專(zhuān)利名稱(chēng)：相變蓄熱恒溫取暖器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬利用相變材料來(lái)蓄熱、放熱的取暖器。
目前的普通熱水袋、燙婆子等取暖器，以水為蓄熱物質(zhì)，為獲得較長(zhǎng)的取暖時(shí)間，需灌入滾燙的開(kāi)水，開(kāi)始時(shí)因溫度太高，取暖并不舒服;又由于熱容量小，冷卻較快，能維持在舒適取暖溫度范圍的時(shí)間很短。近有一種電熱碟形取暖器，以金屬塊作貯熱物質(zhì)，因也是顯熱貯熱，故無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間保持在舒適溫度下取暖，且初溫一般較高，容易燙傷人膚或烤黃被褥。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有取暖器的上述缺點(diǎn)，提供一種可長(zhǎng)時(shí)間保持在舒適溫度下取暖的恒溫取暖器。
本發(fā)明相變蓄熱式恒溫取暖器，是在導(dǎo)熱容器內(nèi)充填相變蓄熱物質(zhì)構(gòu)成，所述蓄熱物質(zhì)為具有所需相變溫度及較大相變潛熱的相變材料。利用相變蓄熱物質(zhì)在相變過(guò)程中溫度維持不變，且伴隨有較大相變潛熱的特性，來(lái)達(dá)到在舒適溫度下長(zhǎng)時(shí)間恒溫取暖的目的。
所述相變材料的選取，以相變潛熱較大、且在其相變溫度下取暖器外壁溫度使人體感到舒適為宜。一般用于人體取暖時(shí)，可選取相變溫度為50-65℃的相變物質(zhì)。當(dāng)外殼采用導(dǎo)熱系數(shù)較大的材料，如金屬、陶瓷、玻璃時(shí)，可選擇相變溫度較低的相變材料;當(dāng)外殼采用導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料，如橡膠、塑料時(shí)，可選擇相變溫度較高的材料，以下列舉的是一些可供選用的相變材料配方配方相變溫度Tf(℃) 組成重量百分比配方1 51 六水硝酸鎂Mg(NO3)2·6H2O 60-80硝酸銨NH4NO320-40配方256銨礬Ammonium alum30-50
硝酸銨NH4NO345-50活性白土4-10配方3 59.1 六水硝酸鎂Mg(NO3)2·6H2O 50-60六水氯化鎂MgCl2·6H2O 35-45八水氫氧化鋇 Ba(OH)2·8H2O 0.5-5配方4 61 六水硝酸鎂Mg(NO3)2·6H2O 35-45九水硝酸鋁Al(NO3)3·9H2O 55-65所選相變蓄熱材料的相變潛熱越大，其單位質(zhì)量的貯熱量越大，可獲得的恒溫取暖時(shí)間就越長(zhǎng)。這樣，在同等取暖效果下，可把取暖器做得輕一些。一般選用相變潛熱大于120千焦/公斤的材料。
所選相變蓄熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，熱傳遞越快，溫度越均勻。一般選用導(dǎo)熱系數(shù)大于0.3W/m2·K的相變蓄熱材料。
盡量選擇與所用相變蓄熱材料不發(fā)生化學(xué)作用的材料制作導(dǎo)熱容器，例如可選用橡膠、塑料、耐腐蝕金屬、玻璃鋼等;還可在容器內(nèi)壁涂上防腐蝕涂料。容器材料最好具有一定的伸縮性或彈性，還可在容器內(nèi)壁與相變材料之間襯墊一層具有較好伸縮性能、且不易腐蝕的材料，如橡膠、泡沫塑料等，既可以防腐蝕，又可以防相變過(guò)程中因相變材料體積變化應(yīng)力造成外殼破裂損壞。
