一种基于仿生的三维蛛网层叠管式换热器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于仿生的三维蛛网层叠管式换热器，包括多层正多边形的网型管路，网型管路包括多根结构相同的弯折管，每根弯折管从正多边形的最外侧逐渐向内环绕至正多边形中心，且于正多边形外接圆的半径上向中心弯折形成弯折段，相邻两根弯折管的弯折段通过柔性卡扣固定在一起，所有弯折管外端分别通过对应的分流管路连通进口，所有弯折管靠近中心的一端均通过中心汇流管与出口连通。本发明专利技术换热器的单位质量换热量高，介质流体分配均匀，结构稳定，压损小，不易阻塞，适应性强，能够适应常规形变。

A three-dimensional spider web laminated tube heat exchanger based on Bionics

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿生的三维蛛网层叠管式换热器
本专利技术属于换热设备
，涉及一种基于仿生的三维蛛网层叠管式换热器。
技术介绍
目前的电力电子、化工系统热交换以及汽车、航空发动机系统散热器、油路预热器主要包括热管式、翅片式、微通道、板式以及管式等结构。其中，热管式散热器多用于电子芯片散热，其通过相变加导热的“热超导”效应将热量由冷端迅速、高效传递至热段，即将热量从狭小空间迅速传至大空间的能力。通常热管主体由黄铜管构成，内部为细小金属丝构成的网状吸附结构，一端固定在高温区，为热管的蒸发段，另一端固定在较低温度区，为热管冷凝段。在电子散热工业中，热管冷端通常焊接在翅片式散热器上，通过风扇的强空气对流散热作用，加之翅片散热器的紧凑大面积结构，可以瞬间将芯片等热源的大量热量通过热管内部的蒸发冷凝循环带到散热器端，再通过风机等强对流源，将冷端散热器中的热量传递至大空间当中；而微通道则为近年来发展较快、应用较为广泛的一种新型换热器结构，其原理是在有限体积内通过蚀刻等加工工艺，得到许多水力直径很小的流道，这样就增加了换热面积，也增大了换热器的换热能力。通常应用和研究较多的是直微通道结构，其具有流阻小，换热强的优点，在空调等行业有广泛应用。而板式以及管式换热器，作为历史最悠久、应用最广泛的换热器结构形式，在当前的工业热交换领域中仍居于主要地位。其中板式换热器主要用于小微型分布式发电系统以及食品工业中，通过在方形金属板(通常为不锈钢等材质)上使用冲压等工艺，加工出形状各异的、可以强化换热并有效控制压损的凹凸流道结构，再通过高温胶、螺栓等紧固工艺，将此种板片按照一层冷流体、一层热流体的换热单元依次叠加，形成具有很高换热效率的紧凑换热器，已经成为目前最流行的换热结构形式；而管式换热器则由于其结构简单，加工方便，并且通常管式换热器可大型化，因此它常常应用于石油化工、大型发电厂等需要大功率热交换的场合，并且管式换热器可以根据不同的安装需要，弯折为不同的形状，以满足不同的安装要求。目前常规换热器发展主要有以下路线：一是为了在更小的体积内有更大的换热量，即更大的单位体积换热功率，通常是在一定体积的换热芯体中通过蚀刻等工艺，得到尽可能多的流道。微通道式换热器属于此类结构，但当流道水力直径不断减小到一定程度时，流道的压损便会迅速增加。此时，由减小流道水力直径带来的换热量增加已经无法弥补由于流动过程中压损带来的泵功损失。因此，通过常规方式无限增大单位体积内换热面积的方法并不具备可操作性；另一条路线则为通过新材料的研发和新的加工工艺，使得换热器在目前的传统结构中不断升级，朝着更轻、更小的方向发展。但就目前工业中应用较广的U型管式和传统板式结构而言，工艺较为成熟，通常用在大功率设备中，但质量较大，安装不便，在流动过程中容易形成局部回流，使得整体换热能力很难进一步提升。而新材料和新工艺的研发都需要大量的实验投入，对资金等方面的要求很高。并且，对于高温回热器等部件，也存在着如何保证燃油等流体在较小空间内为了满足一定的换热需求，实现流路多级均匀分配的前提下控制流路压损。如何保证在满足换热的前提下，实现控制压损以及减轻质量，是当前除工艺、材料等方面，换热领域发展需要研究的核心问题。就此问题，提出了一种新型三维仿蛛网管式结构换热器，在保留管式换热器优点的基础上，对其结构进行了优化设计，在满足换热流阻的前提下，由于借鉴了蛛网的特殊结构，其独特的自适应结构可以使得换热器在安装过程中具有更大的灵活性。此结构适用于高温空气燃油回热器等解决方案。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于仿生的三维蛛网层叠管式换热器，单位质量换热量高，介质流体分配均匀，结构稳定，压损小，不易阻塞，适应性强，能够适应常规形变，解决了现有技术中的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种基于仿生的三维蛛网层叠管式换热器，包括多层正多边形的网型管路，网型管路包括多根结构相同的弯折管，每根弯折管从正多边形的最外侧逐渐向内环绕至正多边形中心，且于正多边形外接圆的半径上向中心弯折形成弯折段，相邻两根弯折管的弯折段通过柔性卡扣固定在一起，所有弯折管外端分别通过对应的分流管路连通进口，所有弯折管靠近中心的一端均通过中心汇流管与出口连通。