CN88100086A - 一种用以容纳熔化-结晶高潜热贮能介质的容器 - Google Patents
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Abstract
贮能设备中的一种容纳贮能介质的容器。它具有某种几何形状并带有柔性结构,当贮能介质变相引起体积变化时,容器能适应此种变化而容器本身不受拉伸或压缩。
Description
本发明涉及一种容器,该容器设计成能容纳一种具有熔化高潜热的、冷能或热能贮存介质,並且能应用于贮能设备中。
在某一定时期内需要使用不同数量的加热或制冷产品,这几乎是众所周知的使用方法。这些设备被设计成显著地简化用以产生加热和/或制冷的机器。此种系统的一个例子,尤其是由Jean Patry先生在1979年11月16日提出的改进制冷系统,在法国专利7928315号上有所描述。
在此种设备中,贮能系统被用于产生热或冷,然后根据需要再分配,贮能容量已经经过选择,这样,该设备可按照设备负荷的需求即刻供给最大的能量。
为贮存热能或冷能而设计的多种容器设备也是众所周知的,在这些容器中容纳有一种变相物质。
在仔细研究先前的资料包括上述技术情况之后,可以推断出用于容纳变相物质的容器有三种形式,它们是:
a).一种是优先地完全充满了贮能介质,並且具有柔性结构,以便当贮能介质变相期间,随着贮能介质体积的变化而吸收其体积的改变,
这样的一个例子在美国专利2,525,261号中有所描述。
b)另一种是优先地完全充满了贮能介质,並且具有弹性结构,以便当贮能介质变相期间,随着贮能介质体积的变化而吸收其体积的改变。
此种容器的一个例子请见法国专利1,104,400号。
c).还有一种是部分充以贮能介质,並且它一般具有刚性结构;当贮能介质变相期间,由于贮能介质体积的变化,自由气体或空气的空间通过压缩,起到吸收贮能介质所增大体积的作用。
这种容器的说明,见于美国专利4,205,656号。
在全部例子中,其目的是在一个容器中封装一种变相物质(水、盐水、石腊等),通过熔化潜热的利用,以贮存热能或冷能。
由于球形的对称特性,最通常使用球形外壳来容纳变相物质。
另外,把这些球形密封体的大量载荷装入一个(贮能)容器内是可以简单完成的,对该容器定出一个合适的充装比率,並且对实现热交换的冷却剂给予适当的循环。
这种贮能方式的热性能(参数),由变相物质和环绕密封体的冷却剂之间的(热)交换能力来测量。
对于某种给定的变相物质,和在变相物质与热的或冷的介质之间的某一给定温差,其热交换能力P为:
-正比例于所使用材料的热传导率λ,
-反比例于该容器外壳(或被热通过的材料)的厚度e,
-正比例于在变相物质与热的或冷的介质之间的热交换面积S,
即P=f(λ·l/e·S)
在最好成本条件下,技术经济指标由求得最佳折衷方案(λ,l/e,S)所组成。
某些已知的解决办法涉及用于制造球体材料的热传导率,钢材具有良好的热传导率,但它的成本高;在使用塑料材料时,热传导率低,其成本同样也低;在折衷方案中采用由塑料材料和金属颗粒相结合,得到平均的热传导率,而其价格也较高。
其它一些解决办法是制造带有多个凹坑的容器外壳,这些凹坑压制在球体表面的全部或一部分上,以便减小(传热)通过的厚度e,使变相物质的结晶速度加快。
还有,应该考虑遇到的困难,即因为用压制伸展的办法造成凹坑,当球面变形和变成较薄时,可能造成外壳的破裂和损坏。
也有的球体带有空气室的,以便吸收变相物质的膨胀,而不致使球体破裂,但是,由于存在该空气室,並且外壳必须是刚性而要增加厚度,其效率是比较低的。
因此,先前没有能令人满意的解决办法。
为了这个原因,本发明力图提出一种容器,优先地完全充满贮能介质,並且具有薄的柔性的结构,以便在贮能介质变相期间,吸收随其体积变化而发生的体积改变。
因此,本发明提出一种具有某种几何形状带有柔性结构的容器,这样,只需要用它的柔性去增加它的体积。
