一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管

摘要

一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管，所述重力式热二极管包括：密封的导热壳体、多孔毛细芯介质，所述导热壳体一侧的内壁上满布有多孔毛细芯介质，所述导热壳体另一侧的内壁上涂覆有疏水涂层，所述导热壳体内部为真空腔体，导热壳体底部装有少量去除溶解气体的纯净水。本设计不仅能够实现热能的定向传导、有效降低室内供暖能耗，而且结构设计合理、实现了大气中热能的环保利用。

权利要求

1.一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管，其特征在于：

所述重力式热二极管包括：密封的导热壳体（1）、多孔毛细芯介质（2），所述导热壳体（1）一侧的内壁上满布有多孔毛细芯介质（2），所述导热壳体（1）另一侧的内壁上涂覆有疏水涂层（3），所述导热壳体（1）内部为真空腔体，导热壳体（1）底部装有少量去除溶解气体的纯净水；

所述多孔毛细芯介质（2）固定的导热壳体（1）壁面的外侧涂覆有温感变色涂层，所述温感变色涂层在温度低于25‑30℃时变为深色，温感变色涂层在温度高于25‑30℃时变为浅色。

2.根据权利要求1所述的一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管，其特征在于：所述多孔毛细芯介质（2）采用仿生植物导管结构的梯度有序多孔毛细铜网结构，所述多孔毛细芯介质（2）的孔径为0.2—1μm；

所述多孔毛细芯介质（2）通过电阻焊或压焊固定于导热壳体（1）一侧的内壁面上，所述多孔毛细芯介质（2）的孔径从近内壁面侧到远内壁面侧逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管，其特征在于：所述多孔毛细芯介质（2）为100—325目的铜网或由直径5—20μm的铜粉烧结而成。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管，其特征在于：所述疏水涂层（3）是表面物理加工为具有疏水性质的纳米结构涂层或者化学处理形成表面自由基涂层。

5.根据权利要求4所述的一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管，其特征在于：所述多孔毛细芯介质（2）固定的导热壳体（1）壁面的外侧涂覆有二氧化钒/氮化钛智能涂层，所述二氧化钒/氮化钛智能涂层在大于等于28℃或强光环境下阻挡红外光，但在弱光照条件或在小于等于20℃的环境下透过红外光。

6.根据权利要求4所述的一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管，其特征在于：所述导热壳体（1）两侧侧壁的中部各设有一个旋转装置（11），所述导热壳体（1）通过旋转装置（11）与其固定的基体旋转配合，所述导热壳体（1）上疏水涂层（3）侧的外壁面上设置有反光装饰涂层或镜面涂层。

7.根据权利要求4所述的一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管，其特征在于：所述导热壳体（1）顶板和底板的中部各设有一个旋转装置（11），所述导热壳体（1）通过旋转装置（11）与其固定的基体旋转配合，所述导热壳体（1）上疏水涂层（3）侧的外壁面上设置有反光装饰涂层或镜面涂层。

说明书

一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管，具体适用于热能的定向传输。

背景技术

[0002] 随着全球经济、人口等不断增长，工业化和城市化进程的快速推进，世界能源消耗与日俱增。目前，我国约50%的建筑能源消耗用于采暖、降温和通风等系统。由此可见，降低建筑能源消耗，开发制热取暖的新方法、新技术以节约建筑能耗是刻不容缓的任务，是可持续发展中一项极具意义的重大挑战。

[0003] 对于传统的传热部件，热量从正逆方向通过该部件时的热阻基本相同。区别与传统传热部件，热二极管的正向传热能力与逆向传热能力差异较大，可以实现热量的定向传递，在热管理和节能领域具有巨大的应用价值。例如，在超高热流密度芯片散热方面，实现芯片向环境的单向传递有利于减少环境温度对芯片温度的影响；在建筑环境领域，在供暖季，利用热二极管可以实现太阳能向室内的定向传递，可以大幅降低室内供暖能耗，而目前应用于建筑领域的热二极管技术尚属于空白状态。

