Тепловой аккумулятор и способ его изготовления

Изобретение относится к тепловому аккумулятору, в частности к тепловому аккумулятору для регулирования теплового состояния устройства, установленного в космическом аппарате. Также изобретение относится к способу изготовления такого теплового аккумулятора. Аккумулятор содержит сотовый конструкционный элемент (3) с множеством ячеек. Каждая из ячеек заполнена капсулами, вмещающими теплоаккумулирующий материал, и теплопроводящим наполнителем, содержащим теплопроводящий материал и адгезивное вещество и имеющим теплопроводность в диапазоне от 5 до 20 Вт/(м·К). Аккумулятор изготовлен путем введения исходного материала (2), представляющего собой смесь капсул и теплопроводящего наполнителя, в контакт с сотовым конструкционным элементом (3) с закрытием по меньше мере одной поверхности расположения отверстий ячеек элемента (3), прессования исходного материала под давлением 4-10 МПа, заполнения каждой ячейки материалом (2) и затвердевания теплопроводящего наполнителя после заполнения ячеек. В результате может быть получен легкий и недорогой тепловой аккумулятор, обладающий благоприятной теплопроводностью. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Настоящее изобретение относится к тепловому аккумулятору, в частности к тепловому аккумулятору для регулирования теплового состояния устройства, установленного в космическом аппарате. Также изобретение относится к способу изготовления такого теплового аккумулятора.

В космическом аппарате, таком как космический спутник или ракета, для управления теплотой, вырабатываемой находящимся внутри аппарата электронным устройством, предусматривают тепловой аккумулятор, устанавливаемый между электронным устройством и конструкционным элементом и предназначенный для поглощения теплоты, выделяемой электронным устройством. Традиционно тепловой аккумулятор выполняли путем заполнения металлического корпуса теплоаккумулирующим материалом.

В области строительства домов и сооружений известна попытка использования для поддержания эффекта сохранения теплоты заключенного в капсулу теплоаккумулирующего материала, применяемого в качестве материала стен или потолка. Такое решение описано в выложенной до проведения экспертизы японской патентной заявке 2001-348566.

Для теплового аккумулятора в космическом аппарате традиционно используется металлический корпус, и разрабатывать его конструкцию требуется с расчетом на согласование с формой устройства. Соответственно, для каждого устройства нужна своя уникальная конструкция корпуса. Таким образом, увеличиваются производственные издержки. Более того, необходимо предусматривать теплоотводящие ребра с интервалами в несколько миллиметров для получения теплопроводности между тепловыми аккумуляторами. Таким образом, производственные издержки увеличиваются еще больше.

Используемые для космического аппарата элементы работают в условиях вакуума. Соответственно, традиционный металлический корпус, используемый в космическом аппарате, должен иметь конструкцию, способную выдерживать действующее изнутри давление. Это приводит к увеличению его массы.

В качестве теплового аккумулятора для домостроения известен элемент, выполненный путем заполнения соты заключенным в капсулу теплоаккумулирующим материалом. Выполненный с использованием соты элемент является легким и простым в изготовлении. Однако при увеличенной толщине теплового аккумулятора затрудняется передача теплоты к тепловому аккумулятору, расположенному на удалении от нагревающего элемента. Таким образом, эффект аккумулирования теплоты уменьшается.

Задача настоящего изобретения, актуальность которого продиктована изложенными выше обстоятельствами, состоит в создании легкого и недорогого теплового аккумулятора, пригодного для использования в космическом аппарате.

Для решения вышеупомянутых проблем предложен тепловой аккумулятор, содержащий сотовый конструкционный элемент с множеством ячеек, каждая из которых заполнена капсулами, вмещающими теплоаккумулирующий материал, и теплопроводящим наполнителем, содержащим теплопроводящий материал и адгезивное вещество и имеющим теплопроводность в диапазоне от 5 до 20 Вт/(м·К).

Теплоаккумулирующий материал помещен в капсулы, так что отпадает необходимость в металлическом корпусе. Соответственно, может быть уменьшена масса теплового аккумулятора.

Форму сотового конструкционного элемента можно изменять с помощью простого инструмента, и, таким образом, форму теплового аккумулятора можно легко изменять для согласования с формой устройства, с которым ему предстоит работать. Благодаря этому возможно снижение производственных издержек.

Теплопроводящий наполнитель служит связующим материалом и улучшает теплопроводность между заключенными в капсулы теплопроводящими материалами. За счет наличия теплопроводящего наполнителя теплота может рассеиваться равномерно по всей толщине теплового аккумулятора даже в случае толстого теплового аккумулятора.

