RU2753067C1 - Теплоаккумулирующее устройство - Google Patents
Теплоаккумулирующее устройство Download PDFInfo
- Publication number
- RU2753067C1 RU2753067C1 RU2020140381A RU2020140381A RU2753067C1 RU 2753067 C1 RU2753067 C1 RU 2753067C1 RU 2020140381 A RU2020140381 A RU 2020140381A RU 2020140381 A RU2020140381 A RU 2020140381A RU 2753067 C1 RU2753067 C1 RU 2753067C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- substance
- heat storage
- plate
- block
- Prior art date
Links
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 38
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 abstract description 2
- -1 for example Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- SYHGEUNFJIGTRX-UHFFFAOYSA-N methylenedioxypyrovalerone Chemical compound C=1C=C2OCOC2=CC=1C(=O)C(CCC)N1CCCC1 SYHGEUNFJIGTRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 8
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 4
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
- C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H7/00—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
Теплоаккумулирующее устройство относится к области теплотехники, более конкретно к теплоаккумулирующим устройствам, использующим скрытую теплоту фазовых переходов рабочего вещества для обеспечения требуемого теплового режима источников тепловой энергии при их циклической работе, а также в качестве их защиты от кратковременных воздействий внешних тепловых потоков. Устройство содержит корпус 1, имеющий полости, заполненные теплоаккумулирующим фазопереходным рабочим веществом 5, плиту 2, крышку 3 и блок сеток 4, жестко прикрепленных к плите 2, и два источника тепловой энергии 1. В конструкции корпуса 1 для усиления теплопередачи к теплоаккумулирующему веществу 5 применен блок из набора металлических сеток 4, выполненных из высокотеплопроводных материалов, например меди, расположенных перпендикулярно тепловыделяющей поверхности корпуса 2 и закреплённых на ней. Техническими результатами изобретения являются улучшение эффективности теплопередачи от плиты к теплоаккумулирующему веществу, улучшение массогабаритных характеристик устройства, что особенно актуально для бортовой аппаратуры, сохранение постоянной величины энтальпии от цикла к циклу, повышение надежности и технологическая простота изготовления. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области теплотехники, более конкретно к теплоаккумулирующим устройствам, использующим скрытую теплоту фазовых переходов рабочего вещества для обеспечения требуемого теплового режима источников тепловой энергии (ИТЭ) при их циклической работе, а также в качестве их защиты от кратковременных воздействий внешних тепловых потоков.
Теплоаккумулирующие устройства обеспечивают тепловой режим радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Благодаря теплоемкости корпусов устройств в них аккумулируется тепло наряду с использованием обратимых эндотермических процессов плавления рабочих веществ, сопровождающихся 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 с гладкой или оребренной поверхностью, герметичный объем которых заполняется плавящимся рабочим веществом.
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 ИТЭ или весь блок с РЭА размещаются снаружи или внутри емкости.
В связи с тем что рабочее вещество изменяет свой объем в процессе работы, в конструкции устройства должна быть предусмотрена соответствующая компенсация изменения объема за счёт упругой деформации, например, стенок корпуса. Это может быть достигнуто применением для некоторых деталей корпуса (например, крышки корпуса) материалов с высокой характеристикой упругости (резина, полимеры).
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.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является конструкция теплоаккумулирующего устройства (Патент RU 2306494, опубл. 20.09.2007), содержащего 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.
Основным недостатком вышеперечисленных конструкций является ограниченная возможность увеличения теплопередачи от металлической поверхности, передающей тепло от тепловыделяющего объекта к теплоаккумулирующему веществу без значительного ухудшения массогабаритных показателей, что ограничивает возможную передаваемую мощность и время аккумулирования тепла без перегрева объекта.
Увеличение теплопередачи при других равных условиях в любых теплообменных аппаратах, в том числе теплоаккумулирующих, и при минимизации массогабаритных показателей является основным направлением совершенствования при их создании.
Задачами изобретения являются уменьшение массы и габаритов теплоаккумулирующего устройства за счёт значительного увеличения эффективности теплообмена, создания универсальной конструкции, позволяющей применение как обычного не формоустойчивого, так и формоустойчивого теплоаккумулирующего вещества. Причём следует понимать, что применение этих веществ даёт неодинаковые массогабаритные показатели теплоаккумулирующих устройств и других показателей, поэтому комплексный результат зависит от выбора теплоаккумулирующего вещества.
Техническими результатами настоящего изобретения являются улучшение массогабаритных характеристик, что особенно актуально для аппаратуры специального назначения, сохранение постоянной величины энтальпии от цикла к циклу, повышение надежности и технологическая простота изготовления.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в конструкции теплоаккумулирующего устройства используется корпус, имеющий полости, заполненные теплоаккумулирующим фазопереходным рабочим веществом, два источника тепловой энергии, установленные на корпусе, плиту, крышку и блок сеток, жестко прикрепленных к плите. Для усиления теплопередачи к теплоаккумулирующему веществу применяется блок из набора параллельно расположенных сеток из высокотеплопроводных материалов, например, меди, плоскости сеток перпендикулярны тепловыделяющей поверхности, причём крепление сеток осуществлено на тепловыделяющей поверхности.
