Теплоаккумулирующее устройство

Теплоаккумулирующее устройство относится к области теплотехники, более конкретно к теплоаккумулирующим устройствам, использующим скрытую теплоту фазовых переходов рабочего вещества для обеспечения комфортных условий дыхания при использовании изолирующих дыхательных аппаратов на химически связанном кислороде путем охлаждения вдыхаемого воздуха, а также для достижения требуемого теплового режима источников энергии (ИЭ) при их циклической работе в качестве их защиты от кратковременных воздействий внешних тепловых потоков. Теплоаккумулирующее устройство содержит корпус, имеющий одну или несколько полостей, заполненных теплоаккумулирующим фазопереходным рабочим веществом. Новым является выполнение фазопереходного рабочего вещества в виде гидрофобных гранул, содержащих углеродный наноматериал (УНМ) и магнитный дисперсный материал, заключенные в герметичную пленочную оболочку, заполненную гидрофильной жидкостью, сообщающуюся с охлаждаемой средой. Гранулы содержат смесь из низкоплавких парафинов из ряда С16Н3620Н42 с температурой плавления 16,7-36,7°С, УНМ выполнен в виде углеродных нанотрубок «Таунит» с металлоксидным катализатором. Техническими результатами изобретения являются улучшение массогабаритных характеристик, сохранение постоянной величины энтальпии от цикла к циклу, повышение надежности работы устройства. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области теплотехники, более конкретно к теплоаккумулирующим устройствам, использующим скрытую теплоту фазовых переходов рабочего вещества для обеспечения комфортных условий дыхания при использовании изолирующих дыхательных аппаратов на химически связанном кислороде путем охлаждения вдыхаемого воздуха, а также для достижения требуемого теплового режима источников энергии (ИЭ) при их циклической работе, в качестве их защиты от кратковременных воздействий внешних тепловых потоков.

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 оперенной поверхностью, герметичный объем которых заполняется плавящимся рабочим веществом (1. В.А. Алексеев. Охлаждение радиоэлектронной аппаратуры с использованием плавящихся веществ. Под ред. А.В. Ревякина, М.: Энергия, 1975. с. 6, 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. с. 20-25, 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, с. 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.

Применительно к использованию в аппаратах для защиты органов дыхания для снижения температуры газовоздушной среды на вдохе из-за ее нагрева при химическом поглощении диоксида углерода и влаги химическим поглотителем из выдыхаемого воздуха, возможны следующие варианты работы устройства:

- охлаждение воздуха в режиме рекуперативного теплообменника, при котором выдыхаемый пользователем воздух охлаждает плавящееся рабочее тело ниже температуры затвердевания и при вдохе охлажденное рабочее тело снижает температуру от регенерированного воздуха до комфортного уровня:

- второй вариант предусматривает охлаждение газовоздушной среды на вдохе исключительно за счет тепла фазового перехода, так как теплосодержание хотя и нагретой, но обезвоженной газовоздушной среды вполне укладывается в весовые характеристики аппарата.

Известна конструкция теплоаккумулирующего устройства, герметичный корпус которого выполнен в виде радиатора из алюминиевого сплава, наполненного плавящимся рабочим веществом (в данном случае парафином). В.А. Алексеев. Охлаждение радиоэлектронной аппаратуры с использованием плавящихся веществ. Под ред. А.В. Ревякина, М.: Энергия, 1975, стр. 71-72.

С помощью такой конструкции осуществляется отвод тепла от полупроводниковых приборов.

Известна 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.).

Основными недостатками вышеперечисленных конструкций являются:

- 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;

- наличие газовых областей во внутренних полостях конструкции, ухудшающих теплообмен.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является тепло-аккумулирующее устройство (пат. РФ №2306494, МПК F24H 7/00, опубл. 20.09.2007) на основе фазопереходного рабочего вещества, для обеспечения требуемого теплового режима источников энергии при их циклической работе, а также в качестве их защиты от кратковременных воздействий внешних тепловых потоков. Устройство содержит 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.

Основными недостатками вышеперечисленных конструкций являются:

- 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.

Задачами изобретения являются уменьшение массы теплоаккумулирующего устройства, упрощение технологии его изготовления, улучшение теплообмена, обеспечение стабильной работы устройства за счет отказа от герметизации корпуса.