充入相變材料后，可采用外殼整體全封閉的密封方式;也可設(shè)置孔塞作活動(dòng)式封閉;還可在孔塞外加套保險(xiǎn)旋蓋進(jìn)一步密封，以防塞子在取暖過(guò)程中與外物摩擦觸碰造成松動(dòng)、損壞而引起滲漏。
本發(fā)明恒溫取暖器，可采用外熱源加熱方式，放在灶臺(tái)上、爐灶或熱水中加熱后使用;也可采用內(nèi)熱源加熱方式，在容器內(nèi)設(shè)置電加熱器，或設(shè)置存放熱水或其它作為熱源介質(zhì)(如油、砂子)的內(nèi)容器來(lái)加熱蓄熱物質(zhì)。
外熱源加熱式取暖器的導(dǎo)熱容器宜采用導(dǎo)熱系數(shù)較大的材料來(lái)制作，如金屬、合金等，以利于外熱源對(duì)它加熱時(shí)將熱量迅速傳遞到內(nèi)部的相變蓄熱物質(zhì)中去。為了使熱量傳遞迅速、均勻，還可在導(dǎo)熱容器的內(nèi)壁設(shè)置擴(kuò)展傳熱片。
取暖器的形狀和大小，可根據(jù)攜帶使用方便及所需取暖時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)設(shè)計(jì)。例如，設(shè)計(jì)成一個(gè)香煙盒大小的扁薄長(zhǎng)方體金屬盒取暖器或扁薄橢園形橡膠取暖手袋，可方便地放在外衣內(nèi)袋中隨身攜帶，取暖時(shí)間可維持一、二個(gè)小時(shí);設(shè)計(jì)成普通教科書(shū)形狀、大小的長(zhǎng)方體取暖器，可維持取暖時(shí)間三、四個(gè)小時(shí)，適合于學(xué)生放在書(shū)包內(nèi)帶到教室、或干部上班帶到辦公室使用;體積較大的取暖袋、取暖壺，可維持取暖時(shí)間八、九個(gè)小時(shí)，適合夜間家庭取暖使用。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明附

圖1是一種電熱式相變蓄熱恒溫取暖器結(jié)構(gòu)示意圖;
附圖2是一種外熱源加熱式恒溫取暖器結(jié)構(gòu)示意圖;
附圖3是一種電熱式恒溫?zé)岽Y(jié)構(gòu)示意圖;
附圖4是本發(fā)明恒溫?zé)岽c普通熱水袋溫降曲線比較圖;
附圖5是一種內(nèi)熱式恒溫取暖壺結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)施例1如附圖1所示，是一種便攜式電熱式相變蓄熱恒溫取暖器，它由導(dǎo)熱外殼1、相變蓄熱材料2和電加熱器3構(gòu)成。導(dǎo)熱外殼1用白鐵皮做成長(zhǎng)8.5厘米、寬5.5厘米、厚2厘米的長(zhǎng)方體，內(nèi)充滿上列配方2的相變蓄熱材料2，其成份及重量配比為銨礬47.5%，硝酸銨47.5%，活性白土5%;電加熱器3采用功率為200W的電熱絲4，穿在彎成U形的金屬管5內(nèi)，(本例采用鋁合金管)，電熱絲4與鋁合金管5之間用耐熱絕緣材料6隔開(kāi)以免漏電，所述耐熱絕緣材料6為氧化鎂粉末，電加熱器3安放在相變蓄熱材料2中間部位，其兩端通過(guò)接頭塊7固定在外殼上;電熱絲4的兩端分別與接頭塊7上的兩個(gè)電源插孔8相連接。白鐵皮外殼1的內(nèi)壁和鋁合金管5的外壁以耐熱絕緣材料作為防腐涂層9覆蓋，以防與相變物質(zhì)2直接接觸而發(fā)生化學(xué)腐蝕。所述耐熱絕緣材料配方及重量比為鉀水玻璃52.7%，硅溶膠21.7%，水23.7%甲基三甲基硅烷1.9%;為及時(shí)了解是否已加熱到相變溫度，在取暖器外表面貼有定溫顯色膜10。
