[发明专利]一种基于氢化物气隙式热开关及其使用方法有效
申请号: | 201711046050.3 | 申请日: | 2017-10-31 |
公开(公告)号: | CN109724454B | 公开(公告)日: | 2020-11-10 |
发明(设计)人: | 周承商;刘咏;刘彬;吴宏;张伟;谭彦妮 | 申请(专利权)人: | 中南大学 |
主分类号: | F28F27/00 | 分类号: | F28F27/00 |
代理公司: | 长沙市融智专利事务所(普通合伙) 43114 | 代理人: | 颜勇 |
地址: | 410083 湖南*** | 国省代码: | 湖南;43 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 氢化物 气隙式热 开关 及其 使用方法 | ||
本发明属于新型能源材料及热能工程领域,尤其是涉及一种采用氢化物为储气介质的气隙式热开关及其使用方法。所述气隙式热开关包括:热端;冷端;间隙;肋片;氢化物罐;氢化物;导通管;过滤器;加热体;低热导密封圈等部件组成。对氢化物进行加热和冷却,可使热开关的间隙内充入的氢气压力发生变化,从而改变热冷端间的热阻,进而达到热开关导通和关闭的效果。本发明提供的新型主动式气隙式热开关,可以实现多种工况下、长时间、高频次的交替开断动作,可广泛应用于制冷制热、超低温制冷、高精度温度控制、废热利用等许多技术领域。该方法相比现在有的气隙式热开关具有明显的技术进步,其优势包括加工制造简单、成本低,具有耐久、可靠、高效。
技术领域
本发明属于新型能源材料及热能工程领域,尤其是涉及一种采用氢化物为储气介质的气隙式热开关及其使用方法。
背景技术
随着现代科学和技术的发展,工业应用对低温制冷、温度控制、热管理等方面的需求不断提高,对于热能控制系统提出了更高的要求。例如,某些关键装置和部件在经过热传导制冷/热达到所需要的温度后,需要实施热绝缘,防止向冷/热端漏热。因此,需要一种称为“热开关”的装置。热开关能够实现热导率的可控调整,达到热传导的开和关的作用。
气隙式热开关的工作原理是在冷端和热端间用密封的间隙连接,间隙外壳采用低导热材料制成。当间隙中充满导热较好的气体时,热开关的热阻降低,热开关处于导通状态;当间隙中的气体被抽出,处于真空状态,热开关的热阻升高,则热开关处于关闭状态。气隙式热开关多可采用多孔材料(如多孔石墨,纳米碳管,多孔金属有机框架)作为气体吸附载体。加热吸附材料则释放气体,吸附材料降温则吸收气体,获得“开”或“关”的效果。另外,还有采用机械位移式或形状记忆合金的热开关。目前应用较广泛的是气隙式热开关。
目前热开关技术的成熟度低,可靠性和寿命有待进一步提高。机械位移式(包括记忆合金式)的热开关由于采用了活动机构,难以保障长时间、高频次的使用。气隙式的热开关的开关动作由温度控制,工作模式简单灵活、安静无噪音、使用寿命长。然而,现有的气隙式热开关技术使用的吸附材料,存在工作温度范围窄、响应慢、热导率低等问题。
发明内容
为了解决上述存在的问题,本发明提供了一种新型主动式气隙式热开关。可以实现多种工况下高频次、长寿命的交替开断动作,可广泛应用于制冷制热系统、超低温制冷机、高精度温度控制器、废热利用系统等许多技术领域。本发明提供的一种通过利用氢化物吸收释放氢气的特性,实现气隙式热开关的方法,提供了一种持久、可靠、高效的热开关技术的新途径。
本发明一种基于金属氢化物的气隙式热开关,所述气隙式热开关包括热端(1)、冷端(2)、间隙(3)、金属氢化物存储装置(5)、金属氢化物(6)、导通管(7)、过滤器(8)、加热装置(9)、低热导密封圈(10);其中间隙(3)位于热端(1)和冷端(2)之间;所述间隙(3)为仅有一个开口的半封闭式空间,所述开口与导通管(7)连通;所述导通管(7)上设有过滤器(8);所述导通管(7)通过过滤器(8)与金属氢化物存储装置(5)相连通;所述金属氢化物存储装置(5)设有金属氢化物(6)和加热装置(9);所述低热导密封圈(10)设计于热端和冷端的端头处;其与间隙(3)相配合后将热端(1)、冷端(2)隔离开来。
作为优选方案,所述热端(1)和/或冷端(2)上设有金属肋片(4)。金属肋片这一结构的设计,大大增加了开关响应的敏感性和开通态热导率。当按金属肋片与间隙接触面进行最优化设计时,所得开关的性能会的到进一步的提升。
作为优选方案,本发明一种基于金属氢化物的气隙式热开关,热端(1)所用材质的热导率大于等于65W/m·K。作为进一步优选的方案,热端(1)所用材质选自铜、铝、银中的至少一种。
作为优选方案,本发明一种基于金属氢化物的气隙式热开关,冷端(2)所用材质的热导率大于等于65W/m·K。作为进一步优选的方案,冷端(2)所用材质选自铜、铝、银中的至少一种。
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