[0004] 热二极管的定向传热性能由整流比来描述，其定义为正向传热热阻与逆向传热热阻的比值。目前热二极管的研究还处于机理探索阶段，常见的热二极管管分为以下几类：相变材料型、重力热管型、热膨胀型等，其应用范围受到其传热性能、结构复杂程度、制造成本等因素的影响。

发明内容

[0005] 本发明的目的是克服现有技术中存在的传统取暖原件定向热传递困难的问题，提供了一种能够定向传输热能的基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管。

[0006] 为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

[0007] 一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管，所述重力式热二极管包括：密封的导热壳体、多孔毛细芯介质，所述导热壳体一侧的内壁上满布有多孔毛细芯介质，所述导热壳体另一侧的内壁上涂覆有疏水涂层，所述导热壳体内部为真空腔体，导热壳体底部装有少量去除溶解气体的纯净水。

[0008] 所述多孔毛细芯介质采用仿生植物导管结构的梯度有序多孔毛细铜网结构，所述多孔毛细芯介质的孔径为0.2—1μm；

[0009] 所述多孔毛细芯介质通过电阻焊或压焊固定于导热壳体一侧的内壁面上，所述多孔毛细芯介质的孔径从近内壁面侧到远内壁面侧逐渐增大。

[0010] 所述多孔毛细芯介质为100—325目的铜网或由直径5—20μm的铜粉烧结而成。

[0011] 所述疏水涂层是表面物理加工为具有疏水性质的纳米结构涂层或者化学处理形成表面自由基涂层。

[0012] 所述多孔毛细芯介质固定的导热壳体壁面的外侧涂覆有温感变色涂层，所述温感变色涂层在温度低于25‑30℃时变为深色，温感变色涂层在温度高于25‑30℃时变为浅色。

[0013] 所述多孔毛细芯介质固定的导热壳体壁面的外侧涂覆有二氧化钒/氮化钛智能涂层，所述二氧化钒/氮化钛智能涂层在大于等于28℃或强光环境下阻挡红外光，但在弱光照条件或在小于等于20℃的环境下透过红外光。

[0014] 所述导热壳体两侧侧壁的中部各设有一个旋转装置，所述导热壳体通过旋转装置与其固定的基体旋转配合，所述导热壳体上疏水涂层侧的外壁面上设置有反光装饰涂层或镜面涂层。

[0015] 所述导热壳体顶板和底板的中部各设有一个旋转装置，所述导热壳体通过旋转装置与其固定的基体旋转配合，所述导热壳体上疏水涂层侧的外壁面上设置有反光装饰涂层或镜面涂层。

[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0017] 1、本发明一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管中其内部为真空结构有效避免热能的传递，同时利用其内纯净水的汽化和液化变化，实现热二极管两侧的热能传递，在热二极管的一侧内壁上设置具有仿生结构的多孔毛细芯介质，将底部的水份导入到多孔毛细芯介质内汽化吸收热量，然后使汽化的水蒸气在热二极管的疏水涂层上液化成水释放热量到疏水涂层所涂覆的导热壳体上，实现了热能的单向传导。因此，本设计能够实现热能的定向传导，有效降低室内供暖能耗。

[0018] 2、本发明一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管中的多孔毛细芯介质为100—325目的铜网或由直径5—20μm的铜粉烧结而成，其结构孔隙较小能够模仿植物蒸腾作用实现了底部液体的向上运输蒸腾，然后通过在疏水涂层上液化滑落回导热壳体底部，进而实现完整的而循环，系统结构设计科学合理，实现了大气中热能的环保利用。因此，本设计结构设计合理，实现了大气中热能的环保利用。

[0019] 3、本发明一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管中在多孔毛细芯介质固定的导热壳体壁面的外侧涂覆有温感变色涂层或者二氧化钒/氮化钛智能涂层，使热二极管能够在高温条件下减少热能的吸收、传递，在低温条件下吸收热能的同时吸收光能，提高其热利用率。因此，本设计能够根据外部的环境温度或光照调节热传递效率。