Предпочтительно, чтобы степень заполнения каждой ячейки вмещающей теплоаккумулирующий материал капсулой была больше или равна 65% и меньше или равна 90%.

Когда тепловой аккумулятор содержит теплопроводящие материалы в большом количестве, эффект аккумулирования теплоты увеличивается. Если величина капсул, вмещающих теплоаккумулирующие материалы, слишком велика для заполнения теплового аккумулятора, то капсулы повреждаются, и происходит обнажение теплоаккумулирующих материалов. В результате чего происходит загрязнение областей вокруг теплового аккумулятора. Поскольку степень заполнения ячейки капсулами, вмещающими теплоаккумулирующий материал, регулируется в указанном выше диапазоне, возможно заполнение ячеек большим количеством теплоаккумулирующего материала без серьезного повреждения капсул. Более предпочтительно, чтобы степень заполнения составляла 74%. В этом случае возможно наиболее плотное заполнение теплоаккумулирующим материалом без повреждения капсулы.

Предпочтительно, чтобы теплопроводящий наполнитель содержался в количестве, большем или равном 10 и меньшем или равном 45 весовых частей на 100 весовых частей капсул, вмещающих теплоаккумулирующий материал.

За счет наличия теплопроводящего наполнителя в пределах указанного выше диапазона можно добиться улучшения теплопроводности теплового аккумулятора. При малом содержании теплопроводящего наполнителя происходит неравномерное его смешивание с вмещающими теплоаккумулирующий материал капсулами. Соответственно, предпочтительнее, чтобы теплопроводящий наполнитель содержался в количестве, большем или равном 20 и меньшем или равном 45 весовых частей на 100 весовых частей капсулы, вмещающей теплоаккумулирующий материал, а наиболее предпочтительным вариантом является использование теплопроводящего наполнителя в количестве, большем или равном 25 и меньшем или равном 45 весовых частей.

Еще одним объектом настоящего изобретения является способ изготовления теплового аккумулятора, включающий:

- введение исходного материала, представляющего собой смесь капсул, вмещающих теплоаккумулирующий материал, и теплопроводящего наполнителя, содержащего теплопроводящий материал и адгезивное вещество и имеющего теплопроводность в диапазоне от 5 до 20 Вт/(м·К), в контакт с сотовым конструкционным элементом с закрытием по меньшей мере одной поверхности расположения отверстий ячеек сотового конструкционного элемента;

- прессование исходного материала под давлением, большим или равным 4 МПа и меньшим или равным 10 МПа;

- заполнение каждой из ячеек исходным материалом; и

- затвердевание теплопроводящего наполнителя после заполнения ячеек.

Благодаря прессованию под давлением, выбираемым из указанного выше диапазона, ячейки можно заполнять исходным материалом без серьезного повреждения капсул, вмещающих теплоаккумулирующий материал. Кроме того, предпочтительно, чтобы давление во время прессования было большим или равным 4 МПа и меньшим или равным 6 МПа. При таком значении давления ячейка может быть заполнена исходным материалом без повреждения капсул, вмещающих теплоаккумулирующий материал.

В настоящем изобретении предложен легкий и недорогой тепловой аккумулятор, обладающий хорошей теплопроводностью даже при его большой толщине, что достигается благодаря применению содержащихся в сотовом конструкционном элементе капсул, вмещающих теплоаккумулирующий материал, и теплопроводящего наполнителя.

На чертежах показано:

на фиг.1 - блок-схема, предназначенная для пояснения процедуры способа изготовления теплового аккумулятора,

на фиг.2 - график для иллюстрации соотношения давления прессования и степени заполнения теплоаккумулирующими капсулами в испытуемом образце А,

на фиг.3 - график для иллюстрации соотношения давления прессования и степени заполнения теплоаккумулирующими капсулами в испытуемом образце В,

на фиг.4 - микрофотографии испытуемых образцов А и В, полученные на сканирующем электронном микроскопе,

на фиг.5 - график для иллюстрации соотношения между содержанием теплопроводящего наполнителя и степенью заполнения теплоаккумулирующими капсулами в испытуемом образце AF,

на фиг.6 - график для иллюстрации соотношения между содержанием теплопроводящего наполнителя и степенью заполнения теплоаккумулирующими капсулами в испытуемом образце BF,

на фиг.7 - график для иллюстрации соотношения между содержанием теплопроводящего наполнителя и теплопроводностью в испытуемом образце AF,

на фиг.8 - график для иллюстрации соотношения между содержанием теплопроводящего наполнителя и теплопроводностью в испытуемом образце BF,

на фиг.9 - схематическое изображение устройства для измерения распределения температуры,

на фиг.10 - график для иллюстрации изменения температуры теплового аккумулятора AF0,

на фиг.11 - график для иллюстрации изменения температуры теплового аккумулятора AF34.

