基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体及换热器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体及换热器，包括多个径向拼接的直通道，直通道的外部设有封闭的壳体，相邻的直通道内分别通入流动方向相反的冷介质和热介质，根据介质不同将直通道分为第一组直通道和第二组直通道，相邻的第一组直通道和第二组直通道共用一个壁面，第一组直通道分别通过对应的变径转接管与介质管道连通，第二组直通道通过壳体与介质管道连通。本发明专利技术对异形结构具有较强的适应性，结构紧凑，换热表面均为一次换热表面，实现逆流换热，换热性能好，单位重量的换热量高，耐压强度高。

Core and heat exchanger of compact honeycomb like structure based on Bionics

【技术实现步骤摘要】
基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体及换热器
本专利技术属于换热设备
，涉及一种基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体及换热器。
技术介绍
换热器是通过一定的材料和加工工艺，构造出换热通道实现冷热流体之间的热交换。现有换热器的结构型式大体可以分为两类，一类是管壳式换热器，一类是板式、板翅式换热器。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在以下问题，下面对此分别进行介绍：管壳式换热器由圆管、支撑板、折流板、壳体等组件构成，流动形式上整体来说错流居多，难以实现完全意义上的逆流。而从换热性能的角度来说，逆流的换热效果要优于错流。因此，管壳式换热器有进一步优化的空间。板式、板翅式换热器是通过中间隔板、二次换热表面(翅片)、封条和边框等构成，流动形式上顺流、错流和逆流等均可实现。但构成换热通道时，二次换热表面相对于一次换热表面(中间隔板)，与介质之间的温差更小，换热效果也会变弱。最理想的情况是所有换热表面均为一次换热表面，这样换热器的结构形式将会变得更为紧凑，并且对减重也能发挥一定的作用；但现有的板式、板翅式结构无法实现此效果。针对航空航天领域的应用来说，除了对换热性能和流动性能较为关注以外，对换热器重量也是极为关注的。对航空发动机来说，换热器的减重就意味着能够提高推重比。随着发动机涡前温度不断上升，推重比需求不断上升，急需高紧凑度、并且能够利用更少材料实现换热的新结构型式的换热器。而过去的管壳式和板式、板翅式换热器的结构形式，部分是受制于加工工艺，不一定是从换热性能上来说最优的结构，都有进一步发展和优化的空间。随着加工技术手段的发展，新型仿生结构换热器能够在原先的基础上进行进一步优化和发展，从而实现更轻质高效的换热。
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紧凑型类蜂巢结构换热器芯体，对异形结构具有较强的适应性，结构紧凑，换热表面均为一次换热表面，实现逆流换热，换热性能好，单位重量的换热量高，耐压强度高，解决了现有技术中存在的问题。本专利技术的另一目的是，提供一种包含上述芯体的换热器。本专利技术所采用的技术方案是，一种基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体，包括多个径向拼接的直通道，直通道的外部设有封闭的壳体，相邻的直通道内分别通入流动方向相反的冷介质和热介质，根据介质不同将直通道分为第一组直通道和第二组直通道，相邻的第一组直通道和第二组直通道共用一个壁面，第一组直通道分别通过对应的变径转接管与介质管道连通，第二组直通道通过壳体与介质管道连通。进一步的，所述第一组直通道的进口端通过对应的变径转接管与介质管道的进口管连接，第一组直通道的出口端通过对应的变径转接管与介质管道的出口管连接，进口管、出口管均与第一组直通道同轴线。进一步的，所述进口管、出口管均穿出壳体，且与壳体密封连接。进一步的，所述第二组直通道和第一组直通道交错分布，介质从壳体侧壁进入壳体的内腔，均匀流入所有第二组直通道，再从壳体的另一相对侧壁流至介质管道。进一步的，所述直通道的截面为直线和/或曲线组成的封闭形状。进一步的，所述直通道的截面为正三角形、矩形、正五边形、正六边形或其它多边形中的任意一种。进一步的，所述直通道的截面为扇形、椭圆形、圆形或其它带弧线形状中的任意一种。进一步的，所述进口管、出口管的截面为圆形或正多边形。进一步的，所述直通道内壁设置有肋柱、球窝或球凸中一种或两种以上的任意组合。一种换热器，包括上述基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体，由类似积木的直通道拼接而成，外形设置较为灵活，对异形结构具有较强的适应性，结构紧凑，能够实现换热表面均为一次换热表面，让单位重量的材料实现传热效果的最大化，相比于板式、板翅式换热器来说无二次换热表面，能实现体积减小20％-50％，减重20％-50％，单位质量换热功率提升30％～50％。