一种高效沸腾强化换热管及其制作方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111207619A(43)申请公布日2020.05.29(21)申请号202010044872.3(22)申请日2020.01.15(71)申请人郑州轻工业大学地址450000河南省郑州市金水区东风路5号(72)发明人曹泷杨辉朱世权吴学红樊庆旭(74)专利代理机构郑州浩德知识产权代理事务所(普通合伙)41130代理人边鹏(51)Int.Cl.F28F13/12(2006.01)B22F7/04(2006.01)B22F5/10(2006.01)B22F3/24(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种高效沸腾强化换热管及其制作方法(57)摘要本发明公开了属于换热器技术领域的一种高效沸腾强化换热管及其制作方法。该结构由外部的基管和管内壁烧结层组成，管内壁烧结层为一层非均质超亲水铜粉颗粒层，其沿基管截面呈“上壁面颗粒细而密，下壁面颗粒粗而疏，侧壁面均匀变化”的空间分布，可有效实现管底部液体反重力迁移，改善管内流型。基管内壁烧结层可以提供大量稳定的汽化核心，同时内部微小的孔隙能够提供较大的毛细力促进液体补充，改变汽泡动力学行为，缩短汽泡脱离周期，调控基管内相分布，有效强化沸腾换热。本发明可以应用在中低温余热发电系统、空调蒸发器、槽式太阳能集热管及锅炉水冷壁中，具有广泛的应用价值和社会价值。CN111207619ACN111207619A权利要求书1/1页1.一种高效沸腾强化换热管，其特征在于：包括基管(1)和位于基管(1)内壁上的管内壁烧结层(2)；管内壁烧结层(2)是采用模压成型的方法在基管(1)内壁面上烧结一层多尺度非均质纳米级金属铜粉颗粒，其沿基管(1)截面呈“上壁面颗粒细而密，下壁面颗粒粗而疏，侧壁面均匀变化”的空间分布。2.一种高效沸腾强化换热管的制作方法，其步骤包括：a.管内壁烧结层(2)制备时需要用到石墨棒磨具(201)、分隔板(202)和铜粉颗粒(203)，将石磨棒磨具(201)插在基管(1)的内部，石墨棒磨具(201)的一端为多凸台结构，顶端凸台直径大于基管(1)直径，中部凸台直径等于基管(1)直径；石墨棒磨具(201)中间开有若干小槽；b.将分隔板(202)沿着石墨棒磨具(201)中间的若干小槽插入基管(1)内，分隔板(202)将基管(1)内壁面空间分成若干的子空间；c.铜粉颗粒(203)按照确定的非均质表面毛细梯度方向填充粒径在556nm-48μm的铜颗粒，沿重力反方向以一定梯度逐步减少颗粒直径填充到分隔板(202)分成的若干子空间内；d.在将分隔板(203)取出后放入烧结炉中，在惰性气体保护环境下进行烧结成型，其中，烧结温度为600℃，升温速率为4.8℃/min,保温时间为30min；e.在烧结炉中烧结后放入浓度为35％的H2O2溶液中9个小时，进行化学氧化腐蚀和修饰以形成纳米级的CuO表面结构，CuO的浸润性高于光滑铜粉颗粒表面，颗粒表面所产生的的纳米结构在尺度上较小并未影响到粒间的间隙，对渗透率的影响程度可以忽略，有利于工质在管内壁烧结表面上的扩散。2CN111207619A说明书1/4页一种高效沸腾强化换热管及其制作方法技术领域[0001]本发明属于换热器技术领域，尤其涉及一种高效沸腾强化换热管及其制作方法。背景技术[0002]随着我国经济发展，作为经济和社会可持续发展战略重点之一的能源问题和环境问题引起人们的重视，其中心是如何合理使用和综合利用能源，不断提高能源利用率，管翅式换热器在涉及能量转换和热量传递的众多领域中有着广泛的应用，是一种通用的能耗设备，能耗数目巨大，使其朝着高效、低能耗、低成本方向发展意义巨大，采用创新性技术思路开发高效换热器是提高能量利用效率，节约投资成本，实现工业界设备集成化发展的有效技术手段。[0003]蒸发器是换热器的一种，广泛应用在制冷机、空调、热泵及低品位热能热功转换系统中，其性能表现对系统的可靠性和经济性具有重要的影响，根据热流传递公式q＝h·ΔT，高热流密度往往意味着高传热温差或高传热系数，高传热温差是一般工业设备不能接受的，尤其不能满足现代精密设备对于环境温度的需求，因此提高传热系数成为解决高热流密度散热问题的途径。[0004]对于提升蒸发器内传热系数开展了大量研究，发展了多种管型可强化传热性能，比如：沟槽管、微翅片管、内螺纹管及纽带、螺旋线等管内挿入物，但是上述技术依然采用的单相传热的思路，通过引起旋转流、二次流，破坏边界层的发展，使中心流体与管壁流体交混，忽略了两相流本身的特性，两相流动与传热之间的协同关系未被很好的揭示，另一方面，管内流型作为影响相变传热的关键因素，应引起强化传热研究领域的重视。[0005]相变传热(蒸发或冷凝)的传热系数至少要比单相传热