RU2306494C1 - Heat accumulating device - Google Patents
Heat accumulating device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2306494C1 RU2306494C1 RU2005138820/06A RU2005138820A RU2306494C1 RU 2306494 C1 RU2306494 C1 RU 2306494C1 RU 2005138820/06 A RU2005138820/06 A RU 2005138820/06A RU 2005138820 A RU2005138820 A RU 2005138820A RU 2306494 C1 RU2306494 C1 RU 2306494C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- storage device
- working substance
- heat storage
- housing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплотехники, более конкретно к теплоаккумулирующим устройствам, использующим скрытую теплоту фазовых переходов рабочего вещества для обеспечения требуемого теплового режима источников энергии (ИЭ) при их циклической работе, а также в качестве их защиты от кратковременных воздействий внешних тепловых потоков.The invention relates to the field of heat engineering, and more particularly to heat storage devices using the latent heat of phase transitions of the working substance to provide the required thermal regime of energy sources (IE) during their cyclic operation, and also as their protection against short-term effects of external heat flows.
Теплоаккумулирующие устройства обеспечивают тепловой режим радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Для аккумулирования тепла в них наряду с теплоемкостью конструкции корпуса устройства используются обратимые эндотермические процессы плавления рабочих веществ, сопровождающиеся дополнительным поглощением тепла при фазовых превращениях этих веществ из твердого в жидкое состояние после достижения ими температуры фазового перехода. Такие устройства, как правило, представляют собой тонкостенные металлические емкости конечных геометрических размеров с гладкой или оребренной поверхностью, герметичный объем которых заполняется плавящимся рабочим веществом [1] с.6, [2] с.20-25, [3] с.33-36.Thermal storage devices provide the thermal regime of electronic equipment (CEA). To accumulate heat in them, along with the heat capacity of the design of the device case, reversible endothermic processes of melting of working substances are used, accompanied by additional heat absorption during phase transformations of these substances from solid to liquid after they reach the phase transition temperature. Such devices, as a rule, are thin-walled metal containers of finite geometric dimensions with a smooth or ribbed surface, the hermetic volume of which is filled with a consumable working substance [1] p.6, [2] p.20-25, [3] p.33- 36.
После окончания работы РЭА или прекращения воздействия пиковых внешних тепловых потоков происходит остывание рабочего вещества и его затвердевание вследствие теплообмена с окружающей средой. Время между повторными включениями РЭА должно быть таким, чтобы рабочее вещество успело полностью затвердеть к началу следующего цикла включения аппаратуры. Плавящееся рабочее вещество в устройстве располагается в емкостях или полостях, которые должны быть герметичными для предотвращения выливания из них расплавленной массы рабочего вещества. Обычно емкость выполняется из металлического корпуса с высокой теплопроводностью (чаще из алюминиевых сплавов), а ИЭ или весь блок с РЭА размещаются снаружи или внутри емкости.After the CEA is completed or the exposure to peak external heat fluxes ceases, the working substance cools and solidifies as a result of heat exchange with the environment. The time between repeated starts of REA should be such that the working substance has completely hardened by the beginning of the next cycle of turning on the equipment. The melting working substance in the device is located in containers or cavities that must be airtight to prevent the molten mass of the working substance from spilling out of them. Typically, the tank is made of a metal casing with high thermal conductivity (most often from aluminum alloys), and the IE or the entire unit with REA are placed outside or inside the tank.
В связи с тем, что рабочее вещество изменяет свой объем в процессе работы, в конструкции устройства должна быть предусмотрена соответствующая компенсация изменения объема с помощью упругой мембраны, сильфона или за счет заполнения объема перегретой жидкостью, если конструкция достаточно жестка и практически не изменяет своего объема при нагреве и охлаждении. При жесткой конструкции металлической емкости (или полости) заправку производят при максимальной температуре жидкого рабочего вещества, которой оно может достигнуть в процессе работы. Поэтому после затвердевания вещества, а также при низких температурах жидкой фазы внутри объема будет образовываться газовая полость, которая ухудшает теплообмен.Due to the fact that the working substance changes its volume during operation, the device should be provided with appropriate compensation for changes in volume using an elastic membrane, bellows, or by filling the volume with superheated liquid, if the structure is sufficiently rigid and practically does not change its volume when heating and cooling. With a rigid structure of a metal container (or cavity), refueling is carried out at the maximum temperature of the liquid working substance, which it can achieve during operation. Therefore, after the solidification of the substance, as well as at low temperatures of the liquid phase, a gas cavity will form inside the volume, which impairs heat transfer.