Ниже со ссылками на приложенные чертежи приведено описание варианта выполнения предлагаемого в изобретении теплового аккумулятора.

Предлагаемый в изобретении тепловой аккумулятор выполнен путем заполнения ячейки сотового конструкционного элемента капсулами, вмещающими теплоаккумулирующий материал, и теплопроводящим наполнителем.

Сотовый конструкционный элемент состоит из стенок ячеек, имеющих отверстие. Материал, толщина, размер, форма ячейки и диаметр ячейки сотового конструкционного элемента выбраны соответствующим образом. Единственное требование, которое необходимо при этом соблюсти, заключается в том, чтобы сотовый конструкционный элемент был легким и имел благоприятную теплопроводность, а уже конкретную его форму можно изменить с помощью простого инструмента. Более того, предпочтительно, чтобы сотовый конструкционный элемент был устойчив к разрушению или повреждению. Предлагаемый в изобретении сотовый конструкционный элемент изготовлен из металлического сплава, содержащего преимущественно алюминий. Также сотовый конструкционный элемент может быть в большинстве случаев изготовлен из нержавеющей стали.

Теплоаккумулирующий материал выполнен главным образом из соединения, обладающего возможностью накопления теплоты за счет использования скрытой теплоты, обусловленной фазовым переходом. Предпочтительно, чтобы удельное количество теплоты, необходимой для расплавления теплоаккумулирующего материала, находилось в диапазоне от примерно 100 кДж/кг до примерно 200 кДж/кг. Рассматриваемый в этом варианте выполнения теплоаккумулирующий материал выполнен главным образом из парафинового соединения. Тем не менее, он может быть выполнен из стеариновой кислоты, цетилового спирта или воды.

Пленочный материал капсулы представляет собой натуральную или синтетическую смолу. В данном варианте выполнения пленочный материал представляет собой меламиновую смолу.

Температура плавления и диаметр капсул, вмещающих теплоаккумулирующий материал (далее использовано название "теплоаккумулирующая капсула"), подобраны надлежащим образом. Предпочтительно, чтобы температура плавления теплоаккумулирующих капсул находилась в диапазоне от примерно 0 до примерно 60°C. Предпочтительно, чтобы диаметр частиц теплоаккумулирующих капсул находился в диапазоне от примерно 5 мкм до примерно 50 мкм.

Теплопроводящий наполнитель содержит теплопроводящий материал и адгезивное вещество. Предпочтительно, чтобы теплопроводность теплопроводящего наполнителя находилась в диапазоне от примерно 5 Вт/(м·К) до примерно 20 Вт/(м·К). Объем адгезивного вещества должен быть больше или равен 5% и меньше или равен 50% от 100% объема теплопроводящего материала, предпочтительно больше или равен 10% объема и меньше или равен 40% объема. Среди возможных примеров теплопроводящего материала находятся углеродсодержащие материалы, такие как углерод, и металл, такой как серебро и медь. Примеры адгезивного вещества включают неорганическое вяжущее, такое как коллоидный кремнезем (диоксид кремния), силикат натрия (натриевое жидкое стекло) и цемент, и термоотверждаемую смолу, такую как эпоксидная смола и фенольная смола.

Степень заполнения теплоаккумулирующими капсулами теплового аккумулятора больше или равна 65% и меньше или равна 90%, предпочтительно больше или равна 70% и меньше или равна 78%.

Далее приведено разъяснение варианта осуществления предлагаемого в изобретении способа изготовления теплового аккумулятора.

Теплоаккумулирующие капсулы могут быть приготовлены путем заполнения капсул теплоаккумулирующим материалом по известной технологии.

Теплоаккумулирующие капсулы и теплопроводящий наполнитель смешивают в такой пропорции, что теплопроводящий наполнитель содержится в количестве, большем или равном 10 и меньшем или равном 45 весовых частей на 100 весовых частей теплоаккумулирующих капсул, и эта смесь используется в качестве исходного материала. Смешивать теплоаккумулирующие капсулы и теплопроводящий наполнитель предпочтительно медленно, так как это позволяет избежать повреждения капсул.

