[发明专利]基于仿生的紧凑型类蜂巢结构换热器芯体及换热器

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于换热设备技术领域，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。

背景技术

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。在实现本发明的过程中，发明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。

发明内容

为了解决上述问题，本发明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。

本发明的另一目的是，提供一种包含上述芯体的换热器。

本发明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。