利用金属丝网筛制造热交换部件的方法技术

一种热交换器部件，其通过从金属丝网筛堆叠形成片状体而制造出来，其中所述片状体具有一对相对的外主表面，且在所述外主表面之间具有空隙。通过在所述片状体的所述外主表面上沉积金属涂层而封闭所述外主表面。所述沉积的金属涂层在它们之间界定出用于使热交换流体延伸通过所述片状体空隙的流路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种热交换部件的制造方法，特别是一种使用金属丝网筛制造热交换部件的方法以及使用这种筛网的热交换部件。
技术介绍
在正在进行的节能努力中以及在许多热力学系统中，交换器发挥着重要的作用。在任何热交换器中，目标均为在热交换流体之间实现最大的热交换，且同时使由所述热交换器的流阻所导致的能耗最小。通常，人们还希望将所述热交换器做的尽可能紧凑。最近，热交换器技术的发展已主要集中在通过在更紧凑的热交换器单元中增加热负荷而实现更高的传热效率。以紧凑体积获得高传热水平的一种有效方法为使热流体和传导材料表面之间的接触面积比最大化。这一概念已促使由大表面积传导性材料插入物，如金属泡沫或金属丝网所组成的低型板状热交换器的发展，其中，所述低型板状热交换器的外表面通过钎焊片而封闭。所述热交换器中高度不规则的流路会增加热流体的混合，并因此促进至所述传导性材料插入物和所述热交换器外表面的热传递。这种热交换器的实例如美国专利号6305079和5983992所述。这种热交换器的有效性极大地依赖于所述传导性材料插入物的性质和结构。此夕卜，不同插入物结构，如金属泡沫、金属丝网筛以及填料床等，都根据流的雷诺数的不同而具有不同的行为特征。例如，金属泡沫热交换器(MFHE)已广泛使用于低温、发电和许多其他需要高热负荷去除的领域。它们相对廉价、在大批量生产时容易形成且能够实现高达IOOOOmVm3的表面积-体积比。然而，制造金属泡沫热交换器所固有的困难是如何保持几何形状的一致性。另一个限制是，虽然模型假设了一种对准好的结构，但实际MFHE单元却是随机定位的，从而降低了直接传导至所述外表面的可能性。诸如填料床(烧结的)等的结构在传热-压力损失比的方面超过其他热交换器设计。虽然烧结金属球的填料床可能在热传递上更有效，但其受拉强度(用作压力容器)却远小于金属丝网筛。在20世纪80年代末首次研究了将金属丝网作为传导性材料插入物在热交换器中的使用。从那时起，考虑并测试了许多不同的网形，并取得的不同程度的成功。由于所述筛间的接触最小，金属丝网热交换器(WMHE)在限制轴向传导的同时可以促进至所述外壁的直接热传导，因此WMHE比金属泡沫热交换器更有效率。鉴于WMHE是由已有的编织的金属丝网筛织物所生产的，因此WMHE也更容易制造。这些热交换器相对廉价并且可以很容易地由各种合金而制成。随着制造能力的进步，出现了采用更复杂的设计且因潜在高努塞尔数和低摩擦系数而具有吸引力的替代品。虽然这些结构预期能提高传热效率，但与编织纺织品相比其在性能上的潜在微小增益可能仍不足以支持额外的制造成本。WMHE的制造方法包括折叠筛网以及将薄片钎焊至所述折痕的尖端。虽然能够相对简单地实现这些方法，但是，由于较小的接触表面以及在每单位长度的最大折叠次数，其限制了至所述外壁的传导。另一个更近的WMHE的制造方法是，烧结编织金属丝织物的堆叠体、垂直于堆叠方向切割它们以形成薄的片状体、并且通过在每一侧钎焊薄金属片而有效地封闭这些片状体。这种方法所制造的WMHE可成功地承受IOOOOpsi以上的内部压力。但是这种技术的缺点是，由于其高能耗，钎焊工艺非常昂贵，并会因此妨碍对WMHE的利用。
技术实现思路
