專利名稱：內(nèi)襯泡沫金屬的翅片管式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制冷技術(shù)領(lǐng)域的換熱器，具體涉及一種內(nèi)襯泡沫金屬的翅片 管式換熱器。
技術(shù)背景翅片管式換熱器是一種在制冷、空調(diào)、化工等工業(yè)領(lǐng)域廣泛采用的換熱器形 式。翅片管式換熱器由金屬翅片和金屬管組成，多片形狀相同的金屬翅片平行分 布，多根金屬管穿過所有金屬片，管內(nèi)流體在各自管內(nèi)流動，管與管間不相互摻 混，管外的流體(一般為氣體)則在管與金屬片所構(gòu)成的空間中流動。以在房間 空調(diào)器中的應(yīng)用為例，翅片管式換熱器己廣泛用作蒸發(fā)器和冷凝器。當(dāng)用作蒸發(fā) 器時，制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)變成氣體，空氣在管外翅片間流動的方式，將熱量傳遞 給制冷劑，從而降低空氣溫度。當(dāng)用作冷凝器時，制冷劑在管內(nèi)冷凝成液體，管 外翅片間流過的空氣將制冷劑冷凝時放出的熱量帶走。隨著人們對節(jié)能降耗要求 的不斷提高，對換熱器的高效節(jié)能和小型化的要求也越來越高，傳統(tǒng)的翅片管式 換熱器結(jié)構(gòu)存在效率偏低、功率密度偏小、結(jié)構(gòu)不夠緊湊的問題，越來越難滿足 市場的需求，因此急需尋找一種更有效的管內(nèi)強化傳熱方式，以提高翅片管式換 熱器的整體效率。針對翅片管式換熱器管內(nèi)換熱面積無法大幅度增加的問題，泡沫金屬作為一 種比表面積(單位體積內(nèi)的表面積)很大(可達(dá)2000-10000mVm3)的多孔材料， 它的應(yīng)用可提供一種新的解決方案。泡沫金屬是由剛性骨架和內(nèi)部孔洞組成的， 具有優(yōu)異的物理特性和良好的機械性能的新型材料。泡沫金屬的顯著特征是其內(nèi) 部有大量的孔隙，根據(jù)各個孔隙之間聯(lián)通還是封閉有開孔結(jié)構(gòu)和閉孔結(jié)構(gòu)之分。 大量的內(nèi)部孔隙使得泡沫金屬材料具有諸多優(yōu)異特性，如比重小、比表面積大、 能量吸收性能好、換熱散熱能力高(開孔結(jié)構(gòu))、吸聲性好(開孔結(jié)構(gòu))、滲透性 優(yōu)(開孔結(jié)構(gòu))、電磁波吸收性好(開孔結(jié)構(gòu))、阻熱、耐熱耐火、抗熱震、能再 生、加工性好等等。泡沫金屬具有很大的比表面積，以PMF方法制作的開孔型泡 沫金屬為例，其比表面積最大可達(dá)45cm7cm3?？梢?，翅片管式換熱器中金屬管內(nèi)襯泡沫金屬可以有效增大管內(nèi)換熱面積，強化管內(nèi)傳熱。而且由于泡沫金屬結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，在強迫對流條件下使用有利于利用三維復(fù)雜流動，克服邊界層的不利影 響。此外，對于流體沸騰相變換熱過程，管內(nèi)填充泡沫金屬還可增加發(fā)泡點，引 起流體內(nèi)部沸騰換熱。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前用泡沫金屬材料實現(xiàn)換熱器強化換熱已 有相關(guān)專利，但皆與本專利申請的內(nèi)容有區(qū)別。之前的專利利用泡沫金屬強化管 外傳熱，或者是在其他形式換熱器內(nèi)填充泡沫金屬以達(dá)到強化換熱的目的，如申 請?zhí)枮?00610105100.6、名稱為"一種管式換熱器"的專利，便是利用泡沫金 屬代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋁箔來強換管外傳熱，而申請?zhí)枮?00610104597. X、名稱為"一種 套管式金屬泡沫換熱器"的專利，則是針對套管式換熱器形式，通過外管內(nèi)和內(nèi) 管內(nèi)都填充泡沫金屬來實現(xiàn)內(nèi)管內(nèi)流體與兩管間流體強化換熱的目的。