CN205690562U - 一种波热转化波谱板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种波热转化波谱板，其包括保温层、热源、定向导热块和波热转化结构，所述保温层用于对所述定向导热块进行固定，所述定向导热块设置于所述保温层中，所述热源设置于所述定向导热块中，所述定向导热块的至少一侧设有所述波热转化结构并与所述波热转化结构接触，所述波热转化结构包括波热转化层，所述波热转化层由多个纤维状结构交错、勾牵而形成的疏松组织，该疏松组织保留了纤维状结构的枝状结构，并且所述纤维状结构之间形成微隙。

Description

一种波热转化波谱板

技术领域

本实用新型涉及散热吸热板技术领域，尤其涉及一种可实现高的波热双向转化效率的波热转化波谱板。

背景技术

建筑行业是国民经济的重要支柱产业之一，与之相关环保、节能等问题也越来越受到重视。同时，随着生活水平的提高，对室内环境的舒适度要求也越来越高，相应的建筑能耗(包括空调采暖能耗)也随之增加。因而，需要在舒适健康、能耗、环境中找到合理的平衡点。

在建筑室内供暖方面，一般采用空调吹风供热系统，这类供热系统中吹出的热风容易带走人体或物体表面的水汽，使人产生干燥感，容易上火，时间一长导致身体不适。于是有人将加热管道包埋在墙体或地板中，如毛细管辐射系统和地暖系统，能起到辐射对流加热的效果。但这类供热系统普遍存在大部分热量被导热率低的墙体或地板吸收，导致热能辐射传播的转化效率不高，并有蒸腾尘埃、热逼甲醛释放等缺点。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种可实现高的波热双向转化效率的波热转化波谱板，以解决现有技术中的问题。

本实用新型提供一种波热转化波谱板，其包括保温层、热源、定向导热块和波热转化结构，所述保温层用于对所述定向导热块进行固定，所述定向导热块设置于所述保温层中，所述热源设置于所述定向导热块中，所述定向导热块的至少一侧设有所述波热转化结构并与所述波热转化结构接触，所述波热转化结构包括波热转化层，所述波热转化层由多个纤维状结构交错、勾牵而形成的疏松组织，该疏松组织保留了纤维状结构的枝状结构，并且所述纤维状结构之间形成微隙。

优选的，多个纤维状结构排列堆砌。

优选的，所述纤维状结构为碳纳米管、膨胀石墨、或者膨胀石墨与碳纳米管的混合物。

优选的，所述纤维状结构为金属微纤维、氮化硼纤维或碳族元素的纤维材料。

优选的，所述金属微纤维的截面尺寸为10纳米～100纳米。

优选的，所述波热转化结构还包括一热传导层，所述波热转化层设置于所述热传导层上，所述热传导层与所述定向导热块接触，所述热传导层的热传导系数为10W/m·K～3000W/m·K。

优选的，所述热传导层的密度为0.01g/cm³～1.5g/cm³，所述热传导层的厚度为0.1mm～10mm。

优选的，所述热源的部分表面与所述波热转化结构的热传导层接触。

优选的，所述波热转化结构的厚度为2微米～10毫米。

优选的，所述热源的材料为金属或导热塑料。

优选的，所述定向导热块包括彼此可分离的第一子定向导热块和第二子定向导热块，所述第一子定向导热块与第二子定向导热块之间形成一容纳空间以容纳所述热源。

相较于现有技术，本实用新型所述波热转化波谱板中采用了具有特殊结构的波热转化结构，所述波热转化结构包括波热转化层，所述波热转化层由多个纤维状结构交错、勾牵而形成的疏松组织，该疏松组织保留了纤维状结构的枝状结构，并且所述纤维状结构之间形成微隙，该纤维状结构的枝状结构可作为天线，有助于实现热辐射效果；该微隙用于实现黑洞效应，即热量与红外线的双向转化。

