CN110319720A - 一种相变蓄热单向传热装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种相变蓄热单向传热装置，包括相互连接的相变蓄热铝板(1)和热管(2)，所述相变蓄热铝板(1)包括空心铝板(5)、填充在空心铝板(5)中的相变材料(6)，以及将相变材料(6)密封在空心铝板(5)中的密封胶(4)，所述热管(2)包括管壳(7)、管壳(7)内壁的管芯(10)以及填充在管芯(10)内腔中的工作液体(9)。与现有技术相比，本发明在传统蓄热的基础上，显示了热量的单向传递，具有快速散热功能。

Description

一种相变蓄热单向传热装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及节能领域，尤其是涉及一种相变蓄热单向传热装置及其制造方法。
背景技术
随着科学技术的发展，人们对“散热”要求越来越高。热量传递主要有三种基本方式：导热、热对流和热辐射。日常生活和工业生产领域中主要的散热方式为自然散热，通过热源与空气的直接温差来进行热量的传递，从而达到“散热”的目的。
但对于锅炉房、机柜等对于散热要求较高的空间，自然散热的方式，无法满足其散热要求，例如某些机柜的内部设备在使用过程中产生大量热，普通自然散热方式无法满足其散热需求，容易引起电器的机械性能和电气性能下降，最后导致电器的工作故障，甚至造成严重事故。
传统加速散热的方式为机械通风。例如机柜增设风扇，实现通风散热；锅炉房增设机械通风装置等，但是机械通风存在着噪音大、能耗大等缺点。
热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管(heat pipe)技术使得传统散热器的噪音问题得到良好解决，现在常见于CPU的散热器上。但是热管技术主要应用于点热源的散热。对于热空间，或者面热源的散热，单靠热管技术难以解决。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种相变蓄热型透光建材及其制造方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种相变蓄热单向传热装置，包括相互连接的相变蓄热铝板和热管，所述相变蓄热铝板包括空心铝板、填充在空心铝板中的相变材料，以及将相变材料密封在空心铝板中的密封胶，所述热管包括管壳、管壳内壁的管芯以及填充在管芯内腔中的工作液体。
进一步的，所述相变蓄热铝板和热管通过导热粘接密封硅橡胶连接。
进一步的，所述热管的一端与所述相变蓄热铝板的几何中心点相连接。
进一步的，所述密封胶为聚氨酯胶、有机硅胶、丙烯酸胶中的任意一种或几种的混合。
进一步的，所述空心铝板为正方形，边长为500-600mm，厚度为20mm，所述热管的管长为空心铝板边长的1/8-1/4，所述热管的管径为管长的1/5-1/3。
进一步的，所述相变材料为氯化钙水溶液或脂肪酸，或根据具体应用选择合适相变温度的相变材料。
进一步的，所述热管的两端均设置有端盖，所述端盖为铝或铜。
进一步的，所述管壳为铝、铜或不锈钢。
进一步的，若热管为低温热管，则工作液体为氨，对应壳体材料为铝或不锈钢；
若热管为常温热管，则工作液体为乙醇或丙酮，当工作液体为乙醇时，对应壳体材料为铜或不锈钢；当工作液体为丙酮时，对应壳体材料为铝或铜或不锈钢；
若热管为中温热管，则工作液体为联苯或萘，当工作液体为联苯，对应壳体材料为不锈钢；当工作液体为萘，对应壳体材料为铝或不锈钢；
若热管为高温热管，则工作液体为钾或钠，当工作液体为钾时，对应壳体材料为不锈钢；当工作液体为钠，对应壳体材料为不锈钢。
进一步的，所述管芯为紧贴管壁的单层或多层网芯、烧结粉末管芯、轴向槽道式管芯、组合管芯中的一种。
更进一步的，烧结粉末管芯采用一定目数的金属粉末烧结在管内壁面而形成与管壁一体的烧结粉末管芯，或用金属丝网烧结在管内壁面上的管芯；
轴向槽道式管芯是在管壳内壁开轴向细槽以提供毛细压头及液体回流通道，槽的截面形状可为矩形、梯形、圆形及变截面槽道；
紧贴管壁的单层及多层网芯的管芯，是在管壁上紧贴单层或多层网芯，其中多层网的网层之间应尽量紧贴，网与管壁之间亦应贴合良好，网层数有l至4层或更多，各层网的目数可相同或不同，若网层多，则液体流通截面大，阻力小，但径向热阻大，用细网时毛细抽吸力大但流动阻力亦增加；
组合管芯是采用更细的网成金属粉末在管内壁面而形成与管壁一体的管芯。
一种相变蓄热单向传热装置的制造方法，包括以下步骤：
(a)将空心铝板一侧钻孔，将相变材料加热成液体后注入空心铝板内，然后用密封胶将空心铝板密封；
(b)在热管的管壳内壁制造管芯，将管内抽成负压，然后充入工作液体，充满后，将热管焊接密封；
(c)将热管与相变蓄热铝板粘接。
优选的，步骤(b)中：管内抽负压后的压强为1.3×(10-1～10-4)Pa。
