CN115045522B - 基于热电效应的大跨度钢结构的降温装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于热电效应的大跨度钢结构的降温装置及方法,利用钢结构构件为空腹构件,通过增大自身的回转半径即抵抗矩来提高结构自身承载力的空腹构造,结合西伯克效应和帕尔贴效应;通过使用与钢结构不同材质的金属,于钢结构的空腹内连接钢结构的两端:高温端和低温端,构成第一回路;于金属侧的第一回路中串接固定于钢结构空腹内的风扇;风扇由回路中的热电流驱动,通过流动的风为钢结构降温。实现从钢结构的空腹内降温的效果。其结构简单,使用方便,装置的体积小,重量轻,不构成负载,易于维护,节能环保,有效降低了钢结构内的温度传递,强化了散热和降温的效果,缓解了因温度应力而使结构的变形,具有很强的实用性和广泛的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种降温装置及方法,具体涉及一种基于热电效应的大跨度钢结构的降温装置及方法。
背景技术
目前国内外学者对钢结构截面承载力,结构构件的稳定性、长细比、屈曲、疲劳度研究的比较多,大多数集中在对钢结构受力分析上,而在温度对超大型钢结构影响上的研究较少,在实际上温度对超大型结构的影响是不可忽略的。我国钢结构设计规范对钢结构温度区段有严格的规定,要求对超过设计规范长度的钢结构要计算温度伸缩问题,在温度区段处设双柱,使结构成为几个独立的几个区,从而解决温度产生的影响,但这样增加了一榀钢架,少则几十万,多则上百万,严重增加了造价,而且不好看。
因此,需要一种新的方法,以解决高温差露天环境受力状态下的大跨度钢构件耐久性的问题。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种基于热电效应的大跨度钢结构的降温装置及方法。
为了实现上述目标,本发明采用如下的技术方案:
基于热电效应的大跨度钢结构的降温装置及方法,使用与钢结构不同材质的金属,于钢结构的空腹内连接钢结构的两端:高温端和低温端,构成第一回路;于金属侧的第一回路中串接固定于钢结构空腹内的风扇;
所述风扇由回路中的热电流驱动,通过流动的风为钢结构降温。
上述金属的材质包括铜、银、金。
上述风扇的风向由低温端流向高温端。
于高温端,上述金属与钢结构的连接点于空腹的顶壁;于低温端,所述金属与钢结构的连接点于空腹的底壁。
上述的降温装置及方法,还包括设于钢结构的高温端和低温端之间,抵接钢结构空腹内壁的若干PN环;
所述PN环包括若干依次间隔呈环形均布的N型半导体和P型半导体,相邻的N型半导体和P型半导体的外侧端和内侧端分别由同侧的铜片导接,环外侧和环内侧分别设有绝缘陶瓷环;
其中一组相邻的N型半导体和P型半导体之间断接,为输入端和输出端;
若干PN环通过输入端和输出端以依次串联或并联的方式,与电源构成第二回路;依电流方向,环外侧低接钢结构空腹的内壁的绝缘陶瓷环为冷端;
所述电源包括第一回路。
进一步的,上述第二回路串接断路器,控制装置根据温度传感器的反馈通断断路器;所述温度传感器检测钢结构的温度。
进一步的,上述电源包括蓄电池,接蓄电单元;
所述蓄电单元包括环风扇的扇叶边缘设置的线圈,和设于风扇两侧的磁铁;
所述线圈随风扇轴转动切割磁场,为蓄电池供电。
再进一步的,上述蓄电单元还包括太阳能板。
再进一步的,上述若干PN环还可通过输入端和输出端以并联的方式,与电源构成第二回路;
若干PN环分别串接断路器,控制装置根据与各PN环匹配的温度传感器的反馈通断各断路器。
本发明的有益之处在于:
本发明的一种基于热电效应的大跨度钢结构的降温装置及方法,利用钢结构构件为空腹构件,通过增大自身的回转半径即抵抗矩来提高结构自身承载力的空腹构造,结合热电效应:温度与电压的相互转化,实现从钢结构的空腹内降温的效果。
本发明利用热电效应的西伯克效应:有两种不同的导体组成的开路中,如果导体的两个结点存在着温度差,这开路中将产生感应电动势,利用电动势形成的电压驱动空腹内的风扇鼓动流动的风形成降温的效果。再结合发电机原理,将风扇的扇叶结合切割磁场的线圈,产生的电流由蓄电池积蓄,再为根据帕尔贴效应设计的PN环供电;帕尔贴效应:电流流过两种不同导体的界面时,将从外界吸收热量或向外界放出热量,进而实现为钢结构的实时降温。
本发明的基于热电效应的大跨度钢结构的降温装置及方法,其结构简单,使用方便,装置的体积小,重量轻,不构成负载,易于维护,节能环保,有效降低了钢结构内的温度传递,强化了散热和降温的效果,缓解了因温度应力而使结构的变形,具有很强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的钢结构空腹的结构示意图。
图2为本发明的PN环的结构示意图。
附图中标记的含义如下:1、钢结构,2、PN环,3、风扇,4、低温端,5、高温端,6、绝缘陶瓷环,7、铜片。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