Применение блока из сетки из материала с хорошей теплопроводностью позволяет значительно увеличить эффективность теплообмена и вследствие этого добиться улучшения массогабаритных показателей теплоаккумулятора, повысить допустимую подводимую к нему тепловую мощность и время аккумулирования тепла без перегрева тепловыделяющего объекта.
Примеры выполнения предлагаемого устройства иллюстрируются чертежами, представленными на Фиг. 1, 2.
На Фиг. 1 показан общий вид теплоаккумулирующего устройства с источниками тепловой энергии, установленными на корпусе, выполненном в виде блока из сетки.
На Фиг. 2 показана схема теплоаккумулирующего устройства с источниками тепловой энергии в поперечном разрезе.
На Фиг. 1 изображено теплоаккумулирующее устройство с источниками 1 тепловой энергии, установленными на корпусе, состоящем из плиты 2, крышки 3 и блока из сеток 4, жёстко прикреплённых к плите. Полость между плитой 2 и крышкой 3 заполнена теплоаккумулирующим веществом 5, равномерно распределённым между плоскостями сеток, имеющих прямоугольные ячейки, вытянутые в сторону от плиты 2, и проникающим в ячейки сеток. Параметры сеток (форма ячеек, их размер, сечение проволок) и блока сеток (расстояние между сетками) выбираются из условия обеспечения достижения максимальной эффективности теплопередачи от плиты к теплоаккумулирующему веществу при условии получения приемлемых массогабаритных параметров аккумулятора при требуемой аккумулируемой тепловой мощности и потребном времени аккумуляции без перегрева источника тепловой энергии. Как правило, при оптимальном выборе размеров сеток и расстояния между ними в блоке, эксплуатационные характеристики теплоаккумулятора повышаются и превосходят характеристики других конструкций по причине возможности организации значительно большей эффективности теплопередачи. Полость теплоаккумулятора может быть заполнена любым теплоаккумулирующим фазопереходным веществом, в том числе и формоустойчивым, расположенным между сетками в виде тонких пластин. При использовании формоустойчивого теплоаккумулирующего вещества оно располагается между сетками в виде пластин и удерживается от смещения в любую сторону за счёт фиксации его ячейками сеток, что является дополнительным преимуществом конструкции.
Устройство работает следующим образом.
Корпус с блоком сеток и соприкасающееся с ними фазопереходное вещество нагреваются за счет тепла, получаемого от источников тепловой энергии. При достижении в присеточных слоях температуры плавления фазопереходное вещество начинает плавиться. Передача теплоты во внутренний объем фазопереходного вещества осуществляется посредством теплопроводности. При плавлении фазопереходное вещество поглощает количество теплоты, равное энергоемкости фазопереходного вещества при фазовом переходе и нагреве, при этом в объеме фазопереходного вещества находятся твердая и жидкая фазы, при этом граница раздела фаз подвижная, изменяющаяся во времени.
При выключении источников тепловой энергии происходит остывание фазопереходного вещества и его затвердевание за счет передачи теплоты от источников тепловой энергии и корпуса в окружающую среду за более длительный период времени. При этом выделяется количество теплоты, поглощенное теплоаккумулирующим устройством в период работы источников тепловой энергии.
Следует отметить, что габариты и масса теплоаккумулятора зависят от: мощности тепловыделения источников тепловой энергии, площади основания теплоаккумулятора, примыкающей к плите, и времени теплоаккумулирования. В сравнении с гипотетическим теплоаккумулятором, содержащим только парафин (в принципе в подавляющем большинстве случаев неосуществимым по причине низкой теплопроводности парафина), масса конструкции теплоаккумулятора (точнее теплоаккумулирующего блока), выполненного по предлагаемой схеме, будет ориентировочно на 25% больше, а объём на 13%. В сравнении с теплоаккумулятором, использующим массу корпуса РЭА из дюраля, предлагаемый термоаккумулятор будет в 5 раз легче и 1,6 раз меньше по объёму. Указанные выше сравнительные параметры теплоаккумулятора относятся к конкретной конструкции с определёнными исходными данными. Другие исходные данные (мощность, площадь, время) потребуют расчёта массогабаритных параметров и подбора параметров сеток и расстояния между ними.
