[發(fā)明專利]基于PCM的熱交換器及其用途

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980047296.3
• 申請(qǐng)日: 2019-05-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112424551A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: V·麥考德;L·福恩特斯巴倫蘇埃拉;S·豪森;M·加尼;M·洛琳;T·喬多洛斯基
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院
• 主分類號(hào): F28D1/03
• 分類號(hào): F28D1/03;F28D20/02;A61G11/00;A01K41/02;B01L1/02;C12M1/00;F28D20/00
• 代理公司: 青島聯(lián)智專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 37101
• 代理人: 閻娬斌;匡麗娟

公開(kāi)了一種基于PCM的熱交換器，所述基于相變材料(PCM)的熱交換器包括：a)具有包括入口和出口的絕熱壁的殼體；以及b)包括包含相變材料的支撐結(jié)構(gòu)的多個(gè)模塊，其中所述模塊以一種方式布置在所述殼體內(nèi)以限定將所述入口與所述出口連接的流體路徑。另一目的涉及一種裝置，其中所述裝置是保育箱，例如嬰兒保育箱或雞/蛋孵育箱，或手套箱，其特征在于，其包括與限定絕熱隔室的罩可操作地連接的基于PCM的熱交換器，適于將空氣流注入所述基于PCM的熱交換器的風(fēng)扇和調(diào)節(jié)罩內(nèi)部的空氣溫度的系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)中描述的主題涉及一種利用相變材料的熱能儲(chǔ)存單元及其應(yīng)用，例如在作為示例的嬰兒保育箱中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

每年大約有2000萬(wàn)嬰兒早產(chǎn)，其中400萬(wàn)死亡。這些死亡中約有99％發(fā)生在低收入和中等收入國(guó)家，主要是由于體溫過(guò)低，即不能將嬰兒的身體保持在足夠溫暖的溫度下。

通常，早產(chǎn)嬰兒被保持在新生兒保育箱中，其主要功能是確保維持嬰兒的適當(dāng)體溫，原因是他們的器官未完全發(fā)育，因此不能維持必要的體溫。在發(fā)達(dá)國(guó)家，保育箱和輻射保暖器已成為NICU(新生兒重癥監(jiān)護(hù)病房)的重要部分。它們提供了可以控制溫度、濕度和氧含量的穩(wěn)定環(huán)境。

普通保育箱的工作原理是在部分封閉的隔室中產(chǎn)生暖空氣的循環(huán)。空氣經(jīng)由加熱器加熱，所述加熱器通常放置在產(chǎn)生氣流的風(fēng)扇后面。在一些保育箱中，事情正好相反，空氣通過(guò)加熱器吸入。空氣的溫度由放置在靠近嬰兒的罩內(nèi)并直接連接到加熱器的熱調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。

該醫(yī)學(xué)創(chuàng)新有助于極大地降低由體溫過(guò)低引起的死亡人數(shù)。然而，發(fā)達(dá)國(guó)家的醫(yī)學(xué)進(jìn)步與其在全球南方的有效實(shí)施之間仍然存在巨大差距。除缺乏資金外，阻礙可靠且穩(wěn)定地使用那些技術(shù)的主要因素是缺乏訓(xùn)練有素的監(jiān)測(cè)和維修人員，以及不提供備件的供應(yīng)鏈斷裂。而且，發(fā)展中國(guó)家的新生兒保育箱的適當(dāng)功能的主要問(wèn)題(每當(dāng)有時(shí))是電網(wǎng)的不穩(wěn)定，這會(huì)導(dǎo)致頻繁的斷電并因此損害保育箱將嬰兒體溫維持在所需生理水平的能力。結(jié)果，人們不能將援助僅僅看作是西方技術(shù)和對(duì)低資源國(guó)家的投入的轉(zhuǎn)化。必須構(gòu)想和實(shí)施適當(dāng)適應(yīng)的定制解決方案以彌合醫(yī)療保健以及其他部門中存在的差距。因此，迫切需要一種解決方案，其能夠使新生兒保育箱即使在頻繁的電力中斷期間也能確保其重要功能。為了適合其預(yù)期環(huán)境，這樣的保育箱還應(yīng)當(dāng)價(jià)格合理、堅(jiān)固耐用且易于使用。

在沒(méi)有電驅(qū)動(dòng)的加熱源的情況下用于維持恒定溫度的理想候選解決方案可以是使用相變材料(PCM)。PCM通常(但非排他地)是經(jīng)歷具有高熔融潛熱的固液相轉(zhuǎn)變的物質(zhì)。換句話說(shuō)，通過(guò)在一定溫度下熔化和固化，PCM能夠儲(chǔ)存和釋放大量能量。當(dāng)材料從固體變?yōu)橐后w和經(jīng)歷相反過(guò)程時(shí)熱被吸收或釋放；因此，PCM被分類為潛熱儲(chǔ)存單元。通常，任何材料都具有比熔融潛熱(和汽化潛熱)。然而，用于熱儲(chǔ)存/溫度維持目的的商用PCM的特殊性在于，與標(biāo)準(zhǔn)材料相比，它們的熔融潛熱(或儲(chǔ)熱能力)大，并且它們可以對(duì)進(jìn)行工程改造以使其在所需溫度下發(fā)生相轉(zhuǎn)變。

最初，固液PCM行為類似于顯熱儲(chǔ)存(SHS)材料；它們吸收熱時(shí)溫度會(huì)升高。當(dāng)PCM達(dá)到相變溫度(它們的熔化溫度)時(shí)，它們會(huì)在幾乎恒定的溫度下吸收大量熱。PCM繼續(xù)吸收熱而溫度沒(méi)有明顯升高，直到材料完全轉(zhuǎn)變?yōu)橐合唷Ｒ坏┢渫耆诨湫袨榫蜁?huì)再次類似于顯熱儲(chǔ)存材料，其溫度與其接收的能量成比例地上升。當(dāng)液體材料周圍的環(huán)境溫度下降時(shí)，PCM固化，在幾乎恒定的溫度下將其儲(chǔ)存的潛熱釋放到相鄰的環(huán)境。

然而，盡管PCM顯示合適的熱儲(chǔ)存和釋放特征，但是關(guān)于例如新生兒保育箱應(yīng)用，本領(lǐng)域中所缺少的是最佳接口，該接口允許從PCM提取熱并將其有效且受控地分配到保育箱內(nèi)部。

過(guò)去，已經(jīng)提出了各種解決方案，其涉及在不同環(huán)境中使用PCM作為用于臨時(shí)容器的溫度維持的儲(chǔ)熱元件。例如，WO 2012/002982描述了一種保育箱裝置。盡管該裝置展示了使用PCM在密閉空間內(nèi)維持恒定溫度的可能性，但嬰兒保育箱的要求卻大不相同。罩必須足夠大以容納新生嬰兒，它必須透明以允許對(duì)嬰兒的視覺(jué)監(jiān)視，并且必須提供到嬰兒的直接通路以用于醫(yī)療護(hù)理，這防止徹底隔離。