專利名稱：帶有金屬多孔結(jié)構(gòu)的蓄熱型食品保溫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種食品加熱保溫裝置，尤其涉及一種通過多孔金屬材料中相變換熱
來對食品進(jìn)行加熱和保溫的帶有金屬多孔結(jié)構(gòu)的蓄熱型食品保溫裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的保溫裝置，如保溫瓶、保溫杯，大多是采用雙內(nèi)膽結(jié)構(gòu)，(即在兩層內(nèi)膽之間設(shè)有真空層)或采用低導(dǎo)熱系數(shù)隔熱材料，進(jìn)行被動隔熱。但該技術(shù)保溫持久性差，保溫效率低。針對此問題，曾出現(xiàn)了許多設(shè)計方案。專利01257419. 8設(shè)計了一種內(nèi)置電加熱發(fā)熱盤的保溫裝置，利用內(nèi)膽下部設(shè)置的發(fā)熱盤以及保溫層上部的散熱孔來保溫；專利00243094. 0采用了一種顆粒狀的保溫材料，將其安裝在空腔形狀的保溫結(jié)構(gòu)上，形成一個實心體形狀的保溫結(jié)構(gòu)。這樣的保溫裝置的確可以延長保溫時間，但是無法同時對食品進(jìn)行加熱保溫。 另一方面，石蠟等相變蓄熱材料具有相變潛熱高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、相變體積變化小、易于控制、成本低廉等優(yōu)點，是蓄熱保溫的理想材料，利用其凝固過程放出的潛熱對食品進(jìn)行加熱則為食品保溫裝置的設(shè)計提供了可能，但其缺點是導(dǎo)熱系數(shù)很低("0. lWm—10 ，不利于熱量的傳遞，會導(dǎo)致三個問題其一，相變材料充熱的過程中，由于其低導(dǎo)熱性，熱量無法有效傳遞給相變材料內(nèi)部，使充熱時間大大延長；其二，熱量會集中在加熱端，使局部溫度急劇升高，造成局部過熱，導(dǎo)致裝置的壽命降低。其三，當(dāng)食品溫度低于相變溫度時，相變材料因為其低導(dǎo)熱性，導(dǎo)致所存儲潛熱無法有效傳遞給食品，使保溫效果變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種利用金屬多孔介質(zhì)能夠強化傳熱的特性，將通孔金屬泡沫強化換熱和相變材料的蓄熱有效結(jié)合起來能夠?qū)?nèi)部食品進(jìn)行加熱和持久保溫的帶有金屬多孔結(jié)構(gòu)的蓄熱型食品保溫裝置。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是裝置包括外殼、內(nèi)殼、頂蓋，由外殼與
內(nèi)殼形成的真空層，所說的內(nèi)殼包括外壁、內(nèi)壁及內(nèi)、外壁之間形成的空腔，外壁與內(nèi)壁之
間形成的空腔內(nèi)填充有通孔金屬泡沫，該通孔金屬泡沫燒結(jié)在內(nèi)壁上，且在通孔金屬泡沫
的孔隙間封裝有相變材料，電加熱裝置設(shè)置在外壁與內(nèi)壁形成的空腔的底部。 本發(fā)明的頂蓋為一凸臺狀結(jié)構(gòu)，與內(nèi)壁緊密配合的凸臺內(nèi)部設(shè)有隔熱的真空層；
通孔金屬泡沫采用高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁、銅或合金材料；通孔金屬泡沫的孔隙率為0. 50
0. 95，孔徑為0. 5mm 5mm ;相變材料采用相變潛熱大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點在40°C 80°C