На фиг.1 показана блок-схема, предназначенная для пояснения процедуры способа изготовления теплового аккумулятора. Половину исходного материала 2 впрыскивают в заданную форму 1 (фиг.1а). Затем на впрыснутом исходном материале 2 размещают сотовый конструкционный элемент 3, как показано на фиг.1б, и впрыскивают на него другую половину исходного материала 2 (фиг.1в).

После этого ячейку сотового конструкционного элемента 3 заполняют исходным материалом 2 путем одноосного приложения давления (фиг.1г), осуществляемого с давлением в пределах от 4 до 10 МПа.

Впрочем, ячейку можно заполнять исходным материалом 2 за счет двухосного приложения давления.

Сотовый конструкционный элемент, заполненный исходным материалом 2, извлекают из формы (фиг.1д) и оставляют на 15 ч при температуре 30°C для затвердевания, после чего полученное изделие (фиг.1е) может использоваться в качестве теплового аккумулятора. Условия для твердения не ограничиваются приведенными выше. Также возможны другие условия, коль скоро при них происходит твердение исходного материала 2. К примеру, сотовый конструкционный элемент можно оставить на 2 ч при температуре 60°C.

При необходимости можно отшлифовать поверхность теплового аккумулятора или нанести на нее покрытие.

Благодаря нанесению покрытия на поверхность надежно предотвращается утечка находящегося в капсулах теплоаккумулирующего материала наружу из теплового аккумулятора, даже при повреждении капсул. Более того, свойство удержания формы может быть обеспечено даже в том случае, когда тепловой аккумулятор обрезан под требуемый размер.

Нанесение покрытия на поверхность требуется только для закрытия по меньшей мере отверстия ячейки, однако оно может быть нанесено и на весь тепловой аккумулятор.

Материал для покрытия поверхности не ограничен конкретным видом. В качестве примеров материала можно упомянуть керамику, такую как силикат натрия (натриевое жидкое стекло) и фосфат алюминия, кремнийорганический каучук, фторполимер, такой как политетрафторэтилен (ПТФЭ) и перфторалкоксидный полимер (международное обозначение PFA), и металл, например алюминий и нержавеющую сталь. Нанесение покрытия на поверхность можно осуществлять по обычной технологии.

Толщина покрытия поверхности не ограничена конкретными значениями. К примеру, толщина может находиться в диапазоне от 10 до 300 мкм, предпочтительно в диапазоне от 50 до 200 мкм.

Ниже приведено разъяснение основных соображений по ограничению возможных численных значений, относящихся к структурному составу теплового аккумулятора и способу его изготовления.

В качестве сотового конструкционного элемента были использованы алюминиевые соты производства компании "Nippon Light Metal Company, Ltd" со следующими характеристиками: диаметр ячейки - 3,2 мм, толщина фольги - 25 мкм, размеры: 100 мм × 100 мм × 5 мм, масса 2,5 г.

От компании "Mitsubishi Paper Mills Ltd." были получены два типа теплоаккумулирующих капсул (торговые марки FP-39 и FP-9) с разными температурами плавления, в каждой из которых помещено парафиновое соединение, а сами капсулы выполнены из меламиновой смолы. Эти капсулы использовались в качестве теплоаккумулирующих капсул.

Теплоаккумулирующие капсулы с температурой плавления 39°C были названы теплоаккумулирующими капсулами А, а теплоаккумулирующие капсулы с температурой плавления 9°C были названы теплоаккумулирующими капсулами В. Удельное количество теплоты, необходимой для расплавления теплоаккумулирующих капсул А и В, составляло, соответственно, 180 кДж/кг и 138 кДж/кг, а диаметры частиц теплоаккумулирующих капсул А и В находились в диапазоне от 5 до 50 мкм.

В качестве теплопроводящего наполнителя была использована смесь эпоксидной смолы и углерода с теплопроводностью 12 Вт/(м·К), полученная от компании "Satsuma Soken KK" (торговое наименование SST1-80-C).

Истинные плотности теплоаккумулирующих капсул и теплопроводящего наполнителя были измерены воздушным пикнометром. Истинные плотности теплоаккумулирующих капсул А и В были равны, соответственно, 0,899 г/см3 и 0,839 г/см3. Истинная плотность теплопроводящего наполнителя составила 1,291 г/см3.