但管內(nèi)換 熱面積無法大幅度增加而使得管內(nèi)強化換熱遇到瓶頸。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種內(nèi)襯泡沫金屬的翅片管式換熱 器，使其通過管內(nèi)布置泡沫金屬的方式，以提高管內(nèi)換熱系數(shù)，從而提高翅片管 換熱器管內(nèi)外流體的換熱效率，達(dá)到縮小翅片管換熱器體積，節(jié)約材料的目的。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，本發(fā)明包括金屬翅片、金屬管、泡 沫金屬，金屬翅片位于金屬管外部，泡沫金屬填充在金屬管內(nèi)，泡沫金屬的內(nèi)部 有供氣體或液體介質(zhì)流通的孔洞。所述金屬翅片可以由鋁、銅或其他金屬制成，每片翅片形狀相同，長 10-200cm，寬2-20cm，可以為平翅片、波紋形翅片、條縫形翅片、百葉窗形翅 片或其他翅片類型以強化翅片表面的換熱。所述金屬管可以是鋁、銅或其他金屬材料的光管，管的內(nèi)徑范圍2.5-30mra， 管壁厚0.2-5mm，多根規(guī)格相同的金屬管等距平行分布，每根管一段由金屬彎管 和它相鄰一根管聯(lián)通，另一端由金屬彎管和它相鄰的另一根管聯(lián)通，由此所有管 聯(lián)通成一條通路，需要換熱的流體流過其中。所述的泡沫金屬通過液態(tài)金屬注入氣體發(fā)泡劑、電鍍或熔模澆注、固體粉末 燒結(jié)或注射成型方法制成，泡沫金屬為銅、鋁、不銹鋼或其他金屬，孔徑為 0. 05mm-5mm。泡沫金屬在管內(nèi)有三種內(nèi)襯形式(1) 全截面式泡沫金屬充滿整根金屬管。此種形式可以得到最大的換熱 面積和最復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，預(yù)期可以得到最好的換熱效果，但其壓降可能最大。(2) 內(nèi)環(huán)式金屬管內(nèi)壁與厚度均勻的泡沫金屬相連，金屬管中心為空， 泡沫金屬的厚度為金屬管內(nèi)直徑的1%_45%。考慮到全截面式可能使得流體流動 阻力系數(shù)偏大，設(shè)計此種形式兼顧強化換熱的效果和流阻大小。(3) 上薄下厚式金屬管底部相比頂部分布更多的泡沫金屬，金屬管底部 泡沫金屬的厚度為金屬管內(nèi)直徑的1%-45%，頂部泡沫金屬的厚度為金屬管內(nèi)直 徑0%-45%?？紤]管內(nèi)相變換熱的實際過程，以蒸發(fā)過程為例，制冷劑在進(jìn)入蒸發(fā)器的初始階段干度較低，制冷劑液體由于重力作用會分布在靠近金屬管底部的 位置，所以金屬管底部更需要強化換熱措施。在一個翅片管式換熱器中，以上三種形式可以只應(yīng)用一種，例如所有金屬管 內(nèi)都內(nèi)襯內(nèi)環(huán)式泡沫金屬，也可以應(yīng)用其中的兩種或三種，例如在換熱器靠近換 熱流體入口的幾根金屬管內(nèi)采用上薄下厚式內(nèi)襯方式，更有利于低干度流體更快 蒸發(fā)，而在其后的金屬管內(nèi)采用內(nèi)環(huán)式內(nèi)襯方式。上述翅片管式換熱器，金屬翅片、金屬管和泡沫金屬的材料可以為相同的， 也可以為兩兩相同或互不相同。本發(fā)明具有顯著的優(yōu)點和積極的效果。傳熱效果可以明顯優(yōu)于現(xiàn)有的翅片管 式換熱器，從而減小換熱器體積，節(jié)約材料，經(jīng)初步計算換熱器體積和用料均可減少20%-40%;并且與目前普遍使用的翅片管換熱器相比成本增加不多。


