[發明專利]一種基于中空泡沫材料的微通道換熱裝置及其應用

有效

• 申請號: 201711088821.5
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN109751903B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 張勁松;高勇;田沖;楊振明;楊曉丹
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: F28D21/00
• 分類號: F28D21/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種基于中空泡沫材料的微通道換熱裝置，其特征在于，該微通道換熱裝置以具有致密管壁的中空泡沫材料為功能區域構成材料，由一個中空泡沫微換熱單元組件獨立構成，或由兩個以上或兩種以上結構的中空泡沫微換熱單元組件通過并聯或串聯方式進行模塊化組裝集成，每個微換熱單元組件由流體引接口、集流空腔、流體分流密封層、流體密封阻擋層、中空泡沫微換熱功能區構成；作為該微通道換熱裝置的功能區域構成材料的中空泡沫材料，其在宏觀上由支撐骨架(a) 三維連通以形成開孔（b）網絡結構；其中，支撐骨架(a)本身具有尺寸可控的、中空的微通道(c)，該微通道(c)的橫斷面為近圓狀或橢圓狀，其中空微通道管壁將熱量交換過程中的高溫流體與低溫流體分隔開；

采取不同構型的流體引接口、集流空腔、流體分流密封層、流體密封阻擋層、中空泡沫微換熱功能區，形成基于中空泡沫材料的微通道換熱裝置的微換熱單元組件；微換熱單元組件中設置兩個以上集流空腔、流體分流密封層和流體密封阻擋層，集流空腔通過流體分流密封層和流體密封阻擋層形成，流體引接口分別與集流空腔相連通，相鄰集流空腔之間為中空泡沫微換熱功能區，中空泡沫微換熱功能區設置中空泡沫骨架，中空泡沫骨架之間為宏觀三維連通開孔網孔。

2.按照權利要求1所述的基于中空泡沫材料的微通道換熱裝置，其特征在于，微換熱單元組件采用如下結構之一：

(1) 微換熱單元組件為圓柱式的微換熱單元組件的結構設計，微換熱流體引接口采用管狀微換熱流體引接口，微換熱單元組件中設置一個圓底面式集流空腔和一個圓柱外側殼式集流空腔，另設置一個圓柱中心軸向微通道流體分流密封層和一個圓柱外側殼式微通道流體分流密封層，形成微通道流體徑向流動，宏觀網孔內流體軸向流動的圓柱式微換熱單元組件；

(2) 微換熱單元組件為圓柱式的微換熱單元組件的結構設計，微換熱流體引接口采用管狀微換熱流體引接口，微換熱單元組件中設置兩個圓底面式集流空腔與兩個圓環面式微通道流體的分流密封層，另設置一個圓柱中心軸向宏觀網孔內流體的分流密封層，形成微通道流體軸向流動，宏觀網孔內流體徑向流動的圓柱式微換熱單元組件；

(3) 微換熱單元組件為圓柱式的微換熱單元組件的結構設計，微換熱流體引接口采用管狀微換熱流體引接口，微換熱單元組件中設置兩個圓底面式的集流空腔和兩個圓底面式的微通道流體的分流密封層，形成微通道流體軸向流動，宏觀網孔內流體與微通道流體逆向或者順向流動的圓柱式微換熱單元組件；

(4) 微換熱單元組件為板式的微換熱單元組件的結構設計，微換熱流體引接口采用管狀微換熱流體引接口，微換熱單元組件中設置兩個板式的集流空腔和兩個板式的微通道流體的分流密封層，形成宏觀網孔內流體與微通道流體逆向或者順向流動的板式微換熱單元組件。

3.按照權利要求1所述的基于中空泡沫材料的微通道換熱裝置，其特征在于，構成該微通道換熱裝置的部分或所有功能區的主要組成物質是以下類別中的一種或兩種以上：陶瓷材料、氧化物材料、金屬及其合金或固溶體或金屬間化合物材料、碳材料、高分子材料；

作為微通道換熱裝置主要功能部件的中空泡沫材料，宏觀上三維連通網絡結構的開孔(b)的網孔尺寸(d1)為0.2mm～20mm，構成該中空泡沫材料網絡骨架的中空微通道(c)的外徑尺寸(d3)為0.1mm～10mm，內徑尺寸(d2)為0.02mm～9mm；

構成該基于中空泡沫材料的微通道換熱裝置主要功能部件的中空泡沫材料，其網絡骨架的中空微通道的管壁本體的物理結構或化學結構為各向同性的，或為各向異性的，中空微通道的管壁的內壁表面或/和外壁表面狀態為以下幾種形態的一種或兩種以上：

（1）表面處理后具有較大熱交換面積的內/外壁表面；

（2）表面處理后具有較大熱導率材質的內/外壁表面；

（3）表面處理后具有較好耐化學腐蝕性能材質的內/外壁表面。

4.一種權利要求1所述的基于中空泡沫材料的微通道換熱裝置的應用，其特征在于，在該微通道換熱裝置的應用過程中，換熱模式為：溫度為T₂的流體在宏觀三維連通網孔內流動，溫度為T₁的流體在三維連通的中空微通道內流動，T₁＞T₂或者T₁＜T₂。