Claims (1)
- Теплоаккумулирующее устройство, состоящее из корпуса, имеющего полости, заполненные теплоаккумулирующим фазопереходным рабочим веществом, плиту, крышку и блок сеток, жестко прикрепленных к плите, включающее в себя два источника тепловой энергии, установленных на корпусе, отличающееся тем, что в конструкции корпуса для усиления теплопередачи к теплоаккумулирующему веществу применен блок из набора металлических сеток, выполненных из высокотеплопроводных материалов, например меди, расположенных перпендикулярно тепловыделяющей поверхности корпуса и закреплённых на ней.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020140381A RU2753067C1 (ru) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Теплоаккумулирующее устройство |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020140381A RU2753067C1 (ru) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Теплоаккумулирующее устройство |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2753067C1 true RU2753067C1 (ru) | 2021-08-11 |
Family
ID=77349119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020140381A RU2753067C1 (ru) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Теплоаккумулирующее устройство |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2753067C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2306494C1 (ru) * | 2005-12-14 | 2007-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт точных приборов | Теплоаккумулирующее устройство |
| RU2436020C1 (ru) * | 2010-07-08 | 2011-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "МИКТЕРМ" | Аккумулятор тепла |
| CN103705041A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-04-09 | 梅宝军 | 相变储能电热毯 |
| WO2016158631A1 (ja) * | 2015-04-01 | 2016-10-06 | 住友電気工業株式会社 | ヒートシンク及び電子機器 |
| JP2017075773A (ja) * | 2015-10-16 | 2017-04-20 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | 蓄熱ユニット |
| JP2019116542A (ja) * | 2017-12-27 | 2019-07-18 | 住友電気工業株式会社 | 蓄放熱材、蓄放熱デバイス、建築材および電気製品 |
-
2020
- 2020-12-08 RU RU2020140381A patent/RU2753067C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2306494C1 (ru) * | 2005-12-14 | 2007-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт точных приборов | Теплоаккумулирующее устройство |
| RU2436020C1 (ru) * | 2010-07-08 | 2011-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "МИКТЕРМ" | Аккумулятор тепла |
| CN103705041A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-04-09 | 梅宝军 | 相变储能电热毯 |
| WO2016158631A1 (ja) * | 2015-04-01 | 2016-10-06 | 住友電気工業株式会社 | ヒートシンク及び電子機器 |
| JP2017075773A (ja) * | 2015-10-16 | 2017-04-20 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | 蓄熱ユニット |
| JP2019116542A (ja) * | 2017-12-27 | 2019-07-18 | 住友電気工業株式会社 | 蓄放熱材、蓄放熱デバイス、建築材および電気製品 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| El Idi et al. | A passive thermal management system of Li-ion batteries using PCM composites: Experimental and numerical investigations | |
| Yang et al. | Finned heat pipe assisted low melting point metal PCM heat sink against extremely high power thermal shock | |
| Ping et al. | Investigation on battery thermal management system combining phase changed material and liquid cooling considering non-uniform heat generation of battery | |
| Weng et al. | Thermal performance of PCM and branch-structured fins for cylindrical power battery in a high-temperature environment | |
| Ling et al. | Review on thermal management systems using phase change materials for electronic components, Li-ion batteries and photovoltaic modules | |
| Arshad et al. | Towards the thermal management of electronic devices: A parametric investigation of finned heat sink filled with PCM | |
| US10516194B2 (en) | Thermal management solution for battery pack | |
| Wang et al. | Thermal performance of phase change material/oscillating heat pipe-based battery thermal management system | |
| Hosseinzadeh et al. | Effect of ternary hybrid nanoparticles (GO-MgO-TiO2) and radiative heat transfer on the solidification process of PCM inside a triplex tube with hollow fins | |
| CN105375084B (zh) | 电池散热系统及电动汽车电池散热管理系统 | |
| EP2693148B1 (en) | Heat storage device, and system provided with heat storage device | |
| CN110391479A (zh) | 一种新能源汽车及其电池热管理装置 | |
| Li et al. | Efficient thermal management strategy of Li-ion battery pack based on sorption heat storage | |
| CN110192076A (zh) | 具有热管和潜热存储器的冷却装置及其制造方法和电子电路 | |
| CN103825067A (zh) | 一种锂离子动力电池高效散热装置 | |
| CN109654929B (zh) | 一种高效蓄热装置及其制造方法 | |
| CN114148550A (zh) | 一种用于卫星的一体化柔性储能散热装置 | |
| Nasehi et al. | Using multi-shell phase change materials layers for cooling a lithium-ion battery | |
| Yin et al. | Ultra-thin vapour chamber based heat dissipation technology for lithium-ion battery | |
| Chen et al. | Numerical study of the phase change material and heating plates coupled battery thermal management in low temperature environment | |
| CN109301365A (zh) | 一种热管结合相变材料形成复合板的电池热管理系统 | |
| Wu et al. | Heat dissipation behavior of the nickel/metal hydride battery | |
| RU2753067C1 (ru) | Теплоаккумулирующее устройство | |
| KR20140066662A (ko) | 상변화물질을 갖는 열흡수장치 | |
| CN208862117U (zh) | 一种热管结合相变材料形成复合板的电池热管理系统 |