基于围护结构的传热散热系统和风力发电机组的制作方法_5

文档序号:9378946阅读:来源:国知局
剂, 涂层的吸收发射比可达3. 26;
[0150] PbS (林蔓状晶体)涂层,以0. 1 μ m林蔓状晶体PbS为颜料,乙丙橡胶或氟树脂为 粘结剂,吸收率为〇. 85~0. 91,发射率为0. 23~0. 40 ;
[0151] 硅溶胶吸热涂层,以硅溶胶作粘结剂,Fe粉作发色体,涂层成本低、耐候性和防水 性好,吸收率为〇. 94,发射率为0. 41。
[0152] 酞菁绿涂层,颜料成分为Fe3CuO5,其具有良好的装饰性和高的吸收发射比;
[0153] 采用粉末火焰喷涂法制备的黑铬选择性吸收涂层,工艺简单、成本低、性能稳定、 光谱选择性好,其热辐射吸收率为〇. 91,发射率为0. 15。
[0154] (2)真空镀膜涂层
[0155] 真空镀膜涂层利用真空蒸发和磁控溅射技术制取。如利用直接蒸发制取的PbS/ A1/A1涂层。利用磁控溅射制取的有不锈钢一碳/铜涂层、AlCN涂层、AlNxOy涂层和Ni-Cr 涂层,多层渐变铝氮铝((A1-N/A1))涂层。还有采用射频溅射制备的金属陶瓷复合涂层,主 要应用在中高温领域,它是近年来新开发的工艺,如Ni-Al 2O3涂层;Wu-AlN x涂层,是将钨、 铬等金属粒子掺入氮化铝介质,得到金属陶瓷复合涂层;Ni : SiO2金属陶瓷吸收层,Ni在 涂层表面的体积比为10 %,到底部逐渐变化为90 %,涂层厚度为100~170nm,吸收率为 0. 96,发射率为0. 03~0. 14 ;掺钼的三氧化二铝((Mo-Al2O3))金属陶瓷涂层,Al2O 3作减反 射层,双层Mo-Al2O3金属陶瓷层作吸收层,Mo或Cu作减反射层,该涂层在350°C下性能稳 定,吸收率为0.96,发射率为0.11。
[0156] (3)电化学转化涂层
[0157] 常用的电化学涂层有铝阳极氧化涂层、CuO转化涂层和钢的阳极氧化涂层等。这 类涂层一般吸收率为0. 88~0. 95,发射率为0. 15~0. 32。铝阳极氧化涂层光谱选择性、 耐腐蚀、耐光照性能良好;CuO转化镀涂层有一层黑色绒面,保护不好容易导致性能下降; 钢的阳极氧化涂层抗紫外线和抗潮湿性能好;还有Mo黑化学转化涂层,吸收率最大能达到 0.87,发射率为0. 13~0. 17。
[0158] (4)电镀涂层
[0159] 常用的电镀涂层主要有黑镍涂层、黑铬涂层、黑钴涂层等,均具有良好的光学性 能。以黑铬和黑镍的效果最好,吸收发射比((α/ε))接近6~13。但电镀黑铬生产成本 高,同时镀液中的Cr6+对环境有污染。电镀黑镍耗能少、成本低,镀液中不存在有毒物质。 但黑镍涂层薄、热稳定性、耐蚀性较差。黑镍镀层吸收率能达到〇. 93,耐久性、热稳定性、抗 腐蚀能力较强。研制的黑色镍一锡合金镀层,由于其中不含硫,所以能克服黑镍镀层所具有 的缺点。
[0160] 进一步地,还在塔筒5的背阴面外壁上施加热辐射散热涂层7。热辐射散热涂层 7因具有高的红外发射率,能够促使热量从塔筒5以热辐射方式高效地释放到周围环境中, 降低塔筒5的温度
[0161] 由图4和图5可知,太阳辐射具有方向性和时间性,主要集中在水平面(顶面)、东 向和西向垂直面,经太阳辐射之后,在正午之后塔筒5的顶面、自东至西的阳面侧温度会大 大高于北向的背阴面。