Рассмотрение давления прессования

Испытуемый образец А: в качестве исходного материала использовались теплоаккумулирующие капсулы А. Половину исходного материала впрыснули в форму (внутренним размером 100 мм × 100 мм) и на него поместили алюминиевые соты. На алюминиевые соты впрыснули другую половину теплоаккумулирующих капсул А (исходного материала). В течение 1 минуты осуществляли одноосное приложение давления, создавая прессом давление от 3 до 10 МПа. После извлечения из формы полученную заготовку подвергли твердению в течение 15 ч при температуре 30°С для приготовления испытуемого образца А.

Испытуемый образец В: в качестве исходного материала использовались теплоаккумулирующие капсулы В. Для приготовления испытуемого образца В была использована та же самая методика, как и для испытуемого образца А.

Степени заполнения теплоаккумулирующими капсулами испытуемых образцов А и В были рассчитаны по следующей формуле:

где СЗ - степень заполнения теплоаккумулирующими капсулами, %,

mИО - масса испытуемого образца,

mАС - масса алюминиевых сот,

ρТК - истинная плотность теплоаккумулирующей капсулы,

VИО - объем испытуемого образца,

VАС - объем алюминиевых сот.

Здесь масса испытуемого образца представляет собой измеренное значение для массы приготовленного испытуемого образца. Объем испытуемого образца - это кажущийся объем соты.

Результаты приведены на фиг.2 (для испытуемого образца А) и на фиг.3 (для испытуемого образца В). На этих чертежах по горизонтальной оси отложены значения давления прессования, а по вертикальной оси отложены значения степени заполнения теплоаккумулирующими капсулами. Как следует из фиг.2 и 3, с увеличением давления прессования степень заполнения теплоаккумулирующих капсул увеличивалась в обоих испытуемых образцах А и В. Степени заполнения теплоаккумулирующими капсулами испытуемых образцов А и В находились в диапазоне от 65% до 90%.

Из другого испытания авторами настоящего изобретения установлено, что ячейка сот была заполнена теплоаккумулирующими капсулами наиболее плотно, когда степень заполнения теплоаккумулирующими капсулами составляла 74%. С этой точки зрения и вышеописанных результатов можно заключить, что предпочтительным давлением прессования является давление равное или более 4 МПа.

Далее, после того как испытуемые образцы А и В были подвергнуты одноосному прессованию в пресс-форме при давлениях 4 МПа, 5 МПа, 6 МПа и 7 МПа, их обследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа.

На фиг.4 показаны результаты. Было установлено, что капсулы не имели повреждений, полученных в результате воздействия давлением во время прессования в тех случаях, когда давление прессования не превышало 6 МПа. При давлении прессования 7 МПа в испытуемых образцах А и В наблюдались поврежденные капсулы. На основе этих результатов можно сделать вывод, что предпочтительным значением давления прессования должно являться 6 МПа или меньшее.

Содержание теплопроводящего наполнителя

Испытуемый образец AF: Для приготовления испытуемого образца AF была использована та же самая методика, как и для испытуемого образца А, с тем лишь отличием, что в качестве исходного материала использовали теплоаккумулирующие капсулы А, содержавшие теплопроводящий наполнитель, так что теплопроводящий наполнитель был взят в количестве от 0 до 45 весовых частей на 100 весовых частей теплоаккумулирующих капсул А, а давление прессования составляло 6 МПа.

Испытуемый образец BF: Для приготовления испытуемого образца BF была использована та же самая методика, как и для испытуемого образца AF, с тем лишь отличием, что в качестве исходного материала использовали теплоаккумулирующие капсулы В, содержавшие теплопроводящий наполнитель, так что теплопроводящий наполнитель был взят в количестве от 0 до 45 весовых частей на 100 весовых частей теплоаккумулирующих капсул В.

Степени заполнения теплоаккумулирующими капсулами испытуемых образцов AF и BF были рассчитаны по следующей формуле:

,

где СЗ - степень заполнения теплоаккумулирующими капсулами,%,

mИО - масса испытуемого образца,

mАС - масса алюминиевых сот,

ρТК - истинная плотность теплоаккумулирующей капсулы,

VИО - объем испытуемого образца,

VАС - объем алюминиевых сот,

kТК - смесительный коэффициент теплоаккумулирующей капсулы,

kНАП - смесительный коэффициент теплопроводящего наполнителя.

