CN106871679B - 耐高温单向传热结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了耐高温单向传热结构，包括金属隔板组、金属弹片、热涨支撑装置、热传导件；金属隔板组由多块叠加放置的金属隔板组成，在金属隔板组的一侧设置金属弹片，使金属隔板可分离的紧密贴合，实现相邻金属隔板之间热量的直接传递；在金属隔板组内设置热传导件以及相邻的金属隔板之间设置热涨支撑装置，并且使热传导件与热涨支撑装置接触，热量从热传导件传递给热涨支撑装置，使热涨支撑装置受热后膨胀将紧贴的金属隔板分离并产生空气隔层，该空气隔层能阻断相邻金属隔板间热量的直接传递。本发明提供的耐高温单向传热结构，结构简单，成本低，能实现定温度值下的单向热量传递，还能实现多个温度点的单向传热控制，应用范围广泛以及灵活度高。

Description

耐高温单向传热结构

技术领域

本发明涉及需散热及耐热部件技术领域，尤其涉及耐高温带向传热结构。

背景技术

在特殊场合使用的特殊设备，需要具有非常好隔热及耐热功能，如用于灾情侦察的无人机、核潜艇、卫星等，均需要具有极好的隔热及耐热功能。

以无人机为例，运用在消防营救指挥时，需要现场实时监视火情和蔓延方向,勘察人员逃生路线，确定疏散范围，指挥灭火和搜救。然而，在火灾环境中，空气和烟气的温度都很高。高温环境对无人机的外壳是一个重大的考验，同时对其内部功能的影响也非常大。鉴于此，为保障火灾环境中应用的无人机不发生内部高温损坏的情况，主要有以下两方面解决方案：

(1)采用耐高温的外壳：该类耐高温材料开发技术难度大，一旦成功，其成本也非常高。而普通的耐高温材料，不仅不能做到阻止向内导热，还会引起燃烧等问题，此方案在应用过程中存在很大难度。

(2)控制无人机与火灾现场的距离及其与高温烟气的接触时间。第一，控制无人机与火灾现场的距离，进而降低其被高温加热的风险；第二，减少无人机与高温烟气的接触时间，通过多次回旋、往返等方式实现此目标。然而，这两种方式，都会极大的影响无人机的工作效率，甚至使其不能有效完成工作任务。此外，这种的操作，增加了控制系统的复杂程度，不仅造成成本的增加，控制系统的实现也会造成系统控制的故障率提高。无人机为了实现任务的有效执行，频繁往返于高温环境与低温环境之间，必然造成实际飞行距离的增加，这对其能源系统也是一个考验。

发明内容

本发明提供的耐高温单向传热结构，解决了现有技术问题中的一个或者多个。

本发明提供的耐高温单向传热结构，包括金属隔板组、金属弹片、热涨支撑装置、热传导件，其中，

金属隔板组，由多块叠加放置的金属隔板组成；

金属弹片，设于金属隔板组的一侧，用以使金属隔板可分离的紧密贴合，实现相邻金属隔板之间热量的直接传递；

热涨支撑装置，设于金属隔板组中相邻的金属隔板之间，当受热后膨胀将紧贴的金属隔板分离并产生空气隔层，该空气隔层能阻断相邻金属隔板间热量的直接传递；

热传导件，被配置于金属隔板组内，其与热涨支撑装置接触，热量通过热传导件传递到热涨支撑装置，使热涨支撑装置受热膨胀。

本发明提供的耐高温单向传热结构，结构简单，成本低，能实现定温度值下的单向热量传递，还能实现多个温度点的单向传热控制，应用范围广泛以及灵活度高。

在一些实施方式中，热涨支撑装置包括保温隔热层、金属套筒、相变材料，其中，

相变材料，被配置于金属套筒内，当相变体积膨胀时，将相邻的金属隔板撑开；

金属套筒，用于给相变材料体积膨胀时导向；

保温隔热层，覆盖于金属套筒和热传导件外部，用以隔绝相变材料，避免在金属隔板的紧贴状态下热量传递时受热膨胀。

如此，通过在热涨支撑装置内设置具有相变特质的相变材料，相变材料当达到相变温度时体积膨胀，撑开金属隔板，对热量进行隔断，同时在相变材料外部设置保温隔热层，避免相变材料在非设定情况下受热膨胀，巧妙的构思，精简的技术方案使得实现了耐高温隔单向传热结构的单向传热。

在一些实施方式中，金属隔板组至少包括位于最外两侧的第一金属隔板、第二金属隔板；

金属弹片设于第一金属隔板的外侧，金属弹片能使热量从第一金属隔板向第二金属隔板方向的直接传递；

热传导件设于除了第一金属隔板之外的其他金属隔板上，热传导件能使热量从第二金属隔板传递给热涨支撑装置的相变材料，使相变材料受热膨胀撑开紧贴的金属隔板。

如此，使得位于第一金属隔板一侧的热量只能通过在与第一金属隔板紧密贴合的状态下传递，而位于第二金属隔板一侧的热量优先由热传导件传递给热涨装置，使热涨装置膨胀撑开金属隔板，隔断热量的传递。

在一些实施方式中，第一金属隔板上与金属弹片相背的一侧设有凹槽，其余金属隔板均设有可容纳热传导件的通槽，凹槽与通槽对应设置并且两者形成可容纳热涨支撑装置的空间；

热传导件设于通槽内，并且通过金属套筒与相变材料接触。。

如此，热传导件和热涨装置通过凹槽与通槽能够更好的设置于金属隔板内，同时使得金属隔板在一定情况下可以紧密贴合。

在一些实施方式中，设于第二金属隔板通槽内的热传导件与第二金属隔板外侧表面齐平并且端面无保温隔热层覆盖。

如此，使得位于第二金属隔板一侧的高温热量能够从热传导件传递到热涨支撑装置上。

在一些实施方式中，金属隔板组中相邻的金属隔板之间的热涨支撑装置采用不同的相变材料，能够实现多个温度点的单向传热控制。

如此，通过设计多个温度点控制单向传热范围，能够增大应用领域范围及提高应用灵活度，以满足各种场合的使用需求。

在一些实施方式中，相变材料是复合有机相变储能材料。

如此，有机相变材料不易发生相分离及过冷现象，腐蚀性较小，性能稳定。

在一些实施方式中，复合有机相变储能材料是脂肪酸，通过不同摩尔比例的配比，实现不同的相变温度取值。

如此，脂肪酸的液体密度小于固态密度，具有液态体积大于固态体积的特性，同时价格低廉、获取方便、无毒无害、环保健康，并且具备可再生性；通过不同的配比，还可以对单向传递温度范围进行设计，应用灵活。

在一些实施方式中，热传导件为“工”字形。

如此，“工”字形的热传导件与热源接触面积广，中间结构小，使得传热速度快，能够快速使相变材料快速受热膨胀。

在一些实施方式中，还包括固定支座，金属弹片设于固定支座。

如此，金属隔板在被热涨装置撑开的情况下挤压金属弹片，而在热涨装置体积减小的情况下金属弹片能够使金属隔板紧密贴合。

附图说明

图1为本发明提供的一种实施方式的耐高温单向传热结构的结构示意图；

图2为本发明提供的一种实施方式的耐高温单向传热结构的热涨支撑装置在受热膨胀分离金属隔板组的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种实施方式的耐高温单向传热结构的结构示意图；

图4为本发明提供的另一种实施方式的耐高温单向传热结构的热涨支撑装置在受热膨胀分离金属隔板组的结构示意图；

图5为本发明提供的一种实施方式的耐高温单向传热结构的金属隔板组的截面图；

图6为本发明提供的一种实施方式的耐高温单向传热结构的热传导件的主视图；

图7为本发明提供的一种实施方式的耐高温单向传热结构的热传导件的俯视图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进一步详细说明。

本发明提供的耐高温单向传热机构，能够广泛适用于散热且需耐热的部件，如核潜艇、卫星、无人机等。为了能更好的说明本发明使用时的有益效果以及便于理解，以用于代替火灾营救环境下无人机的外壳作为例子说明，因此，本发明不局限仅用于代替无人机外壳。

如图1-7所示，耐高温单向传热结构，包括金属隔板组1、金属弹片2、热涨支撑装置3、热传导件4、固定支座6。

金属隔板组1，由多块叠加放置的金属隔板组成。

金属弹片2，设于金属隔板组1的一侧，金属弹片2对金属隔板组1施加压力，用以使金属隔板可分离的紧密贴合，实现相邻金属隔板之间热量的直接传递。进一步的，金属弹片2固定在固定支座6上。在具体实际使用场合中，耐高温单向传热结构两侧均承受外力，具体情况由实际需要设定。因此，在金属弹片2的作用下，能够使金属隔板组1可分离的紧密贴合。

热涨支撑装置3，设于金属隔板组1中相邻的金属隔板之间，当热涨支撑装置3受热后膨胀将紧贴的金属隔板分离并产生空气隔层5，该空气隔层5能阻断相邻金属隔板间热量的直接传递。如此，相邻的金属隔板之间当产生空气隔层5后，热量则不能继续沿着金属隔板1传递，以达到隔断热量传递的目的。

热传导件4，被配置于金属隔板组1内，其与热涨支撑装置3接触，热量通过热传导件4传递到热涨支撑装置3，使热涨支撑装置3受热膨胀。

具体的，热涨支撑装置3包括保温隔热层31、金属套筒32、相变材料33。其中，相变材料33被配置于金属套筒32内，金属套筒32用于在相变材料33受热膨胀时导向，使得相变材料33膨胀后能够沿金属套筒32延伸。相变材料33用于受热膨胀后将相邻的金属隔板撑开分离形成空气隔层5。保温隔热层31覆盖于金属套筒32和热传导基纳的外部，用以隔绝相变材料33，避免在金属隔板的紧贴状态下热量传递时受热膨胀。

具体的，金属隔板组1至少包括位于最外两侧的第一金属隔板11、第二金属隔板12。金属弹片2设于第一金属隔板11的外侧。

当运用于无人机外壳时，无人机内部系统运行的热量可以从第一金属隔板11往第二金属隔板12方向沿着金属隔板组1传递出去，进行散热。

热传导件4设于除了第一金属隔板11之外的其他金属隔板上，热传导件4能使位于第二金属隔板12一侧方向的热量传递给热涨支撑装置3的相变材料33，使相变材料33受热膨胀撑开紧贴的金属隔板。

当运用于无人机外壳时，无人机所处环境的外部高温热量无法从第二金属隔板12往第一金属隔板11方向沿着金属隔板组1传递，因此能够保护无人机内部系统，避免因高温损坏，影响无人机连续侦察。

进一步的，为了使得热涨支撑装置3和热传导件4设于金属隔板组1之间而不影响金属隔板的紧密贴合，第一金属隔板11上与金属弹片2相背的一侧设有凹槽13，其余金属隔板均设有可容纳热传导件4的通槽14，凹槽13与通槽14对应设置并且两者形成可容纳热涨支撑装置3的空间。热传导件4设于通槽14内，并且通过金属套筒32与相变材料33接触。如此，热传导件4能够传递热量给相变材料33使相变材料33受热膨胀进而分离金属隔板1并产生空气隔层5，阻断热量从无人机外壳传递到无人机内部。其中，设于第二金属隔板12的通槽14内的热传导件4与第二金属隔板12外侧表面齐平，并且无保温隔热层31覆盖，如此，热传导件4能够裸露出第二金属隔板12的表面与热量接触，使热量能够沿热传导件4传递给热涨支撑装置3，触发相变材料33受热膨胀。

在本发明提供的实施例中，热传导件4可以采用“工”字形，如此使的热传导件4与热量接触面广，中间结构小，使得传热速度快，能够快速将热量传递给相变材料33。

在本发明提供的实施例中，相变材料33可以采用复合有机相变储能材料。复合有机相变储能材料具有不易发生相分离及过冷现象，腐蚀性较小，性能稳定等优点，使耐高温单向传热结构在工作中能达到更好的单向传热效果。

在实际运用中，当金属隔板组1仅由第一金属隔板11和第二金属隔板12构成时，可以通过调节第一金属隔板11和第二金属隔板12之间热涨支撑装置3中的相变材料的选取，实现传热隔断的温度值得调整，可有效提高该单向传热结构的应用范围。本实施例中复合有机相变储能材料可以选用脂肪酸，例如：羊蜡酸、月桂酸、(肉)豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸等其中的一种，通过不同摩尔比例的配比，实现不同的相变温度取值。脂肪酸的液体密度小于固态密度，具有液态体积大于固态体积的特性，同时价格低廉、获取方便、无毒无害、环保健康，并且具备可再生性。通过不同的配比，可以对单向传递温度范围进行设计，应用灵活。

在实际运用中，当金属隔板组1由位于最外两侧的第一金属隔板11、第二金属隔板12、以及两种之间的其余金属隔板组成时，还可以在金属隔板组1中相邻的金属隔板之间的热涨支撑装置3采用不同的相变材料33，能够实现多个温度点的单向传热控制。例如：第一个热涨支撑装置3的相变材料33相变温度为t1，第二个热装支撑装置3的相变材料33相变温度为t2，t1<t2，当第二金属隔板12一侧的温度小于t1时，金属隔板能够紧密贴合，并且热量能够在金属隔板组1上传递；当第二金属隔板12一侧的温度大于t1小于t2时，则第一个热涨支撑装置3膨胀分离紧贴的金属隔板并产生空气隔层5，阻断热量的传递，而第二热涨支撑装置3所在位置的相邻金属隔板间能够继续热量传递；当第二金属隔板12一侧的温度大于t2时，则第一个热涨支撑装置3和第二个热装支撑装置3均受热膨胀，使其所在位置的相邻金属隔板间均产生空气隔层5，隔断热量的继续传递。此种方案可以选用上述脂肪酸种类中的其中几种，根据相变材料33本身相变温度的特点来设计金属隔板组1上的热涨支撑装置3膨胀温度，实现多个点的单向传热温度控制，增大应用领域范围及提高应用灵活度，以满足各种场合的使用需求。

需要说明的是，当热涨支撑装置3冷却后，由于相变材料33的特性，使得热涨支撑装置3恢复原来状态，此时，在金属弹片2的作用下，金属隔板能够紧密贴合，使耐高温单向传热结构恢复原状。

以下以具体实施例来进行说明：

实施例一：参见附图3-4，金属隔板组1的金属隔板数量为2层，包括第一金属隔板11和第二金隔属板12,。金属弹片2固定在第一金属板11的外侧，使得第一金属隔板11和第二金属隔板12能够紧密贴合。第一金属板11和第二金属板12之间设置热涨支撑装置3，热传导件4设于第二金属板12的通槽14内并且一端与第二金属板12齐平，一端嵌入热涨支撑装置3中的金属套筒32中与相变材料33接触。当运用于无人机外壳时，无人机内部的热量可以通过第一金属板11传递到第二金属板12，进行散热，而当无人机外部高温的热量与第二金属板12接触时，热量则会快速通过热传导件4传递到相变材料33，相变材料33受热膨胀，撑开第一金属隔板11和第二金属隔板12使两者分离产生空气隔层5，使得无人机外部热量无法通过第二金属隔板12传递给第一金属隔板11，如此，能够达到隔断热量传递的目的，从而实现耐高温单向传热结构的单向传热。

实施例二：参见附图1-2，金属隔板组1的金属隔板数量为3层，包括第一金属隔板11、第二金属隔板12、以及位于两者之间的过渡金属隔板。金属弹片2固定在第一金属板11的外侧，使得金属隔板能够紧密贴合。第一金属隔板11和过渡金属隔板之间，过渡金属隔板和第二金属隔板12之间均设置有热涨支撑装置3。热传导件4设于第二金属隔板12和过渡金属隔板中，用于多个热涨支撑装置3的连接以及热量的传递，形成热涨支撑装置3的叠加结构，使得金属隔板组1之间形成多个空气隔层5，通过分别设置多个热涨支撑装置3的定值温度，实现多个温度点的单向传热控制，极大地提高了该结构的应用领域及应用灵活度。

以上的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.耐高温单向传热结构，其特征在于，包括金属隔板组(1)、金属弹片(2)、热涨支撑装置(3)、热传导件(4)，其中，

金属隔板组(1)，由多块叠加放置的金属隔板组成；

金属弹片(2)，设于金属隔板组(1)的一侧，用以使金属隔板可分离的紧密贴合，实现相邻金属隔板之间热量的直接传递；

热涨支撑装置(3)，设于金属隔板组(1)中相邻的金属隔板之间，当受热后膨胀将紧贴的金属隔板分离并产生空气隔层(5)，该空气隔层(5)能阻断相邻金属隔板间热量的直接传递；

热传导件(4)，被配置于金属隔板组(1)内，其与热涨支撑装置(3)接触，热量通过热传导件(4)传递到热涨支撑装置(3)，使热涨支撑装置(3)受热膨胀；

所述金属隔板组(1)至少包括位于最外两侧的第一金属隔板(11)、第二金属隔板(12)；

所述金属弹片(2)设于第一金属隔板(11)的外侧，金属弹片(2)能使热量从第一金属隔板(11)向第二金属隔板(12)方向的直接传递；

所述热传导件(4)设于除了第一金属隔板(11)之外的其他金属隔板上，所述热传导件(4)能使热量从第二金属隔板(12)传递给热涨支撑装置(3)的相变材料(33)，使相变材料(33)受热膨胀撑开紧贴的金属隔板(1)。

2.根据权利要求1所述的耐高温单向传热结构，其特征在于，所述热涨支撑装置(3)包括保温隔热层(31)、金属套筒(32)、相变材料(33)，其中，

相变材料(33)，被配置于金属套筒(32)内，当相变体积膨胀时，将相邻的金属隔板(1)撑开；

金属套筒(32)，用于给相变材料(33)体积膨胀时导向；

保温隔热层(31)，覆盖于金属套筒(32)和热传导件(4)外部，用以隔绝相变材料(33)，避免在金属隔板的紧贴状态下热量传递时受热膨胀。

3.根据权利要求2所述的耐高温单向传热结构，其特征在于，所述第一金属隔板(11)上与金属弹片(2)相背的一侧设有凹槽(13)，其余金属隔板均设有可容纳热传导件(4)的通槽(14)，所述凹槽(13)与所述通槽(14)对应设置并且两者形成可容纳热涨支撑装置(3)的空间；

所述热传导件(4)设于通槽(14)内，并且通过金属套筒(32)与相变材料(33)接触。

4.根据权利要求3所述的耐高温单向传热结构，其特征在于，设于第二金属隔板(12)通槽(14)内的热传导件(4)与第二金属隔板(12)外侧表面齐平并且端面无保温隔热层(31)覆盖。

5.根据权利要求2-4任一项所述的耐高温单向传热结构，其特征在于，所述金属隔板组(1)中相邻的金属隔板之间的热涨支撑装置(3)采用不同的相变材料(33)，能够实现多个温度点的单向传热控制。

6.根据权利要求5所述的耐高温单向传热结构，其特征在于，所述相变材料(33)是复合有机相变储能材料。

7.根据权利要求6所述的耐高温单向传热结构，其特征在于，所述复合有机相变储能材料是脂肪酸，通过不同摩尔比例的配比，实现不同的相变温度取值。

8.根据权利要求1-4任一项所述的耐高温单向传热结构，其特征在于，所述热传导件(4)为“工”字形。

9.根据权利要求7所述的耐高温单向传热结构，其特征在于，还包括固定支座(6)，所述金属弹片(2)设于固定支座(6)。