2、相对于管壳式换热器，本专利技术基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体能够完全实现逆流换热的效果，第一组直通道和第二组直通道的壁面相互支撑，受力较为均匀，最大可承受20MPa压力，无需折流板、支撑板等组件。3、本专利技术基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体通过进口管、出口管结合变径转接管实现第一介质从外接管路到芯体的引流分配；第二介质进入换热器时，在进出口段为叉排管束结构，叉排管束横掠流动阻力较小，满足实际使用需求。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换热器芯体轴测图。图2是本专利技术实施例换热器芯体正视图。图3是本专利技术实施例换热器芯体及进出口结构轴测图。图4是本专利技术实施例换热器芯体的进出口结构局部放大图。图5是本专利技术实施例换热器芯体及进出口管路正视图。图6是本专利技术实施例换热器的轴测图。图7是本专利技术实施例换热器的剖视图。图8a是本专利技术实施例中芯体端面为扇形的结构示意图。图8b是本专利技术实施例中芯体端面为扇形的内部结构示意图。图8c是本专利技术实施例中芯体端面为扇形的剖面图。图9a是本专利技术实施例中直通道截面为多边形的结构示意图。图9b是图9a的左视图。图10a是本专利技术实施例中直通道截面为圆形的结构示意图。图10b是本专利技术实施例中直通道截面为正六边形的结构示意图。图10c是本专利技术实施例中直通道截面为矩形的结构示意图。图11是具有二次换热面的翅片壁面总效率和换热系数的关系。图12是本专利技术实施例中直通道截面为正三角形的局部放大图。图13是典型的板翅式换热器单层结构图。图中，1.直通道，2.壁面，3.进口管，4.出口管，5.变径转接管，6.第一组直通道，7.第二组直通道，8.壳体，9.第一介质，10.第二介质。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1，本专利技术实施例基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体，如图1-2所示，包括多个径向拼接的直通道1，直通道1的外部设有封闭的壳体8，相邻的直通道1内分别通入流动方向相反的冷介质和热介质，根据介质不同将直通道1分为第一组直通道6和第二组直通道7，相邻的第一组直通道6和第二组直通道7共用一个壁面2，第一组直通道6分别通过对应的变径转接管5与介质管道连通，第二组直通道7通过壳体8与介质管道连通。实现了热介质和冷介质之间均为一次换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体，其特征在于，包括多个径向拼接的直通道(1)，直通道(1)的外部设有封闭的壳体(8)，相邻的直通道(1)内分别通入流动方向相反的冷介质和热介质，根据介质不同将直通道(1)分为第一组直通道(6)和第二组直通道(7)，相邻的第一组直通道(6)和第二组直通道(7)共用一个壁面(2)，第一组直通道(6)分别通过对应的变径转接管(5)与介质管道连通，第二组直通道(7)通过壳体(8)与介质管道连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体，其特征在于，包括多个径向拼接的直通道(1)，直通道(1)的外部设有封闭的壳体(8)，相邻的直通道(1)内分别通入流动方向相反的冷介质和热介质，根据介质不同将直通道(1)分为第一组直通道(6)和第二组直通道(7)，相邻的第一组直通道(6)和第二组直通道(7)共用一个壁面(2)，第一组直通道(6)分别通过对应的变径转接管(5)与介质管道连通，第二组直通道(7)通过壳体(8)与介质管道连通。


2.根据权利要求1所述的一种基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体，其特征在于，所述第一组直通道(6)的进口端通过对应的变径转接管(5)与介质管道的进口管(3)连接，第一组直通道(6)的出口端通过对应的变径转接管(5)与介质管道的出口管(4)连接，进口管(3)、出口管(4)均与第一组直通道(6)同轴线。


3.根据权利要求2所述的一种基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体，其特征在于，所述进口管(3)、出口管(4)均穿出壳体(8)，且与壳体(8)密封连接。


4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体，其特征在于，所述第二组直通道(7)和第一组直通道(7)交错分布，介...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗遥远，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