CN103307921A - 一种双层多面梯度温差传热结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层多面梯度温差传热结构，其采用棱对面形式将内部热源容器和外部盒体套装在一起构成双层结构，内部热源容器为正六棱柱状，由金属做成，外部盒体为中空结构，空腔为圆柱状，实体为正六棱柱状，由导热系数低的材料做成，空腔底部铺设绝热层以实现热能的高效利用，在外部盒体的每个外侧面均装有散热肋片，内外两层均为多面体侧面，增大了有效温差面积，本发明公开的双层多面梯度温差传热结构，具有热源利用率高、温度梯度显著、有效温差面积大、传热效率高等特点，可用于温差传热领域。

Description

一种双层多面梯度温差传热结构

技术领域

本发明涉及温差传热技术，特别涉及一种双层多面梯度温差传热结构，属于传热结构领域。

背景技术

利用温差产生电能将成为未来能源发展与利用的一个新方向，温差的冷端一般选择外界环境，因此热源的利用率直接决定了温差电的经济效益，温差传热结构的研究受到广泛的重视。在目前常用温差传热结构中，经常使用的是平行六面体结构和单层多面结构。平行六面体结构温度分布很不均匀，大部分热量耗散在六面体的棱与角上，而真正作用在面上的热量很少，难以产生较大温差。单层多面结构增大了有效温差面积，热量分布相对比较均匀，但是热量通过单层多面结构后仍有大量残留，这些热量不能被充分利用而白白丧失。

2008年，Scott A. Whalen等报道了一种轮辐状结构，这种结构将半导体材料做成轮辐状应用到温差核电池的制作上，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）。这种结构温度上升快，但是有最高温度阈值，若温度太高将造成半导体材料的损伤，因此其应用领域有限。

目前各种常见的温差结构很少考虑到对热源利用率的提高，由此造成的能量浪费是不可估量的。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容

本发明提供一种双层多面梯度温差传热结构,其采用双层结构及不同导热系数的盒体相配合，使温度呈梯度分布，大幅提高热源利用率。

本发明采用如下技术方案：一种双层多面梯度温差传热结构，其包括有内部热源容器、外部盒体、散热肋片、绝热层，所述内部热源容器套装于外部盒体中且所述内部热源容器的高度低于外部盒体，所述内部热源容器与外部盒体采用棱对面的方式放置，所述散热肋片贴于外部盒体的每个外侧面上，所述绝热层铺设在外部盒体的内层空腔底部。

所述内部热源容器为正六棱柱状，所述内部热源容器由导热系数在80W/(m·K)及以上的金属材料做成。

所述外部盒体为中空结构，空腔为圆柱状，实体为正六棱柱状，所述外部盒体由导热系数不高于15W/(m·K)的材料做成。

所述内部热源容器与外部盒体的有效温差面均为多面体侧面。

所述绝热层由导热系数不高于0.175W/(m·K)的材料做成。

所述内部热源容器与外部盒体采用棱对面的传热方式，形成双层结构，所述内部热源容器的底面与绝热层紧密接触，所述内部热源容器的顶端不超出外部盒体的顶端。 

本发明具有如下有益效果：

（1）.本发明采用内部热源容器与外部盒体相结合的双层结构，能使热源发出的热量穿过内层有效温差面积后，继续收集残余热量，使其作用在外部有效温差面积上，形成温度梯度，热源利用率可提高70%-80%；

（2）.本发明将内部热源容器与外部盒体以棱对面的形式套装在一起，既不影响内外两层的有效温差面积接受热量，又保证了最大的热传递效率；

（3）.本发明在外部盒体的底层铺设了一层绝热层，有效保证了内部热源容器发出的热能通过侧面传递到外部盒体的有效温差面积上，热量损失减少10%-20%；

（4）.本发明双层多面梯度温差传热结构具有热源利用率高、温度梯度显著、有效温差面积大、传热效率高等特点，具有很大的应用价值。

附图说明

图1为本发明双层多面梯度温差传热结构的俯视图。

图2为本发明双层多面梯度温差传热结构的概略性正视图。

其中：

1-内部热源容器；2-外部盒体；3-散热肋片；4-绝热层。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请按照图1和图2所示，本发明双层多面梯度温差传热结构包括：内部热源容器1、外部盒体2、散热肋片3、绝热层4，其中内部热源容器1可以套装在导热系数小的外部盒体2中且其高度低于外部盒体2，且内部热源容器1与外部盒体2采用棱对面的放置方式；散热肋片3贴于外部盒体2的每个外侧面上；绝热层4铺设在外部盒体2的内层空腔底部。其中有效温差面积包括：内部热源容器1的侧面和外部盒体2的外侧面。

其中内部热源容器1为正六棱柱状，由导热系数在80W/(m·K)及以上的金属材料做成，用于盛装热源，起到充分导热的作用。外部盒体2为中空结构，空腔为圆柱状，实体为正六棱柱状，由导热系数不高于15W/(m·K)的材料做成，且空腔要足够大，足以包容内部热源容器1，从而实现内部热源容器1传出的热量可进一步传递到外部盒体2上。内部热源容器1与外部盒体2的有效温差面均为多面体侧面。散热肋片3贴于外部盒体2的每个外侧面上，其肋片效率在0.6-0.8之间，辅助散发外部盒体2外侧热量，进一步提高外部盒体2有效温差面积的温差。绝热层4由导热系数不高于0.175W/(m·K)、吸水性能良好、耐高温、耐腐蚀的材料做成，将其铺设在外部盒体2的内层空腔底部，铺设厚度与内部热源容器1高度之和低于外部盒体2的顶端40mm以上，减少内部热源容器1在底部的热量散失，使侧面有效传热量达到80%-90%。所述内部热源容器1与外部盒体2采用棱对面的传热方式，形成双层结构，保证通过内部热源容器1的侧棱传出的热量恰好传递到外部盒体2的有效温差面上。内部热源容器1的底面与绝热层4紧密接触，但其顶端不超出外部盒体2的顶端。

实施例1：

将圆柱状的樟子松木做成外部盒体，外部盒体的空腔圆柱体底面半径为46mm，深度为190mm，实体六棱柱底面边长为56mm，高度为200mm；

选用石棉布作为绝热层材料，在外部盒体的空腔底部均匀铺设成厚度为45mm的绝热层；

将铝锭铸成底面边长为46mm，高度为95mm的正六棱柱即为内部热源容器；

将内部热源容器和外部盒体以棱对面的形式套装在一起，且使内部热源容器的底面与绝热层紧密接触；

在外部盒体的每个外侧面均贴上两个散热肋片，肋片的基板尺寸为40mm×40mm，肋片高度为20mm，肋片厚度为4mm，肋片间距为3mm。至此完成整个双层多面梯度温差结构的组装。

实施例2

本实例与实施例1除以下几个地方不同之外，其他均一致。

将圆柱状的榆木做成外部盒体，外部盒体的空腔圆柱体底面半径为46mm，深度为190mm，实体六棱柱底面边长为56mm，高度为200mm；

将不锈钢铸成底面边长为46mm，高度为95mm的正六棱柱即为内部热源容器。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种双层多面梯度温差传热结构，其包括有内部热源容器、外部盒体、散热肋片、绝热层，其特征在于：所述内部热源容器套装于外部盒体中且所述内部热源容器的高度低于外部盒体，所述内部热源容器与外部盒体采用棱对面的方式放置，所述散热肋片贴于外部盒体的每个外侧面上，所述绝热层铺设在外部盒体的内层空腔底部。

2.如权利要求1所述一种双层多面梯度温差传热结构，其特征在于：所述内部热源容器为正六棱柱状，所述内部热源容器由导热系数在80W/(m·K)及以上的金属材料做成。

3.如权利要求1所述一种双层多面梯度温差传热结构，其特征在于：所述外部盒体为中空结构，空腔为圆柱状，实体为正六棱柱状，所述外部盒体由导热系数不高于15W/(m·K)的材料做成。

4.如权利要求1所述一种双层多面梯度温差传热结构，其特征在于：所述内部热源容器与外部盒体的有效温差面均为多面体侧面。

5.如权利要求1所述一种双层多面梯度温差传热结构，其特征在于：所述绝热层由导热系数不高于0.175W/(m·K)的材料做成。

6.如权利要求1所述一种双层多面梯度温差传热结构，其特征在于：所述内部热源容器与外部盒体采用棱对面的传热方式，形成双层结构，所述内部热源容器的底面与绝热层紧密接触，所述内部热源容器的顶端不超出外部盒体的顶端。

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