用於包含相變材料的包囊的吸收體的製作方法
2023-08-13 02:55:41 1
發明背景
已知的冷藏裝置包括這樣的封閉環路：其中傳熱流體(例如二醇水)在填充有相變材料的包囊之間受迫循環並堆積在罐(由鋼或混凝土製造)中，然後通向需冷卻的區域(該技術被稱為「包封的PCM」)。囊壁越薄，從包囊至傳熱流體的傳熱係數越高。在被稱為「存儲－進料」階段的過程中，被冷凍壓縮機冷卻的傳熱流體在低於包囊中包含的相變材料狀態改變溫度的溫度下循環通過所述罐，這具有使包囊中包含的相變材料凝固的效果，因此能存儲一定量的冷卻能。在被稱為「存儲－輸出」階段的過程中，傳熱流體循環通過所述罐，並在與填充有凝固的PCM的包囊接觸時接收存儲的冷卻能，並將其轉移至需要冷卻的區域。該循環使得包囊中的相變材料逐漸融化，這表示相變材料必須周期性地返回固體狀態(在存儲進料階段發生)。
某些相變材料，特別是水，在固體狀態時的體積大於液體狀態，對於包囊來說能吸收該增加的體積而不受損是非常重要的。一種目前的解決方案是用相變材料部分填充該包囊，剩餘體積由空氣佔據，形成能被相變材料凝固時逐漸佔據的自由體積，代價是包囊內壓力增加。雖然便於實施，但該方案的缺點是導致包囊的薄壁在較弱強度的區域中拉伸，並且在傳熱流體的壓力作用下在外殼強度較小的區域中形成中凹的形狀從而使得包囊的外殼變形。
這些變形不斷重複的特性導致外殼弱化，最終失效。
文獻FR2609536描述了一種完全用相變材料填充的包囊，其包括具有中空的凹陷形狀的撓性外殼，該凹陷形狀可以在相變材料凝固時被相變材料推回原位，從而使得包囊的內部體積增加。如前所述，外殼變形不斷重複的特性最終使得外殼弱化。
文獻FR2732453本身描述了一種具有薄的且剛性的外殼的包囊，該包囊包含固定在包囊中心的球形吸收體，並佔據了包囊的部分內部體積。包囊的內部體積因此由於吸收體本身的體積而減小，被相變材料完全填充。吸收體是可壓縮的，因此能隨著相變材料凝固而被相變材料壓縮，從而吸收所述材料增加的體積。膨脹體的球形形狀與包囊的球形形狀相關聯，導致相變材料從周邊朝向包囊中心凝固而不流動，從而避免有害的內部壓力產生。但是，在包囊中心設置這種吸收體並保持該吸收體是棘手的。
發明目的
本發明的一個目的是提出一種簡單形狀的吸收體，其使用簡單，容易與具有球形外殼的包囊組合使用。
發明簡述
為實現該目的，提出一種包括撓性的氣體填充的外殼的長圓形吸收體，其具有圓柱體總體形狀的主體部分以及終止於半球狀端的圓形截面。通過使該吸收體的長度基本上等於球形包囊的內部直徑，該吸收體能自然地將其自身沿其直徑軸楔入包囊中，從而保持包囊內部體積的旋轉對稱性。在凝固階段，相變材料在包囊外殼附近開始凝固，這捕獲並固定吸收體的端部，防止吸收體在包囊內部移動，從而防止吸收體的移動破壞相變材料的凝固。隨著凝固逐漸進行，吸收體逐漸壓縮，從而釋放空間來吸收相變材料增加的體積。
還提出一種外殼具有球狀總體形狀的包囊，其裝配有本發明的長圓形吸收體，所述包囊的外殼具有與本發明吸收體的長度基本相等的內部直徑，並包括圓形填充孔，所述填充孔的直徑與長圓形吸收體的直徑相比略長。這使得吸收體非常容易放置於包囊內部。
所述包囊的外殼可以是光滑的，或者可以具有凸起以鼓勵相變材料和進入與包囊接觸的傳熱流體之間的熱交換。此外，術語「外殼具有球狀總體形狀」包括總體形狀類似球狀的外殼，該形狀不一定是嚴格的球狀。具體地，所述外殼可具有中空的形狀。
