專利名稱：漸變金屬泡沫基相變蓄熱裝置的制作方法
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，具體是一種用于房屋保溫的漸變金屬泡沫基相變蓄熱裝置。
背景技術(shù)：
工業(yè)的快速發(fā)展給環(huán)境造成了很大的破壞，空氣的污染程度加劇。近年來(lái)，國(guó)家對(duì)節(jié)能減排日益重視，如何充分利用現(xiàn)有的清潔能源成了當(dāng)務(wù)之急。太陽(yáng)能作為一種可廣泛利用的清潔能源，在我國(guó)陸地上每年接收的輻射總量3.3X IO3-S.4X106KJ/m2，相當(dāng)于
2.4X IO4噸標(biāo)準(zhǔn)煤，但具有季節(jié)性、晝夜周期性的缺點(diǎn)。太陽(yáng)能可被廣泛的應(yīng)用在建筑節(jié)能領(lǐng)域。針對(duì)太陽(yáng)能周期性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能要有高效的隔熱材料、透光材料、儲(chǔ)能材料。而通孔金屬泡沫是作為一種新型的多孔材料，它的換熱比表面積大(2000-10000m2/m3)，相對(duì)密度較小(是固體材料的2%-12%)，具有良好的換熱性能，可被廣泛應(yīng)用在節(jié)能減排領(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(dòng)時(shí)，被金屬骨架擾動(dòng)，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優(yōu)良的金屬基材料。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN101560377A，
公開(kāi)日2009-10-21，記載了一種泡沫基相變復(fù)合材料及其制備方法，泡沫金屬骨架材料上附有融點(diǎn)大于600攝氏度的相變蓄熱材料。但是，該技術(shù)未考慮到太陽(yáng)能的周期性，且只針對(duì)高溫蓄熱領(lǐng)域。上述現(xiàn)有技術(shù)主要針對(duì)結(jié)構(gòu)均勻的金屬泡沫，并不能充分利用金屬泡沫的導(dǎo)熱能力，總體換熱性能較低
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種用于房屋保溫的漸變金屬泡沫基相變蓄熱裝置，可以通過(guò)調(diào)整漸變形貌參數(shù)控制蓄放熱時(shí)間，通過(guò)漸變金屬泡沫增強(qiáng)相變換熱性能，解決了現(xiàn)有蓄熱時(shí)間換熱效率低下、耗材量多、體積大等問(wèn)題。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明涉及一種漸變金屬泡沫基相變蓄熱裝置，包括:由兩個(gè)換熱壁面和兩個(gè)絕熱壁面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成的空腔、燒結(jié)于空腔內(nèi)的內(nèi)部通孔的稠密程度逐漸變化的漸變金屬泡沫和相變材料制備的相變部，其中:漸變金屬泡沫的稠密程度沿?fù)Q熱壁面的垂直方從面向室外側(cè)起，向面向室內(nèi)側(cè)逐漸減小，相變部填充于漸變金屬泡沫的內(nèi)部。所述的換熱壁面的外側(cè)各自分別設(shè)有隔熱板。所述的稠密程度漸變是指: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??；或者孔密度和孔隙率都相同，構(gòu)成漸變金屬泡沫的材質(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填充有相變部的漸變金屬泡沫的方法，通過(guò)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 — 130PP1、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(gè)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(gè)復(fù)制了聚氨酯海綿結(jié)構(gòu)的三維骨架空間；第三步、將加入了由相變材料制備的相變部的金屬或合金熔融液澆注到此鑄型內(nèi)，待凝固后去除耐火材料就可形成稠密程度漸變的漸變金屬泡沫；當(dāng)制備材質(zhì)是按層變化的漸變金屬泡沫時(shí)，在各層之間加上導(dǎo)熱系數(shù)高的銀銅合金片后，放置高溫電爐內(nèi)加熱至銀銅合金熔化，然后冷卻，最終將各個(gè)金屬泡沫層燒結(jié)在一起。所述的耐火材料是指:酚醛樹(shù)脂、莫來(lái)石或石膏。