的相變材料；外殼的內(nèi)側(cè)、內(nèi)壁的外側(cè)表面鍍銀；內(nèi)壁采用高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁、銅或合金材料。 本發(fā)明根據(jù)食品的保溫溫度和時間要求，確定裝置尺寸、相變材料熔點、通孔金屬泡沫的材質(zhì)、孔隙率、孔徑之后，將通孔金屬泡沫填充于內(nèi)、外壁之間并燒結(jié)在內(nèi)壁上，這樣可以進(jìn)一步減少接觸熱阻。通孔金屬泡沫孔隙中充滿相變材料，將電加熱絲安裝在內(nèi)、外壁 夾層之間用于充熱，最后在頂蓋下部以及外壁和外殼之間設(shè)計成真空層來隔熱。本發(fā)明利 用通孔金屬泡沫，能夠增強導(dǎo)熱，加速相變材料的熔化；同時在相變材料凝固放出潛熱時， 能夠更高效地把熱量傳遞給食品，起到了加熱保溫的作用。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為區(qū)域A的局部放大圖；
圖3為圖1的B向剖視圖； 圖4為純石蠟和含有通孔金屬泡沫的石蠟熔化過程中加熱面溫度隨時間變化圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 參見圖1、圖2和圖3，本發(fā)明包括外殼2、內(nèi)殼、頂蓋1，由外殼2與內(nèi)殼形成的真 空層3，頂蓋1為一凸臺狀結(jié)構(gòu)，與內(nèi)壁5緊密配合的凸臺內(nèi)部設(shè)有隔熱的真空層，來阻止熱 量向外流失，真空層的厚度為3mm 5mm之間，所說的內(nèi)殼包括外壁4和由鋁、銅或合金材 料制成的內(nèi)壁5以及內(nèi)、外壁之間形成的空腔。外殼2的內(nèi)偵"內(nèi)壁5的外側(cè)表面鍍銀，在 外壁4與內(nèi)壁5之間形成的空腔內(nèi)填充有鋁、銅或合金材料制成的通孔金屬泡沫6，該通孔 金屬泡沫6燒結(jié)在內(nèi)壁5上，通孔金屬泡沫的孔隙率為0. 50 0. 95 (孔隙體積占總體積的 百分?jǐn)?shù))，孔徑為0. 5mm 5mm，且在通孔金屬泡沫6的孔隙間封裝有相變材料7，相變材料 采用相變潛熱大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點在40°C 8(TC的相變材料。本實施例的相變材料選 用的是石蠟，石蠟的熔點和填充率可以根據(jù)食品的保溫溫度和時間的要求而定。電加熱裝 置8設(shè)置在外壁4與內(nèi)壁5形成的空腔的底部。電加熱裝置8與安裝在外殼2上的電源插 座相連接，用來對相變材料進(jìn)行充熱。 保溫裝置使用之前，先采用電加熱裝置8對相變材料7充熱，使其吸收潛熱熔化， 在保溫過程中，相變材料凝固并釋放潛熱，主動對食品加熱保溫。 為量化說明通孔金屬泡沫6強化換熱原理，進(jìn)行了通孔金屬泡沫內(nèi)相變材料熔化 的實驗。通孔金屬泡沫的材料為銅，其導(dǎo)熱系數(shù)為401Wm—1 ;所選相變材料為石蠟，熔點為 53。C，相變潛熱為102. lkj kg—、 圖4為相同加熱熱流密度下，純石蠟和含有通孔金屬泡沫的石蠟熔化過程中加熱
面溫度隨時間變化圖。和含有通孔金屬泡沫的相比，純石蠟試件受熱后，壁面溫度急劇上
升。大概在1000秒的時候，溫度已經(jīng)上升至9(TC。與純石蠟急劇升溫相比，含有通孔金屬
泡沫的試件，在這一時間段內(nèi)，其溫度上升的趨勢要緩慢許多。以孔隙率為0. 98，孔密度為
40的通孔金屬泡沫為例，第1000秒時，壁面溫度為60°C ，相比純石蠟溫度降低了 33%左右；
而孔隙率為0. 90的泡沫為5(TC，相比純石蠟降低了 44%左右。這說明，在相同加熱熱流密
度時，通孔金屬泡沫減小了傳熱熱阻而使傳熱得到強化，有效地將熱量傳遞給相變材料內(nèi)
部，加速了內(nèi)部石蠟的熔化，降低了加熱端溫度的同時也使溫度分布更加均勻。 通過以上敘述可知，本發(fā)明從金屬多孔材料內(nèi)相變換熱的傳熱原理出發(fā)，將相變
蓄熱和通孔金屬泡沫強化換熱相結(jié)合，設(shè)計了一種食品相變材料潛熱加熱保溫裝置，提高