基于热电效应的大跨度钢结构的降温装置及方法,由铜导线(金属)在钢结构1的空腹内连接钢结构1的高温端5和低温端4,且于高温端5,铜导线连接空腹的顶壁,于低温端4,铜导线连接空腹的底壁。高温端5和低温端4之间,空腹内嵌设有风扇3,该风扇3串接入铜导线中;即由高温端5和低温端4之间的钢结构、铜导线和风扇3构成第一回路。
原理:钢结构的两端在受到不同的温度后,里面的电子会由高温区往低温区移动,并且在低温区堆积,从而使得内部形成电势差,因此,当两种金属(钢结构和铜导线)组成回路后,如果两个接触点的温度不同,那么回路中将会出现电流(也被称为热电流),由电流驱动风扇3为钢结构降温。根据使用需求,铜导线也可由银导线、金导线或其他材质的导线替换。
风扇3的风向由低温端4流向高温端5,使得在空腔内,冷空气流向热空气。因热空气比较轻,容易向高处飞扬,如图1所示的钢结构,顶端易受热升温形成高温端,热空气容易因轻质可从顶口迅出排出,避免了与底部的冷空气的碰撞,造成能效的浪费,和更多热量在空腹内的迟滞,提高降温效果;热空气排出后,空腔内形成负压,结合风扇3的作用力,使得底部的冷空气上涌,从钢结构的内部起到降温的效果,同时,降低了温度从钢结构的高温端向低温端4的传递速度。
风扇还构成发电组件的蓄电单元,为蓄电池供电;沿风扇的扇叶的边缘设置线圈,并于风扇的两侧设置磁铁,构成磁场;线圈随风扇的扇叶转动切割磁场的磁感线,将风扇转动的动能转化为电能,为蓄电池生电。
蓄电池的蓄电单元还包括太阳能板。蓄电池为若干PN环2供电,若干PN环2沿长度方向,于高温端和低温端4之间,抵接钢结构空腹内壁设置。
如图2所示,PN环2包括若干依次间隔呈环形均布的N型半导体和P型半导体,相邻的N型半导体和P型半导体的外侧端和内侧端分别由同侧的铜片7导接,环外侧和环内侧分别设有绝缘陶瓷环6。其中一组相邻的N型半导体和P型半导体之间断接,为输入端和输出端。若干PN环2通过输入端和输出端以依次串联或并联的方式,与蓄电池构成第二回路;依电流方向,环外侧低接钢结构空腹的内壁的绝缘陶瓷环6为冷端,环内侧的绝缘陶瓷环6为热端。
当采用串接时,第二回路串接断路器,控制装置根据温度传感器的反馈通断断路器;温度传感器检测钢结构的高温端的温度。
当采用并联时,各PN环2的支路内分别串接断路器,再并联,与蓄电池构成第二回路。控制装置根据与各PN环匹配的温度传感器的反馈通断各断路器。
原理:N型半导体有多余的电子,有负温差电势,P型半导体电子不足,有正温差电势;当电子从P型半导体穿过结点到N型时,结点的温度降低;相反的,当电子从N型半导体流至P型材料时,结点的温度升高。
本实施例中,PN环的冷端通过绝缘陶瓷环6与钢结构接触,吸热并为钢结构降温,热端置于钢结构的空腹内,散发的热量由风扇的风吹出,强化了钢结构本体的降温和控温效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解,上述实施例不以任何形式限制本发明,凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.基于热电效应的大跨度钢结构的降温装置,其特征在于,使用与钢结构不同材质的金属,于钢结构的空腹内连接钢结构的两端:高温端和低温端,构成第一回路;于金属侧的第一回路中串接固定于钢结构空腹内的风扇;
所述风扇由回路中的热电流驱动,通过流动的风为钢结构降温。
2.根据权利要求1所述的降温装置,其特征在于,所述金属的材质包括铜、银、金。
3.根据权利要求1所述的降温装置,其特征在于,所述风扇的风向由低温端流向高温端。
4.根据权利要求1所述的降温装置,其特征在于,于高温端,所述金属与钢结构的连接点于空腹的顶壁;于低温端,所述金属与钢结构的连接点于空腹的底壁。
5.根据权利要求1所述的降温装置,其特征在于,还包括设于钢结构的高温端和低温端之间,抵接钢结构空腹内壁的若干PN环;
所述PN环包括若干依次间隔呈环形均布的N型半导体和P型半导体,相邻的N型半导体和P型半导体的外侧端和内侧端分别由同侧的铜片导接,环外侧和环内侧分别设有绝缘陶瓷环;
其中一组相邻的N型半导体和P型半导体之间断接,为输入端和输出端;
若干PN环通过输入端和输出端以依次串联或并联的方式,与电源构成第二回路;依电流方向,环外侧低接钢结构空腹的内壁的绝缘陶瓷环为冷端;
所述电源包括权利要求1的第一回路。
6.根据权利要求5所述的降温装置,其特征在于,所述第二回路串接断路器,控制装置根据温度传感器的反馈通断断路器;所述温度传感器检测钢结构的温度。
7.根据权利要求5所述的降温装置,其特征在于,所述电源包括蓄电池,接蓄电单元;
所述蓄电单元包括环风扇的扇叶边缘设置的线圈,和设于风扇两侧的磁铁;
所述线圈随风扇轴转动切割磁场,为蓄电池供电。
8.根据权利要求7所述的降温装置,其特征在于,所述蓄电单元还包括太阳能板。
9.根据权利要求6所述的降温装置,其特征在于,所述若干PN环还可通过输入端和输出端以并联的方式,与电源构成第二回路;
若干PN环分别串接断路器,控制装置根据与各PN环匹配的温度传感器的反馈通断各断路器。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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