所述的金屬是指:鋁、銅或鎳；所述的合金是指鋁、銅或鎳中任意兩種以上的合金。本發(fā)明通過(guò)在換熱壁面燒結(jié)稠密程度逐漸變化的漸變金屬泡沫提高了相變蓄熱的蓄熱性能，增大了換熱比表面 積，縮短了蓄熱時(shí)間更短，延長(zhǎng)了放熱時(shí)間。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖；圖2為填充有相變部的漸變金屬泡沫的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)施例包括:兩個(gè)隔熱板10、11、兩個(gè)換熱壁面8、兩個(gè)絕熱壁面9、內(nèi)部通孔的稠密程度逐漸變化的漸變金屬泡沫6和相變材料制備的相變部7，其中:漸變金屬泡沫6燒結(jié)于兩個(gè)換熱壁面8的中間，稠密程度沿?fù)Q熱壁面8的垂直方向從左向右逐漸減小，左側(cè)為面向室外側(cè)，右側(cè)為面向房屋側(cè)，上下兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)絕熱壁面9 ;相變部7填充于漸變金屬泡沫6的內(nèi)部；兩個(gè)換熱壁面8的外側(cè)分別設(shè)置一個(gè)隔熱板10、11。所述的漸變金屬泡沫6的材質(zhì)可以為銅、鎳、鋁及其合金；所述的相變部7可以為有機(jī)相變材料、無(wú)機(jī)相變材料或復(fù)合相變材料；所述的換熱壁面8為銅；所述的絕熱壁面9是玻璃纖維隔熱壁面；所述的隔熱板10和11為泡沫型保溫材料或纖維型保溫材料。根據(jù)房間的面積和晝夜溫差可調(diào)整蓄熱裝置的體積。房間越大，晝夜溫差越大，則蓄熱裝置的體積就越大，相變部7的相變潛熱就越大。白天儲(chǔ)存熱量時(shí)，隔熱板10緊貼在蓄熱器右邊，隔熱板10拉起；熱量?jī)?chǔ)存完畢，隔熱板10和11同時(shí)緊貼在蓄熱器的左右兩偵牝防止熱量散失；夜間釋放熱量時(shí)，隔熱板11拉起，蓄熱器向房間內(nèi)釋放熱量。本蓄熱裝置主要在冬季使用，在白天陽(yáng)光照射充足的地區(qū)，漸變金屬泡沫6的材質(zhì)可選擇導(dǎo)熱系數(shù)較低的金屬，如鋁和鎳等，以增加相變部7的使用壽命；而在白天陽(yáng)光照射較弱的地區(qū)，漸變金屬泡沫6的材質(zhì)可選擇導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬，如銅及其合金，以便于快速儲(chǔ)存熱量。本實(shí)施例選擇稠密程度從左向右逐漸減小的金屬泡沫。因?yàn)槲鼰岜诿婧蜐u變金屬泡沫6的接觸面積較大，吸熱壁面吸收的熱量能快速傳遞給漸變金屬泡沫6，金屬泡沫將熱量再傳遞給相變部7，這樣白天能快速的儲(chǔ)存熱量。而右側(cè)的散熱壁面和漸變金屬泡沫6的接觸面積較小，釋放熱量時(shí)，由金屬骨架傳遞給散熱壁面熱量的速率就較慢，這樣就能較慢的釋放熱量。本蓄熱裝置特有的金屬泡沫結(jié)構(gòu)帶來(lái)的吸熱時(shí)間短放熱時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)正好符合冬天晝短夜長(zhǎng)的季節(jié)特征，所以更有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。此蓄熱裝置可以作為傾斜屋頂?shù)囊徊糠?，也可以放置在朝?yáng)的豎直墻面上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際安裝需要調(diào)整此裝置的傾斜角Φ。
實(shí)施例2 如圖2所示,本實(shí)施例為實(shí)施例1中填充有相變部7的漸變金屬泡沫6的一個(gè)示例，該漸變金屬泡沫6包括:第一通孔銅泡沫層1、第二通孔銅泡沫層2、第三通孔銅泡沫層
3、第四通孔銅泡沫層4和第五通孔銅泡沫層5，各層泡沫中填充有相變部7。采用熔模鑄造法制備好各通孔銅泡沫層之后，在各層之間加上導(dǎo)熱系數(shù)高的銀銅合金片后，放置高溫電爐內(nèi)加熱至銀銅合金熔化，然后冷卻，最終將各個(gè)金屬泡沫層燒結(jié)在一起。第一通孔銅泡沫層2孔密度為40PPI ;第二通孔銅泡沫層3孔密度為30PPI ;第三通孔銅泡沫層4孔密度為20PPI ;第四通孔銅泡沫層5孔密度為10PPI ;第五通孔銅泡沫層6孔密度為5PPI。熔模鑄造法具體步驟: 第一步、將孔密度分別為40PP1、30PP1、20PP1、10PPI和5PPI的聚氨酯海綿按層疊加粘合成一個(gè)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(gè)復(fù)制了聚氨酯海綿結(jié)構(gòu)的三維骨架空間；第三步、將加入了由相變材料制備的相變部7的銅金屬熔融液澆注到此鑄型內(nèi)，待金屬凝固后去除耐火材料就可形成具有漸變形貌特征的漸變金屬泡沫；所述的耐火材料是指:酚醛樹(shù)脂、莫來(lái)石或石膏。