[0020] 4、本发明一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管中的将导热壳体设计为横向或纵向的翻转模式从而改变热二极管的热传递方向，其用在人居建筑上还可以作为一个特殊的通风口使用，使用者能够根据其使用需求去调节其位置。因此，本设计结构具备翻转结构，能够用于多种建筑场景。

附图说明

[0021] 图1是本发明的结构示意图。

[0022] 图2是本发明实施例1的一种安装示意图。

[0023] 图3是本发明实施例4的安装示意图。

[0024] 图4是本发明实施例5的安装示意图。

[0025] 图中：导热壳体1、旋转装置11、多孔毛细芯介质2、疏水涂层3。

具体实施方式

[0026] 以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0027] 参见图1至图4，一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管，所述重力式热二极管包括：密封的导热壳体1、多孔毛细芯介质2，所述导热壳体1一侧的内壁上满布有多孔毛细芯介质2，所述导热壳体1另一侧的内壁上涂覆有疏水涂层3，所述导热壳体1内部为真空腔体，导热壳体1底部装有少量去除溶解气体的纯净水。

[0028] 所述多孔毛细芯介质2采用仿生植物导管结构的梯度有序多孔毛细铜网结构，所述多孔毛细芯介质2的孔径为0.2—1μm；

[0029] 所述多孔毛细芯介质2通过电阻焊或压焊固定于导热壳体1一侧的内壁面上，所述多孔毛细芯介质2的孔径从近内壁面侧到远内壁面侧逐渐增大。

[0030] 所述多孔毛细芯介质2为100—325目的铜网或由直径5—20μm的铜粉烧结而成。

[0031] 所述疏水涂层3是表面物理加工为具有疏水性质的纳米结构涂层或者化学处理形成表面自由基涂层。

[0032] 所述多孔毛细芯介质2固定的导热壳体1壁面的外侧涂覆有温感变色涂层，所述温感变色涂层在温度低于25‑30℃时变为深色，温感变色涂层在温度高于25‑30℃时变为浅色。

[0033] 所述所述多孔毛细芯介质2固定的导热壳体1壁面的外侧涂覆有二氧化钒/氮化钛智能涂层，所述二氧化钒/氮化钛智能涂层在大于等于28℃或强光环境下阻挡红外光，但在弱光照条件或在小于等于20℃的环境下透过红外光。

[0034] 所述导热壳体1两侧侧壁的中部各设有一个旋转装置11，所述导热壳体1通过旋转装置11与其固定的基体旋转配合，所述导热壳体1上疏水涂层3侧的外壁面上设置有反光装饰涂层或镜面涂层。

[0035] 所述导热壳体1顶板和底板的中部各设有一个旋转装置11，所述导热壳体1通过旋转装置11与其固定的基体旋转配合，所述导热壳体1上疏水涂层3侧的外壁面上设置有反光装饰涂层或镜面涂层。

[0036] 本发明的原理说明如下：

[0037] 在正向工作模式下，该热二极管利用多孔毛细芯介质2产生毛细压力，将热二极管内液态工作介质输运到左侧竖直表面，在左侧表面受热时，工作介质蒸发成气态带走大量热量，气态工作介质与疏水涂层3接触，在疏水涂层3冷凝并释放相变潜热。其中，疏水涂层3为经过表面物力或者化学处理形成疏水性表面，可以加速冷凝水滴从该表面脱离，强化冷凝换热过程。在逆向工作模式下，右侧表面受热时无法形成工作介质循环过程，此时的导热性能极差。热二极管的正向传热能力与逆向传热能力差异较大，这样就实现热量的定向传递。