所述波热转化结构还包括热传导层，所述热传导层的热传导系数为10W/m·K～3000W/m·K，因而所述热传导层的传热效果较好，可很快的将热量传递至纤维状结构。

所述波热转化波谱板具有很高的热辐射率，热波转化效率高。外部环境为室温时，所述波热转化波谱板的热波转化效率可达80％及以上，具体的，在外部环境与所述波热转化波谱板自身的温差为3摄氏度的环境下波热双向转换效率可达60％以上，当温差越大，其波热双向转换效率越高。

另外，在所述热源的表面设置所述定向导热块，所述定向导热块与所述波热转化结构接触，所述定向导热块的作用在于：在所述热源与所述波热转化结构之间形成较快的热量传递，从而进一步提高制冷、制热的效果。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例中所述波热转化波谱板的结构示意图(其中2表示保温层，3表示定向导热块，31表示第一子定向导热块，32表示第二子定向导热块，4表示热源，5表示波热转化结构)。

图2为本实用新型所述波热转化结构的结构示意图(其中51表示热传导层，52表示纤维状结构，53表示间隙)。

图3为本实用新型第二实施例中所述波热转化波谱板的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种波热转化波谱板。如图1所示，所述波热转化波谱板包括保温层2、定向导热块3、热源4和波热转化结构5。所述保温层2用于对所述定向导热块3进行固定。所述定向导热块3设置于所述保温层2中。所述热源4设置于所述定向导热块3中。所述定向导热块3的至少一侧设有所述波热转化结构5并与所述波热转化结构5接触。

所述保温层2为一开槽结构。所述保温层2的材料为泡沫、聚苯乙烯、酚醛树脂等隔热保温材料。优选的，所述保温层2的材料为具有阻燃防火性的材料。

所述定向导热块3可镶嵌于所述保温层2中，即所述保温层2可夹持所述定向导热块3。所述定向导热块3包括彼此可分离的第一子定向导热块31和第二子定向导热块32。所述第一子定向导热块31与第二子定向导热块32之间形成一容纳空间以容纳所述热源4。所述第一子定向导热块31和第二子定向导热 块32将所述热源包覆即可，该种可分离的组合方式既利于模压成型时方便制备，也易于拆装与运输。

所述定向导热块3的材料为碳基材料，也利于减轻重量，便于运输。具体的，所述定向导热块3的材料可为膨胀石墨或者膨胀石墨与类石墨烯颗粒经模压得到的Educt复合物。此时，该Educt复合物可使得膨胀石墨与类石墨烯颗粒之间形成三维网络的导热结构。所述Educt复合物在各个方向的导热率均较好。当所述定向导热块3的材料为Educt复合物时，所述类石墨烯颗粒在所述定向导热块3中所占的质量比例为大于0且小于等于25％。所述定向导热块3的密度为0.1g/cm³～1.7g/cm³。优选的，为提供较高的导热率，所述定向导热块3的密度选择为0.8g/cm³～1.7g/cm³。

所述热源4的材料为金属或导热塑料。当所述热源4为导热塑料时，所述热源4具有与碳基材料如石墨相匹配的导热率，能高效导热，并且能抗腐蚀的优点，使用寿命较长。

请参阅图2，所述波热转化结构5包括波热转化层。所述波热转化层用于实现波热的双向转化。所述波热转化层与所述定向导热块3接触。所述热源4的部分表面与所述波热转化层接触。

在某一实施例中，所述波热转化结构5还可包括热传导层51。所述导热层51用于传导热量。所述波热转化层设置于所述热传导层51上。所述热传导层51与所述定向导热块3接触。所述热源4的部分表面与所述波热转化结构5的热传导层51接触。

所述波热转化结构的厚度为2微米～10毫米。优选的，所述波热转化结构的厚度为2微米～5毫米。

具体请参阅图1，为本实用新型第一实施例提供的波热转化波谱板。所述定向导热块3的一侧设置所述波热转化结构5，即所述定向导热块3的一侧表面与所述波热转化结构5接触，同时所述波热转化结构5与所述热源4的部分表面接触。所述定向导热块3的作用为：通过设置所述定向导热块3，可使所述热源4与所述波热转化结构5之间的热传递效率提高。该种结构的波热转化波谱板适合用于制备天花顶板。

