CN101773357B - 带有金属多孔结构的蓄热型食品保温装置 - Google Patents

Abstract

带有金属多孔结构的蓄热型食品保温装置，由顶盖、外壳、真空层、外壁、内壁、通孔金属泡沫、相变材料和电加热装置组成。本发明根据通孔多孔金属泡沫内相变材料强化换热原理，在内壁和外壁之间烧结通孔金属泡沫材料，并且在内、外壁之间通孔金属泡沫孔隙中封装相变材料。当通电充热时，相变材料遇热熔化，并将电能以熔化潜热的形式存储，由于通孔金属泡沫导热系数高，强化了相变材料的熔化，减小了充热时间。在保温过程中，相变材料凝固并释放其储存的潜热，金属泡沫利用其高导热性可以将热量更高效地传递给食品，对食品进行加热弥补其热损失。该装置采用潜热加热的原理进行保温，克服了传统保温装置被动隔热的保温技术，保温时间长且效率高。

Description

带有金属多孔结构的蓄热型食品保温装置

技术领域

本发明涉及一种食品加热保温装置，尤其涉及一种通过多孔金属材料中相变换热来对食品进行加热和保温的带有金属多孔结构的蓄热型食品保温装置。

背景技术

传统的保温装置，如保温瓶、保温杯，大多是采用双内胆结构，(即在两层内胆之间设有真空层)或采用低导热系数隔热材料，进行被动隔热。但该技术保温持久性差，保温效率低。针对此问题，曾出现了许多设计方案。专利01257419.8设计了一种内置电加热发热盘的保温装置，利用内胆下部设置的发热盘以及保温层上部的散热孔来保温；专利00243094.0采用了一种颗粒状的保温材料，将其安装在空腔形状的保温结构上，形成一个实心体形状的保温结构。这样的保温装置的确可以延长保温时间，但是无法同时对食品进行加热保温。

另一方面，石蜡等相变蓄热材料具有相变潜热高、化学性质稳定、相变体积变化小、易于控制、成本低廉等优点，是蓄热保温的理想材料，利用其凝固过程放出的潜热对食品进行加热则为食品保温装置的设计提供了可能，但其缺点是导热系数很低(≈0.1Wm^-1K^-1)，不利于热量的传递，会导致三个问题：其一，相变材料充热的过程中，由于其低导热性，热量无法有效传递给相变材料内部，使充热时间大大延长；其二，热量会集中在加热端，使局部温度急剧升高，造成局部过热，导致装置的寿命降低。其三，当食品温度低于相变温度时，相变材料因为其低导热性，导致所存储潜热无法有效传递给食品，使保温效果变差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种利用金属多孔介质能够强化传热的特性，将通孔金属泡沫强化换热和相变材料的蓄热有效结合起来能够对内部食品进行加热和持久保温的带有金属多孔结构的蓄热型食品保温装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：装置包括外壳、内壳、顶盖，由外壳与内壳形成的真空层，所说的内壳包括外壁、内壁及内、外壁之间形成的空腔，外壁与内壁之间形成的空腔内填充有通孔金属泡沫，该通孔金属泡沫烧结在内壁上，且在通孔金属泡沫的孔隙间封装有相变材料，电加热装置设置在外壁与内壁形成的空腔的底部。

本发明的顶盖为一凸台状结构，与内壁紧密配合的凸台内部设有隔热的真空层；通孔金属泡沫采用高导热系数的铝、铜或合金材料；通孔金属泡沫的孔隙率为0.50～0.95，孔径为0.5mm～5mm；相变材料采用相变潜热大，化学性质稳定，熔点在40℃～80℃的相变材料；外壳的内侧、内壁的外侧表面镀银；内壁采用高导热系数的铝、铜或合金材料。

本发明根据食品的保温温度和时间要求，确定装置尺寸、相变材料熔点、通孔金属泡沫的材质、孔隙率、孔径之后，将通孔金属泡沫填充于内、外壁之间并烧结在内壁上，这样可以进一步减少接触热阻。通孔金属泡沫孔隙中充满相变材料，将电加热丝安装在内、外壁夹层之间用于充热，最后在顶盖下部以及外壁和外壳之间设计成真空层来隔热。本发明利用通孔金属泡沫，能够增强导热，加速相变材料的熔化；同时在相变材料凝固放出潜热时，能够更高效地把热量传递给食品，起到了加热保温的作用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为区域A的局部放大图；

图3为图1的B向剖视图；

图4为纯石蜡和含有通孔金属泡沫的石蜡熔化过程中加热面温度随时间变化图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明作进一步详细说明。

