[發(fā)明專利]一種梯密度金屬泡沫換熱管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510348714.6
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN104949563B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鞏亮;李勇銅;徐會金;徐明海;黃善波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號: F28F1/40
• 分類號: F28F1/40;F28F21/08
• 代理公司: 上海旭誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31220
• 代理人: 鄭立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種換熱管，具體涉及一種填充梯密度金屬泡沫的換熱管。

背景技術(shù)

近年來，隨著能源消費的不斷增長以及化石燃料燃燒排放引起的溫室效應(yīng)的加劇，對能源利用效率的要求越來越高，因此需要不斷提高換熱器的換熱效率和整體性能，設(shè)計出更加節(jié)能、緊湊并且輕質(zhì)的高效換熱設(shè)備。在如何進一步提高換熱裝置的換熱性能方面，國內(nèi)外的學(xué)者都作了大量的研究，目前研究的主要方向是提高換熱裝置的換熱系數(shù)及增加傳熱面積。但是增加換熱面積并不是靠增加設(shè)備的整體尺寸來實現(xiàn)，而是應(yīng)從換熱裝置自身的結(jié)構(gòu)來考慮。

因此，尋找一種高效的強化換熱方式，并以此來同時提高換熱裝置的傳熱系數(shù)和增加傳熱面積是研究者們研究的熱點。近年來，發(fā)展了一種新穎的多孔金屬材料，其具有高孔隙率、高滲透性、高比表面積、高導(dǎo)熱性能等優(yōu)良的熱物理特性。采用金屬泡沫填充方式的換熱裝置通過最大程度的利用換熱設(shè)備的有限空間來增加比表面積以及利用金屬泡沫骨架所造成的流體擾動作用，再加之泡沫結(jié)構(gòu)自身的高導(dǎo)熱性能，使它成為高效換熱裝置制造商和研究者的青睞對象。然而，已有的金屬泡沫換熱裝置的結(jié)構(gòu)形式都是采用單一孔隙率和孔密度填充方式。這種形式的金屬泡沫換熱裝置，當(dāng)采用低孔隙率、高孔密度的金屬泡沫時，流體流經(jīng)換熱裝置的流動阻力較大；而當(dāng)采用高孔隙率、低孔密度的金屬泡沫時，換熱裝置的換熱性能又較差。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種采用梯密度金屬泡沫填充的換熱管，所述梯密度是指金屬泡沫的孔隙率或孔密度呈現(xiàn)梯度變化。

本發(fā)明的梯密度金屬泡沫換熱管包括梯密度金屬泡沫和外管，所述梯密度金屬泡沫包括至少兩種不同孔隙率和孔密度的金屬泡沫，所述梯密度金屬泡沫中的孔隙空間提供了流體流動的通道。所述梯密度金屬泡沫通過燒結(jié)、粉末冶金、發(fā)泡法、氣相沉積等方法加工而成，較佳地，是在無氧的環(huán)境下通過高溫?zé)Y(jié)制造而成。所述梯密度金屬泡沫通過無氧高溫?zé)Y(jié)或焊接的方式與所述外管的內(nèi)壁緊密連接，這樣有助于減小兩者之間的接觸熱阻。

所述梯密度金屬泡沫的孔隙率為0.7～0.95，孔密度為20～100PPI，孔徑在幾十微米到幾毫米之間。所述梯密度金屬泡沫與所述外管的材質(zhì)可以相同，也可以不同。所述不同孔隙率和孔密度的金屬泡沫的材質(zhì)可以相同，也可以不同，一般選自銅、鋁、鎳或其合金。所述的梯密度金屬泡沫在靠近所述外管內(nèi)壁的一側(cè)孔隙率較高，而在靠近所述外管中心處孔隙率較低。

在本發(fā)明一個較佳的實施例中，所述梯密度金屬泡沫包括兩種不同孔隙率和孔密度的金屬泡沫，其孔隙率的差別為0.1～0.15，孔密度的差別為20～50PPI。其中，孔隙率較高的金屬泡沫與孔隙率較低的金屬泡沫的厚度比例可以根據(jù)實際情況進行調(diào)節(jié)，例如為1:1、1:2或1:3。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個較佳實施例的剖視圖；

圖2是本發(fā)明一個較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面通過結(jié)合附圖的方式來說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)和作用方式。

如圖1和圖2所示，在一個較佳的實施例中，本發(fā)明的梯密度金屬泡沫換熱管結(jié)構(gòu)包括梯密度金屬泡沫1以及外管2。其中，所述梯密度金屬泡沫1是由金屬泡沫a和金屬泡沫b通過燒結(jié)、粉末冶金、發(fā)泡法、氣相沉積等方法加工而成，其內(nèi)部具有提供流體介質(zhì)流通的孔隙通道，孔隙率要求大于0.7，孔徑在幾十微米到幾毫米之間，流體可在所述孔隙通道之間流動。所述梯密度金屬泡沫1鑲嵌在外管2內(nèi)，所述梯密度金屬泡沫1是通過焊接、燒結(jié)或其他類似方式與外管2的內(nèi)壁進行連接，所述梯密度金屬泡沫1與所述外管2內(nèi)壁的緊密相連可以減小二者之間的接觸熱阻。

如圖1所示，孔隙率較高、孔徑較大的金屬泡沫b置于靠近所述外管2內(nèi)壁的一側(cè)，而孔隙率較低、孔徑較小的金屬泡沫a置于所述外管2中心，所述金屬泡沫a和金屬泡沫b的厚度可以根據(jù)實際需要進行調(diào)節(jié)，例如所述金屬泡沫a和金屬泡沫b的厚度比為1:1、2:1或3:1。在圖一所示的實施例中，所述厚度比約為2:1。

所述外管2的材質(zhì)一般為鋼或銅，所述梯密度金屬泡沫1的材料可以采用和外管2相同的材料，也可以采用和外管2不同的材料。通常所述梯密度金屬泡沫1的材質(zhì)可以選自鋁、銅、鎳或其合金。

在換熱器工作時，加熱或冷卻所用的流體介質(zhì)從所述梯密度金屬泡沫換熱管的一端流進，由于所述梯密度金屬泡沫1特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)置，靠近所述外管2內(nèi)壁一側(cè)的流體流動阻力較小，從而形成一個高速的流體通道，對靠近壁面的一層進行有效的熱交換，所述流體介質(zhì)散失或吸收熱量之后從所述梯密度金屬泡沫換熱管的另一端流出。