请参阅图3，为本实用新型第二实施例提供的波热转化波谱板。所述定向导热块3的两侧均设有所述波热转化结构5，即两个所述波热转化结构5设置于所 述定向导热块3的两侧。多个所述定向导热块3设置在两个保温层2之间。所述定向导热块3中设置所述热源4。该种结构的波热转化波谱板适合用于制备墙板，方便墙板的两侧房间同时散热或制冷。

请参阅图2，所述波热转化层由多个纤维状结构52交错、勾牵而形成的疏松组织，该疏松组织保留了纤维状结构52的枝状结构，并且所述纤维状结构52之间形成微隙53。该多个纤维状结构52排列堆砌。

所述微隙53的尺寸为5纳米～100纳米。优选的，所述微隙53的尺寸为10纳米～50纳米。所述纤维状结构52的截面的尺寸为1纳米～100纳米。优选的，所述纤维状结构52的截面的尺寸为1纳米～50纳米。更优选的，所述纤维状结构52的截面的尺寸为5纳米～50纳米。

所述纤维状结构52的材料可为金属微纤维、氮化硼纤维或碳族元素的纤维材料。进一步的，所述纤维状结构52的材料也可为碳纳米管、膨胀石墨、或者膨胀石墨与碳纳米管的混合物。所述纤维状结构52的作用主要为实现波与热的双向转换，其次也作为导热通道，而实现将热量快速传导。在某一实施例中，所述金属微纤维制备方法可为在金属的表面采用刻蚀等手段形成。

在某一实施例中，所述纤维状结构52的材料可为碳基材料，比如膨胀石墨、碳纳米管或者膨胀石墨与碳纳米管的混合物。当所述纤维状结构2的材料为膨胀石墨时，由于膨胀石墨自身的蠕虫状结构，可在其表面形成多个微隙以及纤维状结构，这些微隙有利于形成黑洞效应，吸收热辐射；该纤维状结构也有助于本体热辐射。

当所述纤维状结构52的材料包括碳纳米管时，碳纳米管可为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。由于碳纳米管自身内部的孔洞结构可具有黑洞效果，并且所述碳纳米管之间形成的微隙也可具有良好的黑洞效果，从而可最大化实现波与热的双向转化。

当所述波热转化结构包括热传导层51时，所述多个纤维状结构52设置于所述热传导层51的表面。

所述热传导层51的热传导系数为10W/m·K～3000W/m·K，优选为，10W/m·K～1000W/m·K，更优选的，为10W/m·K～300W/m·K。所述热传导层51的材料可为碳基材料或金属。所述碳基材料可为膨胀石墨、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。更具体的，所述碳基材料可为膨胀石墨、类石墨烯颗粒、碳纳 米管的复合材料。所述膨胀石墨为层数为50～10³的多层石墨烯结构。所述膨胀石墨的制备方法为将石墨经过一次膨胀处理而得到。所述类石墨烯颗粒是指先将石墨经二次膨胀处理得到的层数为50～250层的多层石墨烯结构，再粉碎而成的粉末状颗粒。所述类石墨烯颗粒的堆积密度为0.15g/cm³～0.3g/cm³，优选为0.2g/cm³～0.25g/cm³。所述类石墨烯颗粒的表观粒度为50目～300目，优选的，为150目～200目。

当所述热传导层51的材料包括碳纳米管时，所述碳纳米管可为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。此时为区分所述热传导层51中的碳纳米管与所述纤维状结构中的碳纳米管，而将所述热传导层51中的碳纳米管命名为第一碳纳米管，将所述纤维状结构52中的碳纳米管命名为第二碳纳米管。

