專利名稱：相變蓄熱恒溫取暖器的制作方法
技術領域：
本發明屬利用相變材料來蓄熱、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，為獲得較長的取暖時間，需灌入滾燙的開水，開始時因溫度太高，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間很短。近有一種電熱碟形取暖器，以金屬塊作貯熱物質，因也是顯熱貯熱，故無法長時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。
本發明的目的是克服現有取暖器的上述缺點，提供一種可長時間保持在舒適溫度下取暖的恒溫取暖器。
本發明相變蓄熱式恒溫取暖器，是在導熱容器內充填相變蓄熱物質構成，所述蓄熱物質為具有所需相變溫度及較大相變潛熱的相變材料。利用相變蓄熱物質在相變過程中溫度維持不變，且伴隨有較大相變潛熱的特性，來達到在舒適溫度下長時間恒溫取暖的目的。
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，可選取相變溫度為50-65℃的相變物質。當外殼采用導熱系數較大的材料，如金屬、陶瓷、玻璃時，可選擇相變溫度較低的相變材料;當外殼采用導熱系數較小的材料，如橡膠、塑料時，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，其單位質量的貯熱量越大，可獲得的恒溫取暖時間就越長。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熱系數越大，熱傳遞越快，溫度越均勻。一般選用導熱系數大于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生化學作用的材料制作導熱容器，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，又可以防相變過程中因相變材料體積變化應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;也可設置孔塞作活動式封閉;還可在孔塞外加套保險旋蓋進一步密封，以防塞子在取暖過程中與外物摩擦觸碰造成松動、損壞而引起滲漏。
本發明恒溫取暖器，可采用外熱源加熱方式，放在灶臺上、爐灶或熱水中加熱后使用;也可采用內熱源加熱方式，在容器內設置電加熱器，或設置存放熱水或其它作為熱源介質(如油、砂子)的內容器來加熱蓄熱物質。
外熱源加熱式取暖器的導熱容器宜采用導熱系數較大的材料來制作，如金屬、合金等，以利于外熱源對它加熱時將熱量迅速傳遞到內部的相變蓄熱物質中去。為了使熱量傳遞迅速、均勻，還可在導熱容器的內壁設置擴展傳熱片。
取暖器的形狀和大小，可根據攜帶使用方便及所需取暖時間的長短來設計。例如，設計成一個香煙盒大小的扁薄長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袋中隨身攜帶，取暖時間可維持一、二個小時;設計成普通教科書形狀、大小的長方體取暖器，可維持取暖時間三、四個小時，適合于學生放在書包內帶到教室、或干部上班帶到辦公室使用;體積較大的取暖袋、取暖壺，可維持取暖時間八、九個小時，適合夜間家庭取暖使用。
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明附
圖1是一種電熱式相變蓄熱恒溫取暖器結構示意圖;
附圖2是一種外熱源加熱式恒溫取暖器結構示意圖;
附圖3是一種電熱式恒溫熱袋結構示意圖;
附圖4是本發明恒溫熱袋與普通熱水袋溫降曲線比較圖;
附圖5是一種內熱式恒溫取暖壺結構示意圖。
實施例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，它由導熱外殼1、相變蓄熱材料2和電加熱器3構成。導熱外殼1用白鐵皮做成長8.5厘米、寬5.5厘米、厚2厘米的長方體，內充滿上列配方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，(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上的兩個電源插孔8相連接。白鐵皮外殼1的內壁和鋁合金管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2直接接觸而發生化學腐蝕。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，使相變物質升溫到逐漸熔化，當定溫顯色膜顯色時，表示相變物質溫度已略高于相變溫度56℃，此時相變物質已完全熔化，拔下電源，即可用來取暖。當取暖一定時間后，取暖器溫度不能滿足舒適時，可再插上電源加熱。如此可反復使用。這種取暖器小巧靈瓏，可裝在外衣內袋內，便于攜帶，取暖方便，加熱一次后，放入保暖套內，一般可取暖二個小時以上。
實施例2，如附圖2所示，是一種外熱源加熱式取暖器。可用鋁合金做成長18厘米、寬13厘米、高2厘米的長方體導熱外殼1，內充滿如上述配方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%。在容器內壁的某些部位均勻配置數個齒形擴展傳熱片11，其作用是當加熱時，導熱外殼1從外熱源吸收的熱，可通過擴展傳熱片11迅速向相變蓄熱材料2傳遞擴散;而當取暖時，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到熱平衡。為防止導熱外殼1及擴展傳熱片11與相變蓄熱材料2直接接觸發生化學腐蝕，在導熱外殼的內壁和擴展傳熱片11的表面涂覆防腐隔離層9，本實施例采用如實施例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，或放在灶臺上利用余熱加熱，也可放在熱水中加熱，當加熱到相變材料熔為液態，溫度略高于61℃時，取出，將表面擦干凈，即可用來取暖。由于本取暖器形狀大小與普通教科書相仿，比較適合放在書包內攜帶，可供學生帶到教室或機關干部帶到辦公室取暖使用。當放在帆布包內，在環境溫度為14℃時，從61℃降到44℃的取暖時間可達4個小時。