Техническими результатами настоящего изобретения являются

- улучшение массогабаритных характеристик, что особенно актуально для бортовой аппаратуры;

- сохранение постоянной величины энтальпии от цикла к циклу;

- повышение надежности.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в тепло-аккумулирующем устройстве, содержащем корпус, имеющий одну или несколько полостей, заполненных теплоаккумулирующим фазопереходным рабочим веществом, фазопереходное рабочее вещество выполнено в виде гидрофобных гранул, содержащих углеродный наноматериал (УНМ) и магнитный дисперсный материал, заключенные в герметичную пленочную оболочку, заполненную гидрофильной жидкостью, сообщающуюся с охлаждаемой средой.

Гранулы могут содержать смесь из низкоплавких парафинов из ряда С16Н3620Н42 с температурой плавления 16,7-36,7°С.

УНМ могут быть выполнены в виде углеродных нанотрубок «Таунит».

Магнитным материалом может служить оксид никеля, заключенный в УНМ в процессе каталитического синтеза УНМ.

В состав гранул может быть также введен дисперсный магнитный порошок из ферромагнетиков, предпочтительно магнетита.

В качестве гидрофильной жидкости могут использоваться гидрогели.

Корпус может быть выполнен из немагнитного материала и содержать снабженный устройством для изменения полярности электромагнит, либо постоянный магнит, установленный с возможностью изменения пространственного положения.

Выполнение фазопереходного рабочего вещества выполнено в виде гидрофобных гранул, содержащих углеродный наноматериал и магнитный дисперсный материал, заключенные в герметичную пленочную оболочку, заполненную гидрофильной жидкостью, сообщающуюся с охлаждаемой средой обеспечивают изменение спина гранул при поглощении тепла, что обеспечивает увеличение скорости теплопереноса выше скорости переноса за счет теплопроводности под действием только градиента тепла.

Выполнение гранул содержащими смесь из низкоплавких парафинов из ряда С16Н3620Н42 с температурой плавления 16,7-36,7°С обеспечивают достижение заданной температуры плавления эвтектики путем подбора двух или более марок парафина.

Использование УНМ в виде углеродных нанотрубок «Таунит» обеспечивает фиксацию температуры плавления смеси, повышение ее теплопроводности и поддержание формы гранул при их разогреве.

Использование в качестве магнитного материала металлоксидного катализатора синтеза УНТ в виде оксида никеля, заключенного в УНТ в процессе каталитического синтеза обеспечивает упрощение технологии изготовления УНТ.

Введение в состав гранул дисперсного магнитного порошка из ферромагнетиков, предпочтительно магнетита, либо железного порошка обеспечивает применения других модификаций УНТ «Таунит» со слабыми магнитными свойствами металлоксидного катализатора, либо вообще без катализатора.

Использование в качестве гидрофильной жидкости гидрогелей обеспечивает возможность изменения спина (разворота) гранул под действием магнитных сил. При этом с охлаждаемой средой будут взаимодействовать разогретые стороны гранул, что увеличивает скорость переноса тепла, создавая при этом дополнительный эффект, заключающийся в возможности уменьшения массы рабочего тела.

Выполнение корпуса из немагнитного материала и снабжение его устройством для изменения полярности электромагнита, либо постоянного магнита, установленного с возможностью изменения пространственного положения, позволяет управлять положением гранул при работе устройства.

Таким образом, обеспечивается стабильная работа теплоаккумулирующего устройства.

Примеры выполнения предлагаемого устройства иллюстрируются чертежами, представленными на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 показан общий вид теплоаккумулирующего устройства при начальном положении теплопоглощающих гранул.

На фиг. 2 показано то же, что на фиг. 1, при развороте гранул на 180 градусов.

Перечень позиций:

1. корпус;

2. вход линии подачи охлаждаемой среды;

3. выход линии подачи охлаждаемой среды;

4. вход охлаждающей среды;

5. выход охлаждающей среды;

6. оболочка;

7. гранула;

8. гидрогель;

9. магнитопровод;

10. катушка электромагнита.