[0162] 本实施例中通过在塔筒5的背阴面内壁设置热辐射吸收涂层3,外壁上施加热辐 射散热涂层7,进一步利用北向背阴面温度低的特点,增强对电力传输电缆1热辐射的吸 收,开通北侧的散热通道,强化了散热效果。
[0163] 热辐射散热涂层7例如用太阳热反射隔热涂料制成,例如现有的RLHY-A05型热反 射隔热涂料,也施加在背阴面外壁上。太阳热反射隔热涂料是由空心玻璃微珠和红外发射 分体为主要隔热填料,结合优质无机改性树脂乳液而成的高环保型的反射隔热填料,在基 体表面形成一层致密的真空层,具有高效、薄层、装饰、防水、防火、防腐、绝缘等多种优点, 涂料集反射、福射与空心微珠隔热等功能于一体,能对400~2500nm范围的太阳红外线和 紫外线进行高反射,不让太阳的热量进行累积升温,又能在阴天和夜晚下进行热量辐射散 热降温,降低物体的表面温度,同时在涂料中放入导热系数极低的空心微珠隔绝热能的传 递,即使在大气温度很高时也能隔住外部热量向物体内部传导,三大功效保证了涂刷涂料 的物体降温,确保了物体内部空间能保持恒温的状态。
[0164] 图13和图14表示本实施例中电力传输电缆1借助热辐射吸收涂层3沿径向向背 阴面的传热散热。由于运行时电力传输电缆1外表面温度会高于附近北侧塔筒5壁内侧表 面温度,如果电力传输电缆1、电气设备2都不在此处、或都不工作,塔筒5壁北侧外壁一直 没有接受太阳辐射直接加热,只有环境辐射和地表辐射,因此塔筒5壁内侧温度较低。根据 黑体辐射的四次方定律(斯蒂芬-玻尔兹曼定律,是本发明的理论依据之二),发射辐射的 热源之间温度差越大,越有利于高温热源向低温冷源传递热量,其间辐射热传递速率正比 于电力传输电缆1表面温度的四次方与背阴侧塔筒5内壁面温度的四次方的差额。
[0165] 图13中给出电力传输电缆1与塔筒5壁北侧内壁涂层之间的局部环节辐射网络 图(为了突出主要矛盾,作了简化处理,阳面塔筒5壁内侧已做低发射率涂层处理,忽略了 它对此处涂层的作用),其中,q li3表示电力传输电缆1与塔筒5内壁辐射热交换的速率,q _ 表示塔筒5背阴面外壁辐射换热速率,q。_表示塔筒5背阴面外壁与塔筒外自然环境中的 空气对流换热速率,表示电力传输电缆1周围空气获得的热流速率。
[0166] 为了更进一步利于电力传输电缆1散热,还可以再在电力传输电缆1表面涂红外 高发射率涂层(即增大发射率ε)。
[0167] 为降低两侧热源辐射表面热阻,可适当将电力传输电缆1间距拉大、或交错布置, 降低两者之间的空间辐射热阻,也就增大电力传输电缆1向涂层释放的净辐射热流速率。
[0168] 相比于电力传输电缆1没有布置在塔筒5壁北侧,而是布置在其它方位,电力传输 电缆1与塔筒5壁之间的温差减小了,夹在其间的空气温度会更高。北侧塔筒5壁面空气 温度偏低,利于对电力传输电缆1表面周围的热空气进行驱替,实现自然对流换热。
[0169] 本发明实施例采取将电力传输电缆1置于塔筒5壁北侧附近区域,电力传输电缆 1与北侧塔筒5壁之间的温度较低的冷空气被加热,其中,代表上升气流从电力传输 电缆1表面获取的热量,由于北侧塔筒5内壁径向热流传输通道传输能力被利用,相比其它 方位,借助塔筒5径向传输的热流增加了,即q li3丨上涨,其中丨代表其间热空气携 带热量上移部分的权重在下降,向上移动的气流速率下降,携带热量的数量在下降,而水平 方向在上涨,实现了热流水平径向传递速率、数量的提高,这是本发明创新处之一。同样,塔 筒5壁背阴面表面与塔筒5外壁周围环境以对流换热和辐射换热释放、交换的热量 也同时增大了。
