熱風式相變陶瓷散熱器的創新設計

王龍平 ，李強 ，蔡有杰 ，杜國軍 ，聞全意 ，高愛麗

（1.齊齊哈爾大學機電工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.齊齊哈爾巴虎植物種苗開發有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

目前，隨著社會的飛速發展，能源的利用已是一個全球性的問題。能源是人類賴以生存的基礎。但是由于能源的供應與需求都有較強的時間性，在許多情況下人們還不能做到合理利用能源。例如，在不需要熱時卻有大量的熱產生，有時供應的熱有很大余量而被損失掉等。這需要類似儲水池儲水一種將熱量進行儲存，在需要時再把它釋放出來的物質，這種物質叫熱能儲存材料。蓄熱材料是一種能夠儲存熱能的新型化學材料，它在特定的溫度（如相變溫度）下發生生物相變化，并伴隨吸收或放出熱量，可用來控制環境的溫度，或用以儲存熱能。它把熱量儲存起來，在需要時進行釋放，從而提高能源的利用率。

1 總體結構

散熱裝置的結構如圖1所示，包括內管、外管、相變蓄熱材料及引風管；內管同軸固定套裝在外管內，內管設有封閉腔，相變蓄熱材料填充在內管的封閉腔內，引風管的管壁上開設有熱風口，外管下端套裝在熱風口處并與引風管密閉連接，外管與引風管相互垂直設置，外管和內管之間的間隙為風道。外管頂端為封閉端，該封閉端中部開設有出風口。相較于外管直徑，出風口縮小了面積，降低了熱風排出的速度，便于熱風內熱量的有效吸收。

錐形管正對內管下端設置，引風管引入溫室內的熱風，引風管引入的部分熱風從熱風口和錐形管5進入內管下端處并與內管封裝的相變蓄熱材料接觸，熱風沿著內管和外管之間的風道流通并從外管的出風口排出，在此過程中，相變蓄熱材料吸收熱風中的熱量。當環境溫度降低時，相變蓄熱材料放出熱量。

外管和內管之間通過多個連接桿固定連接。連接桿不影響熱風的流通。內管管壁延其徑向開設有兩個通道并通過多個封閉板將整個封閉腔分隔為三個封閉分腔，每個通道內均固定設有導流板。導流板將熱風引入通道下端內，然后再繞過導流板從通道上端流出，增大與相變蓄熱材料的接觸面積。并減小相變蓄熱材料蓄熱和散熱的時間。

圖1 散熱器的總體結構

2 相變材料

相變蓄熱材料3由石蠟、石墨烯、乳化劑復合而成。石蠟作為一種潛熱儲能材料，具有相變潛熱大，固一液相變過程容積變化小，熱穩定性好，無過冷現象，價格較低廉等優點。且航空、航天、微電子及光電子技術的發展，往往要求大功率組件工作時產生的大量耗散熱只能在有限的散熱面積和極短時間內排散掉，而低熔點的相變材料相對高熔點相變材料能快速達到熔點，充分利用潛熱實現溫控，熱響應時間相對較短，石蠟眾多的優點使之在航空、航天、微電子等高科技系統以及房屋節能等各個領域得到了廣泛應用。

石墨烯具有非常好的熱傳導性能。純的無缺陷的單層石墨烯的導熱系數高達5300W/mK，是目前為止導熱系數最高的碳材料，高于單壁碳納米管（3500W/mK）和多壁碳納米管（3000W/mK）。當它作為載體時，導熱系數也可達600W/mK。

乳化劑是能夠改善乳濁液中各種構成相之間的表面張力，使之形成均勻穩定的分散體系或乳濁液的物質。乳化劑是表面活性物質，分子中同時具有親水基和親油基，它聚集在油/水界面上，可以降低界面張力和減少形成乳狀液所需要的能量，從而提高乳狀液的能量。乳化劑是能夠改善乳濁液中各種構成相之間的表面張力，使之形成均勻穩定的分散體系或乳濁液的物質。乳化劑是表面活性物質，分子中同時具有親水基和親油基，它聚集在油/水界面上，可以降低界面張力和減少形成乳狀液所需要的能量，從而提高乳狀液的能量。

3 結 語

本設計結構簡單、成本低廉，相變材料清潔、無污染，能夠最大化解決溫室多余熱能的儲存和釋放，并通過套管的形式，增加了接觸面積，對溫室的熱能有一定的可控性。配合熱風控制系統對熱風源的打開時間計算熱量，并調節出熱量，適用范圍廣泛，在未來現代農業發展中并且可以實現智能化控制，實現溫室熱能的可控、節能，極大地使熱效率提高。