[发明专利]一种平板式热二极管及其制备方法和太阳能集热器

说明书

本发明提供了一种平板式热二极管及其制备方法和太阳能集热器，涉及热二极管技术领域。具体而言，所述平板式热二极管包括亲水板、疏水板和设置在所述亲水板和所述疏水板之间的密封件；所述亲水板、所述疏水板和所述密封件之间形成的至少一个封闭腔体为水汽区，所述水汽区用于承载传热工质；在所述水汽区内，所述亲水板的表面设置有毛细芯。本发明的平板式热二极管具有优秀的单向传热能力和反向隔热能力，能量传递方向可控，传热效率高；同时具有一定可设计性，能够满足不同场景对传热的需求。

技术领域

本发明涉及热二极管技术领域，具体而言，涉及一种平板式热二极管及其制备方法和太阳能集热器。

背景技术

热二极管是一种高效的传热元件，具有单向传热、热流可控、传热效率高等优势，还具有体积紧凑、重量轻、无噪声、没有传动部件等特点。在双碳战略背景下，热二极管在储能、节能、保温等领域均拥有着广阔的应用前景和潜在的市场价值，无论是与新能源相结合，还是在传统化工热传递与热回收方面，亦或是在机械电子领域的精密器件的导热散热上，热二极管均可以取代原本的传热工件。但是，热二极管的应用推广仍属于起步阶段，在两相流动和材质设计及其相关的理论计算上都不甚成熟，存在成本高、市场化难度高等问题。

目前市面常见的热二极管为重力式热二极管，通过工质在蒸发段受热汽化后，依靠重力场和加速压差的作用下流至冷凝管，放热转化至液体，冷凝液依靠重力作用回流至蒸发段，如此形成循环。对于重力式热二极管，在使用时冷凝段必须位于蒸发段上部，因而在设计、应用时均存在一定限制。而不依靠重力的热二极管，如CN202110633764.4公开了一种基于气液共面结构的超薄热二极管及其制备方法，其中设置了多孔结构的主干道吸液芯和辅助吸液芯以实现液态工质的流动；由于其本身结构更复杂，制备工序也繁杂，投入使用后需要同时维持吸液芯与壳体结构的封闭性，生产成本很高。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种平板式热二极管，所述热二极管具有优秀的单向传热能力和反向隔热能力，能量传递方向可控，传热效率高。

本发明的第二目的在于提供一种平板式热二极管的制备方法，该方法简单易行，适合大批量生产；具有高设计性且能够满足不同场景对传热的需求。

本发明的第三目的在于提供一种太阳能集热器，包括有所述的平板式热二极管，具有传热效率高的优势。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种平板式热二极管，所述平板式热二极管包括亲水板、疏水板和设置在所述亲水板和所述疏水板之间的密封件；所述亲水板、所述疏水板和所述密封件之间形成的至少一个封闭腔体为水汽区，所述水汽区用于承载传热工质。

在所述水汽区内，所述亲水板的表面设置有毛细芯。

优选地，所述毛细芯的孔隙率为45％～55％，所述毛细芯的孔径为50μm～150μm；

优选地，所述毛细芯由铝粉烧结得到；

更优选地，所述毛细芯由厚度为3mm～5mm的铝粉烧结得到。

所述水汽区内，所述疏水板的表面具有若干凹陷结构。

优选地，所述凹陷结构的直径小于100μm；

优选地，所述凹陷结构为所述疏水板经过化学腐蚀得到。

通过水汽区中亲水板表面的毛细芯结构和疏水板表面的凹陷结构协同辅助水汽双相循环及热量的传递或阻断；

当热量由亲水板传向疏水板时，液相在亲水板一侧受热蒸发，蒸气在疏水板一侧凝聚，并由于疏水板的凹陷结构和表面修饰形成的超疏水性，液相的液滴无法在其表面停留，会滚动回亲水板一侧，并被亲水板表面的毛细芯吸收，形成正向传热循环。上述正向循环的传热系数在30W/m·K～100W/m·K；