[發明專利]一種雙層多面梯度溫差傳熱結構

有效

• 申請號: 201310173029.5
• 申請日: 2013-05-13
• 公開（公告）號: CN103307921A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 張景豐;湯曉斌;徐翌偉;周勇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F28F7/00
• 分類號: F28F7/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及溫差傳熱技術，特別涉及一種雙層多面梯度溫差傳熱結構，屬于傳熱結構領域。

背景技術

利用溫差產生電能將成為未來能源發展與利用的一個新方向，溫差的冷端一般選擇外界環境，因此熱源的利用率直接決定了溫差電的經濟效益，溫差傳熱結構的研究受到廣泛的重視。在目前常用溫差傳熱結構中，經常使用的是平行六面體結構和單層多面結構。平行六面體結構溫度分布很不均勻，大部分熱量耗散在六面體的棱與角上，而真正作用在面上的熱量很少，難以產生較大溫差。單層多面結構增大了有效溫差面積，熱量分布相對比較均勻，但是熱量通過單層多面結構后仍有大量殘留，這些熱量不能被充分利用而白白喪失。

2008年，Scott?A.?Whalen等報道了一種輪輻狀結構，這種結構將半導體材料做成輪輻狀應用到溫差核電池的制作上，最后得到了329μWcm^-3的功率密度（Scott?A.?Whalen,?ChristopherA.?Apblett,?TerrenceL.?Aselage,?Improving?power?density?and?efficiency?of?miniature?radioisotopic?thermoelectric?generators,?Journal?of?Power?Sources,vol180,2008:657-663）。這種結構溫度上升快，但是有最高溫度閾值，若溫度太高將造成半導體材料的損傷，因此其應用領域有限。

目前各種常見的溫差結構很少考慮到對熱源利用率的提高，由此造成的能量浪費是不可估量的。

因此，確有必要對現有技術進行改進以解決現有技術之不足。

發明內容

本發明提供一種雙層多面梯度溫差傳熱結構,其采用雙層結構及不同導熱系數的盒體相配合，使溫度呈梯度分布，大幅提高熱源利用率。

本發明采用如下技術方案：一種雙層多面梯度溫差傳熱結構，其包括有內部熱源容器、外部盒體、散熱肋片、絕熱層，所述內部熱源容器套裝于外部盒體中且所述內部熱源容器的高度低于外部盒體，所述內部熱源容器與外部盒體采用棱對面的方式放置，所述散熱肋片貼于外部盒體的每個外側面上，所述絕熱層鋪設在外部盒體的內層空腔底部。

所述內部熱源容器為正六棱柱狀，所述內部熱源容器由導熱系數在80W/(m·K)及以上的金屬材料做成。

所述外部盒體為中空結構，空腔為圓柱狀，實體為正六棱柱狀，所述外部盒體由導熱系數不高于15W/(m·K)的材料做成。

所述內部熱源容器與外部盒體的有效溫差面均為多面體側面。

所述絕熱層由導熱系數不高于0.175W/(m·K)的材料做成。

所述內部熱源容器與外部盒體采用棱對面的傳熱方式，形成雙層結構，所述內部熱源容器的底面與絕熱層緊密接觸，所述內部熱源容器的頂端不超出外部盒體的頂端。?

本發明具有如下有益效果：

（1）.本發明采用內部熱源容器與外部盒體相結合的雙層結構，能使熱源發出的熱量穿過內層有效溫差面積后，繼續收集殘余熱量，使其作用在外部有效溫差面積上，形成溫度梯度，熱源利用率可提高70%-80%；

（2）.本發明將內部熱源容器與外部盒體以棱對面的形式套裝在一起，既不影響內外兩層的有效溫差面積接受熱量，又保證了最大的熱傳遞效率；

（3）.本發明在外部盒體的底層鋪設了一層絕熱層，有效保證了內部熱源容器發出的熱能通過側面傳遞到外部盒體的有效溫差面積上，熱量損失減少10%-20%；

（4）.本發明雙層多面梯度溫差傳熱結構具有熱源利用率高、溫度梯度顯著、有效溫差面積大、傳熱效率高等特點，具有很大的應用價值。

附圖說明

圖1為本發明雙層多面梯度溫差傳熱結構的俯視圖。

圖2為本發明雙層多面梯度溫差傳熱結構的概略性正視圖。

其中：

1-內部熱源容器；2-外部盒體；3-散熱肋片；4-絕熱層。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。

請按照圖1和圖2所示，本發明雙層多面梯度溫差傳熱結構包括：內部熱源容器1、外部盒體2、散熱肋片3、絕熱層4，其中內部熱源容器1可以套裝在導熱系數小的外部盒體2中且其高度低于外部盒體2，且內部熱源容器1與外部盒體2采用棱對面的放置方式；散熱肋片3貼于外部盒體2的每個外側面上；絕熱層4鋪設在外部盒體2的內層空腔底部。其中有效溫差面積包括：內部熱源容器1的側面和外部盒體2的外側面。