使用前，將電熱絲接通電源，加熱，使相變物質(zhì)升溫到逐漸熔化，當(dāng)定溫顯色膜顯色時(shí)，表示相變物質(zhì)溫度已略高于相變溫度56℃，此時(shí)相變物質(zhì)已完全熔化，拔下電源，即可用來(lái)取暖。當(dāng)取暖一定時(shí)間后，取暖器溫度不能滿足舒適時(shí)，可再插上電源加熱。如此可反復(fù)使用。這種取暖器小巧靈瓏，可裝在外衣內(nèi)袋內(nèi)，便于攜帶，取暖方便，加熱一次后，放入保暖套內(nèi)，一般可取暖二個(gè)小時(shí)以上。
實(shí)施例2，如附圖2所示，是一種外熱源加熱式取暖器?？捎娩X合金做成長(zhǎng)18厘米、寬13厘米、高2厘米的長(zhǎng)方體導(dǎo)熱外殼1，內(nèi)充滿如上述配方4的相變蓄熱材料2，其成分及重量配比為(六水硝酸鎂43.5%，九水硝酸鋁56.5%。在容器內(nèi)壁的某些部位均勻配置數(shù)個(gè)齒形擴(kuò)展傳熱片11，其作用是當(dāng)加熱時(shí)，導(dǎo)熱外殼1從外熱源吸收的熱，可通過(guò)擴(kuò)展傳熱片11迅速向相變蓄熱材料2傳遞擴(kuò)散;而當(dāng)取暖時(shí)，可將相變材料的蓄熱迅速傳至容器表面，促使取暖器整體較快地達(dá)到熱平衡。為防止導(dǎo)熱外殼1及擴(kuò)展傳熱片11與相變蓄熱材料2直接接觸發(fā)生化學(xué)腐蝕，在導(dǎo)熱外殼的內(nèi)壁和擴(kuò)展傳熱片11的表面涂覆防腐隔離層9，本實(shí)施例采用如實(shí)施例1所述的耐熱絕緣材料作為防腐涂層9。這種取暖器可放在爐火上直接加熱，或放在灶臺(tái)上利用余熱加熱，也可放在熱水中加熱，當(dāng)加熱到相變材料熔為液態(tài)，溫度略高于61℃時(shí)，取出，將表面擦干凈，即可用來(lái)取暖。由于本取暖器形狀大小與普通教科書(shū)相仿，比較適合放在書(shū)包內(nèi)攜帶，可供學(xué)生帶到教室或機(jī)關(guān)干部帶到辦公室取暖使用。當(dāng)放在帆布包內(nèi)，在環(huán)境溫度為14℃時(shí)，從61℃降到44℃的取暖時(shí)間可達(dá)4個(gè)小時(shí)。
實(shí)施例3，如附圖3所示，是一種外形如普通熱水袋的電熱式恒溫?zé)岽?。其中甲為正視圖，乙為側(cè)視圖。
本實(shí)施例導(dǎo)熱外殼1采用橡膠做成熱水袋形狀，內(nèi)裝800克上述配方1的相變蓄熱材料2，其成份和重量比為六水硝酸鎂62.5%，硝酸銨37.5%。電加熱器3由功率為500W的電熱絲4，外覆耐熱電絕緣材料6，穿在U形金屬管5內(nèi)構(gòu)成，本例耐熱電絕緣材料6采用氧化鎂(MgO)粉末，金屬管5采用鍍鎳銅管，在金屬管5外壁再涂一層防腐涂料9，本例采用水玻璃(硅橡膠704)。將電加熱器3通過(guò)接頭塊7與導(dǎo)熱外殼1固定連結(jié)，且保持其處于相變蓄熱材料2中的中間部位，以利于向相變材料均勻地傳熱散熱。電熱絲4兩端與電源接頭13相連接，以塞蓋12將充料孔14密封。在塞蓋12之外可加套外蓋15，以防止外物與電源接頭13碰觸造成塞蓋12松動(dòng)或損壞電源接頭13，同時(shí)亦可防止電源接頭13掛破衣被或擦傷皮膚;外蓋15的外表面呈園弧形曲面并與取暖器整體平滑聯(lián)接，既可使取暖時(shí)接觸人體感覺(jué)平滑舒適，同時(shí)也增加美感和整體感。
