[实用新型]一种同心环式弹性金属蜂巢及热交换装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种弹性金属蜂巢式结构及使用该结构的热交换装置，尤其涉及一种板式弹性金属蜂巢式结构，以及气体侧嵌有弹性金属蜂巢式结构的热交换装置，大幅度提高扩展换热面积，从而显著提高整个换热装置的换热效率。 

背景技术

热交换装置广泛应用于有热量传递过程的各个技术领域中，其按操作过程可分为间壁式、混合式及蓄热式三大类，其中间壁式热交换装置应用最为广泛。间壁式热交换装置的换热介质可分为气-气、气-夜和气-固三种形式。由对流传热系数的计算式可知，影响表面对流换热系数的因素中，换热介质的热物性（尤其是导热系数和密度）对换热的影响非常明显，这即是热交换装置气体侧对流换热系数远远小于液体侧和固体侧的原因。因此，如何强化间壁式热交换装置气体侧的换热是工程研究的重点。 

目前已有的热交换装置强化换热技术中，对于强化气体侧换热来说，扩展表面的方法具有强化效果好、适用性广等特点，已经成为现有的应用最为广泛的强化气体侧换热的技术。扩展表面常用的实施方法是在气体侧添加翅片以获得更大的传热面积。现有的翅片材料大多为金属或高热导率非金属陶瓷，常见的形状有矩形型、波纹型、穿孔型等，与换热装置的连接方式多为焊接、浸镀或胀管。虽然这些传统的翅片都在一定程度上强化了热交换装置气体侧的传热性能，提高了装置的热交换效果，但它们也都存在一些不同程度的缺陷，如比表面积不够大、不容易制作加工或者与换热间壁接触差等。所以，一种既具有极大的比表面积，同时也容易加工得到，且能与换热间壁良好接触的具有高热导率的翅片将会有很广泛的应用前景。 

实用新型内容

本实用新型从强化热交换装置气体侧的换热能力出发，创新开发出一种具有高比表面积且弹性极好的金属质扩展表面——弹性金属蜂巢式结构，并将其作为一种静态构件嵌入热交换装置气体侧，以大幅度强化气体侧的换热能力，从而数倍地提高整个热交换装置的传热效果。 

本实用新型一种弹性金属蜂巢式结构，其特征在于：述弹性金属蜂巢由多个金属螺旋体组成，多个金属螺旋体编织组合在一起，成同心环式排列。 

上述技术方案可以进一步的改进为：所述弹性金属蜂巢为管内的圆柱式。 

上述技术方案可以进一步的改进为：所述弹性金属蜂巢为管外的方柱式。 

上述技术方案可以进一步的改进为：所述金属螺旋体由金属丝加工制成。 

上述技术方案可以进一步的改进为：所述金属螺旋体金属丝直径在0.1~3mm之间，螺距在1~20mm之间，螺旋直径在3~20mm之间，弹性金属蜂巢的比表面积可实现在100~2000m²/m³之间。 

上述技术方案可以进一步的改进为：在所述热交换装置的气体介质侧，嵌有如权利要求1所述的同心环式弹性金属蜂巢。 

本实用新型的弹性金属蜂巢具有有比表面积极大（100~2000m²/m³）、热导率很高（22~162W/(m·K)）以及具有良好的弹性等特点，其管内侧折合光管换热系数达到了120~220W/(m²·℃)。 

将弹性金属蜂巢嵌入换热装置内气体侧主要有以下几方面的特征： 

1）扩展表面积 

由于螺旋体金属丝的直径较小，编织而成的呈立体网状的弹性金属蜂巢具有很大的比表面积（100~2000m²/m³），嵌入热交换装置气体侧时，可数百至几千倍地提高换热面积，显著提高气体侧的换热能力。 

2）强化对流传热 

由于弹性金属蜂巢是由金属螺旋体立体叠加的多层复合结构，金属丝在空间中交错分布，对穿过的气体产生充分的扰动作用，不断破坏气体边界层，从而较大幅度地提高气体侧的对流传热系数。 

3）强化辐射传热 

嵌入热交换装置气体侧的弹性金属蜂巢，其特殊的空间立体结构在一定程度上类似人工黑体辐射模型，即强化了气体与金属螺旋体间的辐射传热。另一方面，当气体介质温度较高时，弹性金属蜂巢能被加热到较高的温度。由于金属蜂巢多为耐热不锈钢材质，表面发射率较高（2520不锈钢黑度可达0.96~0.97），间接强化了气体与换热间壁间的辐射传热。 

4）嵌入和更换方便