[发明专利]一种基于中空泡沫材料的微通道换热装置及其应用

权利要求书

1.一种基于中空泡沫材料的微通道换热装置，其特征在于，该微通道换热装置以具有致密管壁的中空泡沫材料为功能区域构成材料，由一个中空泡沫微换热单元组件独立构成，或由两个以上或两种以上结构的中空泡沫微换热单元组件通过并联或串联方式进行模块化组装集成，每个微换热单元组件由流体引接口、集流空腔、流体分流密封层、流体密封阻挡层、中空泡沫微换热功能区构成；作为该微通道换热装置的功能区域构成材料的中空泡沫材料，其在宏观上由支撑骨架(a) 三维连通以形成开孔（b）网络结构；其中，支撑骨架(a)本身具有尺寸可控的、中空的微通道(c)，该微通道(c)的横断面为近圆状或椭圆状，其中空微通道管壁将热量交换过程中的高温流体与低温流体分隔开；

采取不同构型的流体引接口、集流空腔、流体分流密封层、流体密封阻挡层、中空泡沫微换热功能区，形成基于中空泡沫材料的微通道换热装置的微换热单元组件；微换热单元组件中设置两个以上集流空腔、流体分流密封层和流体密封阻挡层，集流空腔通过流体分流密封层和流体密封阻挡层形成，流体引接口分别与集流空腔相连通，相邻集流空腔之间为中空泡沫微换热功能区，中空泡沫微换热功能区设置中空泡沫骨架，中空泡沫骨架之间为宏观三维连通开孔网孔。

2.按照权利要求1所述的基于中空泡沫材料的微通道换热装置，其特征在于，微换热单元组件采用如下结构之一：

(1) 微换热单元组件为圆柱式的微换热单元组件的结构设计，微换热流体引接口采用管状微换热流体引接口，微换热单元组件中设置一个圆底面式集流空腔和一个圆柱外侧壳式集流空腔，另设置一个圆柱中心轴向微通道流体分流密封层和一个圆柱外侧壳式微通道流体分流密封层，形成微通道流体径向流动，宏观网孔内流体轴向流动的圆柱式微换热单元组件；

(2) 微换热单元组件为圆柱式的微换热单元组件的结构设计，微换热流体引接口采用管状微换热流体引接口，微换热单元组件中设置两个圆底面式集流空腔与两个圆环面式微通道流体的分流密封层，另设置一个圆柱中心轴向宏观网孔内流体的分流密封层，形成微通道流体轴向流动，宏观网孔内流体径向流动的圆柱式微换热单元组件；

(3) 微换热单元组件为圆柱式的微换热单元组件的结构设计，微换热流体引接口采用管状微换热流体引接口，微换热单元组件中设置两个圆底面式的集流空腔和两个圆底面式的微通道流体的分流密封层，形成微通道流体轴向流动，宏观网孔内流体与微通道流体逆向或者顺向流动的圆柱式微换热单元组件；

(4) 微换热单元组件为板式的微换热单元组件的结构设计，微换热流体引接口采用管状微换热流体引接口，微换热单元组件中设置两个板式的集流空腔和两个板式的微通道流体的分流密封层，形成宏观网孔内流体与微通道流体逆向或者顺向流动的板式微换热单元组件。

3.按照权利要求1所述的基于中空泡沫材料的微通道换热装置，其特征在于，构成该微通道换热装置的部分或所有功能区的主要组成物质是以下类别中的一种或两种以上：陶瓷材料、氧化物材料、金属及其合金或固溶体或金属间化合物材料、碳材料、高分子材料；

作为微通道换热装置主要功能部件的中空泡沫材料，宏观上三维连通网络结构的开孔(b)的网孔尺寸(d1)为0.2mm～20mm，构成该中空泡沫材料网络骨架的中空微通道(c)的外径尺寸(d3)为0.1mm～10mm，内径尺寸(d2)为0.02mm～9mm；

构成该基于中空泡沫材料的微通道换热装置主要功能部件的中空泡沫材料，其网络骨架的中空微通道的管壁本体的物理结构或化学结构为各向同性的，或为各向异性的，中空微通道的管壁的内壁表面或/和外壁表面状态为以下几种形态的一种或两种以上：

（1）表面处理后具有较大热交换面积的内/外壁表面；

（2）表面处理后具有较大热导率材质的内/外壁表面；

（3）表面处理后具有较好耐化学腐蚀性能材质的内/外壁表面。

4.一种权利要求1所述的基于中空泡沫材料的微通道换热装置的应用，其特征在于，在该微通道换热装置的应用过程中，换热模式为：温度为T₂的流体在宏观三维连通网孔内流动，温度为T₁的流体在三维连通的中空微通道内流动，T₁＞T₂或者T₁＜T₂。