Результаты приведены на фиг.5 (для испытуемого образца AF) и на фиг.6 (для испытуемого образца BF). На этих чертежах по горизонтальной оси отложены значения содержания теплопроводящего наполнителя, а по вертикальной оси отложены значения степени заполнения теплоаккумулирующими капсулами. Как следует из фиг.5 и 6, степень заполнения теплоаккумулирующими капсулами уменьшалась с увеличением содержания теплопроводящего наполнителя в испытуемых образцах AF и BF. Тем не менее, было установлено, что степень заполнения теплоаккумулирующими капсулами равна или больше 70% даже тогда, когда содержание теплопроводящего наполнителя составляло 45 весовых частей на 100 весовых частей теплоаккумулирующих капсул А. Когда во время приготовления испытуемых образцов AF и BF содержание теплопроводящего наполнителя составляло, соответственно, 25 весовых частей или менее и 20 весовых частей или менее, количества эпоксидной смолы было недостаточно для равномерного перемешивания. Таким образом, в испытуемых образцах остались комочки наполнителя. Исходя из этих результатов было установлено, что оптимальное качество прессования было получено при содержании теплопроводящего наполнителя, большем или равном 25 весовых частей на 100 весовых частей теплоаккумулирующих капсул.

Далее провели измерения теплопроводности испытуемых образцов AF и BF при 20°С (по методике измерения теплового потока в соответствии с японским промышленным стандартом JIS-A1412). Измерения осуществлены с помощью измерительного прибора AUTO λ НС-110 производства компании "ЕКО Instruments Co., Ltd". Размер исследованного фрагмента составлял 60 мм в диаметре.

Результаты приведены на фиг.7 (для испытуемого образца AF) и на фиг.8 (для испытуемого образца BF). На этих чертежах по горизонтальной оси отложены значения содержания теплопроводящего наполнителя на 100 весовых частей теплоаккумулирующих капсул, а по вертикальной оси отложены значения теплопроводности.

Как следует из фиг.7 и 8, теплопроводности испытуемых образцов AF и BF равнялись 0,4 Вт/(м·К) или более в случае, когда теплопроводящий наполнитель был использован в количестве равном или более 10 весовых частей на 100 весовых частей теплоаккумулирующих капсул. Теплопроводности были увеличены по сравнению со случаем испытуемого образца с нулевым содержанием теплопроводящего наполнителя. В испытуемом образце AF теплопроводность была максимальной (0,62 Вт/(м·К)) при содержании теплопроводящего наполнителя в количестве 34 весовых частей на 100 весовых частей теплоаккумулирующих капсул.

Исходя из вышеописанных результатов было установлено, что теплопроводность была улучшена, когда содержание теплопроводящего наполнителя составляло 10 или более весовых частей на 100 весовых частей теплоаккумулирующих капсул, а оптимальное качество прессования было получено, когда содержание теплопроводящего наполнителя составляло не менее 25 весовых частей. Когда содержание было слишком высоко, степень заполнения теплоаккумулирующими капсулами уменьшалась. С учетом того, что степень заполнения теплоаккумулирующими капсулами была 74%, когда ячейка соты была заполнена теплоаккумулирующими капсулами максимально плотно, предпочтительно, чтобы содержание теплопроводящего наполнителя не превышало 45 весовых частей на 100 весовых частей теплоаккумулирующих капсул.

Распределение температуры теплового аккумулятора

Два испытуемых образца типа AF, в которых содержание теплопроводящего наполнителя составляло 0 весовых частей или 34 весовые части на 100 весовых частей теплоаккумулирующих капсул, были наложены один на другой для применения в качестве теплового аккумулятора AF0 или теплового аккумулятора AF34.

Далее приведено описание способа измерения распределения температуры теплового аккумулятора.

На фиг.9 схематически показано устройство для измерения распределения температуры. На тепловом аккумуляторе в заданном положении (точки СН1-СН9) устанавливали термопару. Точки CH1, СН4 и СН7 находились в центре поверхности теплового аккумулятора. Тепловые аккумуляторы были уложены послойно друг на друга и прикреплены к обеим сторонам силиконового нагревателя (также известного как электрический мат-нагреватель) (производства компании "ThreeHigh Co., Ltd.", имеет характеристики: 100 мм × 100 мм × 1,5 мм; сопротивление 125 Ом), примененного в качестве источника теплоты, будучи при этом отделенными от него алюминиевой проставкой размерами 100 мм × 100 мм × 3,6 мм.

Собранные таким образом в стопку и фиксированные тепловые аккумуляторы были обложены теплоизоляционным материалом (материалом на основе пенополиуретана, толщина 60 мм, теплопроводность 0,0415 Вт/(м·К) (при 25°C)) и были размещены в термостате (производства компании "YAMATO SCIENTIFIC CO., LTD", модель IE21) с температурой, установленной на 5°C.

