一种内嵌金属泡沫和相变微胶囊材料的强化蓄热百叶窗的制作方法

本发明涉及一种强化蓄热型百叶窗，具体地说，涉及一种内嵌多孔金属泡沫和相变微胶囊材料结构的、具有室内温度调节功能的蓄热百叶窗。

背景技术：

有机相变材料因其较高的热存储密度被广泛应用于建筑节能领域中，但是，其较低的导热系数导致传热热阻急剧增加，热存储效率降低；此外，相变材料熔化过程中体积膨胀问题，则进一步限制了热存储的体积。

针对相变材料熔化过程中体积膨胀问题，通过相变材料微胶囊技术，在相变材料微粒表面包覆一层高分子膜，形成一种具有核壳表面的微胶囊微粒，从而解决了因体积膨胀导致的液体渗漏或容器变形的问题。

但是，高分子膜所形成的核壳表面在承载膨胀应力的同时，也增加了颗粒间的接触热阻。解决该问题的有效方法可以通过增加内部传热面积来实现，金属泡沫材料具有高比表面积、低密度和高导热系数，是一种具备良好传热性能的多功能超轻多孔材料，可有效减小核壳表面所形成的传热热阻，同时，也可解决有机相变材料低导热系数所导致的传热热阻大的问题。

发明专利201010125560.1中提出”一种采用真空腔内填充气液相变材料构型的蓄能百叶窗”，通过液体气化存储潜热。但是，气液相变材料在遇热气化时体积膨胀率较高，对百叶窗叶片施加了极高的内压，易导致叶片受力变形；而且，气体膨胀率随温度变化而改变，因此还存在内压的不确定性。同时，所产生的气体会在叶壁附件形成较大的传热热阻和温度梯度，这将进一步增加叶片的热应力，降低热存储的效率。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种内嵌金属泡沫和相变微胶囊材料的强化蓄热百叶窗。该百叶窗能充分利用相变微胶囊颗粒的高相变潜热以及多孔金属泡沫的高换热比表面积、高导热系数特性，提高热存储的效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括窗框、百叶窗叶片、竖直连杆、铰链关节，横向连杆，其特征在于还包括金属泡沫、相变微胶囊颗粒，百叶窗叶片之间采用竖直连杆通过铰链关节并联连接，百叶窗叶片通过横向连杆与窗框相耦合，且横向连杆在窗框中自由转动；

所述百叶窗叶片包括外叶片、内叶片、周叶片，其中，外叶片采用高导热系数的铝或铜合金材料，内叶片和周叶片采用相同的低导热系数材料，且内叶片和周叶片的内壁表面镀银，百叶窗叶片内部封装金属泡沫材料，金属泡沫孔隙内填充相变微胶囊颗粒，金属泡沫材料封装于百叶窗叶片的内部并烧结在百叶窗外叶片、内叶片和周叶片内壁上。

所述金属泡沫采用铝或铜高导热系数金属材料，金属泡沫孔隙率为0.80～0.98，孔径为0.5mm～5mm。

所述相变微胶囊颗粒直径为50μm～500μm，囊芯相变材料采用相变潜热为80J/g～200J/g，熔点在20℃～50℃的有机相变材料。

有益效果

本发明提出的内嵌金属泡沫和相变微胶囊材料的强化蓄热百叶窗；百叶窗能充分利用相变微胶囊颗粒的高相变潜热以及多孔金属泡沫的高换热比表面积、高导热系数特性，提高热存储的效率。根据室内调节温度和调节时间的需求，在确定金属泡沫材料、孔隙率、孔径，相变微胶囊材料填充率、直径、相变温度后，将相变微胶囊材料填充于金属泡沫孔隙中；将填充相变微胶囊材料的金属泡沫封装于百叶窗框架内，并烧结在内叶片、外叶片上以降低金属泡沫与叶片之间的接触热阻。

本发明内嵌金属泡沫和相变微胶囊材料的强化蓄热百叶窗，结合相变材料微胶囊高潜热吸收和金属泡沫的高导热性，可有效解决相变微胶囊材料因导热系数低导致的传热热阻大的问题，并降低微胶囊颗粒间接触热阻；其次，高分子材料制成的相变微胶囊壁克服了相变材料熔化时由于体积膨胀引起的液体泄漏和传热恶化的问题，大大提高了百叶窗的力学性能、蓄热性能和传热性能。

本发明内嵌金属泡沫和相变微胶囊材料的强化蓄热百叶窗，百叶窗叶片分别由高导热系数前叶、金属泡沫/相变微胶囊复合材料和绝热后叶构成。当室外温度较高时，前叶朝向室外，相变微胶囊吸收太阳辐射热量，温度升至熔点后开始熔化并存储相变潜热，而内嵌的金属泡沫提高了相变微胶囊材料导热系数，降低了传热热阻，提高了相变潜热吸收的效率。当室外温度较低时，前叶朝向室内，相变微胶囊材料向室内释放相变潜热，金属由于高导热性可将热量更高效地传递给室内；同时，后叶朝向室外，阻止相变潜热向室外逸散。本发明基于相变蓄热和多孔介质传热理论基础，结合金属泡沫高导热系数和相变微胶囊材料高相变潜热的优势，解决了有机相变材料导热系数低、熔化时体积膨胀的缺点，提高了换热效率和热存储性能。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种内嵌金属泡沫和相变微胶囊材料的强化蓄热百叶窗作进一步详细说明。