實施例3，如附圖3所示，是一種外形如普通熱水袋的電熱式恒溫熱袋。其中甲為正視圖，乙為側視圖。
本實施例導熱外殼1采用橡膠做成熱水袋形狀，內裝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內構成，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通過接頭塊7與導熱外殼1固定連結，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松動或損壞電源接頭13，同時亦可防止電源接頭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接，既可使取暖時接觸人體感覺平滑舒適，同時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。
為對比測試其取暖保溫性能，將兩個同樣大小的橡膠熱水袋，一個做成上述本發明電熱式恒溫熱袋，通電加熱到初溫為56℃;另一個充初溫為88℃的熱水800克，在環境溫度為15℃條件下，測定二者溫度隨時間變化的曲線，如圖4所示，其中曲線a為普通熱水袋的溫降曲線。曲線b為本發明電熱式恒溫熱袋的溫降曲線。
將測試結果和溫降曲線分析對比可知，電熱式恒溫熱袋從56℃降溫至42℃持續時間為5小時30分鐘，其中保持在52℃至45℃溫度范圍的時間為4小時;而普通熱水袋從88℃降溫至42℃持續時間為3小時20分鐘，比本發明電熱式恒溫熱袋少2小時10分鐘;其中保持在52℃至45℃溫度范圍的時間僅為42分鐘。即本發明恒溫熱袋保持在舒適取暖溫度范圍的時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明恒溫熱袋維持取暖時間短的情況下，消耗的能量仍比本發明相變蓄熱取暖器要多。
由以上實施例對比可知，本發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間長，而且還節省能源。
為便于控制電熱式恒溫取暖器的通電加熱時間，可在電熱電路中設置自動限溫斷電保護裝置和/或提醒裝置。所述自動限溫斷電裝置可以是一雙金屬片限溫斷開裝置，也可以采用自動限溫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)時電阻趨于無窮大的高分子材料。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、音樂片來指示加熱結束時間。
實施例4是一種內熱式恒溫取暖器。如附圖5所示，為外觀近似球形的取暖壺。導熱外殼1和內熱容器16均采用不銹鋼制作，其間的空間裝入相變蓄熱材料2，內熱容器16用于裝熱源介質17，如熱水、熱油或熱砂子。內蓋18用于封閉內熱容器16的孔19，外蓋15的作用已如上例所述。外蓋15和內蓋18邊緣可使用橡皮密封墊圈20，以增加封閉效果，避免滲漏。在內容器16的外壁、導熱外殼1的內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間長了引起化學作用，同時也可預防相變材料體積變化應力對容器器壁作用。
使用前，通過孔19向內熱容器17中充滿高溫熱水，或熱油，或熱砂子，用內蓋18將孔19封閉數分鐘，待熱水將熱量傳給相變蓄熱材料2，把水倒掉，再充入高溫熱水，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取暖。
本實施例中，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，可保持在56℃至45℃達8小時。
本發明相變蓄熱式恒溫取暖器，克服了現有取暖器初始過燙，冷卻快，保持舒適溫度時間短，不能在舒適溫度下恒溫取暖等缺點，具有安全、方便、可長時間在舒適溫度下恒溫取暖、節省能源等優點，老少咸宜，為各種不同類型取暖提供了可供選擇的方式，為人們提供了一類新的取暖用具，方便了人們的工作和生活，具有良好的社會效益和市場前景。
權利要求
1.一種取暖器，在導熱容器內充填蓄熱物質構成，其特征在于所述蓄熱物質是具有所需相變溫度和較大相變潛熱的相變材料。
2.如權利要求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.如權利要求1所述取暖器，特征在于所述導熱容器內壁可設置擴展傳熱片。
4.如權利要求1所述取暖器，特征在于所述導熱容器內的相變材料中可設有電熱器。
5.如權利要求1所述取暖器，特征于所述導熱容器內的相變材料中設有能盛裝熱源介質的內容器。
全文摘要
本發明是一種利用相變材料作為蓄熱物質的恒 溫取暖器，在導熱容器內充填具有所需相變溫度和較 大相變潛熱的相變物質構成，利用相變過程中溫度維 持不變的原理，以及相變時伴隨有較大的吸收或釋放 相變潛熱的特性，達到在舒適溫度下長時間恒溫取暖 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 時間長等優點，是一種老少咸宜的取暖用品。
文檔編號F28D20/00GK1079294SQ9210400
公開日1993年12月8日 申請日期1992年5月25日 優先權日1992年5月25日
發明者張寅平, 孔祥冬, 王桂娟, 葛新石 申請人:張寅平, 孔祥冬, 王桂娟, 葛新石