4了相變換熱時的有效導(dǎo)熱系數(shù)，強化了換熱，實現(xiàn)了對內(nèi)部食品進(jìn)行加熱和持久保溫的功能。
權(quán)利要求
帶有金屬多孔結(jié)構(gòu)的蓄熱型食品保溫裝置，包括外殼(2)、內(nèi)殼、頂蓋(1)，由外殼(2)與內(nèi)殼形成的真空層(3)，其特征在于所說的內(nèi)殼包括外壁(4)、內(nèi)壁(5)及內(nèi)、外壁之間形成的空腔，外壁(4)與內(nèi)壁(5)之間形成的空腔內(nèi)填充有通孔金屬泡沫(6)，該通孔金屬泡沫(6)燒結(jié)在內(nèi)壁(5)上，且在通孔金屬泡沫(6)的孔隙間封裝有相變材料(7)，電加熱裝置(8)設(shè)置在外壁(4)與內(nèi)壁(5)形成的空腔的底部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有金屬多孔結(jié)構(gòu)的蓄熱型食品保溫裝置，其特征在于所說的通孔金屬泡沫采用高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁、銅或合金材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有金屬多孔結(jié)構(gòu)的蓄熱型食品保溫裝置，其特征在于所說的通孔金屬泡沫的孔隙率為0. 50 0. 95，孔徑為0. 5mm 5mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有金屬多孔結(jié)構(gòu)的蓄熱型食品保溫裝置，其特征在于所說的頂蓋(1)為一凸臺狀結(jié)構(gòu)，與內(nèi)壁(5)緊密配合的凸臺內(nèi)部設(shè)有隔熱的真空層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有金屬多孔結(jié)構(gòu)的蓄熱型食品保溫裝置，其特征在于所說的相變材料采用相變潛熱大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點在40°C 8(TC的相變材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有金屬多孔結(jié)構(gòu)的蓄熱型食品保溫裝置，其特征在于所說的外殼(2)的內(nèi)側(cè)、內(nèi)壁(5)的外側(cè)表面鍍銀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有金屬多孔結(jié)構(gòu)的蓄熱型食品保溫裝置，其特征在于所說的內(nèi)壁采用高導(dǎo)熱系數(shù)的鋁、銅或合金材料。
全文摘要
帶有金屬多孔結(jié)構(gòu)的蓄熱型食品保溫裝置，由頂蓋、外殼、真空層、外壁、內(nèi)壁、通孔金屬泡沫、相變材料和電加熱裝置組成。本發(fā)明根據(jù)通孔多孔金屬泡沫內(nèi)相變材料強化換熱原理，在內(nèi)壁和外壁之間燒結(jié)通孔金屬泡沫材料，并且在內(nèi)、外壁之間通孔金屬泡沫孔隙中封裝相變材料。當(dāng)通電充熱時，相變材料遇熱熔化，并將電能以熔化潛熱的形式存儲，由于通孔金屬泡沫導(dǎo)熱系數(shù)高，強化了相變材料的熔化，減小了充熱時間。在保溫過程中，相變材料凝固并釋放其儲存的潛熱，金屬泡沫利用其高導(dǎo)熱性可以將熱量更高效地傳遞給食品，對食品進(jìn)行加熱彌補其熱損失。該裝置采用潛熱加熱的原理進(jìn)行保溫，克服了傳統(tǒng)保溫裝置被動隔熱的保溫技術(shù)，保溫時間長且效率高。
文檔編號A47G23/04GK101773357SQ20101010128
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月25日
發(fā)明者屈治國 申請人:西安交通大學(xué)