根據本發明的一個方面，包裝所述包囊包括以下步驟：
－將所述長圓形吸收體通過其開口引入所述包囊中；
－將所述吸收體轉動以使所述包囊的開口呈暢通狀態；
－通過所述開口用相變材料填充所述包囊；
－塞住包囊孔。
根據本發明的一個替代形式，所述長圓形吸收體與壓力傳感器相聯，以測試所述吸收體中包封的氣體的壓力。
附圖說明
以下將結合所附說明書附圖進行描述，從而更好地理解本發明，其中：
－圖1是根據本發明的長圓形吸收體的立體圖；
－圖2a至2c是描述包裝根據本發明的具有圖1吸收體的包囊的多個步驟的示意圖；
－圖3是圖2a至2c的包囊的立體圖，在與囊壁接觸後包囊中的相變材料處於凝固過程。
－圖4是根據本發明的一個替代實施方式的吸收體的立體圖；
－圖5a至5c是描述包裝根據本發明的具有圖4吸收體的包囊的多個步驟的示意圖；
發明實施方式詳述
圖1示出根據本發明的吸收體1，其包括由撓性材料製備的外殼2。外殼2為長圓形，具有圓柱形主體部分3，其具有終止於半球狀端部4的圓形截面。所述外殼2是流體密封的並包含氣體，例如常壓下的空氣。對其材料進行選擇以防止吸收體1內部和外部的滲透交換，並使其具有良好的耐夾捏(pinch)性。例如，可以使用基於乙烯乙酸乙烯酯(縮寫EVA)的材料。這種吸收體可以通過吹塑或通過任何其它合適的方法製備。
這種吸收體以圖2a至2c所示的方式使用。
在圖2a所示的第一步驟中，將吸收體1通過開口11引入包囊10，開口11的直徑略大於吸收體1的主體部分3的直徑。本文中，外殼12包括在其外壁上的凸起，但外殼12的總體形狀可表現為任何可想像的形狀，前體是它整體上是球狀。
接著，如圖2b所示，將吸收體1在包囊10中轉動以避開開口11，使得更易於使用澆鑄嘴13用液態的相變材料(如小點所示)填充包囊10。應注意吸收體1的長度基本上等於包囊10的內徑，這樣吸收體1自然地沿包囊10的直徑軸延伸。
最後，如圖2c所示，再使用塞14將包囊10包封。這樣包裝的包囊可以與其它包囊一起裝填到冷卻裝置的罐中。
圖3示出吸收體1隨著相變材料凝固而被壓縮的方式。凝固在與外殼12接觸時開始(凝固的部分以更緊密分布的點表示)，並捕獲吸收體1的端部。其主體部分隨著相變材料的體積逐漸增加而壓縮。吸收體內的內部壓力相應地增加。相反，隨著相變材料融化，吸收體向相變材料施壓，當相變材料充分融化時，吸收體有助於打散殘餘晶體，從而增加液/固交換的表面積。
根據本發明一個替代的實施方式，如圖4所示的替代實施方式，吸收體101還包括前述長圓形的外殼。但是，一個端部114是打開的，並能接收壓力傳感器115以測量吸收體101的內部壓力，所述傳感器是例如，能遠程會話的RFID型傳感器。在這種情況下，實踐中傳感器通過塞114一體設置，吸收體固定在所述塞上以形成容易操作的單元組件。
這種吸收體以圖5a至5c所示的方式使用。
如圖5a所示，包囊10首先用液態的相變材料填充。
然後，如圖5b所示，由吸收體101、塞114和傳感器115組成的組件裝配到包囊上，使得一定量的相變材料溢出並用盤116收集。圖5c示出完全包裝並可以使用的包囊。
通常，對於內徑為130毫米的包囊，吸收體將設置為長度130毫米，主體部分直徑35毫米。
通常，對吸收體的主體部分直徑進行選擇，這樣當包囊中包含的相變材料完全凝固時，吸收體內的壓力小於或等於3巴。
本發明不限於已描述的內容，相反，本發明包括落入權利要求範圍內的任意替代形式。