使用前，將連接電熱絲4的電源接頭13，接到220伏電源上，加熱8分鐘后，相變蓄熱材料的溫度略高于56℃，已全部融化，切斷電源，取下，即可取暖使用。
為對(duì)比測(cè)試其取暖保溫性能，將兩個(gè)同樣大小的橡膠熱水袋，一個(gè)做成上述本發(fā)明電熱式恒溫?zé)岽?，通電加熱到初溫?6℃;另一個(gè)充初溫為88℃的熱水800克，在環(huán)境溫度為15℃條件下，測(cè)定二者溫度隨時(shí)間變化的曲線，如圖4所示，其中曲線a為普通熱水袋的溫降曲線。曲線b為本發(fā)明電熱式恒溫?zé)岽臏亟登€。
將測(cè)試結(jié)果和溫降曲線分析對(duì)比可知，電熱式恒溫?zé)岽鼜?6℃降溫至42℃持續(xù)時(shí)間為5小時(shí)30分鐘，其中保持在52℃至45℃溫度范圍的時(shí)間為4小時(shí);而普通熱水袋從88℃降溫至42℃持續(xù)時(shí)間為3小時(shí)20分鐘，比本發(fā)明電熱式恒溫?zé)岽?小時(shí)10分鐘;其中保持在52℃至45℃溫度范圍的時(shí)間僅為42分鐘。即本發(fā)明恒溫?zé)岽３衷谑孢m取暖溫度范圍的時(shí)間約為普通熱水袋的6倍。
若用500W電熱絲將800克水從15℃加熱至88℃，約需9分鐘，即普通熱水袋在比本發(fā)明恒溫?zé)岽S持取暖時(shí)間短的情況下，消耗的能量仍比本發(fā)明相變蓄熱取暖器要多。
由以上實(shí)施例對(duì)比可知，本發(fā)明取暖器比普通取暖器取暖效果好得多，不僅保持在舒適取暖溫度的時(shí)間長(zhǎng)，而且還節(jié)省能源。
為便于控制電熱式恒溫取暖器的通電加熱時(shí)間，可在電熱電路中設(shè)置自動(dòng)限溫?cái)嚯姳Ｗo(hù)裝置和/或提醒裝置。所述自動(dòng)限溫?cái)嚯娧b置可以是一雙金屬片限溫?cái)嚅_(kāi)裝置，也可以采用自動(dòng)限溫PTC材料-一種電阻隨溫度升高而增大，至某一限定溫度(居里點(diǎn))時(shí)電阻趨于無(wú)窮大的高分子材料。所述提醒裝置，可在外表面貼定溫顯色膜，或采用定溫蜂鳴器、音樂(lè)片來(lái)指示加熱結(jié)束時(shí)間。
實(shí)施例4是一種內(nèi)熱式恒溫取暖器。如附圖5所示，為外觀近似球形的取暖壺。導(dǎo)熱外殼1和內(nèi)熱容器16均采用不銹鋼制作，其間的空間裝入相變蓄熱材料2，內(nèi)熱容器16用于裝熱源介質(zhì)17，如熱水、熱油或熱砂子。內(nèi)蓋18用于封閉內(nèi)熱容器16的孔19，外蓋15的作用已如上例所述。外蓋15和內(nèi)蓋18邊緣可使用橡皮密封墊圈20，以增加封閉效果，避免滲漏。在內(nèi)容器16的外壁、導(dǎo)熱外殼1的內(nèi)壁可襯墊一層橡膠層21，一方面可避免不銹鋼容器表面與相變蓄熱材料直接接觸時(shí)間長(zhǎng)了引起化學(xué)作用，同時(shí)也可預(yù)防相變材料體積變化應(yīng)力對(duì)容器器壁作用。
使用前，通過(guò)孔19向內(nèi)熱容器17中充滿高溫?zé)崴驘嵊?，或熱砂子，用?nèi)蓋18將孔19封閉數(shù)分鐘，待熱水將熱量傳給相變蓄熱材料2，把水倒掉，再充入高溫?zé)崴?，幾分鐘后，即可用于取暖。若想減輕取暖器的重量，也可將水倒掉后再用來(lái)取暖。
