Устройство для накопления тепла и передачи его внешнему объекту

Область техники к которой относится полезная модель
Устройство относится к медицинской технике и может использоваться как устройство для накопления тепла и передачи его внешнему объекту в медицинских учреждениях, а также в домашних условиях.
Предлагаемая полезная модель также может быть использована в теплотехнике, в частности, в системах аккумулирования тепла, как тепловой аккумулятор многоразового действия с теплоаккумулирующим элементом.
Предлагаемая полезная модель может быть применена в областях техники, связанных с обеспечением вторичной передачи накопленного в устройстве тепла в окружающую среду (внешнему теплоносителю) от циклически работающих источников тепловой энергии при заданных параметрах окружающей среды.
Уровень техники
Известны различные теплоаккумулирующие устройства с твердым теплоаккумулирующим материалом (Левенберг В.Д., Ткач М.Р., Гольстрем В.А. «Аккумулирование тепла». - Киев: Техника, 1991), в том числе нагреватели и грелки.
Известно устройство для теплового воздействия на человека, содержащее мягкую замкнутую оболочку с теплоносителем (см. патент РФ № 2149608, по кл. А61Р 7/03, 27.05.2002).
Недостатком этого решения является недостаточная теплоемкость материала теплоносителя, сложность в эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для накопления тепла и передачи его внешнему объекту, состоящее из полого корпуса и размещенного внутри него твердого теплоаккумулирующий элемента (см. патент РФ №48766, по кл. А61Р 7/08, 10.11.2005).
Известное устройство имеет корпус в виде мягкой оболочки и размещенный внутри него твердый теплоаккумулирующий элемент.
Теплоаккумулирующий элемент может быть выполнен преимущественно в виде шариков или из стекла, или из полимеров, или из минералов.
Известное устройство отдает тепло, полученное от внешних источников тепла.
Недостатком данного решения является невозможность сбережения тепла и отсутствие автоматической функции отдачи тепла при достижении заданной пониженной температуры окружающей среды.
Решаемой технической проблемой в предлагаемой полезной модели является создание устройства лишенного недостатков аналогов.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом, решаемым предлагаемой полезной моделью, является создание устройства, позволяющего многократно накапливать тепло при повышенной температуре окружающей среды и передавать его внешнему объекту при достижении заданной пониженной температуры окружающей среды.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигается за счет следующего конструктивного выполнения устройства:
- устройство состоит из полого корпуса и размещенного внутри него твердого теплоаккумулирующего элемента,
- корпус устройства полезной модели выполнен из твердого материала разрезным в виде двух теплоизолированных частей,
- устройство снабжено приводом разведения и сведения частей, выполненным в виде двух скрещивающихся рычагов, установленных на общей оси, причем один конец каждого рычага закреплен на своей части корпуса, а другие концы связаны между собой термочувствительным элементом из материала, обладающим эффектом памяти формы.
Краткое описание чертежей
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется нижеприведенным описанием и чертежами, где:
в
на фиг. 1 показан общий вид устройства для накопления тепла и передачи его внешнему объекту при повышенной температуре окружающей среды Т большей или равной температуре Т, при которой происходит закрытие частей корпуса приводом за счет срабатывания термочувствительного элемента:
;
на фиг. 2 показан общий вид устройства для накопления тепла и передачи его внешнему объекту при температуре окружающей среды Т равной или меньшей температуре Тн, при которой происходит разведение частей корпуса приводом за счет срабатывания термочувствительного элемента:
.
н
Устройство для накопления тепла и передачи его внешнему объекту, состоит из полого корпуса и размещенного внутри него твердого теплоаккумулирующего элемента 1. Корпус из твердых материалов выполнен разрезным в виде двух теплоизолированных частей 2 и 3. Привод разведения частей корпуса выполнен в виде двух скрещивающихся рычагов 4 и 5, установленных на общей оси 6, причем один из концов 7 и 8 каждого рычага закреплен на своей части корпуса, а другие концы 9 и 10 связаны между собой термочувствительным элементом 11 из материала, обладающего эффектом памяти формы. Между рычагами может размещаться запор-компенсатор (не показан). Запор-компенсатор (не показан) регулирует усилие, необходимое для раскрытия оболочек. Для запора-компенсатора источником постоянно противодействующей силы смещения до достижения температуры Т может быть, например, контрпружина.
