内衬泡沫金属的翅片管式换热器的制作方法

文档序号:4767684阅读:233来源:国知局
专利名称:内衬泡沫金属的翅片管式换热器的制作方法
技术领域
本发明涉及一种制冷技术领域的换热器,具体涉及一种内衬泡沫金属的翅片 管式换热器。
技术背景翅片管式换热器是一种在制冷、空调、化工等工业领域广泛采用的换热器形 式。翅片管式换热器由金属翅片和金属管组成,多片形状相同的金属翅片平行分 布,多根金属管穿过所有金属片,管内流体在各自管内流动,管与管间不相互掺 混,管外的流体(一般为气体)则在管与金属片所构成的空间中流动。以在房间 空调器中的应用为例,翅片管式换热器己广泛用作蒸发器和冷凝器。当用作蒸发 器时,制冷剂在管内蒸发变成气体,空气在管外翅片间流动的方式,将热量传递 给制冷剂,从而降低空气温度。当用作冷凝器时,制冷剂在管内冷凝成液体,管 外翅片间流过的空气将制冷剂冷凝时放出的热量带走。随着人们对节能降耗要求 的不断提高,对换热器的高效节能和小型化的要求也越来越高,传统的翅片管式 换热器结构存在效率偏低、功率密度偏小、结构不够紧凑的问题,越来越难满足 市场的需求,因此急需寻找一种更有效的管内强化传热方式,以提高翅片管式换 热器的整体效率。针对翅片管式换热器管内换热面积无法大幅度增加的问题,泡沫金属作为一 种比表面积(单位体积内的表面积)很大(可达2000-10000mVm3)的多孔材料, 它的应用可提供一种新的解决方案。泡沫金属是由刚性骨架和内部孔洞组成的, 具有优异的物理特性和良好的机械性能的新型材料。泡沫金属的显著特征是其内 部有大量的孔隙,根据各个孔隙之间联通还是封闭有开孔结构和闭孔结构之分。 大量的内部孔隙使得泡沫金属材料具有诸多优异特性,如比重小、比表面积大、 能量吸收性能好、换热散热能力高(开孔结构)、吸声性好(开孔结构)、渗透性 优(开孔结构)、电磁波吸收性好(开孔结构)、阻热、耐热耐火、抗热震、能再 生、加工性好等等。泡沫金属具有很大的比表面积,以PMF方法制作的开孔型泡 沫金属为例,其比表面积最大可达45cm7cm3。可见,翅片管式换热器中金属管内衬泡沫金属可以有效增大管内换热面积,强化管内传热。而且由于泡沫金属结 构复杂,在强迫对流条件下使用有利于利用三维复杂流动,克服边界层的不利影 响。此外,对于流体沸腾相变换热过程,管内填充泡沫金属还可增加发泡点,引 起流体内部沸腾换热。经对现有技术的文献检索发现,目前用泡沫金属材料实现换热器强化换热已 有相关专利,但皆与本专利申请的内容有区别。之前的专利利用泡沫金属强化管 外传热,或者是在其他形式换热器内填充泡沫金属以达到强化换热的目的,如申 请号为200610105100.6、名称为"一种管式换热器"的专利,便是利用泡沫金 属代替传统铝箔来强换管外传热,而申请号为200610104597. X、名称为"一种 套管式金属泡沫换热器"的专利,则是针对套管式换热器形式,通过外管内和内 管内都填充泡沫金属来实现内管内流体与两管间流体强化换热的目的。但管内换 热面积无法大幅度增加而使得管内强化换热遇到瓶颈。发明内容本发明针对现有技术的上述不足,提供一种内衬泡沫金属的翅片管式换热 器,使其通过管内布置泡沫金属的方式,以提高管内换热系数,从而提高翅片管 换热器管内外流体的换热效率,达到縮小翅片管换热器体积,节约材料的目的。本发明是通过以下技术方案来实现的,本发明包括金属翅片、金属管、泡 沫金属,金属翅片位于金属管外部,泡沫金属填充在金属管内,泡沫金属的内部 有供气体或液体介质流通的孔洞。所述金属翅片可以由铝、铜或其他金属制成,每片翅片形状相同,长 10-200cm,宽2-20cm,可以为平翅片、波纹形翅片、条缝形翅片、百叶窗形翅 片或其他翅片类型以强化翅片表面的换热。所述金属管可以是铝、铜或其他金属材料的光管,管的内径范围2.5-30mra, 管壁厚0.2-5mm,多根规格相同的金属管等距平行分布,每根管一段由金属弯管 和它相邻一根管联通,另一端由金属弯管和它相邻的另一根管联通,由此所有管 联通成一条通路,需要换热的流体流过其中。所述的泡沫金属通过液态金属注入气体发泡剂、电镀或熔模浇注、固体粉末 烧结或注射成型方法制成,泡沫金属为铜、铝、不锈钢或其他金属,孔径为 0. 