一種多層泡沫金屬管殼式換熱器的製作方法
2023-10-11 13:02:19 2
專利名稱：一種多層泡沫金屬管殼式換熱器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種廣泛用於工業設備的管殼式換熱器，具體涉及一種多層泡沫金屬 管殼式換熱器。
背景技術：
管殼式換熱器廣泛應用於化工、石油、製冷、核能和動力等工業領域，其用量佔全 部換熱器用量的70%。由於世界性的能源危機，為了降低能耗，工業生產中對換熱器的需求 量越來越多，對換熱器的質量要求也越來越高。近幾十年來，隨著緊湊式換熱器(板式、板 翅式、壓焊板式換熱器等)、熱管式換熱器、直接接觸式換熱器等換熱器的發展，管殼式換熱 器面臨著挑戰，在某些場合，管殼式換熱器已被一些新型的換熱器所取代。但由於管殼式換 熱器具有高度的可靠性和廣泛的適應性，是其它高效換熱器所不能替代的，它的產量至今 仍佔統治地位。為了提高管殼式換熱器的換熱能力，目前常用的強化方法是採用各種形式 的強化管或管外採取改變支撐結構來進行，但增加了流體流動阻力，加大了製造成本。因此 急需尋求一種更有效的強化傳熱方式，以提高管殼式換熱器的傳熱效率，降低換熱器的體 積、材料用量和製造成本。泡沫金屬作為一種單位體積內的表面積很大(可達2000-10000m2/m3)、密度小(是 固體材料的2%-25%)的多孔材料，它的應用可提供一種新的解決方案。泡沫金屬是由剛 性骨架和內部孔洞組成的，具有優異的物理性能和良好機械性能的新型材料。它具有很大 比表面積和良好的流通性能，使得流體從泡沫金屬中通過時有著極大的熱交換面積，而且 金屬材料良好的導熱性能使得溫度更能均勻地分布，因此泡沫金屬是一種優良的強化傳熱 材料。在管殼式換熱器管內外設置泡沫金屬可以有效增大換熱管的換熱面積，強化管內外 傳熱。經對現有技術的文獻檢索發現，目前用泡沫金屬材料實現換熱器強化已有相關專 利，如申請號為200610104597. X、名稱為「一種套管式金屬泡沫換熱器」的專利和申請號為 200810033289. 1、名稱為「內襯泡沫金屬換熱器」的專利，主要針對套管式換熱器，並且泡沫 金屬與換熱管的連接方式都是通過金屬粉末燒結、電鍍或熔模澆注(滲流)等方法覆蓋在 內管內表面以及外管與內管之間的區域上，上述加工方法加工要求高，難度大，且對於管殼 式換熱器，需要的換熱管子根數多、直徑大，如果採用上述方法，不僅會耗費大量的工時，影 響產品的生產周期而且生產成本高，影響在市場的推廣應用。根據市場調研得知，目前市 場上主要泡沫金屬產品的厚度受生產工藝的影響都在I-IOmm內，這一缺陷限制了泡沫金 屬在大直徑換熱管中的應用，雖然市場上也出現了超厚泡沫金屬，最大厚度達到70mm，但是 超厚泡沫金屬不僅造價高昂，也不能滿足大直徑換熱管的需要。針對上述換熱器製造過程中的缺點和困難，本發明提供了一種多層泡沫金屬管殼 式換熱器，其泡沫金屬材料採用連續化帶狀泡沫金屬材料卷制而成泡沫金屬芯材，解決了 泡沫金屬厚度對於其應用範圍的限制，降低了製造成本。所提供的多層泡沫金屬芯材可根 據管殼式換熱器殼體和換熱管的尺寸進行卷制。
