[发明专利]一种导热性能各向异性的复合型材

说明书

发明领域

本发明涉及一种复合型材，特别涉及一种导热性能各向异性的复合型材。

背景技术

在工程热物理与机械工程领域中不同温度流体之间的热量交换设备，如热能工程或低温工程中所使用的热交换器中，有一类间壁式逆流热交换器，用于两股(或更多股)流体之间的热量交换，如空气分离设备或低温回热式制冷机中使用的逆流热交换器。在这类热交换器中，以两股流体热交换器为例，其工作过程的示意见图4：由外壳10和间壁9把热交换器分成互不相通的两个流动通道1和2，具有不同初始温度的两股流体分别在间壁9两侧的两个通道中流动，其流动方向相反；在流动过程中，温度较高的热流体通过对流换热，把热量传给固体间壁9及其扩展表面，而自身逐渐降温，壁面所吸收的热量通过固体间壁9的热传导和另一侧的对流换热，传给温度比较低的冷流体，使冷流体因吸热而逐渐升温，热量传递的方向如图4中的C所示；这样，两股流体在互不接触、互不掺混的状态下完成热量的交换，热流体在出口处4的温度低于其在入口处3的温度，而冷流体在出口处6的温度高于其在入口处5的温度。

上述间壁式逆流热交换器在工作时，在其任一横截面处的热流体与冷流体之间存在一定的温差，称为传热温差，是表示热交换器性能的重要指标之一。传热温差小，则热交换器的热力学不可逆损失小，换热效率高。

热交换器的高温端7和低温端8之间的温差表示其工作温度范围，由它所在的工作流程决定。由于这个温差，使构成热交换器的结构材料内部产生从热端到冷端的纵向导热，或称为纵向漏热，其方向如图4中的D所示。如果冷热端之间的温差大而换热器长度小，则纵向漏热可能成为高效换热器中主要的不可逆损失之一，导致换热器效率下降，工作流程的能耗增加，运行成本上升。

此类热交换器中，间壁是一个重要的组成元件，用于形成流体通道，分隔不同的流体，并组成换热器的完整结构。对于间壁，主要有以下三个要求：第一，为了满足隔离两股流体，承受压差，防止流道之间泄漏的要求，间壁应无缝隙，具材料及结构应具有足够的强度；第二，作为高温与低温两股流体之间热量横向传递的一个不节，固体间壁应选用导热系数高的材料，同时在兼顾强度、工艺及成本等因素的前提下减小厚度，以降低其导热热阻；第三，由于固体间壁在热交换器高、低温端之间构成纵向漏热通道，增加了热损失，降低换热器效率，因此又希望采用导热系数低的材料，以减小漏热损失；其中的第二和第三项，对材料导热性能的要求是相互矛盾的。

发明内容

本发明目的在于提供一种可同时兼顾换热器固体间壁上述三项关键要求的，由导热系数相差悬殊的不同材料组合而成的导热性能各向异性的复合型材。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的导热性能各向异性的复合型材，其特征在于：由导热系数相差4倍至1万倍的至少两种不同导热材料间隔排放组合而成，该导热性能各向异性的复合型材至少在一个方向上的导热系数低于其它方向上的导热系数，相邻的不同导热系数的材料之间紧密连接，形成完整而无泄漏的壁面；该导热性能各向异性的复合型材为薄板型导热性能各向异性的复合型材；所述薄板型导热性能各向异性的复合型材为平板型、弧形或异形薄板型导热性能各向异性的复合型材；该导热性能各向异性的复合型材为管型导热性能各向异性的复合型材；所述管型导热性能各向异性的复合型材为圆形截面的直圆管型、弯圆管型，或异形截面直管型、弯管型导热性能各向异性的复合型材。

该导热性能各向异性的复合型材在用作高效换热器的固体间壁时，可以在需要高效地传递热量的方向上具有高导热系数，而在希望抑制漏热的方向上具有足够低的导热系数，即高热阻，从而降低换热器的不可逆损失，提高换热器的热效率。

附图说明

附图1-1为本发明的一种平板型导热性能各向异性的复合型材的平面示意图；

附图1-2为图1-1的纵剖面图；

附图2为本发明的一种圆管型导热性能各向异性的复合型材的纵剖面结构示意图；

附图3-1为本发明的一种平板型导热性能各向异性的复合型材的纵剖面结构示意图；

附图3-2为本发明的一种导热性能各向异性的复合型材的平面结构示意图；

附图3-3为本发明的一种导热性能各向异性的复合型材的平面结构示意图；

附图4为间壁式逆流热交换器的工作过程的示意图；

其中：高温流体通道1              低温流体通道2

    高温流体流动方向3→4       低温流体流动方向5→6

    高温端7                      低温端8