圖l為泡沫金屬在管內(nèi)的三種分布方式，其中圖la為全截面式，圖lb 為內(nèi)環(huán)式，圖lc為上薄下厚式。圖2為翅片管式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2a為換熱器正面視圖，圖 2b為換熱器側(cè)面視圖。圖中，l為金屬管，2為金屬管內(nèi)泡沫金屬，3為金屬翅片，4為金屬彎管。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實施例。傳統(tǒng)的翅片管式換熱器由金屬翅片3和金屬管1組成，其中金屬管1可采用 光管，亦可采用強化管，如螺紋槽管、橫紋槽管、波紋管等，目的都是強化管內(nèi) 換熱效果。如圖l-2所示，本發(fā)明翅片管式換熱器，包括管外金屬翅片3、金屬管l和 金屬管1內(nèi)的泡沫金屬2，管內(nèi)泡沫金屬2以增大管內(nèi)換熱面積，增強擾流，泡 沫金屬2內(nèi)部有供氣體或液體介質(zhì)流通的通孔。由于泡沫金屬2獨特的結(jié)構(gòu)和性能，使得換熱器管內(nèi)的換熱效率大大提高， 從而使換熱器管內(nèi)外流體間的換熱效率大大提高。上述管內(nèi)泡沫金屬2，可以使三種內(nèi)襯形式中的任意一種，以達(dá)到適應(yīng)不同 換熱需求的目的。泡沫金屬2的孔洞直徑為0. 05mm-5mm。泡沫金屬2通過金屬 粉末燒結(jié)、電鍍或熔模燒注(滲流)等方法覆蓋在管內(nèi)表面。以采用全截面的泡沫金屬2內(nèi)襯形式為例，介紹制作如圖2所示翅片管式換 熱器的
具體實施例方式切割好長度與金屬管1長相同，直徑比金屬管1內(nèi)徑稍大的圓柱形泡沫金屬 2 (軸向截面如圖la所示)。固定金屬管1，將圓柱形泡沫金屬2沿管的軸向方 向推入金屬管1，同時可以使用金屬絲與柱狀泡沫金屬2的進(jìn)入金屬管1的一端 連接，通過拉拽金屬絲來幫助克服泡沫金屬2與管壁之間的摩擦阻力，直至泡沫 金屬2完全內(nèi)置于金屬管1。由于柱狀泡沫金屬2的直徑要稍大于金屬管1內(nèi)徑， 故泡沫金屬2的邊緣將受到擠壓變形，從而更緊密的和金屬管1內(nèi)壁相結(jié)合，當(dāng) 然也可以采用其他方法將泡沫金屬2填充于金屬管1內(nèi)，只要兩者緊密結(jié)合，達(dá) 到增加換熱效果的目的即可。在每片金屬翅片3上鉆圓形孔，孔徑比金屬管l外徑略小，孔數(shù)目與金屬管 1數(shù)目相同，每片金屬翅片3上孔洞的位置相同(金屬翅片3鉆孔位置如圖2b 所示)。所有金屬翅片3平行放置，每根內(nèi)襯泡沫金屬2的金屬管1穿過每片翅 片相同位置的孔。由于金屬翅片3上的孔徑比金屬管1外徑略小，當(dāng)金屬管1 穿過金屬翅片3時，i屬翅片3的圓孔周圍會產(chǎn)生擠壓變形，從而和金屬管1 外壁緊密接觸。金屬管1之間通過金屬彎管4連接，管與管之間的連接方式如圖2所示，沒 有連接金屬彎管4的最上方的兩根金屬管1作為換熱器內(nèi)需要換熱流體的進(jìn)口和出口 (如圖2a所示)。泡沫金屬2主要由液態(tài)金屬注入氣體或發(fā)泡劑法、熔模澆注法、固體粉末燒 結(jié)法及注射成型等方法生成。泡沫金屬2的內(nèi)部有供氣體或液體介質(zhì)流通的孔 洞，孔洞的直徑為幾十微米到幾毫米不等，。泡沫金屬2的材料可以采用與常用的換熱管相同的材料，亦可采用與換熱管 不同種類的金屬，如鋁、銅或其他金屬材料。采用泡沫金屬2的顯著優(yōu)點是，其 具有傳熱效率高，比表面積大及密度低、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、優(yōu)良的降噪功能等 特點，且任意金屬材料均可加工制成，所以在設(shè)計高效緊湊的翅片管式換熱器方 面顯示出極大的應(yīng)用價值。對于泡沫金屬2內(nèi)環(huán)式內(nèi)襯方式的金屬管1的制備，下面給出一種具體實施 方法切割一片用于內(nèi)襯在金屬管1內(nèi)的泡沫金屬2，其長度等于金屬管1長度， 寬度等于金屬管1內(nèi)壁周長，厚度等于設(shè)計需要內(nèi)襯泡沫金屬2的厚度。將泡沫 金屬2片以長度方向為軸向巻曲成圓筒形狀，將泡沫金屬2內(nèi)置于金屬管1內(nèi)， 具體方法可參考全截面式的放置方法。當(dāng)然，也可以采用其他方法制備泡沫金屬 2內(nèi)環(huán)或者上薄下厚的內(nèi)襯方式的金屬管1，只要泡沫金屬2在金屬管1內(nèi)能夠 形成設(shè)計所需的分布形式，并且泡沫金屬2與金屬管1內(nèi)壁能夠緊密銜接即可。
權(quán)利要求