После получения подтверждения, что температуры собранных и фиксированных тепловых аккумуляторов стабильны, включили нагреватель с выходной мощностью 20 Вт и провели замеры изменения температуры в заданных точках тепловых аккумуляторов.

На фиг.10 и 11 показаны изменения температуры в точках CH1, СН4 и СН7 тепловых аккумуляторов. На фиг.10 показаны изменения температуры теплового аккумулятора AF0, а на фиг.11 показаны изменения температуры теплового аккумулятора AF34. На фиг.10 и 11 по горизонтальной оси отложено время нагревания, а по вертикальной оси - температура.

Как следует из фиг.10 и 11, температуры обоих тепловых аккумуляторов уменьшались по мере удаления от источника теплоты, но диапазон распределения температуры теплового аккумулятора AF34 был уже, чем теплового аккумулятора AF0. Другими словами, теплота в тепловом аккумуляторе AF34 была рассеяна равномерно. Произошло это потому, что чувствительность к воздействию теплоты была улучшена благодаря наличию в нем теплопроводящего наполнителя.

1. Тепловой аккумулятор, содержащий сотовый конструкционный элемент с множеством ячеек, каждая из которых заполнена капсулами, вмещающими теплоаккумулирующий материал, и теплопроводящим наполнителем, содержащим теплопроводящий материал и адгезивное вещество и имеющим теплопроводность в диапазоне от 5 до 20 Вт/(м·К).

2. Тепловой аккумулятор по п.1, в котором степень заполнения каждой из ячеек капсулами, вмещающими теплоаккумулирующий материал, больше или равна 65% и меньше или равна 90%.

3. Тепловой аккумулятор по п.1, в котором теплопроводящий наполнитель содержится в количестве, большем или равном 10 и меньшем или равном 45 весовых частей на 100 весовых частей капсул, вмещающих теплоаккумулирующий материал.

4. Способ изготовления теплового аккумулятора, включающий:
- введение исходного материала, представляющего собой смесь капсул, вмещающих теплоаккумулирующий материал, и теплопроводящего наполнителя, содержащего теплопроводящий материал и адгезивное вещество и имеющего теплопроводность в диапазоне от 5 до 20 Вт/(м·К), в контакт с сотовым конструкционным элементом с закрытием по меньшей мере одной поверхности расположения отверстий ячеек сотового конструкционного элемента;
- прессование исходного материала под давлением, большим или равным 4 МПа и меньшим или равным 10 МПа;
- заполнение каждой из ячеек исходным материалом; и
- затвердевание теплопроводящего наполнителя после заполнения ячеек.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к пиротехническим устройствам для подогрева жидкости в трубопроводе и может быть использовано в устройствах авиационной и ракетно-космической техники для быстрого подогрева жидкого топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя в условиях низких температур.
Изобретение относится к области изготовления тепловых ячеек, предназначенных для встраивания в одноразовые нагревательные обертки. .

Изобретение относится к устройствам для нагрева различных предметов и обеспечивает повышение эффективности использования тепловой энергии, выделившейся в результате протекания экзотермической химической реакции при одновременном обеспечении многофункциональности.

Изобретение относится к одноразовым нагревательным устройствам для продуктов при инициировании экзотермической химической реакции. .

Изобретение относится к теплотехнике и предоставляет методы, приборы и системы, в которых имеет место частичное кипячение жидкости в миниканале или микроканале длиной, по крайней мере, 15 см.

Изобретение относится к использованию тепла экзотермических реакций в качестве источника энергии для нагрева паровой среды. .

Изобретение относится к пищевой промышленности, а более конкретно к устройствам для нагрева пищевых продуктов перед их употреблением теплом, выделяющимся при экзотермической химической реакции между реагентами в твердом и жидком состояниях.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к устройствам для нагрева пищевых продуктов перед их употреблением теплом, выделяемым при экзотермической химической реакции.

Изобретение относится к области химических источников тепла, а конкретно - к материалам для теплопередачи на основе реакции окисления магния. .

