[發(fā)明專利]漸變形貌特征的通孔金屬泡沫及其制備方法和換熱裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310011939.3
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103060592A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐治國;趙長穎;王美琴
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;B22C9/04;F28F21/08
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種利用剛性傳熱體技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種漸變形貌特征的通孔金屬泡沫及其制備方法和基于該金屬泡沫的換熱裝置。

背景技術(shù)

管式換熱器用于流經(jīng)管內(nèi)外的流體的換熱，被廣泛應(yīng)用在核電、制冷、煤電等領(lǐng)域。近幾年，隨著國家和社會對節(jié)能減排的重視，如何利用充分利用現(xiàn)有的能源成為當(dāng)務(wù)之急。而提高管式換熱器的換熱效率，減小管式換熱器的體積是其中一項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通孔金屬泡沫是一種新型的多孔材料，它的換熱比表面積大（2000-10000m²/m³），相對密度較小（是固體材料的2%-12%），具有良好的力學(xué)和換熱性能，可被廣泛應(yīng)用在航空航天、發(fā)電等領(lǐng)域。通孔金屬泡沫由金屬骨架和蜿蜒的內(nèi)部連通通道組成。流體在通孔金屬泡沫內(nèi)部流動時，被金屬骨架擾動，又由于換熱比表面積大，流體和金屬泡沫的熱量交換很充分，而具有良好的導(dǎo)熱能力的金屬骨架可以將流體的熱量充分的傳遞出去，所以通孔金屬泡沫是一種性能優(yōu)異的強(qiáng)化換熱材料。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN1948885，公開日2007-4-18，記載了一種套管式金屬泡沫換熱器，外管內(nèi)填充有金屬泡沫；中國專利文獻(xiàn)號CN101226021，公開日2008-7-23，記載了一種內(nèi)村泡沫金屬的翅片管式換熱器，泡沫金屬內(nèi)部有供氣體或液體介質(zhì)流通的孔洞。但上述現(xiàn)有技術(shù)主要針對結(jié)構(gòu)均勻的金屬泡沫，并不能充分利用金屬泡沫的換熱性能，總體換熱效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種漸變形貌特征的通孔金屬泡沫及其制備方法和換熱裝置，可以合理的利用金屬骨架和流體的換熱遞變性能，為受熱膨脹的流體提供合適的流動空間，這樣，流體可以帶走更多的熱量，從而可以大大的增強(qiáng)換熱；特別是在相變換熱領(lǐng)域，可以提高兩相換熱效率，解決了現(xiàn)有換熱設(shè)備換熱效率低下、耗材量多、體積大等問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種漸變形貌特征的通孔金屬泡沫，該金屬泡沫的內(nèi)部通孔為稠密程度漸變結(jié)構(gòu)，即孔隙率相同，孔密度沿壁面垂直方向逐漸增大或減小；或者孔密度相同，孔隙率逐漸增大或減小；或者孔密度和孔隙率都相同，構(gòu)成通孔金屬泡沫的材質(zhì)逐漸變化。

所述的孔密度的變化范圍為3PPI—130PPI。

所述的孔隙率的變化范圍為0.88—0.98。

所述的材質(zhì)逐漸變化是指按導(dǎo)熱系數(shù)從高到低排列的多種金屬泡沫。

本發(fā)明涉及一種制備上述漸變形貌特征的通孔金屬泡沫的方法，通過熔模鑄造法制備得到，其具體步驟包括：

第一步、將孔密度變化范圍為3PPI—130PPI、孔隙率變化范圍為0.88—0.98的聚氨酯海綿按層疊加粘合成一個整體；然后將其浸入到液體耐火材料中，使耐火材料充滿其空隙；

第二步、在耐火材料硬化后加熱使聚氨酯海綿氣化分解，形成一個復(fù)制了聚氨酯海綿結(jié)構(gòu)的三維骨架空間；

第三步、將金屬或合金熔融液澆注到此鑄型內(nèi)，待金屬或合金凝固后去除耐火材料就可形成具有漸變形貌特征的通孔金屬泡沫；

當(dāng)制備材質(zhì)按層變化的漸變金屬泡沫時，將各層按上述第一步至第三步制備得到的金屬泡沫通過釬焊的方法焊接在一起即得。

所述的耐火材料是指：酚醛樹脂、莫來石或石膏。

所述的金屬是指：鋁、銅或鎳。

本發(fā)明涉及一種基于上述金屬泡沫的換熱器，包括：換熱壁面和燒結(jié)于其一面的通孔金屬泡沫，其中：通孔金屬泡沫的稠密程度沿?fù)Q熱壁面垂直向外方向逐漸減小。

本發(fā)明進(jìn)一步涉及另一種基于上述金屬泡沫的換熱器，包括：兩個換熱壁面、第一通孔金屬泡沫和兩塊第二通孔金屬泡沫，其中：第一通孔金屬泡沫燒結(jié)于兩個換熱壁面的中間，該泡沫的稠密程度為中間大兩邊小，兩塊第二通孔金屬泡沫分別燒結(jié)于兩塊換熱壁面的外側(cè)，該泡沫稠密程度沿?fù)Q熱壁面垂直向外方向逐漸減小。

本發(fā)明通過在換熱壁面燒結(jié)的稠密程度逐漸變化的金屬骨架的方法提高了換熱器的換熱性能，替代了傳統(tǒng)的換熱翅片，增大了換熱比表面積，有利于因受熱而逐漸膨脹的流體的流動和換熱，使得該換熱器在換熱效果相同的情況下?lián)Q熱效率更高，金屬耗材更少、體積更小。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式