[发明专利]一种梯密度金属泡沫换热管

说明书

技术领域

本发明涉及一种换热管，具体涉及一种填充梯密度金属泡沫的换热管。

背景技术

近年来，随着能源消费的不断增长以及化石燃料燃烧排放引起的温室效应的加剧，对能源利用效率的要求越来越高，因此需要不断提高换热器的换热效率和整体性能，设计出更加节能、紧凑并且轻质的高效换热设备。在如何进一步提高换热装置的换热性能方面，国内外的学者都作了大量的研究，目前研究的主要方向是提高换热装置的换热系数及增加传热面积。但是增加换热面积并不是靠增加设备的整体尺寸来实现，而是应从换热装置自身的结构来考虑。

因此，寻找一种高效的强化换热方式，并以此来同时提高换热装置的传热系数和增加传热面积是研究者们研究的热点。近年来，发展了一种新颖的多孔金属材料，其具有高孔隙率、高渗透性、高比表面积、高导热性能等优良的热物理特性。采用金属泡沫填充方式的换热装置通过最大程度的利用换热设备的有限空间来增加比表面积以及利用金属泡沫骨架所造成的流体扰动作用，再加之泡沫结构自身的高导热性能，使它成为高效换热装置制造商和研究者的青睐对象。然而，已有的金属泡沫换热装置的结构形式都是采用单一孔隙率和孔密度填充方式。这种形式的金属泡沫换热装置，当采用低孔隙率、高孔密度的金属泡沫时，流体流经换热装置的流动阻力较大；而当采用高孔隙率、低孔密度的金属泡沫时，换热装置的换热性能又较差。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种采用梯密度金属泡沫填充的换热管，所述梯密度是指金属泡沫的孔隙率或孔密度呈现梯度变化。

本发明的梯密度金属泡沫换热管包括梯密度金属泡沫和外管，所述梯密度金属泡沫包括至少两种不同孔隙率和孔密度的金属泡沫，所述梯密度金属泡沫中的孔隙空间提供了流体流动的通道。所述梯密度金属泡沫通过烧结、粉末冶金、发泡法、气相沉积等方法加工而成，较佳地，是在无氧的环境下通过高温烧结制造而成。所述梯密度金属泡沫通过无氧高温烧结或焊接的方式与所述外管的内壁紧密连接，这样有助于减小两者之间的接触热阻。

所述梯密度金属泡沫的孔隙率为0.7～0.95，孔密度为20～100PPI，孔径在几十微米到几毫米之间。所述梯密度金属泡沫与所述外管的材质可以相同，也可以不同。所述不同孔隙率和孔密度的金属泡沫的材质可以相同，也可以不同，一般选自铜、铝、镍或其合金。所述的梯密度金属泡沫在靠近所述外管内壁的一侧孔隙率较高，而在靠近所述外管中心处孔隙率较低。

在本发明一个较佳的实施例中，所述梯密度金属泡沫包括两种不同孔隙率和孔密度的金属泡沫，其孔隙率的差别为0.1～0.15，孔密度的差别为20～50PPI。其中，孔隙率较高的金属泡沫与孔隙率较低的金属泡沫的厚度比例可以根据实际情况进行调节，例如为1:1、1:2或1:3。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例的剖视图；

图2是本发明一个较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过结合附图的方式来说明本发明的具体结构和作用方式。

如图1和图2所示，在一个较佳的实施例中，本发明的梯密度金属泡沫换热管结构包括梯密度金属泡沫1以及外管2。其中，所述梯密度金属泡沫1是由金属泡沫a和金属泡沫b通过烧结、粉末冶金、发泡法、气相沉积等方法加工而成，其内部具有提供流体介质流通的孔隙通道，孔隙率要求大于0.7，孔径在几十微米到几毫米之间，流体可在所述孔隙通道之间流动。所述梯密度金属泡沫1镶嵌在外管2内，所述梯密度金属泡沫1是通过焊接、烧结或其他类似方式与外管2的内壁进行连接，所述梯密度金属泡沫1与所述外管2内壁的紧密相连可以减小二者之间的接触热阻。

如图1所示，孔隙率较高、孔径较大的金属泡沫b置于靠近所述外管2内壁的一侧，而孔隙率较低、孔径较小的金属泡沫a置于所述外管2中心，所述金属泡沫a和金属泡沫b的厚度可以根据实际需要进行调节，例如所述金属泡沫a和金属泡沫b的厚度比为1:1、2:1或3:1。在图一所示的实施例中，所述厚度比约为2:1。

所述外管2的材质一般为钢或铜，所述梯密度金属泡沫1的材料可以采用和外管2相同的材料，也可以采用和外管2不同的材料。通常所述梯密度金属泡沫1的材质可以选自铝、铜、镍或其合金。

在换热器工作时，加热或冷却所用的流体介质从所述梯密度金属泡沫换热管的一端流进，由于所述梯密度金属泡沫1特殊的结构设置，靠近所述外管2内壁一侧的流体流动阻力较小，从而形成一个高速的流体通道，对靠近壁面的一层进行有效的热交换，所述流体介质散失或吸收热量之后从所述梯密度金属泡沫换热管的另一端流出。