将包括：
-中心体5，其包含用于通过潜热积聚来存储热能的材料7，中心体5被布置成与循环的周围的流体9进行热交换，以及
-用于将中心体定位在所述容积中的结构11，该定位结构11被连接到中心体5，其因此围绕该中心体延伸，并且保留通道13使得中心体5和周围的流体9接触，保持所述流体的循环。
在下面的前三个优选实施例中，当定位在管道15中时，定位结构11可以确保中心体5在容积中的轴向居中，因此在管状装置中，但是如图4、5所示的批量定位也是可能的。定位结构11将在定位结构11与中心体5之间保留通道13。
在第一实施例中，如图1所示，定位结构11包括外部结构17，其(基本上或全局地)限定圆柱体并通过横向臂19连接到中心体5。
利用该中空外部结构17和细臂，提供轴向自定心(轴15a)。
如在以下实施方式中那样，中心体5在此处为球形。但它可以成形像壳体，以进一步限制压降，其中为材料7保留的容积可以保持相同。
圆柱体17可以不是实心的，但包括限定这种圆柱形外壳的分支或线，但是具有穿过它的通道以使其变轻。
在第二实施例中，如图2所示，定位结构11包括外部结构170，外部结构170限定环并通过横向或径向臂19连接回中心体5。
在第三实施例中，如图3所示，定位结构11包括外围的径向外部结构270，它限定了不连续的球体，并通过横向或径向臂190连接到包含材料7的中心体5。球体是不连续的，因为它具有穿过其球形表面的开口271，使得待循环的流体9穿过这些开口，从而到达中心体5。开口271属于通道13。如在本文提出的其他解决方案中那样，例如，如图6-8所示，图3的解决方案，其横向臂190和具有不连续球形表面的外围结构270，使得可以获得在几个方向和平面上围绕中心体周向延伸的定位结构11；因此，不仅仅根据如图2中的环形解决方案170中的单个直径那样，其中，环沿着环170延伸的径向平面在单个圆周上铺展(spread)中心体5。这种多方向自定位也可以利用图6-8的解决方案实现。
第一和第三实施例是管道中的自定心解决方案，或者甚至是由箱体23的中空内部21形成的容积3，如图4、5中的实施例，其中这样的存储交换器箱的部分具有用于流体9的入口和出口，并且在此包含与已经示出的第三实施例的那些一致的多个装置1。如果温度合适，到达该容积的流体9将与中心体5的热能存储材料7交换，然后如箭头所示继续其路径。
中空内部21中的相应流体入口22a和出口22b将有利地形成相对于中空内部21的套环(参见图4)，不同于管道，在管道中，入口/内部截面/出口之间的横截面类似。
在本说明书中提到的所有示例性实施方式中，材料7可以包括至少一种PCM。
尤其可以是在多孔基质中封装(通常微囊化)的PCM，其具有开孔，多孔基质优选弹性体类型，诸如基于硅酮的弹性体(silicone-)、基于丁腈橡胶的弹性体(NBR-)或基于氢化丁腈橡胶(HNBR-)的弹性体。对于每个中心体5，可以使用如EP2690137或EP2690141中所述的橡胶组合物。
材料7还可以基于石蜡、共晶(肉豆蔻酸-癸酸)脂肪酸或共晶水合盐(氯化钙+钾)。每个中心体5仍然存在其他可能性，诸如浸渍在多孔网络中的PCM。
然而，应该注意，任何PCM可以在预定温度峰值处具有相或状态的变化，或者其在几乎宽温度范围内建立。因此，对于纯PCM(诸如链烷烃(paraffin))，状态变化温度将是恒定的，而对于几种PCM，例如对于链烷烃(paraffin)的混合物，它可以是不恒定的。
为了放置或移除一系列许多装置1，建议将这些装置1定位成线或串连接在一起，如图2所示，使用柔性连杆27从管道15的外部定向至少一些环170，以便使它们更靠近这些环处于与管道的局部轴线15a成径向的平面中的位置。
柔性连杆27可包括穿过三个开口(诸如标记为29的开口)的三个丝状股线，每个开口设置在一个臂19中，靠近所考虑的环170。
一旦串滑入其容器3/21中，过长的丝状股线使得可以从一定距离操作丝状股线。
在用于与图4中所示的流体9进行循环和热交换的系统30的实施方式中，还应注意，限定容积31/21的实心壁31被隔热体33包围，该隔热体33将促进该管道位置处的热量管理，装置1放置在管道内部。
在图5的实施例中，示出了存储和交换器箱23的部分，因此呈现了上述用于流体9的相应入口和出口22a、22b，并且在此包含多个装置1，其可以与第三个例子(图3)的那些装置1一致。因此，如果温度合适，到达该容积的流体9将与中心体5的热能存储材料7交换，然后如箭头所示继续其路径。每个定位结构11为外围结构的形式，该外围结构在几个平面中围绕中心体5周向延伸，以使该中心体从周围支撑件沿几个方向铺展，此处，所述周围支撑件通过限制凹槽21的壁210限定。
在图6、7、8中示意性地示出了三个其他实施例，特别是转向将装置1放置在这样的中空内部21或容器中，例如外壳的容器中。
在图6所示的实施例中，每个装置1的定位结构11是围绕中心体5的若干链形结构35的形式，中心体5包含用于通过潜热积聚来存储热能的材料7。
链形结构35可以限定至少两个交叉条带，以便在几个装置1之间保持自由空间37，每个装置1在这里具有球形形状，使得当放置在中空内部21中时，这些形状1以尽可能多的数量累积，在不损失空间的同时，使流体9能够在它们之间流动进行热交换。
相同的描述可以应用于图7、8中的第二和第三实施例，其中，定位结构11分别是以下形式：
-在所述中心体5中形成的凹槽39，
-围绕中心体5的蜂窝结构41，与中心体5接触。
放置在中空内部21中的装置1之间的自由空间37仍然存在，每个自由空间具有大致球形形状。
凹槽39将形成盲腔，例如每个都作为球体的部分。
在两种情况下，中心体5将在所述凹槽和单元的底部延伸，或者甚至在它们之间延伸。