05mm-5mm。泡沫金属在管内有三种内衬形式(1) 全截面式泡沫金属充满整根金属管。此种形式可以得到最大的换热 面积和最复杂的空间结构,预期可以得到最好的换热效果,但其压降可能最大。(2) 内环式金属管内壁与厚度均匀的泡沫金属相连,金属管中心为空, 泡沫金属的厚度为金属管内直径的1%_45%。考虑到全截面式可能使得流体流动 阻力系数偏大,设计此种形式兼顾强化换热的效果和流阻大小。(3) 上薄下厚式金属管底部相比顶部分布更多的泡沫金属,金属管底部 泡沫金属的厚度为金属管内直径的1%-45%,顶部泡沫金属的厚度为金属管内直 径0%-45%。考虑管内相变换热的实际过程,以蒸发过程为例,制冷剂在进入蒸发器的初始阶段干度较低,制冷剂液体由于重力作用会分布在靠近金属管底部的 位置,所以金属管底部更需要强化换热措施。在一个翅片管式换热器中,以上三种形式可以只应用一种,例如所有金属管 内都内衬内环式泡沫金属,也可以应用其中的两种或三种,例如在换热器靠近换 热流体入口的几根金属管内采用上薄下厚式内衬方式,更有利于低干度流体更快 蒸发,而在其后的金属管内采用内环式内衬方式。上述翅片管式换热器,金属翅片、金属管和泡沫金属的材料可以为相同的, 也可以为两两相同或互不相同。本发明具有显著的优点和积极的效果。传热效果可以明显优于现有的翅片管 式换热器,从而减小换热器体积,节约材料,经初步计算换热器体积和用料均可减少20%-40%;并且与目前普遍使用的翅片管换热器相比成本增加不多。


图l为泡沫金属在管内的三种分布方式,其中图la为全截面式,图lb 为内环式,图lc为上薄下厚式。图2为翅片管式换热器的结构示意图,其中图2a为换热器正面视图,图 2b为换热器侧面视图。图中,l为金属管,2为金属管内泡沫金属,3为金属翅片,4为金属弯管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。传统的翅片管式换热器由金属翅片3和金属管1组成,其中金属管1可采用 光管,亦可采用强化管,如螺纹槽管、横纹槽管、波纹管等,目的都是强化管内 换热效果。如图l-2所示,本发明翅片管式换热器,包括管外金属翅片3、金属管l和 金属管1内的泡沫金属2,管内泡沫金属2以增大管内换热面积,增强扰流,泡 沫金属2内部有供气体或液体介质流通的通孔。由于泡沫金属2独特的结构和性能,使得换热器管内的换热效率大大提高, 从而使换热器管内外流体间的换热效率大大提高。上述管内泡沫金属2,可以使三种内衬形式中的任意一种,以达到适应不同 换热需求的目的。泡沫金属2的孔洞直径为0. 05mm-5mm。泡沫金属2通过金属 粉末烧结、电镀或熔模烧注(渗流)等方法覆盖在管内表面。以采用全截面的泡沫金属2内衬形式为例,介绍制作如图2所示翅片管式换 热器的
具体实施例方式切割好长度与金属管1长相同,直径比金属管1内径稍大的圆柱形泡沫金属 2 (轴向截面如图la所示)。固定金属管1,将圆柱形泡沫金属2沿管的轴向方 向推入金属管1,同时可以使用金属丝与柱状泡沫金属2的进入金属管1的一端 连接,通过拉拽金属丝来帮助克服泡沫金属2与管壁之间的摩擦阻力,直至泡沫 金属2完全内置于金属管1。由于柱状泡沫金属2的直径要稍大于金属管1内径, 故泡沫金属2的边缘将受到挤压变形,从而更紧密的和金属管1内壁相结合,当 然也可以采用其他方法将泡沫金属2填充于金属管1内,只要两者紧密结合,达 到增加换热效果的目的即可。在每片金属翅片3上钻圆形孔,孔径比金属管l外径略小,孔数目与金属管 1数目相同,每片金属翅片3上孔洞的位置相同(金属翅片3钻孔位置如图2b 所示)。所有金属翅片3平行放置,每根内衬泡沫金属2的金属管1穿过每片翅 片相同位置的孔。由于金属翅片3上的孔径比金属管1外径略小,当金属管1 穿过金属翅片3时,i属翅片3的圆孔周围会产生挤压变形,从而和金属管1 外壁紧密接触。金属管1之间通过金属弯管4连接,管与管之间的连接方式如图2所示,没 有连接金属弯管4的最上方的两根金属管1作为换热器内需要换热流体的进口和出口 (如图2a所示)。