Устройство содержит корпус 1, выполненный из немагнитного материала (аустенитная сталь, алюминий) либо пластмассы (полипропилен, поликарбонат и др. Корпус 1 снабжен патрубками: вход линии подачи охлаждаемой среды 2, выход линии подачи охлаждаемой среды 3, вход охлаждающей среды 4 и выход охлаждающей среды 5. В полости корпуса 1 помещена оболочка 6, выполненная из полиэтиленовой, фторопластовой либо полиимидной пленки (определяется характеристиками охлаждаемой среды). В оболочку 6 помещены гранулы 7 из смеси низкоплавких парафинов из ряда С16Н3620Н42 с температурой плавления 16,7-36,7°С, модифицированной углеродными нанотрубками «Таунит» с магнитным материалом в виде оксида никеля, заключенного в УНТ в процессе каталитического синтеза. В состав гранул может быть введен дисперсный магнитный порошок из ферромагнетиков, предпочтительно магнетита. Пространство между гранулами 7 в оболочке 6 заполнено гидрогелем 8 производства ф. «Гельтек» в виде «Ультрагеля» высокой, средней и пониженной вязкости (бесцветный), предназначенного для ультразвуковых исследований, допплерографии и терапии. На внешней поверхности корпуса 1 закреплен магнитопровод 9, соединенный с катушкой электромагнита 10, соединенного с блоком питания (не показан). Вместо электромагнита может использоваться компактный постоянный магнит, предпочтительно ниобиевый, но его применение требует дополнительного устройства для изменения полярности путем его разворота.

Устройство работает следующим образом.

В качестве примера ниже описан рекуперативный режим работы устройства при использовании в средствах защиты органов дыхания. Выдыхаемый воздух через вход линии подачи охлаждаемой среды 2 поступает в корпус 1 Корпус и расположенный в нем оболочка 6 принимают температуру, близкую к температуре пользователя - около 37°С. Эту температуру принимает и прилегающий к оболочке 6 слой гранул 7 и гидрогель 8. Далее поток газовоздушной смеси через выход линии подачи охлаждаемой среды 3 поступает на химическую регенерацию, в процессе которой он очищается от диоксида углерода и воды и при этом разогревается до температуры выше 60°С. При вдохе газовоздушная смесь через патрубок 3 вновь поступает в полость аппарата 1, в которой отдает избыток тепла через оболочку 6 слою гранул 7 и гидрогелю 8 и охлажденная до комфортной температуры порядка 40-45°С поступает на вдох пользователя. Так как система работает с накоплением тепла, происходит постепенное повышение температуры вдыхаемой газовоздушной смеси. Для снижения температуры на вдохе включается питание катушки электромагнита 10, магнитное поле через магнитопровод 9 воздействует на гранулы 7, которые при взаимодействии с магнитным материалом гранул разворачиваются вокруг своей оси, как показано на фиг. 2. Процесс охлаждения газовоздушной среды повторяется как описано выше, но уже с одновременным отводом тепла через заднюю стенку оболочки 6 за счет охлаждения хладагентом (например, выдыхаемым воздухом) проходящим через патрубки вход охлаждающей среды 4 и выход охлаждающей среды 5. Частота переключений катушки электромагнита 10 зависит от степени нагрузки пользователя и времени защитного действия.

Применительно к блоку РЭА, разогреваемого за счет тепла, получаемого от ИЭ. При разогреве гранул до температуры плавления также меняется полярность катушки электромагнита и процесс охлаждения ведется аналогично вышеописанному. При выключении ИЭ происходит остывание гранул 7 и их 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.

Изобретение обеспечивает улучшение массогабаритных характеристик, сохранение постоянной величины энтальпии от цикла к циклу; повышение надежности работы устройства.

1. Теплоаккумулирующее устройство, содержащее корпус, имеющий одну или несколько полостей, заполненных теплоаккумулирующим фазопереходным рабочим веществом, отличающееся тем, что фазопереходное рабочее вещество выполнено в виде гидрофобных гранул, содержащих углеродный наноматериал и магнитный дисперсный материал, заключенный в герметичную пленочную оболочку, заполненную гидрофильной жидкостью, сообщающуюся с охлаждаемой средой.

2. Теплоаккумулирующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что гранулы содержат смесь из низкоплавких парафинов из ряда С16Н3620Н42 с температурой плавления 16,7-36,7°С.

3. Теплоаккумулирующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что УНМ выполнен в виде углеродных нанотрубок «Таунит».

4. Теплоаккумулирующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что магнитным материалом является оксид никеля, заключенный в УНМ в процессе каталитического синтеза УНМ.

5. Теплоаккумулирующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что в состав гранул введен дисперсный магнитный порошок из ферромагнетиков, предпочтительно магнетита.

6. Теплоаккумулирующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве гидрофильной жидкости используют гидрогели.

7. Теплоаккумулирующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус выполнен из немагнитного материала и содержит снабженный устройством для изменения полярности электромагнит либо постоянный магнит, установленный с возможностью изменения пространственного положения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к подогревателям газа регенеративным, и может быть использовано при разработке подогревателей газа регенеративных для аэродинамических труб.

Изобретение относится к теплотехнике и представляет зональный теплоаккумулятор с распределителями по температуре для жидкости и воздуха. Предложен зональный теплоаккумулятор, скомпанованный из разных по форме и структуре теплоаккумулирующих блок-ячеек.

Изобретение относится к области биохимии. Предложена солнечная биогазовая установка для сбраживания биомассы с получением биогаза.

Изобретение относится к устройству аккумулирования тепла, в котором теплоаккумулирующий раствор поглощает и высвобождает тепло в жидком состоянии, и к способу его эксплуатации.

Изобретение относится к электрооборудованию для отопления, в частности для производственных и животноводческих помещений. В комбинированном теплоаккумуляционном электроотопительном приборе со ступенчатым нагревом теплоаккумулирующего сердечника в последнем на одном из электрических нагревательных элементов установлен термодатчик, позволяющий задавать и контролировать температуру электрических нагревательных элементов, нагревая их по принципу ступенчатого нагрева и не превышая их максимально допустимой температуры, а внутри камеры с теплоаккумулирующим сердечником выполнена двухслойная теплоизоляция с экраном между слоями теплоизоляции, при этом в камере с электроконвектором установлена смесительная камера, позволяющая смешивать потоки холодного и горячего воздуха на выходе из прибора до однородного состояния, причем между нижней стенкой корпуса прибора и полом имеется воздушный зазор.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для отопления и терморегулирования. Изобретение позволит снизить энергетические потери и повысить эффективность регулирования мощности нагрева.

Изобретение относится к области энергетики, более конкретно к средствам накопления, хранения и выделения или преобразования тепловой энергии. Аккумулятор тепловой энергии содержит по крайней мере один управляющий элемент и рабочее тело, обеспечивающее накопление тепловой энергии и имеющее возможность выделения тепловой энергии в результате воздействия по крайней мере одного управляющего элемента.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к теплоаккумулирующим регенеративным теплообменникам. .

Изобретение относится к области энергетики и, в частности, к установкам отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений. .

Изобретение относится к теплообменным устройствам, применяемым для передачи тепла или холода в процессах, использующих потоки жидкости или газа, и может быть использовано в системах отопления, вентиляции, в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к получению горячим прессованием высокотемпературного композиционного антифрикционного материала на никелевой основе. Шихта содержит нанопорошки никеля (Ni) и молибдена (Мо), порошок дисульфида молибдена (MoS2) и порошок меди (Cu).
Изобретение относится в области нанотехнологии, медицины и пищевой промышленности. Способ получения нанокапсул сухого экстракта босвелии характеризуется тем, что сухой экстракт босвелии добавляют в суспензию альгината натрия в толуоле в присутствии 0,01 г сложного эфира глицерина с одной-двумя молекулами пищевых жирных кислот и одной-двумя молекулами лимонной кислоты в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 900 об/мин, далее приливают 6 мл метиленхлорида, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро : оболочка составляет 1:1, 1:2 или 1:3.