Известна конструкция теплоаккумулирующего устройства, герметичный корпус которого выполнен в виде радиатора из алюминиевого сплава, наполненного плавящимся рабочим веществом (в данном случае парафином) [1] стр.71-72. С помощью такой конструкции осуществляется отвод тепла от полупроводниковых приборов.A known design of a heat storage device, the sealed housing of which is made in the form of a radiator made of an aluminum alloy filled with a melting working substance (in this case paraffin) [1] p. 71-72. With this design, heat is removed from semiconductor devices.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является конструкция теплоаккумулирующего устройства на основе фазопереходного рабочего вещества, представляющая собой корпус с заполненной натрием емкостью, разделенной на несколько герметичных отсеков с плоским основанием, служащим теплоприемником при работе электронного блока, размещенного на нем с хорошим тепловым контактом (США, патент №3328642, кл. 361/705, 1964 г.).Closest to the proposed invention is the design of a heat storage device based on a phase transition working substance, which is a case filled with a sodium tank, divided into several sealed compartments with a flat base, which serves as a heat receiver when the electronic unit is placed on it with good thermal contact (USA, patent No. 3238642, class 361/705, 1964).
Основными недостатками вышеперечисленных конструкций являются:The main disadvantages of the above structures are:
- необходимость герметизации и, как следствие, сложная технология изготовления такого рода теплоаккумулирующих устройств, что приводит к ухудшению массогабаритных характеристик аппаратуры, работающей в пиковых режимах включения, и снижению надежности;- the need for sealing and, as a result, the complex manufacturing technology of such heat-storage devices, which leads to a deterioration in the mass and size characteristics of equipment operating in peak switching modes and a decrease in reliability;
- наличие газовых областей во внутренних полостях конструкции, ухудшающих теплообмен.- the presence of gas areas in the internal cavities of the structure, impairing heat transfer.
Задачами изобретения являются уменьшение массы теплоаккумулирующего устройства, упрощение технологии его изготовления, улучшение теплообмена, обеспечение стабильной работы устройства за счет отказа от герметизации корпуса.The objectives of the invention are to reduce the mass of the heat storage device, simplify the technology of its manufacture, improve heat transfer, ensure stable operation of the device due to the refusal to seal the case.
Техническими результатами настоящего изобретения являютсяThe technical results of the present invention are
- улучшение массогабаритных характеристик, что особенно актуально для бортовой аппаратуры;- improvement of overall dimensions, which is especially important for on-board equipment;
- сохранение постоянной величины энтальпии от цикла к циклу;- maintaining a constant value of enthalpy from cycle to cycle;
- повышение надежности.- increased reliability.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в известном теплоаккумулирующем устройстве, содержащем корпус, имеющий полости, заполненные теплоаккумулирующим фазопереходным рабочим веществом, в качестве рабочего вещества использована композиция формоустойчивого материала, у которого фазопереходное вещество не вытекает из объема этого материала после расплавления и пребывания в жидком состоянии в процессе перегрева, сообщающаяся с окружающей средой. Корпус теплоаккумулирующего устройства может быть выполнен в виде сотопанели или в виде радиатора.These technical results are achieved by the fact that in the known heat-storage device containing a housing having cavities filled with a heat-storage phase-transition working substance, a composition of a form-stable material is used as a working substance, in which the phase-transition substance does not follow from the volume of this material after melting and being in a liquid state during overheating, communicating with the environment. The housing of the heat storage device can be made in the form of a honeycomb or in the form of a radiator.
Применение формоустойчивого фазопереходного материала (ФПМ) устраняет необходимость герметизации корпуса, что облегчает конструкцию и уменьшает ее габариты, а также позволяет избежать ухудшающих теплообмен газовых областей в полостях корпуса. Таким образом, обеспечивается стабильная работа теплоаккумулирующего устройства.The use of a form-stable phase-transition material (FPM) eliminates the need for sealing the casing, which facilitates the design and reduces its dimensions, and also avoids the degrading heat transfer of gas regions in the cavity of the casing. Thus, stable operation of the heat storage device is ensured.
Примеры выполнения предлагаемого устройства иллюстрируются чертежами, представленными на фиг.1-2.Examples of the proposed device are illustrated by the drawings shown in figures 1-2.
На фиг.1 показан общий вид теплоаккумулирующего устройства с источником энергии, установленным на корпусе, выполненном в виде сотопанели;Figure 1 shows a General view of a heat storage device with an energy source mounted on a housing made in the form of a honeycomb;
на фиг.2 показана схема теплоаккумулирующего устройства с источником энергии, установленном на корпусе, выполненном в виде радиатора.figure 2 shows a diagram of a heat storage device with an energy source mounted on a housing made in the form of a radiator.