發明內容本發明針對現有技術的上述不足，提供一種多層泡沫金屬管殼式換熱器，使其通 過管內、管外填充泡沫金屬的方式，提高管內、管外換熱係數，大幅度擴展傳熱面積，解決現 有設備換熱效率低、體積大、金屬耗量多的問題。本發明是通過以下技術方案來實現的，本發明包括換熱器殼體、換熱管和泡沫金 屬芯材，泡沫金屬芯材填充在換熱管外側和管內側，並起到支撐作用，省去了傳統管殼式換 熱器的折流板，泡沫金屬芯材內部有供氣體或液體介質流動的孔洞。所述的換熱器殼體可以由鋼、鈦、鋁、石墨、搪瓷或其他材料製成。所述的換熱管的材料可以是鋼、銅、鋁等金屬材料或石墨、工程塑料等非金屬材 料。換熱管的形狀可以是光管或強化管，強化管可以是螺旋槽紋管、橫紋槽管、旋流管、波紋 管、螺旋扁管等其他形式的強化管。管的直徑範圍5mm-76mm，管壁厚0. 2mm-6mm,多根規格 相同的換熱管成正方形或正三角形平行分布。所述的泡沫金屬芯材採用生產工藝成熟、價格低廉的連續化帶狀泡沫金屬材料制 作，根據換熱介質的種類和換熱管的尺寸選擇泡沫金屬的基材材質、標稱孔數和厚度，卷制 不同層數的連續化帶狀泡沫金屬芯材，泡沫金屬材料為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鋁、泡沫不鏽 鋼、泡沫鎳合金、泡沫銅合金或其他金屬，孔徑為0. 05mm-6mm。本發明具有顯著的優點和積極的效果。由於泡沫金屬結構、性能的獨特性，這種換 熱器極大地滿足了傳熱要求，傳熱效果可以明顯優於現有的管殼式換熱器，從而使得整個 管殼式換熱器在取得相同換熱量的條件下所需的換熱管子數量大大減少，從而減小管殼 式換熱器體積和重量，節約大量的金屬材料，降低整個管殼式換熱器的體積和重量，經初步 計算管殼式換熱器體積和用料均可減小40-60%。
圖1是傳統的管殼式換熱器，主要由殼體1、換熱管2和折流板3組成，折流板3主 要起加強管外流體的擾動和支撐作用。換熱器強化可以採用管內強化和管外強化，管內強 化可以採用強化管或管內加擾流子，強化管可以是螺旋槽紋管、橫紋槽管、旋流管、波紋管、 螺旋扁管等其他形式的強化管。管外強化可以採用改變殼程擋板結構、改變管束支承結構 等來進行，目的都是強化管內外傳熱效果。圖2是本發明多層泡沫金屬管殼式換熱器的結構示意圖。圖中1為換熱器殼體，2 為換熱管。圖3是典型的連續化帶狀泡沫金屬芯材結構示意圖，其中圖3a為填充在換熱管外 側的多層連續化帶狀泡沫金屬芯材結構示意圖，圖3b為填充在換熱管內側的多層連續化 帶狀泡沫金屬芯材結構示意圖。圖4是多層泡沫金屬管殼式換熱器截面示意圖，圖中1為換熱器殼體、2為換熱管、 4為纏繞在換熱管外側的多層連續化帶狀泡沫金屬芯材結構示意圖、5為填充在換熱管內 側的多層連續化帶狀泡沫金屬芯材結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明，實例僅為參考和說明之用，並 非用來對本發明的應用範圍加以限制。如圖2-4所示，本發明多層泡沫金屬管殼式換熱器，包括換熱器殼體1、換熱管2、 纏繞在換熱管外側的多層連續化帶狀泡沫金屬芯材4和填充在換熱管內側的多層連續化 帶狀泡沫金屬芯材5，泡沫金屬芯材以增加傳熱面積，增大流體的擾動，泡沫金屬芯材內部 有供氣體或液體介質流動的孔洞，泡沫金屬芯材的孔洞直徑為0. 05-6mm。換熱管2外沒有 纏繞泡沫金屬芯材的部分也作為管外流體的流動通道，以減小管外流體流動的阻力。上述泡沫金屬芯材具有優異的物理性能和良好的機械性能。它具有很大比表面積 和良好的流通性能，使得流體從泡沫金屬中通過時有著極大的熱交換面積，而且金屬材料 良好的導熱性能使得溫度更能均勻地分布，從而使換熱器管內外流體間的換熱效率大大提 尚ο下面介紹製作如圖4所示多層泡沫金屬管殼式換熱器的具體實施方式