泡沫金属2主要由液态金属注入气体或发泡剂法、熔模浇注法、固体粉末烧 结法及注射成型等方法生成。泡沫金属2的内部有供气体或液体介质流通的孔 洞,孔洞的直径为几十微米到几毫米不等,。泡沫金属2的材料可以采用与常用的换热管相同的材料,亦可采用与换热管 不同种类的金属,如铝、铜或其他金属材料。采用泡沫金属2的显著优点是,其 具有传热效率高,比表面积大及密度低、重量轻、结构紧凑、优良的降噪功能等 特点,且任意金属材料均可加工制成,所以在设计高效紧凑的翅片管式换热器方 面显示出极大的应用价值。对于泡沫金属2内环式内衬方式的金属管1的制备,下面给出一种具体实施 方法切割一片用于内衬在金属管1内的泡沫金属2,其长度等于金属管1长度, 宽度等于金属管1内壁周长,厚度等于设计需要内衬泡沫金属2的厚度。将泡沫 金属2片以长度方向为轴向巻曲成圆筒形状,将泡沫金属2内置于金属管1内, 具体方法可参考全截面式的放置方法。当然,也可以采用其他方法制备泡沫金属 2内环或者上薄下厚的内衬方式的金属管1,只要泡沫金属2在金属管1内能够 形成设计所需的分布形式,并且泡沫金属2与金属管1内壁能够紧密衔接即可。
权利要求
1、一种内衬泡沫金属的翅片管式换热器,包括金属翅片、金属管、泡沫金属,金属翅片位于金属管外部,其特征在于,所述的金属管内填充泡沫金属,泡沫金属内部有供气体或液体介质流通的孔洞。
2、 根据权利要求l所述的内衬泡沫金属的翅片管式换热器,其特征是,所 述的泡沫金属在金属管内有内衬形式为全截面式、内环式或上薄下厚式中的一种 或两种或三种。
3、 根据权利要求2所述的内衬泡沫金属的翅片管式换热器,其特征是,所 述的全截面式内衬形式,是指泡沫金属充满整根金属管。
4、 根据权利要求2所述的内衬泡沫金属的翅片管式换热器,其特征是,所 述的内环式内衬形式,是指金属管内壁与厚度均匀的泡沫金属相连,金属管中心 为空。
5、 根据权利要求2或4所述的内衬泡沫金属的翅片管式换热器,其特征是, 所述的内环式内衬形式中,泡沫金属的厚度为金属管内直径的1%_45%。
6、 根据权利要求2所述的内衬泡沫金属的翅片管式换热器,其特征是,所 述的上薄下厚式内衬形式,是指金属管底部相比顶部分布更多的泡沫金属。
7、 根据权利要求2或6所述的内衬泡沫金属的翅片管式换热器,其特征是, 所述的上薄下厚式内衬形式中,金属管底部泡沫金属的厚度为金属管内直径的 1%-45%,顶部泡沫金属的厚度为金属管内直径0%-45%。
8、 根据权利要求1或2或3或4或6所述的内衬泡沫金属的翅片管式换热 器,其特征是,所述的泡沫金属,其孔径为0.05ram-5mm。
9、 根据权利要求l所述的内衬泡沫金属的翅片管式换热器,其特征是,所 述金属翅片,其每片翅片形状相同,长为10 cm -200cm,宽为2 cm _20cm。
10、 根据权利要求1或2或3或4或6所述的内衬泡沫金属的翅片管式换热 器,其特征是,所述金属管,其管的内径范围为2.5mm-30mm,管壁厚为0. 2 mm -5mm,多根规格相同的金属管等距平行分布,每根管一段由金属弯管和它相邻一 根管联通,另一端由金属弯管和它相邻的另一根管联通,由此所有管联通成一条 通路,需要换热的流体流过其中。
全文摘要
本发明涉及一种制冷技术领域的内衬泡沫金属的翅片管式换热器,包括管外金属翅片、金属管和泡沫金属,管内填充有泡沫金属,以提高换热器管内换热性能。所述的泡沫金属内部有供气体或液体介质流通的孔洞。所述的泡沫金属在金属管内有内衬形式为全截面式、内环式或上薄下厚式中的一种或两种或三种。本发明传热效果明显优于现有的翅片管式换热器,从而减小换热器体积,节约材料,经初步计算换热器体积和用料均可减少20%-40%;并且与目前普遍使用的翅片管换热器相比成本增加不多。
文档编号F25B39/00GK101226021SQ200810033289
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月31日 优先权日2008年1月31日
发明者丁国良, 禹 朱 申请人:上海交通大学
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