所述热传导层51也可为膨胀石墨、类石墨烯颗粒、第一碳纳米管的物理混合后直接压制而形成，也可先将膨胀石墨与类石墨烯颗粒混合后进行压制，再铺上第一碳纳米管并压制而得到。类石墨烯颗粒以及第一碳纳米管均匀分布于所述膨胀石墨中，其二者的作用在于进一步提高所述膨胀石墨的导热性能，这是由于仅采用膨胀石墨时，膨胀石墨的多层石墨烯结构导致仅在平行于其表面的方向上具有优异的导热性能，通过加入类石墨烯颗粒以及第一碳纳米管，可在层与层之间建立导热通道，形成三维的导热网络，从而使得到的复合材料在各个方向均具有优异的导热性能。

当所述热传导层51为膨胀石墨、类石墨烯颗粒、第一碳纳米管的复合材料，此时，所述膨胀石墨占所述热传导层51的质量百分比为大于等于70％且小于100％，所述类石墨烯颗粒占所述热传导层51的质量百分比为大于0且小于30％，所述第一碳纳米管占所述热传导层51的质量百分比为大于0且小于30％。优选的，所述膨胀石墨占所述热传导层51的质量百分比为大于等于70％且小于等于80％，所述类石墨烯颗粒占所述热传导层51的质量百分比为大于10且小于等于20％，所述第一碳纳米管占所述热传导层51的质量百分比为大于等于10且小于等于20％。

在某一实施例中，所述热传导层51的材料也可仅为膨胀石墨。所述膨胀石墨是指层数为50～10³的多层石墨烯结构。所述膨胀石墨可通过石墨制备得到。

所述热传导层51的密度为0.01g/cm³～1.5g/cm³，所述热传导层51的厚度为0.1mm～10mm。优选的，为了使得所述波热转化结构具有优异的导热率与热辐射 率，所述热传导层51的密度选择为0.4g/cm³～1.2g/cm³，所述热传导层51的厚度为0.1mm～5mm。

当所述波热转化结构包括热传导层51及波热转化层，热传导层1及纤维状结构52的材料均为膨胀石墨时，可先将膨胀石墨原料压为一层状结构作为热传导层51，然后平铺上另一膨胀石墨原料以较小的压力压制或者直接采用粘结剂等方式将其固定于热传导层51的表面，形成所述纤维状结构52，此时所述热传导层51与所述纤维状结构52的原料均相同，但是两者的密度有所不同。

当所述波热转化结构仅包括波热转化层时，可直接将膨胀石墨经一次压制而得到所述波热转化结构，此时所述波热转化结构仅包括多个纤维状结构52，而不包括所述热传导层51。

当所述波热转化结构包括热传导层51以及波热转化层，所述纤维状结构为第二碳纳米管时，可在所述热传导层51的表面通过直接生长、粘结等方式形成多个第二碳纳米管。所述多个第二碳纳米管可为垂直于所述热传导层51的表面，也可呈无序分布。所述第二碳纳米管由所述热传导层51的表面向外延伸。具体的，一部分的第二碳纳米管可垂直于所述热传导层51的表面，另一部分的第二碳纳米管可与所述热传导层51的表面形成钝角或锐角而出现相邻的多个第二碳纳米碳之间相互交错的情形。优选的，所述第二碳纳米管基本垂直于所述热传导层1的表面，所述“基本垂直”是指大多数的第二碳纳米管垂直所述热传导层51的表面，而并不排除少数的第二碳纳米管与所述热传导层1的表面呈锐角或钝角的情形。

相较于现有技术，本实用新型所述波热转化波谱板中采用了具有特殊结构的波热转化结构5，所述波热转化结构包括波热转化层，所述波热转化层由多个纤维状结构52交错、勾牵而形成的疏松组织，该疏松组织保留了纤维状结构52的枝状结构，并且所述纤维状结构52之间形成微隙53，该纤维状结构52的枝状结构可作为天线，有助于实现热辐射效果；该微隙53用于实现黑洞效应，即热量与红外线的双向转化。