На фиг.1 изображено теплоаккумулирующее устройство с источником 1 энергии, установленном на корпусе, состоящем из двух панелей 2, между которыми расположены соты 3, заполненные формоустойчивым ФПМ 4, соприкасающимся с окружающей средой. В качестве формоустойчивых ФПМ (например, для обеспечения теплового режима радиоэлектронной аппаратуры) могут использоваться композиции из компонентов, обеспечивающих требуемый эндотермический эффект, значение температуры фазового перехода плавящегося рабочего вещества и его высокую формоустойчивость в заданном интервале температур устройства, на которых установлены источники энергии. Если принять, что температура окружающей среды не превышает 50°С, а максимально допустимая температура источников энергии может находиться в пределах от 80 до 150°С, то выбор плавящегося рабочего вещества определяется, исходя из этих условий. Поэтому для охлаждения устройств во время сеансов циклической работы ИЭ можно использовать, например, формоустойчивый теплоаккумулирующий материал с температурой плавления фазопереходного компонента, превышающей максимальную температуру окружающей среды. Для низкотемпературных устройств в настоящее время наиболее пригодна композиция теплоаккумулирующего материала, изготовленная по патенту RU №2190656 от 08.06.2001 г., температура стабилизации которого достигается при значениях 50-55°С при высоком суммарном тепловом эффекте и сохранении прочностных свойств и формоустойчивости материала.Figure 1 shows a heat storage device with an energy source 1 mounted on a housing consisting of two panels 2, between which there are honeycombs 3 filled with a form-stable FPM 4 in contact with the environment. Compositions of components that provide the required endothermic effect, the value of the phase transition temperature of the melting working substance and its high shape stability in a given temperature range of the device on which the energy sources are installed can be used as form-stable FPMs (for example, to ensure the thermal regime of electronic equipment). If we assume that the ambient temperature does not exceed 50 ° C, and the maximum allowable temperature of energy sources can be in the range from 80 to 150 ° C, then the choice of a melting working substance is determined based on these conditions. Therefore, for cooling devices during sessions of cyclic IE, you can use, for example, a form-stable heat-storage material with a melting point of the phase transition component exceeding the maximum ambient temperature. For low-temperature devices, the composition of the heat-accumulating material made according to RU patent No. 2190656 dated June 8, 2001, the stabilization temperature of which is reached at values of 50-55 ° C with a high total thermal effect and maintaining the strength properties and shape stability of the material, is currently most suitable.
На фиг.2 показана другая схема выполнения теплоаккумулирующего устройства с источником 5 энергии, установленном на корпусе 6, полости которого заполнены формоустойчивым ФПМ 7, сообщающимся с окружающей средой. В качестве ФПМ может быть использована композиция по патенту RU №2190656 от 08.06.2001 г.Figure 2 shows another embodiment of a heat storage device with an
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Корпус и соприкасающийся с ним ФПМ нагревается за счет тепла, получаемого от ИЭ. При достижении в пристеночных слоях температуры плавления ФПМ начинает плавиться. Передача теплоты во внутренний объем ФПМ осуществляется теплопроводностью. При плавлении ФПМ поглощает количество теплоты, равное энергоемкости ФПМ при фазовом переходе и нагреве, при этом в объеме ФПМ находятся твердая и жидкая фазы. Граница раздела фаз подвижная, изменяющаяся во времени.The housing and the FPM in contact with it are heated by the heat received from the IE. When the melting temperature in the parietal layers is reached, the MTF begins to melt. Heat transfer to the internal volume of the FPM is carried out by thermal conductivity. Upon melting, the FPM absorbs an amount of heat equal to the energy intensity of the FPM during phase transition and heating, while the solid and liquid phases are in the volume of the FPM. The phase boundary is mobile, changing in time.
При выключении ИЭ происходит остывание ФПМ и его затвердевание за счет передачи теплоты от ИЭ и корпуса в окружающую среду за более длительный период времени. При этом выделяется количество теплоты, поглощенное теплоаккумулирующим устройством в период работы ИЭ.When the IE is turned off, the FPM cools and hardens due to the transfer of heat from the IE and the housing to the environment for a longer period of time. In this case, the amount of heat absorbed by the heat storage device during the operation of the IE is released.
Использованные источникиUsed sources
1. В.А.Алексеев. Охлаждение радиоэлектронной аппаратуры с использованием плавящихся веществ. Под ред. А.В.Ревякина, М.: Энергия, 1975.1. V.A. Alekseev. Cooling of electronic equipment using melting substances. Ed. A.V. Revyakina, M .: Energy, 1975.
