SU1790400A3

SU1790400A3 - Device for accumulation and transfer of heat

Info

Publication number: SU1790400A3
Application number: SU914947018A
Authority: SU
Inventors: Zemil E Asmatullov; Grigorij E Kirillov; Andrej V Klejmenov; Vyacheslav V Prosyanyuk; Ivan S Suvorov
Original assignee: Иhhobaциohhoe Пpeдпpияtиe "Hиba"
Priority date: 1991-06-19
Filing date: 1991-06-19
Publication date: 1993-01-23

Description

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. с

Известны устройства для аккумулировэ- ~ . ния и передачи тепла, содержащие контейнер с теплоаккумулирующим веществом.

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

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

Основным недостатком известных уст- ' 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 незащищен

1790400АЗ 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 решений 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 передачи 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 равномерностьраспределения ' Нагрузок на устройство.

Кроме того, в устройстве-прототипе относительномало использован теплрвой эффект фазовых переходов. Это связано с тем, что после кристаллизации расплавленной массы образуется жесткая, монолитная масса вещества. Кроме неудобства в пользовании контейнером это предопределяет неравномерность теплосъема с нагретого устройства, существенно увэличивэет время взведения (выход на режим).

Цель изобретения - устранение названных недостатков и повышение эффективности (улучшение эксплуатационных характеристик)густрЬйства при направленном теплосъеме. .Указанная цель достигается тем, что в герметичном контейнере из эластичного материала размещена пористая эластичная матрица, на всю площадь поверхности наружных и внутренних пор которой нанесена смесь глицерина с поверхностно-активными веществами типа СМС (синтетические моющие вещества), ,а матрица заполнена Веществом, способным к процессу обратимого аккумулирования тепла за счет фазовых переходов,

Благодаря этому за я вл я емоё устройство обеспечивает локальную кристаллизацию расплавлен н о го м ат е р и а л а- а к ку мул ято р а тепла внутри полостей матрицы; причём этот материал при затвердевании в условиях заявляёмого 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 объемов незначима).

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

На фиг. 1 приведен разрез нагревательного устройства. В герметичном контейнере Т. ЙЗТотОб'лёнНОм из эластичного материала, размещена пористая эластичная матрица 2, наполненная веществом 3, обратимо аккумулирующим тепловую энергию (поверхность пор матрицы покрыта слоем смеси глицерина с СМС).

Устройство работает следующим образом; .

Для использования заявляемого объекта в качестве источника длительного обогрева его помещают на несколько минут в кипящую воду, в'результате чего плавится тёплоаккумулйрующее вещество в порах матрицы. После этого контейнер извлекают из воды, и он в течение нескольких часов обеспечивает постоянство температуры поверхности за счёт тепла, выделяющегося при кристаллизации вещества.

При воздействии на контейнер теплоносителей с температурой менее или более 100° С, время активации соответственно увеличивается или уменьшается^ время и характер дёйствия устройства остается неизменным. Это позволяет применять заявляемое устройство, например, для обогрева автомобильных и иных салонов во время стоянки, отдыха и т.п., используя тепло, аккумулированное от работающего двигателя во время движения.

Данное техническое решение позволяет обеспечить: изотермичность всей поверхности контейнера, в том числе и при двухстороннем теплоотводе, включая контакте 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; отсутствуют 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, например, для формования пакетов из полиэтилена, поливинилхлорида и других термопластичных материалов, резиновых медицинских грелок и емкостей для льда. Матрица может быть изготовлена из пено- 20 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- 25 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, ортофосфатом натрия и др.), причем объем 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, 45 а при кристаллизации выделять его обратно (например, ацетат натрия по патенту США Ns 2220777, кл, 126-263, ортофосфат натрия по патенту США Ns-2677367, кл. 126-263 и

Claims

Формула изобретения

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

Были испытаны герметичные устройства для аккумулирования и передачи тепла, 5 состоящие из полиэтиленового корпуса с эластичной матрицей из пенополиуретана, пропитанной смесью (раствором) глицерина и синтетического моющего вещества Кристалл, с последующей пропиткой мат10 рицы расплавленным тиосульфатом натрия (объем матрицы равен объему жидкого наполнителя) и герметизацией корпуса (завариванием пакета). Скомплектованное устройство общей массой 0,2 кг обеспечива15 ет сохранение температуры на поверхности корпуса равной 44± 1°С в течение 2-2,5 при температуре окружающей среды от 16 до 25 °C.

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.

30 Аналогичные результаты получены при использовании поливинилхлорида и резины для изготовления корпуса устройства. Проверены следующие марки глицерина по ГОСТ 6824-76: динамитный 1,П и высшего 35 сортов, а также сырой глицерин. В качестве поверхностно-активного вещества применяли синтетические моющие вещества Лотос, Планета и др. (температура' поверхности и ее изотермичность в преде40 лах 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 г1ри направленном теплосъеме, в нем размещают пористую эластичную матрицу, на полную поверхность которой нанесена смесь глицерина с поверхностно-активнымЪеществом.