Изобретение относится к области химических источников тепла, работающих на основе использования тепловых эффектов химических реакций, в частности к области автономных источников тепла (АИТ), способных обеспечить локальный нагрев до заданной температуры и поддержание ее в течение требуемого промежутка времени.
Изобретение относится к листовому конструкционному элементу из композиционного материала, используемого в жилищном и промышленном строительстве для большепролетных крыш и фасадов, в качестве сэндвичных элементов конструкции в холодильных складах, в секционных воротах, в офисных сооружениях мобильного типа или в производстве жилых вагончиков.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к теплоаккумулирующей солевой смеси. Теплоаккумулирующая смесь содержит 72,5-73,1 мол.% хлорида лития и 26,9-27,5 мол.% карбоната стронция.
Настоящее изобретение относится к теплоаккумулирующему составу, включающему фторид лития, бромид лития, бромид калия, при этом для расширения диапазона концентраций с низкой температурой плавления в состав теплоаккумулирующего состава был добавлен молибдат лития, при следующем отношении компонентов, мас.%: Бромид лития 52,75 Бромид калия 45,03 Молибдат лития 0,87 Фторид лития остальное Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение работы при температуре 318 °С в качестве теплоаккумулирующего состава.
Изобретение относится к холодоаккумулирующему материалу, который может быть использован в термостабилизирующих устройствах в приборостроении и оптоэлектронике; в термоконтейнерах для транспортировки и хранения медицинских, биологических препаратов и пищевых продуктов.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов, применяемых в качестве энергоемких материалов в тепловых аккумуляторах.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов. .
Изобретение относится к холодоаккумулирующему материалу, который может быть использован в термостабилизирующих устройствах в приборостроении и оптоэлектронике, в термоконтейнерах для транспортировки медицинских, биологических препаратов, пищевых продуктов.
Изобретение относится к разработке холодоаккумулирующих материалов, применяемых в термостабилизирующих устройствах, например в оптоэлектронике, в термоконтейнерах для транспортировки медицинских, биологических препаратов и пищевых продуктов.

Изобретение относится к разработке теплоаккумулирующих составов, включающих фториды, бромиды и хроматы щелочных элементов, которые применяются в качестве теплоаккумулирующих веществ.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к теплоаккумулирующим составам, используемым в тепловых аккумуляторах и в устройствах теплотехники. .

Изобретение относится к материалу с обратными фазами, позволяющему смягчать температурные колебания, например, в строениях, облицовках, транспортных контейнерах и внутренних помещениях автомобилей. Материал с обратными фазами включает матричный материал, включающий множество уретановых, и/или мочевинных, и/или изоциануратных групп и имеющий содержание жестких блоков более чем 75% (далее называется «матрица A»); и полимерный материал, который 1) не содержит группы, способные к образованию уретановых, мочевинных или изоциануратных групп в реакции с изоцианатной группой, 2) проявляет фазовое превращение согласно измерениям методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) в температурном интервале от -10°C до +60°C с энтальпией ΔHm, составляющей, по меньшей мере, 87 кДж/кг, 3) глубоко проникает в указанную матрицу A, и 4) имеет среднюю молекулярную массу более чем 700 и включает, по меньшей мере, 50 мас.% оксиалкиленовых групп в расчете на массу данного материала, причем, по меньшей мере, 85% оксиалкиленовых групп представляют собой оксиэтиленовые группы (далее называется «полимерный материал B»); причем количественное соотношение указанной матрицы A и указанного полимерного материала B, в расчете на массы, составляет от 15:85 до 75:25; а также к способу получения указанного материала. Изобретение позволяет создать материал с хорошими фазовыми превращениями и хорошими свойствами выравнивания температуры. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.

Изобретение относится к тепловому аккумулятору, в частности к тепловому аккумулятору для регулирования теплового состояния устройства, установленного в космическом аппарате. Также изобретение относится к способу изготовления такого теплового аккумулятора. Аккумулятор содержит сотовый конструкционный элемент с множеством ячеек. Каждая из ячеек заполнена капсулами, вмещающими теплоаккумулирующий материал, и теплопроводящим наполнителем, содержащим теплопроводящий материал и адгезивное вещество и имеющим теплопроводность в диапазоне от 5 до 20 Вт. Аккумулятор изготовлен путем введения исходного материала, представляющего собой смесь капсул и теплопроводящего наполнителя, в контакт с сотовым конструкционным элементом с закрытием по меньше мере одной поверхности расположения отверстий ячеек элемента, прессования исходного материала под давлением 4-10 МПа, заполнения каждой ячейки материалом и затвердевания теплопроводящего наполнителя после заполнения ячеек. В результате может быть получен легкий и недорогой тепловой аккумулятор, обладающий благоприятной теплопроводностью. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Наверх