可以理解,要得到优质产品,这是最重要和有决定性的,尤其是当外壳是用塑料来制造时更是如此。众所周知,当受到伸展时,构成塑料的分子相应地伸开,並且在聚集中,能够由于渗透或差异而转移。同样众所周知,塑料的弹性模数是低的,由于贮能介质体积增大而增加外壳的内部压力,可以导致超过材料弹性极限,(该材料构成容器外壳最优的一小点有抵抗力的地方),这样,将会导致该外壳迅速损坏。
作为一个非限定性的例子,本发明的实物结构形状如附图所示。
图1,是一个容纳变相物质的容器,沿直径方向横剖图,
图2,是一个相对于图1的90°方向的容器外观图。
在下述的详细说明中,将显示出本发明的其它种种特征。
图1所示是一个实际上球形的容器或称外壳,它具有均匀厚度的薄壁(2),在其球形区域具有环形阀(3),该阀在容器充以变相物质之后,用一个盖(4)来密封。
另外,在外壳(1)上包括有凹坑(5),这些凹坑是倒置的园形球状面,其凹面的曲率半径等于形成外壳(1)的园球壁凸面的曲率半径。通常,在外壳(1)的球形外面设置8个凹坑(5),这些凹坑的位置,在通过球形中心的水平面上看,彼此之间的相对位置处于120°或90°,而在通过球形中心的垂直面上看,彼此之间的相对位置是偏置45°。
就整个球形体积而言,这些压制的凹坑所提供的体积至少要等于所贮存介质在其变相期间所增加的体积。
因此,当所贮存的介质变相时,由于变相增加的内部压力作用于球形凹坑(5)上,使它们由向内凹逐渐地变成向外凸出,释放必然要膨胀的体积。
可以仔细地观察到,在这种结构的形式中,显示出壳壁的柔性,只利用它的柔性来获得增大的体积;並且,用作构成外壳的材料既不受到拉伸,也不受到压力。
增加压制在球形外壳(1)上的球形穹面凹坑的数目,具有如下效果:
a).可以成比例地减少所需弯曲部分的程度。
b).可以使增加的体积较好地分布到整个外壳的表面上。
因此,凹坑数目越多,产品的质量越好。
如上所述,热的或冷的能量贮存介质可以是水、盐水、石腊等,把它在液态下装入球形外壳(1)中,一旦装好就用盖(4)盖上,把球形外壳严密地密封。
Claims (7)
1、一种用来容纳具有熔化-结晶高潜热的贮能介质(特别是水)的容器,用于包括在一个机壳的贮能设备中,所述的各容器被堆积在机壳的内部,每一个容器都被装满贮能介质,它並且具有柔性结构,其特征在于:
a).该外壳或称本体(1)确定为绝对地柔性,利用这个自身的特点,以便由于贮能介质变相而增加的体积,相应地同时在外壳(1)的内部也增加一个相等的容积;並且,其特征还在于:
b).这个增加的容积是由预成型或凹坑(5)从凸面变成凹面的倒置而产生的,这种形式显示出相对于该倒置轴的最优完全对称。
2、按照权利要求1的容器,其特征在于该外壳(1)在其内部体积增加时,构成该外壳的材料不发生任何伸展或压缩。
3、按照权利要求2的容器,其特征在于该外壳(1)的内部体积可以增加,而不增加这个外壳的表面积。
4、按照权利要求2的容器,其特征在于,当贮能介质处于液态时,该球形外壳(1)包括有压制园形凹坑(5),其曲面半径等于球体曲面半径,但方向相反;其特征还在于,相对于整个球体而言,这些凹坑的总容积至少要等于贮能介质变相时需要增加的体积,以便当贮能介质全部结晶时,显示出接近于完全球体的形状。
5、按照权利要求1的容器,其特征在于,该外壳(1)的内部体积可以增加,而不增加这个外壳的表面积。
6、按照权利要求3的容器,其特征在于,当贮能介质处于液态时,该球形外壳(1)包括有压制园形凹坑(5),其曲面半径等于球体曲面半径,但方向相反;其特征还在于,相对于整个球体而言,这些凹坑的总容积至少要等于贮能介质变相时需要增加的体积,以便当贮能介质全部结晶时,显示出接近于完全球体的形状。
7、按照权利要求3的容器,其特征在于,当贮能介质处于液态时,该球形外壳(1)包括有压制园形凹坑(5),其曲凸半径等于球体曲面半径,但方向相反;其特征还在于,相对于整个球体而言,这些凹坑的总容积至少要等于贮能介质变相时需要增加的体积,以便当贮能介质全部结晶时,显示出接近于完全球体的形状。
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