[發明專利]一種基于仿生的三維蛛網層疊管式換熱器

有效

• 申請號: 201911202902.2
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN110822942B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 高一可;王俊偉
• 申請（專利權）人: 陜西益信偉創智能科技有限公司
• 主分類號: F28D7/00
• 分類號: F28D7/00;F28F1/00
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 閔媛媛

本發明公開了一種基于仿生的三維蛛網層疊管式換熱器，包括多層正多邊形的網型管路，網型管路包括多根結構相同的彎折管，每根彎折管從正多邊形的最外側逐漸向內環繞至正多邊形中心，且于正多邊形外接圓的半徑上向中心彎折形成彎折段，相鄰兩根彎折管的彎折段通過柔性卡扣固定在一起，所有彎折管外端分別通過對應的分流管路連通進口，所有彎折管靠近中心的一端均通過中心匯流管與出口連通。本發明換熱器的單位質量換熱量高，介質流體分配均勻，結構穩定，壓損小，不易阻塞，適應性強，能夠適應常規形變。

技術領域

本發明屬于換熱設備技術領域，涉及一種基于仿生的三維蛛網層疊管式換熱器。

背景技術

目前的電力電子、化工系統熱交換以及汽車、航空發動機系統散熱器、油路預熱器主要包括熱管式、翅片式、微通道、板式以及管式等結構。其中，熱管式散熱器多用于電子芯片散熱，其通過相變加導熱的“熱超導”效應將熱量由冷端迅速、高效傳遞至熱段，即將熱量從狹小空間迅速傳至大空間的能力。通常熱管主體由黃銅管構成，內部為細小金屬絲構成的網狀吸附結構，一端固定在高溫區，為熱管的蒸發段，另一端固定在較低溫度區，為熱管冷凝段。在電子散熱工業中，熱管冷端通常焊接在翅片式散熱器上，通過風扇的強空氣對流散熱作用，加之翅片散熱器的緊湊大面積結構，可以瞬間將芯片等熱源的大量熱量通過熱管內部的蒸發冷凝循環帶到散熱器端，再通過風機等強對流源，將冷端散熱器中的熱量傳遞至大空間當中；而微通道則為近年來發展較快、應用較為廣泛的一種新型換熱器結構，其原理是在有限體積內通過蝕刻等加工工藝，得到許多水力直徑很小的流道，這樣就增加了換熱面積，也增大了換熱器的換熱能力。通常應用和研究較多的是直微通道結構，其具有流阻小，換熱強的優點，在空調等行業有廣泛應用。而板式以及管式換熱器，作為歷史最悠久、應用最廣泛的換熱器結構形式，在當前的工業熱交換領域中仍居于主要地位。其中板式換熱器主要用于小微型分布式發電系統以及食品工業中，通過在方形金屬板(通常為不銹鋼等材質)上使用沖壓等工藝，加工出形狀各異的、可以強化換熱并有效控制壓損的凹凸流道結構，再通過高溫膠、螺栓等緊固工藝，將此種板片按照一層冷流體、一層熱流體的換熱單元依次疊加，形成具有很高換熱效率的緊湊換熱器，已經成為目前最流行的換熱結構形式；而管式換熱器則由于其結構簡單，加工方便，并且通常管式換熱器可大型化，因此它常常應用于石油化工、大型發電廠等需要大功率熱交換的場合，并且管式換熱器可以根據不同的安裝需要，彎折為不同的形狀，以滿足不同的安裝要求。

目前常規換熱器發展主要有以下路線：一是為了在更小的體積內有更大的換熱量，即更大的單位體積換熱功率，通常是在一定體積的換熱芯體中通過蝕刻等工藝，得到盡可能多的流道。微通道式換熱器屬于此類結構，但當流道水力直徑不斷減小到一定程度時，流道的壓損便會迅速增加。此時，由減小流道水力直徑帶來的換熱量增加已經無法彌補由于流動過程中壓損帶來的泵功損失。因此，通過常規方式無限增大單位體積內換熱面積的方法并不具備可操作性；另一條路線則為通過新材料的研發和新的加工工藝，使得換熱器在目前的傳統結構中不斷升級，朝著更輕、更小的方向發展。但就目前工業中應用較廣的U型管式和傳統板式結構而言，工藝較為成熟，通常用在大功率設備中，但質量較大，安裝不便，在流動過程中容易形成局部回流，使得整體換熱能力很難進一步提升。而新材料和新工藝的研發都需要大量的實驗投入，對資金等方面的要求很高。并且，對于高溫回熱器等部件，也存在著如何保證燃油等流體在較小空間內為了滿足一定的換熱需求，實現流路多級均勻分配的前提下控制流路壓損。如何保證在滿足換熱的前提下，實現控制壓損以及減輕質量，是當前除工藝、材料等方面，換熱領域發展需要研究的核心問題。就此問題，提出了一種新型三維仿蛛網管式結構換熱器，在保留管式換熱器優點的基礎上，對其結構進行了優化設計，在滿足換熱流阻的前提下，由于借鑒了蛛網的特殊結構，其獨特的自適應結構可以使得換熱器在安裝過程中具有更大的靈活性。此結構適用于高溫空氣燃油回熱器等解決方案。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種基于仿生的三維蛛網層疊管式換熱器，單位質量換熱量高，介質流體分配均勻，結構穩定，壓損小，不易阻塞，適應性強，能夠適應常規形變，解決了現有技術中的問題。