Осуществление полезной модели
До момента достижения пороговой пониженной температуры срабатывания привода Тн сохранение тепла нагретого теплоаккумулирующего элемента 1, осуществляется в теплоизолированной полости из закрытых частей корпуса 2 и 3. При понижении температуры окружающей среды (внешнего теплоносителя) до заданного значения Тн части корпуса 2 и 3 автоматически раскрываются рычагами 4 и 5 за счет разжимания термочувствительного элемента 11 и позволяют выделяться теплу от теплоаккумулирующего элемента 1 в окружающую среду.
В
Н
При повышенной температуре окружающей среды Т>Тн твердый теплоаккумулирующий элемент 1 нагревается, а теплоизолированные части корпуса 2 и 3 под действием термочувствительного элемента 11 закрываются скрещивающимися рычагами 4 и 5 при достижении температуры окружающей среды значения Т=Тв, причем Т>Т.
Создание устройства с приводом на основе термочувствительного элемента, обладающего эффектом памяти формы, в качестве упругого элемента позволяет упростить механизм управления фазами цикла теплоаккумулятора, настроить фазы рабочего цикла на разные значения температуры окружающей среды (внешнего теплоносителя) за счет применения термочувствительных приводов с разными температурами мартенситных превращений, обеспечить многократность повторения рабочих циклов.
Дополнительный технический результат при использовании нескольких данных устройств в составных теплоаккумуляторах может быть выражен в различной локализации устройств на поверхности составного теплоаккумулятора с необходимой геометрией плотности теплового потока и регулировании интенсивности вторичного теплового потока от теплоаккумулятора в зависимости от температуры окружающей среды (внешнего теплоносителя). Создание составных теплоаккумуляторов из данных устройств позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности формирования плотности тепловых потоков, более эффективной передачи теплоты от составного теплоаккумулятора во времени, настройку тепловыделения в зависимости от температуры окружающей среды (внешнего теплоносителя), дискретизацию тепловыделения, миниатюризацию настраиваемых теплоаккумулирующих элементов составного теплоаккумулятора.
В
Н
Как показано на фиг. 1 зарядка (нагрев) устройства происходит при повышенной температуре окружающей среды (теплоносителя) до достижения значения Тв (Т>Т), при котором привод за счет сокращения термочувствительного элемента сжимает полусферические части полости.
Разрядка (охлаждение) устройства происходит в режиме, показанном на фиг. 2 при достижении температуры окружающей среды (теплоносителя) пониженного значения Тн.
Н
Эффективная работа устройства в диапазоне температур ΔТ=Т-Тв для привода разведения частей корпуса с термочувствительным элементом 11, изготовленного из материала с памятью формы такого как, например, нитинол лежит в пределах температур прямого и обратного мартенситного превращений и зависит от состава сплава Ti-Ni.
В различных сплавах с эффектом памяти формы интервал подобных температур может быть изменен, например, с добавлением в сплав Ре область реализации фазовых превращений расширяется и смещается в сторону низких температур (Рудай В.В., «Композиционные материалы TiC- TiNi с микроградиентной структурно-неустойчивой матрицей», 2014).
В
В
Изменение соотношения титана и никеля, позволило менять температуры мартенситных превращений для термочувствительного элемента. В частности, в изготовленном варианте полезной модели с образцом термочувствительного элемента №1 величины Тн и Тв составляют значения: Тн=35°С и Т=50°С, с образцом №2 - Тн=45°С и Т=60°С, с высокотемпературным образцом №3 - Тв=100°С.
В устройстве для накопления тепла и передачи его внешнему объекту, в качестве твердого теплоаккумулирующего элемента может использоваться, например, известняк.
В качестве теплоизолирующего материала частей корпуса может использоваться, например, фольгированный полимерный утеплитель.
Таким образом, настоящая полезная модель устройства для накопления и передачи тепла может быть также использована в области теплотехники при создании систем аккумулирования тепла, связанных с обеспечением вторичной передачи аккумулированного в дискретном устройстве тепла в окружающую среду от циклически работающих источников энергии при заданных параметрах окружающей среды. Изменяя положение, количество и настройку дискретных устройств в составном теплоаккумуляторе, возможно формировать поверхности вторичного тепловыделения (теплопередачи) с необходимой геометрией плотности теплового потока, а также уменьшать колебания температуры теплоносителя по мере охлаждения элементов составного теплоаккумулятора.