[0038] 实施例1：

[0039] 一种基于多孔介质和疏水性表面的重力式热二极管，所述重力式热二极管包括：密封的导热壳体1、多孔毛细芯介质2，所述导热壳体1一侧的内壁上满布有多孔毛细芯介质
2，所述导热壳体1另一侧的内壁上涂覆有疏水涂层3，所述导热壳体1内部为真空腔体，导热壳体1底部装有少量去除溶解气体的纯净水。

[0040] 所述多孔毛细芯介质2采用仿生植物导管结构的梯度有序多孔毛细铜网结构，所述多孔毛细芯介质2的孔径为0.2—1μm；

[0041] 所述多孔毛细芯介质2通过电阻焊或压焊固定于导热壳体1一侧的内壁面上，所述多孔毛细芯介质2的孔径从近内壁面侧到远内壁面侧逐渐增大。

[0042] 所述多孔毛细芯介质2为100—325目的铜网或由直径5—20μm的铜粉烧结而成。

[0043] 所述疏水涂层3是表面物理加工为具有疏水性质的纳米结构涂层或者化学处理形成表面自由基涂层。

[0044] 图2是本发明安装在建筑围护结构的示意图。左侧为室外，温度为Tout；右侧为室内，温度为Tin。本发明的重力式热二极管固定于内围护结构上。图中，左侧壁面为建筑围护结构，右侧为本设计的重力式热二极管。供暖季时，由于Tin＞Tout，在没有热二极管的影响下，室内热量会通过围护结构大量散失，从而影响室内热舒适性；热二极管在工作时，利用多孔介质产生的毛细压力，将工作介质输运到左侧表面，室外热量通过围护结构传递给左侧工作介质后，工作介质迅速蒸发并带走大量热量，当气态工作介质与右侧表面接触时，在右侧表面快速冷凝并释放出相变潜热。且因为右侧表面已经处理为疏水性表面，加速了冷凝水滴从右侧表面脱离，有效强化了冷凝换热过程。这样就完成了热量从室外向室内传递的过程；而在逆向工作时Tin＜Tout，即室内热量若想传递到室外，热二极管无法形成工作介质的有效循环，此时热二极管的导热性能极差。此热二极管通过正向，逆向工作室的导热性能的差距，使供暖季时室内环境的热舒适性得到了保证；同时，也可以将此发明应用于需要快速散热的相关仪器，保证相关仪器工作时所产生的热量可以快速排出，从而保证仪器的安全。

[0045] 实施例2：

[0046] 实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：

[0047] 所述多孔毛细芯介质2固定的导热壳体1壁面的外侧涂覆有温感变色涂层，所述温感变色涂层在温度低于25‑30℃时变为深色，温感变色涂层在温度高于25‑30℃时变为浅色。

[0048] 实施例3：

[0049] 实施例3与实施例1基本相同，其不同之处在于：

[0050] 所述所述多孔毛细芯介质2固定的导热壳体1壁面的外侧涂覆有二氧化钒/氮化钛智能涂层，所述二氧化钒/氮化钛智能涂层在大于等于28℃或强光环境下阻挡红外光，但在弱光照条件或在小于等于20℃的环境下透过红外光。

[0051] 实施例4：

[0052] 实施例4与实施例2基本相同，其不同之处在于：

[0053] 参见图3，所述导热壳体1两侧侧壁的中部各设有一个旋转装置11，所述导热壳体1通过旋转装置11与其固定的基体旋转配合，所述导热壳体1上疏水涂层3侧的外壁面上设置有反光装饰涂层或镜面涂层，所述导热壳体1与其固定的基体之间设置有密封结构。

[0054] 实施例5：

[0055] 实施例5与实施例3基本相同，其不同之处在于：

[0056] 参见图4，所述导热壳体1顶板和底板的中部各设有一个旋转装置11，所述导热壳体1通过旋转装置11与其固定的基体旋转配合，所述导热壳体1上疏水涂层3侧的外壁面上设置有反光装饰涂层或镜面涂层，所述导热壳体1与其固定的基体之间设置有密封结构。