参见图1、图2和图3，本发明包括外壳2、内壳、顶盖1，由外壳2与内壳形成的真空层3，顶盖1为一凸台状结构，与内壁5紧密配合的凸台内部设有隔热的真空层，来阻止热量向外流失，真空层的厚度为3mm～5mm之间，所说的内壳包括外壁4和由铝、铜或合金材料制成的内壁5以及内、外壁之间形成的空腔。外壳2的内侧、内壁5的外侧表面镀银，在外壁4与内壁5之间形成的空腔内填充有铝、铜或合金材料制成的通孔金属泡沫6，该通孔金属泡沫6烧结在内壁5上，通孔金属泡沫的孔隙率为0.50～0.95(孔隙体积占总体积的百分数)，孔径为0.5mm～5mm，且在通孔金属泡沫6的孔隙间封装有相变材料7，相变材料采用相变潜热大，化学性质稳定，熔点在40℃～80℃的相变材料。本实施例的相变材料选用的是石蜡，石蜡的熔点和填充率可以根据食品的保温温度和时间的要求而定。电加热装置8设置在外壁4与内壁5形成的空腔的底部。电加热装置8与安装在外壳2上的电源插座相连接，用来对相变材料进行充热。

保温装置使用之前，先采用电加热装置8对相变材料7充热，使其吸收潜热熔化，在保温过程中，相变材料凝固并释放潜热，主动对食品加热保温。

为量化说明通孔金属泡沫6强化换热原理，进行了通孔金属泡沫内相变材料熔化的实验。通孔金属泡沫的材料为铜，其导热系数为401Wm^-1K^-1；所选相变材料为石蜡，熔点为53℃，相变潜热为102.1kJ·kg^-1。

图4为相同加热热流密度下，纯石蜡和含有通孔金属泡沫的石蜡熔化过程中加热面温度随时间变化图。和含有通孔金属泡沫的相比，纯石蜡试件受热后，壁面温度急剧上升。大概在1000秒的时候，温度已经上升至90℃。与纯石蜡急剧升温相比，含有通孔金属泡沫的试件，在这一时间段内，其温度上升的趋势要缓慢许多。以孔隙率为0.98，孔密度为40的通孔金属泡沫为例，第1000秒时，壁面温度为60℃，相比纯石蜡温度降低了33％左右；而孔隙率为0.90的泡沫为50℃，相比纯石蜡降低了44％左右。这说明，在相同加热热流密度时，通孔金属泡沫减小了传热热阻而使传热得到强化，有效地将热量传递给相变材料内部，加速了内部石蜡的熔化，降低了加热端温度的同时也使温度分布更加均匀。

通过以上叙述可知，本发明从金属多孔材料内相变换热的传热原理出发，将相变蓄热和通孔金属泡沫强化换热相结合，设计了一种食品相变材料潜热加热保温装置，提高了相变换热时的有效导热系数，强化了换热，实现了对内部食品进行加热和持久保温的功能。

Claims (7)

1.带有金属多孔结构的蓄热型食品保温装置，包括外壳(2)、内壳、顶盖(1)，由外壳(2)与内壳形成的真空层(3)，其特征在于：所说的内壳包括外壁(4)、内壁(5)及内、外壁之间形成的空腔，外壁(4)与内壁(5)之间形成的空腔内填充有通孔金属泡沫(6)，该通孔金属泡沫(6)烧结在内壁(5)上，且在通孔金属泡沫(6)的孔隙间封装有相变材料石蜡(7)，电加热装置(8)设置在外壁(4)与内壁(5)形成的空腔的底部。

2.根据权利要求1所述的带有金属多孔结构的蓄热型食品保温装置，其特征在于：所说的通孔金属泡沫采用铝、铜或合金材料。

3.根据权利要求1所述的带有金属多孔结构的蓄热型食品保温装置，其特征在于：所说的通孔金属泡沫的孔隙率为0.50～0.95，孔径为0.5mm～5mm。

4.根据权利要求1所述的带有金属多孔结构的蓄热型食品保温装置，其特征在于：所说的顶盖(1)为一凸台状结构，与内壁(5)紧密配合的凸台内部设有隔热的真空层。

5.根据权利要求1所述的带有金属多孔结构的蓄热型食品保温装置，其特征在于：所说的石蜡熔点为53℃，相变潜热为102.1kJ·kg^-1。

6.根据权利要求1所述的带有金属多孔结构的蓄热型食品保温装置，其特征在于：所说的外壳(2)的内侧、内壁(5)的外侧表面镀银。

7.根据权利要求1所述的带有金属多孔结构的蓄热型食品保温装置，其特征在于：所说的内壁采用铝、铜或合金材料。

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