[发明专利]基于仿生的曲线肋排型微小交错肺泡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曲线肋排型微小交错肺泡换热器芯体，包括由换热板分隔开的至少两层介质流动空腔，每层介质流动空腔内设置有至少两层曲线肋排，所述曲线肋排由相互平行的若干曲线肋条组成，相邻两层所述曲线肋排交叉设置。本发明将仿生元素融合到换热器的设计中，设计出微小交错肺泡换热器，该结构从换热系数、换热面积两方面提升了换热器的性能，且结构轻巧简便，适合用于航空航天换热器中。

技术领域

本发明属于换热设备技术领域，具体涉及一种基于仿生的曲线肋排型微小交错肺泡换热器芯体及换热器。

背景技术

换热器在工业中的应用极为广泛，要实现动力、化工、船舶、制冷和机械等领域设备的低能耗和高效运行离不开先进换热器的设计。为提升换热器的换热能力，总体上有以下三种手段：提高换热温差、增大换热面积、增大对流换热系数。在无相变的换热器中，提高换热温差通常通过合理布置流道例如令冷热流体逆流来实现，增大换热面积意味着增大换热器总体积或减小通道截面来布置更多流道，增大对流换热系数可以通过扰流来实现。从目前的换热器设计来看，应用最广泛的是管壳式换热器和板式换热器。其中管壳式换热器如图1所示，其由于体积较大、换热效率较低而难以应用于需要轻质量、小体积换热器的场合。板翅式换热器的典型翅片形式如图2所示，其中传统的直通道板翅式换热器内的流动缺乏足够的扰动，波纹翅片等通道设计又使得流动产生较多的涡和死区，导致流动的形状阻力增大并消耗更多的泵功。

在航空航天换热器中，追求换热效率的同时还需要保证换热器的可靠性，即维护方便、运行可靠。当换热器内流动的流体具有腐蚀性或沉淀、碎屑时，必须保证换热器不易堵塞，因此换热器的通道不能过小。

目前的多数换热器为了提高换热效果，有些设计体积过大造成运行重量过大，有些设计成仿生微通道但思路局限于树状分叉，不能适应现阶段航空航天领域、电子芯片领域等高端设备中的高效换热需求。同时传统管壳式换热器的换热能力又不足以满足当前的换热需求。目前一些在高端领域应用的换热器还需要良好的可靠性，单纯缩小换热器通道来增大换热面积-体积比的途径因此受到了阻碍，即不能通过单纯减小通道尺寸来实现换热强化。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于仿生的曲线肋排型微小交错肺泡换热器芯体，通过借鉴生物体肺泡的交错、腔室间隔结构提升换热器性能，同时可减少换热器芯体体积，解决了现有换热器芯体高换热性能和微体积难以兼顾的问题。

本发明的另一目的是提供具有上述换热器芯体的换热器。

本发明所采用的技术方案是，基于仿生的曲线肋排型微小交错肺泡换热器芯体，包括由换热板分隔开的至少两层介质流动空腔，每层介质流动空腔内设置有至少两层曲线肋排，所述曲线肋排由相互平行的若干曲线肋条组成，相邻两层所述曲线肋排交叉设置。

本发明的特点还在于：

进一步地，所述曲线肋条为两侧带有弧度和/或角度的任意规则或不规则长条形肋条。

进一步地，所述曲线肋条为弓字形、锯齿形或波浪形。

进一步地，每层所述曲线肋排与介质流向成一定交错角。

进一步地，每层所述曲线肋排与流体流向之间的交错角在20～160°之间。

进一步地，所述曲线肋条的截面为直线和/或弧线组成的任意规则或不规则的封闭图形。

进一步地，所述每层介质流动空腔内设置2～4层曲线肋排。

进一步地，每层所述介质流动空腔内沿介质流向或与介质流向成一定角度方向还设置有挡板，所述挡板将所述曲线肋排分割为若干组。

本发明还提供一种换热器，具有上述任一种基于仿生的曲线肋排型微小交错肺泡换热器芯体。