專利名稱：一種同心環(huán)式彈性金屬蜂巢及熱交換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種彈性金屬蜂巣式結(jié)構(gòu)及使用該結(jié)構(gòu)的熱交換裝置，尤其涉及一種板式弾性金屬蜂巣式結(jié)構(gòu)，以及氣體側(cè)嵌有弾性金屬蜂巣式結(jié)構(gòu)的熱交換裝置，大幅度提高擴展換熱面積，從而顯著提高整個換熱裝置的換熱效率。
背景技術(shù)：
熱交換裝置廣泛應(yīng)用于有熱量傳遞過程的各個技術(shù)領(lǐng)域中，其按操作過程可分為間壁式、混合式及蓄熱式三大類，其中間壁式熱交換裝置應(yīng)用最為廣泛。間壁式熱交換裝置的換熱介質(zhì)可分為氣-氣、氣-夜和氣-固三種形式。由對流傳熱系數(shù)的計算式可知，影響表面對流換熱系數(shù)的因素中，換熱介質(zhì)的熱物性(尤其是導(dǎo)熱系數(shù)和密度)對換熱的影響非常明顯，這即是熱交換裝置氣體側(cè)對流換熱系數(shù)遠遠小于液體側(cè)和固體側(cè)的原因。因此，如 何強化間壁式熱交換裝置氣體側(cè)的換熱是工程研究的重點。目前已有的熱交換裝置強化換熱技術(shù)中，對于強化氣體側(cè)換熱來說，擴展表面的方法具有強化效果好、適用性廣等特點，已經(jīng)成為現(xiàn)有的應(yīng)用最為廣泛的強化氣體側(cè)換熱的技木。擴展表面常用的實施方法是在氣體側(cè)添加翅片以獲得更大的傳熱面積。現(xiàn)有的翅片材料大多為金屬或高熱導(dǎo)率非金屬陶瓷，常見的形狀有矩形型、波紋型、穿孔型等，與換熱裝置的連接方式多為焊接、浸鍍或脹管。雖然這些傳統(tǒng)的翅片都在一定程度上強化了熱交換裝置氣體側(cè)的傳熱性能，提高了裝置的熱交換效果，但它們也都存在ー些不同程度的缺陷，如比表面積不夠大、不容易制作加工或者與換熱間壁接觸差等。所以，ー種既具有極大的比表面積，同時也容易加工得到，且能與換熱間壁良好接觸的具有高熱導(dǎo)率的翅片將會有很廣泛的應(yīng)用前景。

實用新型內(nèi)容本實用新型從強化熱交換裝置氣體側(cè)的換熱能力出發(fā)，創(chuàng)新開發(fā)出ー種具有高比表面積且彈性極好的金屬質(zhì)擴展表面——弾性金屬蜂巣式結(jié)構(gòu)，并將其作為ー種靜態(tài)構(gòu)件嵌入熱交換裝置氣體側(cè)，以大幅度強化氣體側(cè)的換熱能力，從而數(shù)倍地提高整個熱交換裝置的傳熱效果。本實用新型一種彈性金屬蜂巣式結(jié)構(gòu)，其特征在干述彈性金屬蜂巣由多個金屬螺旋體組成，多個金屬螺旋體編織組合在一起，成同心環(huán)式排列。上述技術(shù)方案可以進一歩的改進為所述彈性金屬蜂巢為管內(nèi)的圓柱式。上述技術(shù)方案可以進一歩的改進為所述彈性金屬蜂巢為管外的方柱式。上述技術(shù)方案可以進一歩的改進為所述金屬螺旋體由金屬絲加工制成。上述技術(shù)方案可以進一歩的改進為所述金屬螺旋體金屬絲直徑在O. Ilmmt間，螺距在f 20mm之間，螺旋直徑在3 20mm之間，弾性金屬蜂巣的比表面積可實現(xiàn)在10(T2000m2/m3 之間。上述技術(shù)方案可以進一歩的改進為在所述熱交換裝置的氣體介質(zhì)側(cè)，嵌有如權(quán)利要求I所述的同心環(huán)式彈性金屬蜂巣。本實用新型的弾性金屬蜂巣具有有比表面積極大(10(T2000m2/m3)、熱導(dǎo)率很高(22 162Wパπι·Κ))以及具有良好的弾性等特點，其管內(nèi)側(cè)折合光管換熱系數(shù)達到了120 220W/(m2 で)。將彈性金屬蜂巣嵌入換熱裝置內(nèi)氣體側(cè)主要有以下幾方面的特征I)擴展表面積由于螺旋體金屬絲的直徑較小，編織而成的呈立體網(wǎng)狀的弾性金屬蜂巣具有很大的比表面積(10(T2000m2/m3)，嵌入熱交換裝置氣體側(cè)時，可數(shù)百至幾千倍地提高換熱面積，顯著提高氣體側(cè)的換熱能力。2)強化對流傳熱 由于彈性金屬蜂巢是由金屬螺旋體立體疊加的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，金屬絲在空間中交錯分布，對穿過的氣體產(chǎn)生充分的擾動作用，不斷破壞氣體邊界層，從而較大幅度地提高氣體側(cè)的對流傳熱系數(shù)。3)強化輻射傳熱嵌入熱交換裝置氣體側(cè)的弾性金屬蜂巣，其特殊的空間立體結(jié)構(gòu)在一定程度上類似人工黑體輻射模型，即強化了氣體與金屬螺旋體間的輻射傳熱。