[发明专利]渐变形貌特征的通孔金属泡沫及其制备方法和换热装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种利用刚性传热体技术领域的装置，具体是一种渐变形貌特征的通孔金属泡沫及其制备方法和基于该金属泡沫的换热装置。

背景技术

管式换热器用于流经管内外的流体的换热，被广泛应用在核电、制冷、煤电等领域。近几年，随着国家和社会对节能减排的重视，如何利用充分利用现有的能源成为当务之急。而提高管式换热器的换热效率，减小管式换热器的体积是其中一项关键环节。通孔金属泡沫是一种新型的多孔材料，它的换热比表面积大（2000-10000m²/m³），相对密度较小（是固体材料的2%-12%），具有良好的力学和换热性能，可被广泛应用在航空航天、发电等领域。通孔金属泡沫由金属骨架和蜿蜒的内部连通通道组成。流体在通孔金属泡沫内部流动时，被金属骨架扰动，又由于换热比表面积大，流体和金属泡沫的热量交换很充分，而具有良好的导热能力的金属骨架可以将流体的热量充分的传递出去，所以通孔金属泡沫是一种性能优异的强化换热材料。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1948885，公开日2007-4-18，记载了一种套管式金属泡沫换热器，外管内填充有金属泡沫；中国专利文献号CN101226021，公开日2008-7-23，记载了一种内村泡沫金属的翅片管式换热器，泡沫金属内部有供气体或液体介质流通的孔洞。但上述现有技术主要针对结构均匀的金属泡沫，并不能充分利用金属泡沫的换热性能，总体换热效率较低。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种渐变形貌特征的通孔金属泡沫及其制备方法和换热装置，可以合理的利用金属骨架和流体的换热递变性能，为受热膨胀的流体提供合适的流动空间，这样，流体可以带走更多的热量，从而可以大大的增强换热；特别是在相变换热领域，可以提高两相换热效率，解决了现有换热设备换热效率低下、耗材量多、体积大等问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种渐变形貌特征的通孔金属泡沫，该金属泡沫的内部通孔为稠密程度渐变结构，即孔隙率相同，孔密度沿壁面垂直方向逐渐增大或减小；或者孔密度相同，孔隙率逐渐增大或减小；或者孔密度和孔隙率都相同，构成通孔金属泡沫的材质逐渐变化。

所述的孔密度的变化范围为3PPI—130PPI。

所述的孔隙率的变化范围为0.88—0.98。

所述的材质逐渐变化是指按导热系数从高到低排列的多种金属泡沫。

本发明涉及一种制备上述渐变形貌特征的通孔金属泡沫的方法，通过熔模铸造法制备得到，其具体步骤包括：

第一步、将孔密度变化范围为3PPI—130PPI、孔隙率变化范围为0.88—0.98的聚氨酯海绵按层叠加粘合成一个整体；然后将其浸入到液体耐火材料中，使耐火材料充满其空隙；

第二步、在耐火材料硬化后加热使聚氨酯海绵气化分解，形成一个复制了聚氨酯海绵结构的三维骨架空间；

第三步、将金属或合金熔融液浇注到此铸型内，待金属或合金凝固后去除耐火材料就可形成具有渐变形貌特征的通孔金属泡沫；

当制备材质按层变化的渐变金属泡沫时，将各层按上述第一步至第三步制备得到的金属泡沫通过钎焊的方法焊接在一起即得。

所述的耐火材料是指：酚醛树脂、莫来石或石膏。

所述的金属是指：铝、铜或镍。

本发明涉及一种基于上述金属泡沫的换热器，包括：换热壁面和烧结于其一面的通孔金属泡沫，其中：通孔金属泡沫的稠密程度沿换热壁面垂直向外方向逐渐减小。

本发明进一步涉及另一种基于上述金属泡沫的换热器，包括：两个换热壁面、第一通孔金属泡沫和两块第二通孔金属泡沫，其中：第一通孔金属泡沫烧结于两个换热壁面的中间，该泡沫的稠密程度为中间大两边小，两块第二通孔金属泡沫分别烧结于两块换热壁面的外侧，该泡沫稠密程度沿换热壁面垂直向外方向逐渐减小。

本发明通过在换热壁面烧结的稠密程度逐渐变化的金属骨架的方法提高了换热器的换热性能，替代了传统的换热翅片，增大了换热比表面积，有利于因受热而逐渐膨胀的流体的流动和换热，使得该换热器在换热效果相同的情况下换热效率更高，金属耗材更少、体积更小。

附图说明

图1为实施例1的结构图；

图2为实施例2的结构图；

图3为实施例3的结构图；

图4为实施例4的结构图。

具体实施方式