Изобретение может быть использовано для покрытия металлических поверхностей в автомобилестроении, строительстве, при изготовлении электротехнических приборов и бытовой техники.
Изобретение может быть использовано в физико-химических и биологических исследованиях. Сначала готовят водную суспензию наноалмазов со средним размером полученных агрегатов частиц не более 125 нм и содержанием дисперсной фазы от 0,15 до 0,4 мг.
Изобретение может быть использовано в металлургии при получении тугоплавкой основы безвольфрамовых твердых сплавов. Способ получения нанокристаллического порошка титан-молибденового карбида включает высокотемпературную обработку исходной смеси порошков соединения титана и молибдена с последующим охлаждением.
Изобретение относится к нанобиотехнологии и может быть использовано при конструировании нановолокнистых пленок, мембран, подложек, фильтров. Способ получения пленки из нановолокон заключается в том, что создают разность потенциалов между металлическим капилляром и расположенным напротив него металлическим электродом, между которыми размещена пластина с отверстием.

Предложено новое вещество - композитный материал на основе нанокристаллической целлюлозы и наночастиц кремния, обладающее эффективной люминесценцией в видимой области спектра при ультрафиолетовом возбуждении и высокой деградационной стойкостью люминесцентного сигнала.
Изобретение относится к способу получения изотопно-меченых веществ и может быть использовано для введения радиоактивной метки в белки с целью изучения их поведения в различных системах, включая биологические.

Изобретение относится к способам формирования пористого оксидного материала и может быть использовано для разработки анодных материалов литий-ионных батарей и суперконденсаторов нового поколения, чувствительных элементов газовых сенсоров.

Изобретение относится к медицинской технике и технологии, а именно к коллоидной взвеси для адгезионной прослойки при пломбировании зубов, которая содержит метакрилаты, ацетон в качестве растворителя, а также равнораспределенные наночастицы металлов антибактериального действия, при этом в качестве растворителя использована смесь 50/50 ацетона и этанола, где этанол предварительно насыщен наночастицами серебра, оксида железа, алюминия или оксида алюминия размером 20-30 нм с массовой концентрацией 1-3⋅10-6 %.

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, и может быть использовано для лечения и профилактики гиперестезии дентина зубов. Для этого осуществляют подготовку поверхности дентина с помощью плазматрона путем ее 15±1 секундной обработки сфокусированным пучком холодной аргоновой плазмы с расстояния 2-5 мм от дентина. Далее не позднее 45 секунд после подготовки дентина проводят обтурацию дентинных канальцев методом гальванофоретической наноимпрегнации частицами гидроксида меди-кальция в течение 2-6 часов. При этом поверхность дентина зубов покрывают тонким слоем пасты гидроксида меди-кальция, на который накладывают полоску цинковой фольги толщиной 0,5 мм и закрывают быстротвердеющей повязкой. С помощью зубоврачебного зонда в области одного из межзубных промежутков делают в повязке отверстие диаметром около 1 мм для создания контакта фольги со слюной, обеспечивающего разность потенциалов. Способ обеспечивает устранение повышенной чувствительности зубов за счёт глубокой, длительной и надёжной герметизации дентинных канальцев, открывающихся на поверхности дентина зуба, с одновременным пролонгированным противомикробным воздействием при безболезненности всех подготовительных и лечебных процедур. 5 ил., 1 пр.

Теплоаккумулирующее устройство относится к области теплотехники, более конкретно к теплоаккумулирующим устройствам, использующим скрытую теплоту фазовых переходов рабочего вещества для обеспечения комфортных условий дыхания при использовании изолирующих дыхательных аппаратов на химически связанном кислороде путем охлаждения вдыхаемого воздуха, а также для достижения требуемого теплового режима источников энергии при их циклической работе в качестве их защиты от кратковременных воздействий внешних тепловых потоков. Теплоаккумулирующее устройство содержит корпус, имеющий одну или несколько полостей, заполненных теплоаккумулирующим фазопереходным рабочим веществом. Новым является выполнение фазопереходного рабочего вещества в виде гидрофобных гранул, содержащих углеродный наноматериал и магнитный дисперсный материал, заключенные в герметичную пленочную оболочку, заполненную гидрофильной жидкостью, сообщающуюся с охлаждаемой средой. Гранулы содержат смесь из низкоплавких парафинов из ряда С16Н36-С20Н42 с температурой плавления 16,7-36,7°С, УНМ выполнен в виде углеродных нанотрубок «Таунит» с металлоксидным катализатором. Техническими результатами изобретения являются улучшение массогабаритных характеристик, сохранение постоянной величины энтальпии от цикла к циклу, повышение надежности работы устройства. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх