CN114370779B - 一种柔性温差热电薄膜的环路热管的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多点散热的环路热管，包括蒸发器和冷凝器，冷凝器包括两个，为第一冷凝器和第二冷凝器，第一冷凝器和第二冷凝器分别设置在第一冷凝器管路和第二冷凝器管路，第一冷凝器管路和第二冷凝器管路为并联连接，所述蒸发器所在的蒸发器管路分别连接第一冷凝器管路和第二冷凝器管路。本发明提供了一种新的多点散热的环路热管，解决多点散热的环路热管换热能力局限、无法实现多点独立散热的技术问题。

Description

一种柔性温差热电薄膜的环路热管的制备方法
技术领域
本发明涉及一种热管技术，尤其涉及一种多点散热的环路热管，属于F28d15/02的热管领域。
背景技术
热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。
热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器获得满意的换热效果，开辟了散热行业新天地。目前热管广泛的应用于各种换热设备，其中包括核电领域、计算机领域，例如核电的余热利用等。
环路热管是指一种回路闭合环型热管。一般由蒸发器、冷凝器、储液器以及蒸气和液体管线构成。其工作原理为：对蒸发器施加热载荷，工质在蒸发器毛细芯外表面蒸发，产生的蒸气从蒸气槽道流出进入蒸气管线，继而进入冷凝器冷凝成液体并过冷，回流液体经液体管线进入液体干道对蒸发器毛细芯进行补给，如此循环，而工质的循环由蒸发器毛细芯所产生的毛细压力驱动，无需外加动力。由于冷凝段和蒸发段分开，环路式热管广泛应用于能量的综合应用以及余热的回收。
目前的环路热管，一般只能将单一热源的热量传递给单一冷源，无法实现多冷源的独立加热，尤其是单独通过单一的热管在不同位置对不同热源进行散热。
针对上述缺陷，本发明对目前的环路热管进行了改进，可以满足多个位置进行散热的不同的换热需求，使得系统结构简单，成本节省。
发明内容
本发明提供了一种新的多点散热的环路热管，解决多点散热的环路热管换热能力局限、无法实现多点独立散热的技术问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种多点散热的环路热管，包括蒸发器和冷凝器，其特征在于，冷凝器包括两个，为第一冷凝器和第二冷凝器，第一冷凝器和第二冷凝器分别设置在第一冷凝器管路和第二冷凝器管路，第一冷凝器管路和第二冷凝器管路为并联连接，所述蒸发器所在的蒸发器管路分别连接第一冷凝器管路和第二冷凝器管路。
作为优选，所述蒸发器设置在中部，第一冷凝器管路和第二冷凝器管路分别设置在蒸发器的两侧。
作为优选，第一冷凝器管路和第二冷凝器管路设置调节阀，用于调节进入第一冷凝器和第二冷凝器的流体流量。
作为优选，还包括动力装置，用于促进流体循环流动。
作为优选，还包括蒸发器管路上设置的蒸发器管路阀门。
作为优选，还包括毛细结构，所述毛细结构设置在冷凝器到蒸发器之间的管路中。
作为优选，第一冷凝器为平板结构，第一冷凝器外部设置温差发电膜。
作为优选，温差发电膜是PEDOT：PSS柔性热电薄膜。
作为优选，第二冷凝器是蓄热器。
作为优选，蓄热器中设置蓄热材料，蒸发器中加热的流体将热量传递给蓄热材料然后循环回到蒸发器。
作为优选，温差发电薄膜的发电能力梯度变化，沿着流体的流动方向，发电能力逐渐增加。
作为优选，沿着流体的流动方向，发电能力逐渐增加的幅度不断增加。
与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：
1）本发明提供了一种新的多点散热的环路热管，解决多点散热的环路热管换热能力局限、无法实现多点独立散热的技术问题。
2）本发明通过冷凝器设置温差发电膜以及蓄热器，实现蓄热以及温差发电功能。
3) 本发明提供了一种新的温差发电薄膜的制备方法，将PEDOT：PSS过滤后，以滴铸的方式承载于二氧化硅基质得到PEDOT：PSS柔性热电薄膜，然后将得到的PEDOT：PSS柔性热电薄膜串联电路形成串联电路提高输出电压；基于PEDOT:PSS柔性热电薄膜的电池，具有柔性良好、温差发电的显著优点，可以在多个领域进行应用；利用塞贝克效应，该薄膜借助温差，从而产生一定电压，延长续航时间。
4）本发明通过温差发电薄膜的发电能力梯度变化及其幅度变化，可以保证不同位置发电量基本相同，实现整体的发电均衡。
附图说明
图1是本发明环路热管结构示意图。
图2是温差膜布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。
图1公开了一种多点散热的环路热管。如图1所示，一种多点散热的环路热管，包括蒸发器1和冷凝器，冷凝器包括至少两个，为第一冷凝器21和第二冷凝器22，第一冷凝器21和第二冷凝器22分别设置在第一冷凝器管路31和第二冷凝器管路32，第一冷凝器管路和第二冷凝器管路为并联连接，所述蒸发器1所在的蒸发器管路11分别连接第一冷凝器管路31和第二冷凝器管路32。
本发明提供了一种新的多点散热的环路热管，通过设置多个并联的冷凝器管路，可以实现多点散热的环路热管换热能力局限、无法实现多点独立散热的技术问题。
作为优选，如图1所示，所述蒸发器管路设置在中部，第一冷凝器管路和第二冷凝器管路分别设置在蒸发器的两侧。通过如此设置，可以使得蒸发器向不同方向的冷凝器散热，加热不同方向，多方向实现热利用。
作为优选，第一冷凝器管路31和第二冷凝器管路32上设置调节阀41、42，用于调节进入第一冷凝器和第二冷凝器的流体流量。通过设置调节阀，可以单独的实现不同冷凝器管路的热量利用，可以实现多点独立散热的技术问题。
作为优选，还包括动力装置，用于促进流体循环流动。作为优选，动力装置可以是微型泵。动力装置可以设置在蒸发器的入口管路上。
作为优选，还包括蒸发器管路上设置的蒸发器管路阀门。优选蒸发器出口设置蒸发器管路阀门。
作为优选，还包括毛细结构，所述毛细结构设置在冷凝器到蒸发器之间的管路中。用于促进冷凝的流体快速进入蒸发器1。
作为优选，第一冷凝器为平板结构，第一冷凝器外部设置温差发电膜5。通过设置温差发电膜，可以实现发电功能。
作为优选，第一冷凝器布置多根换热管53，换热管外部设置温差发电膜。如图2所示。进一步优选，还包括蓄电装置，用于将电能储存在蓄电装置中。
作为优选，温差发电膜是PEDOT：PSS柔性温差热电薄膜。
作为优选，温差发电薄膜的发电能力梯度变化，沿着流体的流动方向，发电能力逐渐增加。因为随着流体的不断流动，温差越来越小。通过如此设置为了保证不同位置发电量相对一致，实现整体的发电均衡。
作为优选，沿着流体的流动方向，发电能力逐渐增加的幅度不断增加。通过如此设置也是为了进一步保证不同位置发电量相对一致，进一步实现整体的发电均衡。上述的幅度变化也是经过大量的实验和模拟得出的结论，符合温度对应发电的分布。
作为优选，第二冷凝器是蓄热器。
作为优选，蓄热器中设置蓄热材料，蒸发器中加热的流体将热量传递给蓄热材料然后循环回到蒸发器。
所述的PEDOT：PSS柔性温差热电薄膜制备工艺包括：
PEDOT：PSS柔性热电薄膜制备工艺包括：
过滤 PEDOT:PSS除去水溶液中的大颗粒，并将滤液置于真空室中除去使用前气泡；
分别制备多种清洁剂，将石英玻璃片连续多次浸入多种离子清洁剂进行预清洁，清洗后的石英玻璃片放在乙醇溶液中保存，方便后续使用；
将过滤后的 PEDOT:PSS滴铸到石英玻璃基质上，干燥过夜；
将石英玻璃基质上的PEDOT:PSS膜在室温下浸入CH3NO中，用去离子水冲洗从PEDOT:PSS膜表面清除残留的CH3NO；
加热以使清洗后的PEDOT:PSS膜干燥，将CH3NO溶液滴到PEDOT:PSS膜上，在热板上加热后用去离子水冲洗，除去残留的CH3NO，并将PEDOT:PSS膜在60℃环境中干燥10min；
将经过CH3NO处理的PEDOT:PSS膜在室温下浸入浓H2SO4中后用去离子水冲洗多次洗去残留的H2SO4，然后对其干燥；
将经CH3NO和H2SO4处理的PEDOT:PSS膜分别在室温下浸入不同的NaBH4溶液中进行处理，后在去离子水中漂洗以洗去残留的NaBH4，然后进行干燥，得到PEDOT：PSS柔性热电薄膜。
PEDOT:PSS 薄膜为温差发电材料，热电材料指的是利用材料内部载流子的定向流动从而实现把热能转化成电能的一种功能性材料。热电材料的应用不需要使用传动部件，工作时无噪音、无排弃物，和太阳能、风能、水能等二次能源的应用相同，无活动部件，无废弃物的排放对环境没有污染，且这种材料性能可靠，无噪音污染并可以实现长时间的稳定工作，是一种具有广泛应用前景的环保材料。
温差发电利用的是热电材料的Seebeck效应，指利用材料两端的温度梯度产生电动势，为设备提供电量。当两种导体材料构成闭合回路时，因为两个材料的连接点分别处于不同温度中，会有电动势的产生，进而回路中产生电流。温差越大产生的电流越强。因此只要两者之间有温度梯度，就会使电子持续扩散，进而在两种物质之间形成稳定的电势差和电流。
PEDOT：PSS 是一种高分子聚合物，具有导电率高及导电率可调的特性，通常以水 溶液形式存在。该导电高分子材料是由 PEDOT 和 PSS 两种物质构成，其中 PEDOT 是 EDOT(3，4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物，PSS 是聚苯乙烯磺酸盐。通过 PSS 的接入，可极 大地提高 PEDOT 的溶解性。下表为PEDOT：PSS材料基本性能：
项目 指标
外观 深蓝
固含量（%） 1.3-1.7
电阻（Ω.cm） 500-8000
粘度（mPas） 5-15
粒径分布 d50（nm） ~80
粒径分布 d90（nm） ~100
功函数（eV） 4.8-5.2
柔性薄膜是将PEDOT过滤后，以滴铸的方式承载于二氧化硅基质；串联电路是将许多薄膜通过密集化的串联来提高输出电压；升压模块由电源升压模块、中间储能模块、电源稳压模块三部分组成，可以实现收集25mV电动势并以3.3V稳定输出；基于PEDOT:PSS柔性热电薄膜的电池，具有柔性良好、温差发电的显著优点，可以实现完全替代其他低功耗设备的供电方案，或者辅助高功耗设备的供电，延长续航时间。加上其具有柔性、轻薄等的特点，非常适合应用在智能穿戴设备领域。经过实验测试，利用人体表面和外界环境的温差，本电池所产生的功率密度比目前最好的纯有机热电薄膜电池高1~2个量级，对于穿戴设备电源的革新具有现实意义。
将所述PEDOT：PSS柔性温差热电薄膜裁剪成若干片，将每片所述PEDOT：PSS柔性温差热电薄膜设置在冷凝器外壁上，每片所述PEDOT：PSS柔性温差热电薄膜之间通过导线52串联。
作为优选，温差发电薄膜的发电能力梯度变化，沿着流体的流动方向，每片所述PEDOT：PSS柔性温差热电薄膜发电能力逐渐增加。
PEDOT：PSS柔性温差热电薄膜具有极好的柔性和极薄的厚度，为提高发电效率，我们采用密集的串联方式将输出电压极大地提高，从而提高产品性能上限。以热电薄膜两端存在温差从而产生电压的原理，将热电薄膜裁剪为2*25(mm)的面积大小，将多个薄膜在自制柔性电路板上排列，薄膜之间以斜向型交错排布，用导电性极好，常用于薄膜开关的银浆将薄膜导线连接，使之形成串联电路大大提升电路板的面积发电率。
串联的所述PEDOT：PSS柔性热电薄膜上分别电性连接有电量收集模块及电容（蓄电器）。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (6)

1.一种柔性温差热电薄膜的环路热管的制备方法，环路热管包括蒸发器和冷凝器，冷凝器包括两个，为第一冷凝器和第二冷凝器，第一冷凝器和第二冷凝器分别设置在第一冷凝器管路和第二冷凝器管路，第一冷凝器管路和第二冷凝器管路为并联连接，所述蒸发器所在的蒸发器管路分别连接第一冷凝器管路和第二冷凝器管路；第一冷凝器为平板结构，第一冷凝器外部设置温差发电膜，温差发电膜是PEDOT：PSS柔性热电薄膜；所述的PEDOT：PSS柔性温差热电薄膜制备工艺包括：
过滤 PEDOT:PSS除去水溶液中的大颗粒，并将滤液置于真空室中除去使用前气泡；
分别制备多种清洁剂，将石英玻璃片连续多次浸入多种离子清洁剂进行预清洁，清洗后的石英玻璃片放在乙醇溶液中保存，方便后续使用；
将过滤后的 PEDOT:PSS滴铸到石英玻璃基质上，干燥过夜；
将石英玻璃基质上的PEDOT:PSS膜在室温下浸入CH3NO中，用去离子水冲洗从PEDOT:PSS膜表面清除残留的CH3NO；
加热以使清洗后的PEDOT:PSS膜干燥，将CH3NO溶液滴到PEDOT:PSS膜上，在热板上加热后用去离子水冲洗，除去残留的CH3NO，并将PEDOT:PSS膜在60℃环境中干燥10min；
将经过CH3NO处理的PEDOT:PSS膜在室温下浸入浓H2SO4中后用去离子水冲洗多次洗去残留的H2SO4，然后对其干燥；
将经CH3NO和H2SO4处理的PEDOT:PSS膜分别在室温下浸入不同的NaBH4溶液中进行处理，后在去离子水中漂洗以洗去残留的NaBH4，然后进行干燥，得到PEDOT：PSS柔性热电薄膜。
2.如权利要求1所述的环路热管的制备方法，其特征在于，所述蒸发器设置在中部，第一冷凝器管路和第二冷凝器管路分别设置在蒸发器的两侧。
3.如权利要求2所述的环路热管的制备方法，其特征在于，第一冷凝器管路和第二冷凝器管路设置调节阀，用于调节进入第一冷凝器和第二冷凝器的流体流量。
4.如权利要求3所述的环路热管的制备方法，其特征在于，还包括动力装置，用于促进流体循环流动。
5.如权利要求1所述的环路热管的制备方法，其特征在于，还包括蒸发器管路上设置的蒸发器管路阀门。
6.如权利要求1所述的环路热管的制备方法，其特征在于，还包括毛细结构，所述毛细结构设置在冷凝器到蒸发器之间的管路中。
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