本實(shí)施例中，若相變蓄熱材料2采用700克配方1，其成份及重量比為六水硝酸鎂62.5%，硝酸銨37.5%，內(nèi)熱容器16中使用熱水，將此取暖壺加熱到56℃后，放入被褥中，在室溫14℃時(shí)，可保持在56℃至45℃達(dá)8小時(shí)。
本發(fā)明相變蓄熱式恒溫取暖器，克服了現(xiàn)有取暖器初始過(guò)燙，冷卻快，保持舒適溫度時(shí)間短，不能在舒適溫度下恒溫取暖等缺點(diǎn)，具有安全、方便、可長(zhǎng)時(shí)間在舒適溫度下恒溫取暖、節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)，老少咸宜，為各種不同類(lèi)型取暖提供了可供選擇的方式，為人們提供了一類(lèi)新的取暖用具，方便了人們的工作和生活，具有良好的社會(huì)效益和市場(chǎng)前景。
權(quán)利要求
1.一種取暖器，在導(dǎo)熱容器內(nèi)充填蓄熱物質(zhì)構(gòu)成，其特征在于所述蓄熱物質(zhì)是具有所需相變溫度和較大相變潛熱的相變材料。
2.如權(quán)利要求1所述取暖器，特征在于所述相變材料可選用下列配方配方 相變溫度Tf(℃) 組成 重量百分比配方1 51 六水硝酸鎂Mg(NO3)2·6H2O 60-80硝酸銨NH4NO320-40配方2 56 銨礬Ammonium alum 30-50硝酸銨NH4NO345-50活性白土 4-10配方3 59.1 六水硝酸鎂Mg(NO3)2·6H2O 50-60六水氯化鎂MgCl2·6H2O 35-45八水氫氧化鋇 Ba(OH)2·8H2O 0.5-5配方4 61 六水硝酸鎂Mg(NO3)2·6H2O 35-45九水硝酸鋁Al(NO3)3·9H2O 55-65
3.如權(quán)利要求1所述取暖器，特征在于所述導(dǎo)熱容器內(nèi)壁可設(shè)置擴(kuò)展傳熱片。
4.如權(quán)利要求1所述取暖器，特征在于所述導(dǎo)熱容器內(nèi)的相變材料中可設(shè)有電熱器。
5.如權(quán)利要求1所述取暖器，特征于所述導(dǎo)熱容器內(nèi)的相變材料中設(shè)有能盛裝熱源介質(zhì)的內(nèi)容器。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用相變材料作為蓄熱物質(zhì)的恒 溫取暖器，在導(dǎo)熱容器內(nèi)充填具有所需相變溫度和較 大相變潛熱的相變物質(zhì)構(gòu)成，利用相變過(guò)程中溫度維 持不變的原理，以及相變時(shí)伴隨有較大的吸收或釋放 相變潛熱的特性，達(dá)到在舒適溫度下長(zhǎng)時(shí)間恒溫取暖 的目的。本取暖器可做成便攜式的取暖手壺(袋)、取 暖盒、取暖壺、取暖袋等，具有安全、方便、舒適及取暖 時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種老少咸宜的取暖用品。
文檔編號(hào)F28D20/00GK1079294SQ9210400
公開(kāi)日1993年12月8日 申請(qǐng)日期1992年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月25日
發(fā)明者張寅平, 孔祥冬, 王桂娟, 葛新石 申請(qǐng)人:張寅平, 孔祥冬, 王桂娟, 葛新石