按換熱管尺寸卷制泡沫金屬芯材4和5，並對側邊進行點焊固定，切割好長度與換 熱管2長度相同的適合尺寸的泡沫金屬芯材4和5，必要時可對多層泡沫金屬芯材兩端進行 點焊定型。固定換熱管2，將多層泡沫金屬芯材4套在換熱管2外壁面上。將多層泡沫金屬 芯材5沿管的軸線方向推入換熱管2，也可以使用金屬絲來拉拽多層泡沫金屬5使其完全置 於換熱管內，並於內壁緊密結合，達到增強換熱效果的目的即可。本發明未涉及部分如泡沫金屬的製造以及換熱器的具體結構等均與現有技術相 同或可採用現有技術加以實現。本發明的多層泡沫金屬管殼式換熱器最好用於潔淨流體的熱交換，以保證流體不 會對泡沫金屬中的孔洞造成堵塞，或增加具體手段保證泡沫金屬中的孔洞不會造成堵塞。
權利要求一種多層泡沫金屬管殼式換熱器，包括殼體和設置在殼體內的換熱管，其特徵在於，所述的換熱管管內填充多層連續化帶狀泡沫金屬芯材、換熱管管外纏繞多層連續化帶狀泡沫金屬芯材，所述的泡沫金屬芯材內部有供氣體或液體介質流通的孔洞。
2.根據權利要求1所述的一種多層泡沫金屬管殼式換熱器，其特徵在於，所述的換熱 管的材料可以是鋼、銅、鋁金屬材料或石墨、工程塑料非金屬材料。
3.根據權利要求1或2所述的一種多層泡沫金屬管殼式換熱器，其特徵在於，換熱管 的形狀可以是光管或強化管，強化管可以是螺旋槽紋管、橫紋槽管、旋流管、波紋管、螺旋扁 管，管的直徑範圍5mm-76mm，管壁厚0. 2mm-6mm,多根規格相同的換熱管成正方形或正三角 形平行分布。
4.根據權利要求1所述的一種多層泡沫金屬管殼式換熱器，其特徵在於，泡沫金屬是 不同層數的連續化帶狀泡沫金屬芯材。
5.根據權利要求1或4所述的一種多層泡沫金屬管殼式換熱器，其特徵在於，所述的泡 沫金屬孔洞直徑為0. 05mm-6mm。
6.根據權利要求1所述的一種多層泡沫金屬管殼式換熱器，其特徵在於，所述的泡沫 金屬材料為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鋁、泡沫不鏽鋼、泡沫鎳合金、泡沫銅合金金屬材料。專利摘要本實用新型針對現有管殼式換熱器傳熱效率低、體積大、金屬耗量多等問題，公開了一種利用多層泡沫金屬作為擴展傳熱面的泡沫金屬管殼式換熱器，它通過在殼體中的換熱管管外纏繞多層連續化帶狀泡沫金屬芯材和換熱管管內填充多層連續化帶狀泡沫金屬芯材的方法提高了管殼式換熱器管內外換熱性能，省去了傳統管殼式換熱器的折流板，增大了管殼式換熱器的換熱面積，參與傳熱的冷、熱流體流經多層泡沫金屬芯材的泡沫金屬通道，使得管殼式換熱器在獲得相同換熱效果的前提下傳熱效率更高、體積更小、金屬耗量更少。
文檔編號F28D7/00GK201748825SQ200920104250
公開日2011年2月16日 申請日期2009年8月13日 優先權日2009年8月13日
發明者崔海亭, 郝福剛, 郭彥書 申請人:河北科技大學