[发明专利]内衬泡沫金属的翅片管式换热器

说明书

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。

背景技术

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，翅片管式换热器已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2000-10000m²/m³)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45cm²/cm³。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，达到缩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2.5-30mm，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。