进一步的，所述进口设于网型管路中轴线的正上方，连通同层弯折管的分流管路长度相同。进一步的，所述分流管路与进口的连接处为具有流线型特点且周向对称的流道结构。进一步的，所述中心汇流管设于网型管路的中轴线上，出口设于网型管路中轴线的正下方。进一步的，每根所述弯折管的第一个弯折段和最后一个弯折段位于正多边形外接圆的同一半径上或不同半径上。进一步的，所述柔性卡扣为一侧开口的U型金属构件，柔性卡扣的内部轮廓与对应弯折管的弯折段形状相配合，开口的尺寸小于弯折段的管径。进一步的，所述柔性卡扣的折弯处为平滑过渡连接。进一步的，所述弯折管的每个弯折段径向弯折距离为5-9mm。进一步的，所述网型管路的层间距为弯折管管径的2-5倍。进一步的，所述换热器沿周向阵列组合扩展，每个换热器单元的分流管路相互连通且均匀分配；或者所述换热器沿轴向阵列组合扩展，上一换热器单元的出口与下一换热单元的进口连通。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术实施例换热器的单位质量换热量高；网型管路类似蛛网结构，形成了紧凑的错流结构，相同体积、相同换热量的条件下，每根弯折管的路径最短，占用空间小，提高了单位质量换热量，质量小，适于在小空间内的强化传热。2、本专利技术实施例换热器介质流体分配均匀，结构稳定；进出口沿网型管路的中轴线设置，连通每根弯折管的分流管路长度相同，每根弯折管的结构完全相同，安装位置对称，提高了流体在分流管路、网型管路中分配均匀性，每根管路除了在分流、汇流进出口处为焊接固定外，其余位置均为柔性连接，保证了结构稳定性。3、本专利技术换热器保证换热效率的前提下极大程度降低压降，不易阻塞；保证换热量的前提下，每根弯折管的路径最短，极大程度降低内部流体压降；由于网型管路整个空间内分散、均匀布置，具有较大的管路间隙，管路与外部流体有良好、充分的接触，既保证了外部流动的低阻力，不易阻塞，又保证了管路结构占据整个空间，提高换热效率。4、本专利技术换热器的适应性强；沿轴向的网型管路层数可调，网型管路层间距可调，弯折管在每个弯折段处径向弯折的距离可调，整体结构可根据使用场景的不同而作相应调整，以此衍生出不同的结构形式，具有较强的适用性。每根弯折管的折弯次数较多，对来流热气和热应力应变均具有良好的适应能力，常规尺度下的形变并不会对整个换热器结构造成破坏。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1中基于仿生的三维蛛网层叠结构管式换热器的结构示意图。图2是本专利技术实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于仿生的三维蛛网层叠管式换热器，其特征在于，包括多层正多边形的网型管路(3)，网型管路(3)包括多根结构相同的弯折管(6)，每根弯折管(6)从正多边形的最外侧逐渐向内环绕至正多边形中心，且于正多边形外接圆的半径上向中心弯折形成弯折段(4)，相邻两根弯折管(6)的弯折段(4)通过柔性卡扣(13)固定在一起，所有弯折管(6)外端分别通过对应的分流管路(2)连通进口(1)，所有弯折管(6)靠近中心的一端均通过中心汇流管(12)与出口(5)连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于仿生的三维蛛网层叠管式换热器，其特征在于，包括多层正多边形的网型管路(3)，网型管路(3)包括多根结构相同的弯折管(6)，每根弯折管(6)从正多边形的最外侧逐渐向内环绕至正多边形中心，且于正多边形外接圆的半径上向中心弯折形成弯折段(4)，相邻两根弯折管(6)的弯折段(4)通过柔性卡扣(13)固定在一起，所有弯折管(6)外端分别通过对应的分流管路(2)连通进口(1)，所有弯折管(6)靠近中心的一端均通过中心汇流管(12)与出口(5)连通。


2.根据权利要求1所述的一种基于仿生的三维蛛网层叠管式换热器，其特征在于，所述进口(1)设于网型管路(3)中轴线的正上方，连通同层弯折管(6)的分流管路(2)长度相同。


3.根据权利要求1或2所述的一种基于仿生的三维蛛网层叠管式换热器，其特征在于，所述分流管路(2)与进口(1)的连接处为具有流线型特点且周向对称的流道结构。


4.根据权利要求1或2所述的一种基于仿生的三维蛛网层叠管式换热器，其特征在于，所述中心汇流管(12)设于网型管路(3)的中轴线上，出口(5)设于网型管路(3)中轴线的正下方。


5.根据权利要求1所述的一种基于仿生的三维蛛网层叠管式...

【专利技术属性】
技术研发人员：高一可，王俊伟，
申请(专利权)人：陕西益信伟创智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61