權(quán)利要求
1.一種漸變金屬泡沫基相變蓄熱裝置，其特征在于，包括:由兩個(gè)換熱壁面和兩個(gè)絕熱壁面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成的空腔、燒結(jié)于空腔內(nèi)的內(nèi)部通孔的稠密程度逐漸變化的漸變金屬泡沫和相變材料制備的相變部，其中:漸變金屬泡沫的稠密程度沿?fù)Q熱壁面的垂直方從面向室外側(cè)起，向面向室內(nèi)側(cè)逐漸減小，相變部填充于漸變金屬泡沫的內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述的換熱壁面的外側(cè)各自分別設(shè)有隔熱板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述的稠密程度漸變是指:孔隙率相同，孔密度沿壁面垂直方向逐漸增大或減?。换蛘呖酌芏认嗤?，孔隙率逐漸增大或減小；或者孔密度和孔隙率都相同，構(gòu)成漸變金屬泡沫的材質(zhì)逐漸變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征是，所述的孔密度的變化范圍為3PPI— 130PPI。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征是，所述的孔隙率的變化范圍為0.88-0.98。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征是，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。
7.一種制備上述權(quán)利要1-6任一項(xiàng)所述填充有相變部的漸變金屬泡沫的方法，其特征在于，通過(guò)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 — 130PP1、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(gè)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(gè)復(fù)制了聚氨酯海綿結(jié)構(gòu)的三維骨架空間； 第三步、將加入了由相變材料制備的相變部的金屬或合金熔融液澆注到此鑄型內(nèi)，待凝固后去除耐火材料就可形成稠密程度漸變的漸變金屬泡沫； 當(dāng)制備材質(zhì)是按層變化的漸變金屬泡沫時(shí)，在各層之間加上導(dǎo)熱系數(shù)高的銀銅合金片后，放置高溫電爐內(nèi)加熱至銀銅合金熔化，然后冷卻，最終將各個(gè)金屬泡沫層燒結(jié)在一起。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征是，所述的耐火材料是指:酹醒樹(shù)脂、莫來(lái)石或石骨。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征是，所述的金屬是指:鋁、銅或鎳；所述的合金是指鋁、銅或鎳中任意兩種以上的合金。
全文摘要
一種利用剛性傳熱體技術(shù)領(lǐng)域的，用于房屋保溫的漸變金屬泡沫基相變蓄熱裝置，包括兩個(gè)隔熱板、兩個(gè)換熱壁面、兩個(gè)絕熱壁面、內(nèi)部通孔的稠密程度逐漸變化的漸變金屬泡沫和相變材料制備的相變部，其中漸變金屬泡沫燒結(jié)于兩個(gè)換熱壁面的中間，稠密程度沿?fù)Q熱壁面的垂直方向從左向右逐漸減小，左側(cè)為面向室外側(cè)，右側(cè)為面向房屋側(cè)，上下兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)絕熱壁面；相變部填充于漸變金屬泡沫的內(nèi)部；兩個(gè)換熱壁面的外側(cè)分別設(shè)置一個(gè)隔熱板。本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)整漸變形貌參數(shù)控制蓄放熱時(shí)間，通過(guò)漸變金屬泡沫增強(qiáng)相變換熱性能，解決了現(xiàn)有蓄熱時(shí)間換熱效率低下、耗材量多、體積大等問(wèn)題。
文檔編號(hào)F28D20/02GK103234377SQ201310182279
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月16日
發(fā)明者徐治國(guó), 趙長(zhǎng)穎, 王美琴 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)