另ー方面，當(dāng)氣體介質(zhì)溫度較高時，弾性金屬蜂巣能被加熱到較高的溫度。由于金屬蜂巣多為耐熱不銹鋼材質(zhì)，表面發(fā)射率較高(2520不銹鋼黑度可達O. 96、. 97)，間接強化了氣體與換熱間壁間的輻射傳熱。4)嵌入和更換方便氣體介質(zhì)在熱交換裝置內(nèi)的流通通道大多為管內(nèi)或者板間。由于彈性金屬蜂巢自身良好的弾性，旋轉(zhuǎn)、扭曲都比較容易實現(xiàn)，將其嵌入管內(nèi)或者板間時都比較方便。此外，金屬蜂巢良好的弾性可以改善其與換熱間壁的接觸，減小接觸熱阻，有利于其與間壁的導(dǎo)熱。[0021 ] 5 )流阻小,動カ消耗少弾性金屬蜂巣具有極大比表面積的同時，空隙率卻很大(>0.9)。這樣，氣體在通過時的流動阻カ也就比較小，在強化換熱的同時，不會明顯增加外部動カ設(shè)備的功耗。

圖I、圖2金屬螺旋體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為管內(nèi)圓柱式的同心環(huán)式彈性金屬蜂巣。圖4是管外方柱式的同心環(huán)式彈性金屬蜂巣。
具體實施方式
實施例I :對鋼鐵廠軋鋼加熱爐高溫?zé)煔獾挠酂峄厥粘２捎玫慕饘俟苁綋Q熱器進行技術(shù)改造?？蓪椥越饘俜涑簿砬蓤A柱狀嵌入鋼管內(nèi)，強化空氣或者煤氣側(cè)的傳熱性能；同時在管外煙氣側(cè)嵌入板式的弾性金屬蜂巣，強化煙氣側(cè)的傳熱性能。弾性金屬蜂巣比表面積大小的選擇可根據(jù)實際情況選擇，可通過改變螺旋體金屬絲直徑和空隙率得到不同比表面積。經(jīng)過技術(shù)改進后的換熱器完全有能力將煙氣的出口溫度降低到150°C，從而大幅度減少能源的消耗。[0027]實施例2 :對火管鍋爐火管內(nèi)進行技術(shù)改造?；鸸苠仩t中，煙氣在火管內(nèi)流動，水在火管外與煙氣通過火管壁間接換熱。技術(shù)改造的過程為將彈性金屬蜂巣制作成圓柱狀嵌入至火管內(nèi)側(cè)尾部，利用弾性金屬蜂巣自身的弾性與火管內(nèi)壁緊密接觸。此技術(shù)改 進可以在不改變鍋爐原有結(jié)構(gòu)的情況下，對現(xiàn)有的火管鍋爐進行方便有效的改迸。較簡單的理論計算表明，應(yīng)用彈性金屬蜂巢強化管內(nèi)煙氣側(cè)換熱后，可有效節(jié)能1(Γ30%。
權(quán)利要求1.ー種同心環(huán)式彈性金屬蜂巣，其特征在于所述彈性金屬蜂巣由多個金屬螺旋體組成，多個金屬螺旋體編織組合在一起，成同心環(huán)式排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種同心環(huán)式彈性金屬蜂巣，其特征在于所述彈性金屬蜂巢為管內(nèi)的圓柱式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種同心環(huán)式彈性金屬蜂巣，其特征在于所述彈性金屬蜂巢為管外的方柱式。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種同心環(huán)式彈性金屬蜂巣，其特征在于所述金屬螺旋體由金屬絲加工制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種同心環(huán)式彈性金屬蜂巣，其特征在于所述金屬螺旋體金屬絲直徑在O. l 3mm之間，螺距在20mm之間，螺旋直徑在3 20mm之間，彈性金屬蜂巢的比表面積在110(T2000m2/m3之間。
6.ー種熱交換裝置，其特征在于在所述熱交換裝置的氣體介質(zhì)側(cè)，嵌有如權(quán)利要求I所述的同心環(huán)式彈性金屬蜂巣。
專利摘要本實用新型涉及一種彈性金屬蜂巢及熱交換裝置，尤其涉及一種板式彈性金屬蜂巢，以及氣體側(cè)嵌有彈性金屬蜂巢的熱交換裝置，大幅度提高擴展換熱面積，從而顯著提高整個換熱裝置的換熱效率。本實用新型一種同心環(huán)式彈性金屬蜂巢，所述彈性金屬蜂巢由多個金屬螺旋體組成，多個金屬螺旋體編織組合在一起，成同心環(huán)式排列，可以是管內(nèi)的圓柱式，或為管外的方柱式。
文檔編號F28F1/12GK202485520SQ20112054156
公開日2012年10月10日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者夏德宏, 張艷, 胡梟 申請人:北京科技大學(xué)