2. С.П.Нечепаев, В.В.Бучок. Разработка конструкции малогабаритного блока РЭА и системы его охлаждения на основе плавящегося вещества. - Ж. Вопросы радиоэлектроники. Серия: Общие вопросы радиоэлектроники (Тепловые режимы, термостатирование и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры), выпуск 12, 1987.2. S.P. Nechepaev, V.V. Buchok. Development of the design of a small REA unit and its cooling system based on a melting substance. - J. Questions of radio electronics. Series: General issues of radio electronics (Thermal conditions, thermostating and cooling of electronic equipment), issue 12, 1987.
3. И.А.Зеленев, А.Ф.Клишин, В.М.Ковтуненко, А.Ф.Шабарчин. Методы обеспечения теплового режима автоматических межпланетных станций «Венера» в атмосфере планеты. - Ж. Космические исследования, Т.XXVI, выпуск 1, М.: Наука, 1988.3. I.A. Zelenev, A.F. Klishin, V.M. Kovtunenko, A.F. Shabarchin. Methods for ensuring the thermal regime of automatic interplanetary stations "Venus" in the atmosphere of the planet. - J. Space Research, T.XXVI, Issue 1, Moscow: Nauka, 1988.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005138820/06A RU2306494C1 (en) | 2005-12-14 | 2005-12-14 | Heat accumulating device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005138820/06A RU2306494C1 (en) | 2005-12-14 | 2005-12-14 | Heat accumulating device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2306494C1 true RU2306494C1 (en) | 2007-09-20 |
Family
ID=38695319
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005138820/06A RU2306494C1 (en) | 2005-12-14 | 2005-12-14 | Heat accumulating device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2306494C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2664457C1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-08-17 | Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "РЕСУРС-М" | Solar biogas plant |
RU2673037C2 (en) * | 2017-05-16 | 2018-11-21 | Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" | Heat storage device |
RU196103U1 (en) * | 2019-09-05 | 2020-02-17 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Heat storage device |
RU196433U1 (en) * | 2019-11-06 | 2020-02-28 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Thermal protection device for heat-generating electro-radio products |
RU2753067C1 (en) * | 2020-12-08 | 2021-08-11 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" | Heat storage device |
-
2005
- 2005-12-14 RU RU2005138820/06A patent/RU2306494C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2664457C1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-08-17 | Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "РЕСУРС-М" | Solar biogas plant |
RU2673037C2 (en) * | 2017-05-16 | 2018-11-21 | Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" | Heat storage device |
RU196103U1 (en) * | 2019-09-05 | 2020-02-17 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Heat storage device |
RU196433U1 (en) * | 2019-11-06 | 2020-02-28 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Thermal protection device for heat-generating electro-radio products |
RU2753067C1 (en) * | 2020-12-08 | 2021-08-11 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" | Heat storage device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20120168111A1 (en) | Heat transfer system utilizing thermal energy storage materials | |
US10516194B2 (en) | Thermal management solution for battery pack | |
Pal et al. | Application of phase change materials to thermal control of electronic modules: a computational study | |
EP2693148B1 (en) | Heat storage device, and system provided with heat storage device | |
US20090154113A1 (en) | Thermal energy storage for mobile computing thermal management | |
CN104893674B (en) | A kind of foamy carbon/paraffin class phase change composite material and its method for packing | |
CN101738120A (en) | Sensible heat-latent heat compound thermal storage device | |
JP2011524966A (en) | Thermal energy storage material | |
WO2010093405A1 (en) | Thermal storage system using encapsulated phase change materials in led lamps | |
CN109654929B (en) | A high-efficiency heat storage device and its manufacturing method | |
JP3742871B2 (en) | Manufacturing method of heat storage body | |
US20160201996A1 (en) | PCSM-Based Energy Storage Devices and Methods | |
RU2306494C1 (en) | Heat accumulating device | |
JP2017218492A (en) | Chemical thermal storage material and heat storage container using chemical thermal storage material | |
CN110513166A (en) | Regenerative Alternate Energy Storage Power Generation System | |
JP6279778B1 (en) | Latent heat storage material composition | |
JP6434867B2 (en) | Heat storage material filling container and heat storage tank | |
Avghad et al. | Thermal energy storage: A review | |
RU2673037C2 (en) | Heat storage device | |
CN113207271A (en) | Phase-change energy-storage type radiator | |
CN203523223U (en) | Rocket mounted heat radiation cold board based on phase transition principle | |
RU2753067C1 (en) | Heat storage device | |
JP2006177434A (en) | Hydrogen storing/supplying device | |
US20070063105A1 (en) | Apparatus for controlling temperature in satellites | |
Li et al. | Numerical simulation of rapid heat storage in plate-fin phase change heat exchanger |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20100915 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201215 |