所述波热转化结构还包括热传导层51，所述热传导层51的热传导系数为10W/m·K～3000W/m·K，因而所述热传导层51的传热效果较好，可很快的将热量传递至纤维状结构52。

所述波热转化波谱板具有很高的热辐射率，热波转化效率高。外部环境为 室温时，所述波热转化波谱板的热波转化效率可达80％及以上，具体的，在外部环境与所述波热转化波谱板自身的温差为3摄氏度的环境下波热双向转换效率可达60％以上，当温差越大，其波热双向转换效率越高。

另外，在所述热源4的表面设置所述定向导热块3，所述定向导热块3与所述波热转化结构5接触，所述定向导热块3的作用在于：在所述热源4与所述波热转化结构5之间形成较快的热量传递，从而进一步提高制冷、制热的效果。

下面结合具体实施例对本实用新型的波热转化波谱板进行说明。

选择以下实施例中的组分及重量配比，进行模压成型，并制成波热转化波谱板。

从以上实施例中可以看出，本实用新型的波热转化波谱板具有很高的波热转化效率。将该波热转化波谱板作为天花板使用时，相比传统的空调系统，具有很好的节能效果。使用本实用新型所述波热转化波谱板的天花板(波谱系统)工作时，房间内垂直方向上的温度分布；传统空调系统工作时，房间内垂直方向上的温度分布。可见，传统空调的热风对流加热方式将大部分能源用于加热 空气，且热空气盘踞房间中上部，造成能源浪费，而本实用新型所述波热转化波谱板通过热辐射的方式直接将热量辐射到房间中的人、座椅、地板等物件上，避免了加热空气，避免了大部分能源的浪费。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种波热转化波谱板，其特征在于，其包括保温层、热源、定向导热块和波热转化结构，所述保温层用于对所述定向导热块进行固定，所述定向导热块设置于所述保温层中，所述热源设置于所述定向导热块中，所述定向导热块的至少一侧设有所述波热转化结构并与所述波热转化结构接触，所述波热转化结构包括波热转化层，所述波热转化层由多个纤维状结构交错、勾牵而形成的疏松组织，该疏松组织保留了纤维状结构的枝状结构，并且所述纤维状结构之间形成微隙。

2.一种如权利要求1所述的波热转化波谱板，其特征在于，多个纤维状结构排列堆砌。

3.一种如权利要求1所述的波热转化波谱板，其特征在于，所述纤维状结构为碳纳米管、膨胀石墨、或者膨胀石墨与碳纳米管的混合物。

4.一种如权利要求1所述的波热转化波谱板，其特征在于，所述纤维状结构为金属微纤维、氮化硼纤维或碳族元素的纤维材料。

5.一种如权利要求4所述的波热转化波谱板，其特征在于，所述金属微纤维的截面尺寸为10纳米～100纳米。

6.一种如权利要求1所述的波热转化波谱板，其特征在于，所述波热转化结构还包括一热传导层，所述波热转化层设置于所述热传导层上，所述热传导层与所述定向导热块接触，所述热传导层的热传导系数为10W/m·K～3000W/m·K。

7.一种如权利要求6所述的波热转化波谱板，其特征在于，所述热传导层的密度为0.01g/cm³～1.5g/cm³，所述热传导层的厚度为0.1mm～10mm。

8.一种如权利要求6所述的波热转化波谱板，其特征在于，所述热源的部分表面与所述波热转化结构的热传导层接触。

9.一种如权利要求1所述的波热转化波谱板，其特征在于，所述波热转化结构的厚度为2微米～10毫米。

10.一种如权利要求1所述的波热转化波谱板，其特征在于，所述热源的材料为金属或导热塑料。

11.一种如权利要求1所述的波热转化波谱板，其特征在于，所述定向导热块包括彼此可分离的第一子定向导热块和第二子定向导热块，所述第一子定向导热块与第二子定向导热块之间形成一容纳空间以容纳所述热源。