Устройство для аккумулирования и передачи тепла

Устройство для аккумулирования и передачи тепла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: для обогрева людей и животных, подвергающихся воздействию 2 . низких температур и прогрева различных участков тела с терапевтическими целями . Цель изобретения: повышение эффективности работы устройства при направленном теплосьеме. Сущность изобретения: устройство состоит из герметичного эластичного контейнера с размещенной в нем пористой эластичной матрицей с нанесенной на ее поверхность смеси глицерина с поверхностноактивным веществом, поры которой заполнены веществом, выделяющим тепло при кристаллизации. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР}

ОПИСАНИЕ ИЗО6РЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4947018/14, (22) 19.06.91 (46) 23.01.93. Бюл. М 3 (71) Инновационное предприятие "Нива" (72)З.Э,Асматуллов, Г.Е. Кириллов, А.В, Клейменов, В.В.Просянюк и И.С.Суворов (73) Инновационное предприятие "Нива" . (56) ПатентСША %2289425, кл. F24 J 1/00, 1939. (54) YCTPOACTBO ДЛЯ АККУМУЛИРОВАНИЯ И ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА (57) Использование: для обогрева людей и животных, подвергающихся воздействию

Изобретение относится к устройствам многоразового действия для накопления тепловой энергии и передачи запасенного тепла в иэотермическом 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

„„Я „„1790400 АЗ (51)5 А 61 F 7/08, F 24 J 1/00

Ф низких температур и прогрева различных участков тела с терапевтическими целями, Цель изобретения: повышение эффективности работы устройства при направленном теплосьеме. Сущность изобретения: устройство состоит из гер- . метичного эластичного контейнера с размещенной в нем пористой эластичной матрицей с нанесенной на ее поверхность смеси глицерина с поверхностноактивным веществом, поры которой заполнены веществом, выделяющим тепло при кристаллизации. 2 ил, полезного эффекта на единицу массы или объема.

Известны устройства для аккумулирова, ния и передачи тепла, содержащие контей.нер с теплоаккумулирующим веществом. а

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

- фа

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

Основным недостатком известных уст- ройств является то, что конструкция корпу- са, обеспечивающая работу устройств, не позволяет осуществить равномерность обогрева иэделий сложной формы, рабочие температуры поверхностей или черезмерно высоки и могут вызвать ожоги незащищен1790400 ных кожных покровов, или недостаточны для обогрева (до 96 F), Иэ 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 решении герметичный эластичный контейнер заполнен смесью кристаллического тиосульфата натрия с добавкой 2-5 j смеси воды и сахара для замедления скорости кристаллизациии. .. 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 равномерность распределения нагрузок на устройство, Кроме того, в устройстве-прототипе от-йосительно мало использован тепловой эффект фазовых переходов, Это связано стем, что после кристаллизации расплавгенной массы образуется жесткая, монолитная масса вещества. Кроме неудобства в пользовании контейнером это предопределяет неравномерность теплосьема с нагретого устройства, существенно увеличивает время взведения (выход на режим), Цель изобретения — устранение названнь1х недостатков и повышение эффективности (улучшеййе эксплуатационных характеристик) устройства при найравленном теплосъеме.

Указанная цель достигается тем, что в герметичном контейнере из эластичного мат ериала раэмещ ен а пористая эластичная матрица, на всю площадь поверхностй на ру>кных и внутренних пор которой нанесена

Смесь глицерина с поверхностно-активными веществами типа CMC (синтетические моющие вещества),,а матрица заполнена веществом, способным к процессу обратй - мого аккумулирования тепла за счет фазовых переходов, Благодаря этому заявляемое устройство обеспечивает локальную кристаллизацию расплавленного материала-аккумулятора тепла внутри полостей матрицы, причем этот

Материал при эатвердевании в условиях заявляемого 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 ве"5 щества в устройстве после .остывания, уменьшение времени активации, изотермичность всей поверхности при двухстороннем теплоотводе, достаточно высокие допустимые нагрузки на устройство в про20 цессе 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

1, йзготовленном из эластичного материала, размещена пористая эластичная матрица 2, наполненная веществом 3, .обратимо аккумулирующим тепловую энергию (поверхЗ0 ность пор матрицы покрыта слоем смеси глицерина c CMC).

Устройство работает следующим образом .

Для использования заявляемого объекЗБ та в качестве источника длительного обогрева его помещают на несколько минут в кипящую воду, в результате чего плавится теплоаккумулирующее вещество в порах матрицы. После этого контейнер извлекают

40 иэ воды, и он -в течение нескольких часов обеспечивает постоянство температуры поверхности эа счет тепла, выделяющегося при кристаллизации вещества.

При воздействии на контейнертеплоно4б сителей с температурой менее или более

100 С, время активации соответственно увеличивается или уменьшается„а время и характер действия устройства остается неизменным. Это позволяет применять заяв-

50 ляемое 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 контакт с поверхностями сложной формы (овал, многогранник и т.п.); увеличить допустимую

1790400

50. 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, беэ 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 пенополиуретана (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 поверхностно-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 (тиосул ьфатом натрия. уксуснокислым натрием, ортофосфатом натрия и др,), причем обьем 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 в жидкое поглощать тепло, а при кристаллизации выделять его обратно (например, ацетат натрия по патенту CLLLA

М" 2220777, кл, 126-263, ортофосфат натрия по патенту США N 2677367, кл. 126-263 и

Формула изобретения УстройствО для аккумулирования и передачи тепла, содержащер, герметичный эластичный контейнер, заполненный веществом, выделякхцим тепло при кристаллизации, о т.л и ч а ю ще ес я тем, что, с целью повышения эффектив5

30 другие подобные солевые гидратные системы).

Были испытаны герметичные устройства для аккумулирования и передачи тепла, состоящие из полиэтиленового корпуса с эластичной матрицей из пенополиуретана, пропитанной смесью (раствором) глицерина и синтетического моющего вещества

"Кристалл", с последующей пропиткой матрицы расплавленным тиосульфатом натрия (объем матрицы равен объему жидкого наполнителя) и герметизацией корпуса(завариванием пакета). Скомплектованное устройство общей массой 0,2 кг обеспечивает сохранение температуры на поверхности корпуса равной 44+. 1 С в течение 2-2,5 при температуре окружающей среды от 16 до 25

OC

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 прил1ерно 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.

Аналогичные результаты получены при использовании поливинилхлорида и резины для изготовления корпуса устройства. Проверены следующие марки глицерина по

ГОСТ 6024-76: динамитный t,tl и высшего сортов, а также сырой глицерин. В качестве поверхностно-активного вещества применяли синтетические моющие вещества "Лотос", "Планета" и др, (температура поверхности и ее изотермичность в пределах погрешности опыта + 0,5 C).

Заявляемые нагревательные устройства соответствуют всем требованиям, предьявляемым 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 при направленном теплосъеме, в нем размещают пористую эластичную матрицу, на полную поверхность которой нанесена смесь глицерина с поверхностно-активныл1 веществом.

1790400 <иг. Я

Составитель И, Суворов

Техред М.Моргентал Корректор Л .Пилипенко

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул. Гагарина, 101

Заказ 357 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5