本专利技术人已发现可通过使用金属涂层封闭金属丝网堆叠体的外表面而从所述金属丝网堆叠体制造出一种特别有效的热交换部件。这些涂层界定出用于使热交换流体通过所述堆叠体空隙的流路。因此，根据本专利技术，提供了一种制造热交换部件的方法，包括从一堆金属丝网筛堆叠体形成片状体，其中所述片状体具有 一对相对的外主表面，且在所述外主表面之间具有空隙；以及通过在所述片状体的所述外主表面上沉积金属涂层而封闭所述外主表面，其中，所述沉积的金属涂层在它们之间界定出用于使热交换流体延伸通过所述片状体空隙的流路。需理解的是所沉积的涂层为以某种方式而涂上的涂层，例如以液体或粉末颗粒的形式，从而可在所述片状体上原位形成所产生的金属层。所述热交换部件可以形成热交换器的一部分，或者它也可以是另一需要强冷却或加热的部件的一部分。例如，用于涡轮中的定子则为特别合适的应用。作为常规铸造方式的替代，所述定子可由所述热交换部件，即根据本专利技术实施例由金属丝网筛堆叠体而制成的且具有沉积金属涂层的块而制成。一种用于封闭所述金属丝网片状体的特别有前途且符合成本效益的方法为使用高材料沉积率的热喷涂技术在所述外主表面上涂上致密涂层，，如脉冲气动喷涂(PGDS)。P⑶S是一种热喷涂技术，目前正在Centerline(Windsor)Ltd.(加拿大安大略省温莎)进行商业化。在PGDS中，使用电磁阀模仿通过可瞬间破裂的薄膜与低压区(被被动部分)相分离的高压区(驱动部分)的情况，从而沿圆柱形管向下发送冲击波。由于冲击波沿所述管向下移动，它会夹带粉末颗粒并使其加速至能与冷气体动力喷涂(CGDS)和HVOF (超音速火焰喷涂)中所观测到的速度相匹配的速度。在冲击时，所述颗粒会塑性变形并附至基板上以形成涂层。和CGDS—样，P⑶S被认为是一种固态工艺，其中，粉末颗粒的温度始终被保持在其溶点以下。在 B. Jodoin、P. Richer>G. Berube>L. Ajdelsztajn、A. Erdi-Betchi 及M. Yandouzi所著的脉冲气动喷涂工艺分析、开发和选取的涂层例，Surf. Coat. Technol.,201 (16-17)，2007，pp. 7544-7551中对所述P⑶S工艺进行了更详细的说明，其内容经引用纳入本专利技术中。所述PGDS技术使用氦或氮作为工艺气体，且由于其脉动特性，所述PGDS技术的特征在于与CGDS相比，其具有较低的气体消耗率。可以采用其它方法以形成边界层,如视线沉积(line of sight deposition)或选择性激光熔化。所述片状体的制造方法包括形成编织的金属丝网筛堆叠体、将其压缩并烧结在一起、然后以垂直于所述筛平面的平面切割所述堆叠体。本领域技术人员需要理解的是本文所述垂直通常与所述筛的平面成直角，并且本专利技术并不要求有严格的正交性。所述粉末喷涂物可为具有球形形态以及直径小于44 μ m粒度的钢。可以通过添加翅片以及用于所述热交换器流体的集和输送总管而将所述热交换部件组装成一个完整的热交换器。或者，如所指出的一样，它可以形成另一需要加热或冷却的部件的一部分，如涡轮定子。根据本专利技术的另一方面，提供了一种热交换部件，包括从金属丝网筛堆叠体形成的片状体，其具有一对相对的外主表面，且在所述外主表面之间具有空隙；以及在所述片状体的每个外主表面上沉积的金属涂层，其中，所述金属涂层之间界定出用于使热交换流体延伸通过所述片状体空隙的流路。本专利技术还扩展到包括这种部件的热交换器。附图说明下面将参考附图且仅作为示例的方式更详细地说明本专利技术。图1为用于制造热交换器部件的筛网堆叠体的横截面；图2为压缩和烧结后的所述堆叠体的横截面；图3为涂有压力边界层的片状体的横截面；图4a和4b为所涂涂层的显微照片；图5表示所述筛网中的粒子楔入效应；图6为包括用于形成热交换器的总管和翅片的片状体的横截面；图7为所述热交换器的立体图；图8为图7所示热交换器的细节图；图9示出了总管；图10为部分形成的热交换器和总管；以及图11为涡轮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·迈特，安东尼·科贝尔，格雷瓜尔·贝吕贝，米歇尔·厚德，
申请(专利权)人：布雷顿能源加拿大有限公司，埃里克·迈特，
类型：
国别省市：