[發明專利]基于工作物質貯存和相變原理實現溫控轉換導熱/隔熱性能的組合材料

無效

• 申請號: 201310305321.8
• 申請日: 2013-07-21
• 公開（公告）號: CN103411456A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 黃然
• 申請（專利權）人: 黃然
• 主分類號: F28D15/02
• 分類號: F28D15/02;C09K5/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種基于工作物質貯存和相變原理，能夠根據溫度變化轉換導熱/隔熱性能的組合材料。

背景技術

根據導熱系數不同而研發制造的導熱或隔熱材料一直以來是材料科學和工業領域的重點研究對象。高性能的導熱材料和隔熱材料近年來發展迅速，在各領域應用中發揮了顯著的作用。目前，高性能的導熱技術主要由石墨、金屬、陶瓷等致密材料，或真空熱管等技術來實現，高性能隔熱技術主要利用多孔材料，高分子材料的低導熱系數，或者真空隔熱技術。然而目前公開的技術中，一種材料在熱性能方面均有固有屬性，或為導熱材料，或為隔熱材料。自體材料的導熱性能可根據使用需要進行轉換改變，即某種條件下成為導熱體，而某種條件下又成為隔熱體的技術研究卻沒有見到報道。此類型概念中，通過溫度變化來改變的導熱、隔熱性能的材料，將在眾多工業和科研領域有很大的使用價值。

類似專利及文獻檢索：本發明所述的材料概念目前尚未見到公開報道。本發明涉及真空熱導管原理，該原理于1944年被授權美國專利U.S.?Patent.p.4.2350348，目前已過專利保護期。

發明內容

本發明的目的在于通過導熱工作物質的貯存和相變，使得同一材料在不同溫度下具有不同的導熱/隔熱性能，兩種狀態下材料的導熱系數相差較大，從而實現較大程度的導熱/隔熱性能的切換。

本發明實現溫控轉換導熱/隔熱性能的組合材料主要采用在外殼材料構成的內腔中充入導熱工作物質，并放置工作物質的貯存構造，該貯存構造與外殼之間有一定間隙。導熱工作物質為固相或液相工作物質，該工作物質可吸附或浸潤在貯存構造中，同時不易附著在殼材的內表面。外殼材料封閉后在內腔中抽真空。

工作物質在真空狀態下的固--氣、液--氣相變點即為該材料的熱性能轉變溫度，當溫度低于轉變溫度時，工作物質以固相或液相吸附在貯存構造中，此時貯存構造外的內腔處于真空狀態，使得材料整體具有良好的真空隔熱性能；當溫度高于轉變溫度時，工作物質相變為氣態，此時氣態工作物質和真空腔共同組成類真空熱管的構造，材料整體以真空熱管原理實現高導熱性能。

根據實際使用需要可采用多種外殼材料、設計貯存構造和工作物質進行組合，可獲得不同的實用優勢，如較高的轉變溫度（如以液態金屬為工作物質），或利于環保成本低廉（如以水為工作物質），或重量輕易加工（如采用有機材料），具體實施例見下詳述。

附圖說明

圖1為本發明以多孔親水性SiO₂芯材作為貯存構造、有機玻璃外殼、填充水為工作物質為例的組合板材的原理示意圖（截面圖）。

具體實施方式

實施例一：

以水為工作物質的溫控轉換導熱/隔熱性能的組合板材

本發明實現以水為工作物質的溫控轉換導熱/隔熱性能的組合板材采用以下方法：如附圖1所示，A為以有機玻璃板制成兩層外殼和四邊封閉，有機玻璃板內表面通過油潤等表面處理手段增加憎水性。B為多孔陶瓷-親水性SiO₂板狀芯材，固定在組合材料內腔中，與有機玻璃板A有一定空隙。空腔內注入水后，密封整塊板材，抽真空至－0.09MPA。水在該壓強下的沸點約為48℃，在此溫度以下，水以液態形式凝結吸附在SiO₂芯材的內表面上，或在更低溫度下水以固態冰形式凝結在芯材孔內，SiO₂芯材與有機玻璃板之間形成兩層真空腔C，具有良好絕熱性能；在此溫度以上，液態水相變為氣體后從SiO₂芯材中蒸發出來，在低壓型腔內形成真空熱管效應，使組合材料整體具有良好導熱性能。

組合材料中各部分尺寸參數，多孔材料的孔徑，比表面積和水的填充量由具體使用要求決定。同時，通過不同抽真空程度得到不同內腔壓強，也可以改變水的沸點，進而改變材料的導熱/隔熱轉變溫度。

實施例二

以液態金屬為工作物質的溫控轉換導熱/隔熱性能的組合板材（轉變溫度350℃）

類似實施例一，采用高沸點的汞為工作物質可達到約350℃的轉變溫度，以汞不侵潤的耐高溫板材制成兩層外殼和四邊封閉。貯存構造采用高比表面積的親汞的金屬型材（如泡沫鐵，蜂窩構造的鋼材等）。空腔內注入汞后，密封整塊板材，抽真空至負壓。汞在低壓下的沸點約為350℃，在此溫度以下，汞以液態形式凝結吸附在貯存構造中，內部形成兩層真空腔；在此溫度以上，汞相變為氣體后從貯存構中蒸出，在低壓型腔內形成真空熱管。

實施例三

以有機材料為工作物質的溫控轉換導熱/隔熱性能的組合板材

類似實施例一，采用低沸點的有機物為工作物質（例如烷烴類），以疏油表面材料制成兩層外殼和四邊封閉。貯存構造采用多孔高分子材料。空腔內注入液態有機物后，密封整塊板材，抽真空至負壓。在工作物質沸點溫度以下，有機物以液態形式凝結吸附在多空高分子內表面，內腔形成真空；在沸點溫度以上，有機物相變為氣體后從多孔材料中蒸出，在低壓型腔內形成真空熱管。