1、一種內(nèi)襯泡沫金屬的翅片管式換熱器，包括金屬翅片、金屬管、泡沫金屬，金屬翅片位于金屬管外部，其特征在于，所述的金屬管內(nèi)填充泡沫金屬，泡沫金屬內(nèi)部有供氣體或液體介質(zhì)流通的孔洞。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)襯泡沫金屬的翅片管式換熱器，其特征是，所 述的泡沫金屬在金屬管內(nèi)有內(nèi)襯形式為全截面式、內(nèi)環(huán)式或上薄下厚式中的一種 或兩種或三種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)襯泡沫金屬的翅片管式換熱器，其特征是，所 述的全截面式內(nèi)襯形式，是指泡沫金屬充滿整根金屬管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)襯泡沫金屬的翅片管式換熱器，其特征是，所 述的內(nèi)環(huán)式內(nèi)襯形式，是指金屬管內(nèi)壁與厚度均勻的泡沫金屬相連，金屬管中心 為空。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的內(nèi)襯泡沫金屬的翅片管式換熱器，其特征是， 所述的內(nèi)環(huán)式內(nèi)襯形式中，泡沫金屬的厚度為金屬管內(nèi)直徑的1%_45%。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)襯泡沫金屬的翅片管式換熱器，其特征是，所 述的上薄下厚式內(nèi)襯形式，是指金屬管底部相比頂部分布更多的泡沫金屬。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的內(nèi)襯泡沫金屬的翅片管式換熱器，其特征是， 所述的上薄下厚式內(nèi)襯形式中，金屬管底部泡沫金屬的厚度為金屬管內(nèi)直徑的 1%-45%，頂部泡沫金屬的厚度為金屬管內(nèi)直徑0%-45%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或6所述的內(nèi)襯泡沫金屬的翅片管式換熱 器，其特征是，所述的泡沫金屬，其孔徑為0.05ram-5mm。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)襯泡沫金屬的翅片管式換熱器，其特征是，所 述金屬翅片，其每片翅片形狀相同，長為10 cm -200cm，寬為2 cm _20cm。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或6所述的內(nèi)襯泡沫金屬的翅片管式換熱 器，其特征是，所述金屬管，其管的內(nèi)徑范圍為2.5mm-30mm，管壁厚為0. 2 mm -5mm，多根規(guī)格相同的金屬管等距平行分布，每根管一段由金屬彎管和它相鄰一 根管聯(lián)通，另一端由金屬彎管和它相鄰的另一根管聯(lián)通，由此所有管聯(lián)通成一條 通路，需要換熱的流體流過其中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制冷技術(shù)領(lǐng)域的內(nèi)襯泡沫金屬的翅片管式換熱器，包括管外金屬翅片、金屬管和泡沫金屬，管內(nèi)填充有泡沫金屬，以提高換熱器管內(nèi)換熱性能。所述的泡沫金屬內(nèi)部有供氣體或液體介質(zhì)流通的孔洞。所述的泡沫金屬在金屬管內(nèi)有內(nèi)襯形式為全截面式、內(nèi)環(huán)式或上薄下厚式中的一種或兩種或三種。本發(fā)明傳熱效果明顯優(yōu)于現(xiàn)有的翅片管式換熱器，從而減小換熱器體積，節(jié)約材料，經(jīng)初步計算換熱器體積和用料均可減少20％-40％；并且與目前普遍使用的翅片管換熱器相比成本增加不多。
文檔編號F25B39/00GK101226021SQ200810033289
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者丁國良, 禹 朱 申請人:上海交通大學(xué)