该装置的蓄热功能主要由相变蓄热铝板实现，该铝板作为板材使用，加速铝板一侧的热量向另一侧传递，内部采用相变材料，温度不变的情况下改变物质状态提供潜热，对于热源空间的热量的储存，维持空间内部的热稳定有着显著的优势。
该装置的单向传热功能主要由填充相变材料的铝板与热管共同实现。热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，具有很高的导热能力。热管一端与相变蓄热铝板连接，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速汽化，蒸气在热扩散的动力下流向另外一端，并在冷端冷凝释放出热量，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端，如此循环不止，直到热管两端温度相等(此时蒸汽热扩散停止)。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.节约能源：相变蓄热单向传热铝板中无论是承担蓄热功能的相变蓄热铝板以及承担传热功能的热管，都是利用了相变原理以及材料的特性来进行热能的存储及传递，并不需要其他能源驱动，节能效果显著。
2.很高的导热性：相变蓄热单向传热铝板中承担传热功能的热管其内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量，热管一端与相变蓄热铝板连接，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速汽化，蒸气在热扩散的动力下流向另外一端，并在冷端冷凝释放出热量，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端，如此循环不止，直到热管两端温度相等(此时蒸汽热扩散停止)，这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。
3.很强的蓄热能力，加强对热源空间的热稳定性：相比于其他材料，例如混凝土、金属板材、砖，相变蓄热单向传热铝板中承担蓄热的相变蓄热铝板，其内部主要为相变材料。因为相变材料是温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，相变材料将吸收或释放大量的潜热。所以对于热源空间的热量的储存，维持空间内部的热稳定有着显著的优势。
4.对于热源的影响小：相比于传统的机械通风散热，相变蓄热单向传热铝板通过空间内正常热量的辐射、对流、导热等方式收集并储存热量再将热量传递出去，并不影响空间内部的气流速度等。对热源的影响小，同时可以适用于由较多粉尘、细碎物件等空间。
附图说明
图1为本发明中一种相变蓄热单向传热装置的立体图；
图2为本发明中一种相变蓄热单向传热装置的侧视图。
图中标号所示：
1、相变蓄热铝板，2、热管，3、密封硅橡胶，4、密封胶，5、空心铝板，6、相变材料，7、管壳，8、端盖，9、工作液体，10、管芯。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种相变蓄热单向传热装置，包括相互连接的相变蓄热铝板1和热管2，相变蓄热铝板1包括空心铝板5、填充在空心铝板5中的相变材料6，以及将相变材料6密封在空心铝板5中的密封胶4，热管2包括管壳7、管壳7内壁的管芯10以及填充在管芯10内腔中的工作液体9。
相变蓄热铝板1和热管2通过导热粘接密封硅橡胶3连接。热管2的一端与相变蓄热铝板1的几何中心点相连接。密封胶4为聚氨酯胶、有机硅胶、丙烯酸胶中的任意一种或几种的混合。空心铝板5为正方形，边长为500-600mm，厚度为20mm，热管2的管长为空心铝板5边长的1/8-1/4，热管2的管径为管长的1/5-1/3。相变材料6为氯化钙水溶液或脂肪酸，或根据具体应用选择合适相变温度的相变材料6。热管2的两端均设置有端盖8，端盖8为铝或铜。
若热管2为低温热管，则工作液体9为氨，对应壳体材料为铝或不锈钢；
若热管2为常温热管，则工作液体9为乙醇或丙酮，当工作液体9为乙醇时，对应壳体材料为铜或不锈钢；当工作液体9为丙酮时，对应壳体材料为铝或铜或不锈钢；
若热管2为中温热管，则工作液体9为联苯或萘，当工作液体9为联苯，对应壳体材料为不锈钢；当工作液体9为萘，对应壳体材料为铝或不锈钢；
若热管2为高温热管，则工作液体9为钾或钠，当工作液体9为钾时，对应壳体材料为不锈钢；当工作液体9为钠，对应壳体材料为不锈钢。
管芯10为紧贴管壁的单层或多层网芯、烧结粉末管芯、轴向槽道式管芯、组合管芯中的一种。
一种相变蓄热单向传热装置的制造方法，包括以下步骤：
(a)将空心铝板5一侧钻孔，将相变材料6加热成液体后注入空心铝板5内，然后用密封胶4将空心铝板5密封；
(b)在热管2的管壳7内壁制造管芯10，将管内抽成1.3×(10-1～10-4)Pa的负压，然后充入工作液体9，充满后，将热管2焊接密封；
(c)将热管2与相变蓄热铝板1粘接。
实施例2