[0170] 如图15所示,在阳面塔筒5壁中取一"微元体","微元体"径向两侧分别是塔筒 5隔热涂层,借助"微元体"中的箭头来表达塔筒5壁外侧获得太阳辐射能转化成热流后在 其中的传递方向,金属的热扩散率很高,热扩散率α = λ/pC,(λ-导热系数、P-密度、 C-比热容)。表3给出了几种隔热、轻质材料的热扩散率,其中,金属钢0. 5% C的热扩散率 是其它材料的几十倍、甚至上百倍。对此发明人提出:在塔筒5外表面阻止吸收太阳辐射的 同时,在相应塔筒5壁内表面再次实施隔热措施,阻止其向塔筒5内部空间发射热射线;阻 止其向塔筒5内电力传输电缆1、电气设备2发射热射线。
[0171] 表3几种隔热、轻质材料的热扩散率
[0173] 因此,本实施例中,在塔筒5的阳面侧外壁上施加第一隔热层6,在塔筒5的阳面侧 内壁上设置第二隔热层4。优选地,第一隔热层6为热反射隔热涂层。通过热反射隔热涂层 阻止塔筒5对太阳及周围环境的热辐射的吸收,抑制太阳及周围环境以热辐射方式将热量 传递至塔筒5内部。
[0174] 如图15所示,塔筒5吸收的太阳辐射热在到达第二隔热层4后,因第二隔热层4 的热隔离作用阻断了径向向内传递的路径,而只能沿塔筒5的周向和竖直高度方向传递, 从而避免太阳辐射引起塔筒5内部温度升高,有利于敷设在塔筒5内的电力传输电缆1等 产热设备的散热。
[0175] 优选地,第二隔热层4为涂覆在塔筒5上的红外低发射率的热辐射隔热涂层。该热 辐射隔热涂层由包含粘结剂和低发射率功能颜料的热红外低发射率涂料制成,所述粘结剂 包含氯化聚乙烯树脂,所述低发射率功能颜料包含Al粉、Zn粉、Cu粉、Ni粉或单晶Si等。 通过塔筒5内表面的红外低发射率涂层"阻断"(意指大幅降低)热流沿着径向向内以热辐 射方式传递的通道。
[0176] 第二隔热层4还可以选择以下几种方案:
[0177] (1)覆盖在内壁上的辐射屏蔽遮热板,例如具有红外低发射率、高反射率的铝箱 等。
[0178] (2)使用新型纳米智能保温涂料,该种涂料隔热保温成分是Hydro-NM-Oxide,具 有超低导热系数。
[0179] (3)用隔热、耐火材料制作的热绝缘层,表4列出几种隔热、耐火材料的热导率,它 们的热导率处于很低的范围内,能有效阻止热量以热传导的方式传递到围护结构内部。
[0180] 表4几种隔热、耐火材料的热导率
[0182] 图16表示内表面第二隔热层4热源等效单元网络及表面辐射热阻,图中A1为塔 筒5外壁涂层面积,T 1为塔筒5外壁涂层温度,ε i为塔筒5外壁涂层发射率,P i为塔筒5 外壁涂层反射率,a i为塔筒5外壁涂层吸收率,为塔筒5内壁涂层辐射热流,A 4为塔筒 5内壁涂层面积,T4为塔筒5内壁涂层温度,ε 4为塔筒5内壁涂层发射率,P 4为塔筒5内 壁涂层反射率,α4为塔筒5内壁涂层吸收率。图16中,Eb表示内壁涂层的发射力,对应于 内壁涂层的温度,公式
表示该内壁涂层的表面辐射热阻,从该公式可以看出,作为围护 结构本体5内壁涂层的第二隔热层4的发射率ε 4越小,其表面辐射热阻越大,隔热效果越 好。借助选用低发射率ε4材料,例如发射率ε 4由0.8降至
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