[發明專利]一種具有內部縱翅結構的換熱管

在審

• 申請號: 201811549980.5
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109539853A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 繩春晨;羅高喬;張銀
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十六研究所
• 主分類號: F28F1/42
• 分類號: F28F1/42;F28F21/08
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 苗娟;奚華保

一種具有內部縱翅結構的換熱管，可解決傳統光管型換熱器在結構優化時換熱管數量減少帶來的整體結構強度降低問題。包括換熱管主體，所述換熱管主體管內沿內壁周向布置橫貫換熱管的內部縱翅；所述換熱管主體外部沿換熱管軸向布置外部環翅，管內流體經所述內部縱翅時，通過所述換熱管主體的管壁和所述外部環翅與外部流體進行換熱。本發明用于機載電子設備冷卻換熱器，可保證內部冷卻工質與外部冷空氣高效換熱。通過引入內部縱翅和外部環翅增加內外流體與管壁的接觸面換熱面積，提升了單個換熱管的換熱量，可在結構強度不降低的條件下減少換熱管的使用數量，減輕換熱器重量，簡化整體結構，提升氣密可靠性。

技術領域

本發明涉及管路結構技術領域，具體涉及一種具有內部縱翅結構的換熱管。

背景技術

在工程應用中，換熱器是一種用來將熱量從熱流體傳遞到冷流體且滿足一定工藝要求的的設備，一般可分為間壁式換熱器、混合式換熱器和蓄熱式換熱器。在間壁式換熱器中，冷、熱流體由壁面間隔開來而分別位于壁面兩側，其常見的套管式、管殼式和交叉流式換熱器多采用換熱管分隔冷熱流體。對于光管型換熱管，其內部無異型擾流結構，管程流阻小，且外部壁面對換熱流體流向無選擇性，可廣泛應用順流、逆流和交叉流型間壁換熱器。但光管型換熱管存在換熱面積小的不足，在換熱溫差和換熱量相同的條件下，對換熱管的數量需求更高。在航空、航天等非地面應用場合，當換熱器的體積、重量、結構強度和可靠性是主要限制因素時，光管型換熱管的應用會受較大限制。

換熱管的一種有效換熱強化方式為增大流體與壁面的接觸面積，可通過增加翅片的方式實現，在光管的基礎表面上引入擴展表面形成翅片以增大換熱面從而提升換熱效率。應用于交叉流換熱器的換熱管可采用外部環翅的結構方案，環翅通常由環套和焊接金屬薄片的方式加工而成，可有效的增加換熱管外表面積從而提升交叉流換熱效率，但該型換熱管的軸向結構強度和直翅(縱翅)型換熱管相比較低。在航空機載條件下，用于艙內電子設備冷卻的換熱器受艙段體積和工作環境限制，流經其換熱管內部的冷卻工質和外部冷空氣的流動方式一般為交叉流，且換熱管兩端連接換熱器殼體需同時兼顧軸向支撐作用，并滿足機載條件下的力學環境要求。故采用外部環翅換熱管并以最少用量滿足換熱要求，以實現換熱器結構簡化、重量優化、氣密可靠性優化等目標時，會造成換熱器整體結構強度存在隱患。

機載應用場合對換熱器重量、結構強度、氣密可靠性和換熱能力要求較高。故提升單個換熱管的換熱能力并提升其軸向及徑向結構強度，在既定工況下(換熱溫差、換熱量、換熱系數等參數及飛行任務剖面特定)可大大減少換熱管數量及焊縫數量，有效的提升氣密可靠性并起到減重效果。

發明內容

本發明提出的一種具有內部縱翅結構的換熱管，可解決傳統光管型換熱器在結構優化時換熱管數量減少帶來的整體結構強度降低問題。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種具有內部縱翅結構的換熱管，包括換熱管主體，所述換熱管主體管內沿內壁周向布置橫貫換熱管的內部縱翅；

所述換熱管主體外部沿換熱管軸向布置外部環翅，管內流體經所述內部縱翅時，通過所述換熱管主體的管壁和所述外部環翅與外部流體進行換熱。

以下具體說明：

本發明包括在一長度及直徑特定的圓形鋁棒/管材料中，采用矩形截面直肋的內部縱翅方案。翅片在圓管內部周向等距排列，高低交錯布置，以線切割的方法在圓棒/管內部加工形成。翅片橫貫整個圓棒/管，可增加內部流體與壁面的接觸面積，提升換熱效率，同時提升換熱管的軸向結構強度。由于翅片高度方向具有熱阻，其表面溫度存在一定梯度，故以翅片效率衡量翅片實際換熱量與理想換熱量之比，其翅片效率可表示為：

對于本發明所涉及的內部縱翅結構，其單個翅片效率經核算可達80％以上。