图1为本发明强化蓄热百叶窗结构示意图。

图2为区域A-A的侧面剖视图。

图3为图2的B向剖视图。

图中:

1.窗框 2.百叶窗叶片 3.竖直连杆 4.铰链关节 5.横向连杆 6.外叶片7.内叶片 8.周叶片 9.金属泡沫 10.相变微胶囊颗粒 11.微胶囊壁12.囊芯相变材料

具体实施方式

本实施例是一种内嵌金属泡沫和相变微胶囊材料的强化蓄热百叶窗。百叶窗能充分利用相变微胶囊颗粒的高相变潜热以及多孔金属泡沫的高换热比表面积、高导热系数特性，提高热存储的效率。根据室内调节温度和调节时间的需求，在确定金属泡沫材料、孔隙率、孔径，相变微胶囊材料填充率、直径、相变温度后，将相变微胶囊材料填充于金属泡沫孔隙中；最后，将填充相变微胶囊材料的金属泡沫封装于百叶窗框架内，并烧结在内、外叶片上以降低金属泡沫与叶片之间的接触热阻。

参阅图1、图2、图3，本实施例内嵌金属泡沫和相变微胶囊材料的强化蓄热百叶窗由窗框1、百叶窗叶片2、竖直连杆3、铰链关节4、横向连杆5、金属泡沫9、相变微胶囊颗粒10、微胶囊壁11、囊芯相变材料12组成。其中，百叶窗叶片之间采用竖直连杆3并通过铰链关节4并联连接，百叶窗叶片2通过横向连杆5与窗框1相耦合，且横向连杆5能在窗框1中自由转动。

百叶窗叶片2包括外叶片6、内叶片7、周叶片8，其中，外叶片6采用高导热系数的铝或铜合金材料，将太阳辐射热量导入百叶窗叶片内。内叶片7和周叶片8采用相同的低导热系数材料，且内叶片7和周叶片8的内壁表面镀银，防止白天高温热流通过内叶片和周叶片进入室内。百叶窗叶片2内部封装金属泡沫材料9，金属泡沫9孔隙内填充相变微胶囊颗粒10；金属泡沫材料9封装于百叶窗叶片2的内部，并且烧结在百叶窗外叶片6、内叶片7和周叶片8内壁上。百叶窗叶片2内部封装的金属泡沫9采用铝、铜高导热系数金属材料，金属泡沫孔隙率为0.80～0.98，孔径为0.5mm～5mm，金属泡沫孔隙内填充的相变微胶囊颗粒10的直径为50μm～500μm。相变微胶囊颗粒10中，微胶囊壁11采用化学性质稳定、力学性能较好的高分子材料；囊芯相变材料12采用相变潜热为80J/g～200J/g，熔点在20℃～50℃的有机相变材料。根据室内调节温度需求在确定金属泡沫、相变微胶囊的物性参数后，将填充相变微胶囊材料的金属泡沫封装于百叶窗框架内，并烧结在内、外叶片上以降低金属泡沫与叶片之间的接触热阻。

当白天室外温度较高时，通过调整竖直连杆3使外叶片6朝向室外，内叶片7也随之朝向室内以阻止室外高温热流传递至室内。此时，太阳辐射能量通过高导热系数外叶片6快速传递给烧结在叶片上的金属泡沫9，泡沫骨架由于高导热系数和高比表面积可有效地将所吸收壁面热量传递至内部，且局部温升速率高于孔隙中微胶囊颗粒10。此时，囊芯相变材料12分别从高温外叶片6和金属泡沫9吸热升温，当微胶囊颗粒10的温度升高至相变材料熔化温度时，囊芯相变材料12开始熔化并将太阳能存储为自身的熔化潜热。

当夜晚室外温度降低时，通过调整竖直连杆3使外叶片6朝向室内，内叶片7也随之朝向室外以阻止室外冷空气带走室内热量。此时，囊芯中相变材料12与温度较低的室内空气发生热交换，温度开始下降。当微胶囊颗粒10的温度下降至相变材料凝固点温度时，囊芯相变材料12开始凝固并向室内释放所存储的相变潜热，同时，金属泡沫由于高导热系数和高比表面积可加速相变潜热的释放速率。

通过上述实施例，结合相变微胶囊材料高相变潜热和金属泡沫的高导热性、高比表面积的优势；相变微胶囊填充金属泡沫的强化蓄热型百叶窗，有效地解决了相变材料导热系数低和熔化时由于体积膨胀引起的液体泄漏和传热恶化的问题，实现室内温度在一定范围内自调节的功能。本实施例特别适用于建筑节能和太阳能蓄热的相关领域。