一种相变蓄热单向传热装置，包括相互连接的相变蓄热铝板1和热管2，相变蓄热铝板1包括空心铝板5、填充在空心铝板5中的相变材料6，以及将相变材料6密封在空心铝板5中的密封胶4，热管2包括管壳7、管壳7内壁的管芯10以及填充在管芯10内腔中的工作液体9。
各种电器设备的室外机柜，如室外通讯机柜等，内部温度常常可达到40～60℃，严重影响电子器件性能并有较大的安全隐患。需向外单向传热，将热管2设置在机柜外侧。若将相变温度为35℃的有机脂肪酸相变材料6填充到空心铝板5中，当机箱内部温度超过35℃时，相变材料6会吸收热量，再通过内部填充乙醇、烧结粉末管芯10的热管2，持续将热量散发到机箱外的空气中，可以维持机箱内部温度在35℃左右。铝板尺寸可采用500mm*500mm*20mm，热管2长度为铝板边长的1/5～1/4，热管2管径为热管2长度的1/5～1/3。
实施例3
一种相变蓄热单向传热装置，包括相互连接的相变蓄热铝板1和热管2，相变蓄热铝板1包括空心铝板5、填充在空心铝板5中的相变材料6，以及将相变材料6密封在空心铝板5中的密封胶4，热管2包括管壳7、管壳7内壁的管芯10以及填充在管芯10内腔中的工作液体9。
我国西部高海拔地区太阳能资源丰富，太阳能集热器用水作为介质时容易产生夏季高温爆管和冬季夜间冻结等问题，可以通过此装置结合集热器，有效利用太阳能辐射来加热空气用于供热。需向内单向传热，将热管2设置在室内。若将相变温度为50℃左右的无机相变材料6填充到空心铝板5中，结合内部填充丙酮、烧结粉末管芯的热管2，持续将热量传给空气，可以实现对室内的供热需要。
实施例4
一种相变蓄热单向传热装置，包括相互连接的相变蓄热铝板1和热管2，所述相变蓄热铝板1包括空心铝板5、填充在空心铝板5中的相变材料6，以及将相变材料6密封在空心铝板5中的密封胶4，所述热管2包括管壳7、管壳7内壁的管芯10以及填充在管芯10内腔中的工作液体9。
我国南方炎热地区屋面或墙面，可以利用此装置散热，减少夏季空调能耗。需向外单向传热，将热管2设置在室外。若将相变温度为40℃左右的无机相变材料6填充到铝板中，结合内部填充甲醇、轴向槽道式管芯的热管2，持续将热量散发到室外空气中，可以使屋面或外墙表面温度维持在40℃以下。空心铝板5尺寸为600mm*600mm*20mm，热管2长度为空心铝板5边长的1/8～1/4，热管2管径为热管2长度的1/5～1/3。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相变蓄热单向传热装置，其特征在于，包括相互连接的相变蓄热铝板(1)和热管(2)，所述相变蓄热铝板(1)包括空心铝板(5)、填充在空心铝板(5)中的相变材料(6)，以及将相变材料(6)密封在空心铝板(5)中的密封胶(4)，所述热管(2)包括管壳(7)、管壳(7)内壁的管芯(10)以及填充在管芯(10)内腔中的工作液体(9)。
2.根据权利要求1所述的一种相变蓄热单向传热装置，其特征在于，所述相变蓄热铝板(1)和热管(2)通过导热粘接密封硅橡胶(3)连接。
3.根据权利要求1所述的一种相变蓄热单向传热装置，其特征在于，所述热管(2)的一端与所述相变蓄热铝板(1)的几何中心点相连接。
4.根据权利要求1所述的一种相变蓄热单向传热装置，其特征在于，所述密封胶(4)为聚氨酯胶、有机硅胶、丙烯酸胶中的任意一种或几种的混合。
5.根据权利要求1所述的一种相变蓄热单向传热装置，其特征在于，所述空心铝板(5)为正方形，边长为500-600mm，厚度为20mm，所述热管(2)的管长为空心铝板(5)边长的1/8-1/4，所述热管(2)的管径为管长的1/5-1/3。
6.根据权利要求1所述的一种相变蓄热单向传热装置，其特征在于，所述相变材料(6)为氯化钙水溶液或脂肪酸。
7.根据权利要求1所述的一种相变蓄热单向传热装置，其特征在于，所述热管(2)的两端均设置有端盖(8)，所述端盖(8)为铝或铜。
8.根据权利要求1所述的一种相变蓄热单向传热装置，其特征在于，所述管芯(10)为紧贴管壁的单层或多层网芯、烧结粉末管芯、轴向槽道式管芯、组合管芯中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种相变蓄热单向传热装置的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将空心铝板(5)一侧钻孔，将相变材料(6)加热成液体后注入空心铝板(5)内，然后用密封胶(4)将空心铝板(5)密封；
(b)在热管(2)的管壳(7)内壁制造管芯(10)，将管内抽成负压，然后充入工作液体(9)，充满后，将热管(2)焊接密封；
(c)将热管(2)与相变蓄热铝板(1)粘接。
10.根据权利要求1所述的一种相变蓄热单向传热装置的制造方法，其特征在于，步骤(b)中：管内抽负压后的压强为1.3×(10-1～10-4)Pa。
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