蜂窝结构41也将向外敞开。
为了制造这些结构中的任何一种，可以优选在定位结构11和中心体5之间使用单件铸件。参考上文，中心体5因此可以是具有开孔的多孔基体，例如弹性体类型。
就具有可比直径的热交换系数而言，图8中的解决方案是最有效的，其次是图7和图6。
应该注意的是，图7还以虚线示出了凹槽39的替代解决方案，即穿过中心体5的孔口40，通向外部(并且局部地围绕中心体延伸)的这些孔口的唇缘40a几乎没有被另一个的实心壁部分阻挡的风险，这里是球形装置1。孔口40将限定上述通道，周围的流体通过该通道。
在图6的情况下，设置在不同平面中的周向链形结构35确保了中心体5的多向间隔。在图7、8的实施例中，在此处，是位于凹槽39和壁410之间球形壁390起这种作用，壁410分别限制和分离单元41。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种热管理系统，其包括：
-壳体(23)，其具有中空内部(3、21)，以及设置在所述中空内部(3、21)中用于流体(9)的入口和出口：
-多个热交换和定位装置(1)，每个包括：
-中心体(5)，其包含用于通过潜热积聚来存储热能的材料(7)，并被布置成与流体(9)进行热交换，以及
-用于将中心体定位在所述中空内部(21)中的结构(11)，定位结构被连接到中心体并围绕中心体延伸，并且保留通道(13)以使得中心体(5)和周围的流体(9)接触并使所述流体循环；
其特征在于，
-定位结构(11)包括外部结构(17)，所述外部结构限定圆柱体(17)并通过横向臂(19)连接到中心体(5)；或
-定位结构(11)包括外部结构(170)，所述外部结构限定环并通过横向臂(19)连接到中心体(5)；或
-定位结构(11)包括在几个平面中围绕中心体周向延伸的外围结构(270、35)，以在几个方向上将其与周围支撑件分离；或
-定位结构(11)包括外部结构(270)：
-限定不连续球体(13)，
-并通过横向臂(190)围绕中心体连接到中心体(5)；或
-定位结构(11)呈围绕该中心体(5)的蜂窝结构(41)的形式，与中心体(5)接触。
-定位结构(11)包括围绕该中心体(5)的一个或多个线性链形结构(35)，与中心体(5)接触，或包括在所述体中形成的凹槽(39)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中该中心体(5)的热能存储材料(7)包括至少一种PCM。
3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，该系统是在定位结构(11)和包含该热能存储材料(7)的中心体(5)之间的一件式铸件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中多个所述装置(1)通过柔性连杆(27)以串的形式连接在一起。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中在所述中空内部(3、21)中的两个所述相邻装置(1)彼此接触。

Claims (11)

1.一种热管理系统，其包括：
-壳体(23)，其具有中空内部(3、21)，以及设置在所述中空内部(3、21)中用于流体(9)的入口和出口：
-多个热交换和定位装置(1)，每个包括：
-中心体(5)，其包含用于通过潜热积聚来存储热能的材料(7)，并被布置成与流体(9)进行热交换，以及
-用于将中心体定位在所述中空内部(21)中的结构(11)，定位结构被连接到中心体并围绕中心体延伸，并且保留通道(13)以使得中心体(5)和周围的流体(9)接触并使所述流体循环。
2.根据权利要求1所述的系统，其中定位结构(11)包括外部结构(17)，所述外部结构限定圆柱体(17)并通过横向臂(19)连接到中心体(5)。
3.根据权利要求1所述的系统，其中定位结构(11)包括外部结构(170)，所述外部结构限定环并通过横向臂(19)连接到中心体(5)。
4.根据权利要求1所述的系统，其中定位结构(11)包括在几个平面中围绕中心体周向延伸的外围结构(270、35)，以在几个方向上将其与周围支撑件分离。
5.根据权利要求1或4所述的系统，其中定位结构(11)包括外部结构(270)：
-限定不连续球体(13)，
-并通过横向臂(190)连接到中心体(5)。
6.根据权利要求1或4所述的系统，其中定位结构(11)呈围绕该中心体(5)的蜂窝结构(41)的形式，与中心体(5)接触。
7.根据权利要求1或4所述的系统，其中定位结构(11)包括围绕该中心体(5)的一个或多个线性链形结构(35)，与中心体(5)接触，或包括在所述体中形成的凹槽(39)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中该中心体(5)的热能存储材料(7)包括至少一种PCM。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，该系统是在定位结构(11)和包含该热能存储材料(7)的中心体(5)之间的一件式铸件。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中多个所述装置(1)通过柔性连杆(27)以串的形式连接在一起。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中在所述中空内部(3、21)中的两个所述相邻装置(1)彼此接触。
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