CN112595160A - 一种航空燃油滑油热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空燃油滑油热交换器，其包括：壳体，设有第一入口、第一出口和换热腔，第一流体依次流过第一入口、换热腔、以及第一出口；芯体，贯穿换热腔设置，芯体包括第一芯体，第一芯体连接有第二入口和第二出口，第一芯体包括若干条相互平行的换热流道，第二流体依次流过第二入口、若干条相互平行的换热流道、以及第二出口，第二流体在换热流道内的流动方向与第一流体在换热腔内的流动方向垂直；换热流道的横截面为椭圆形，任一换热流道的横截面长轴的延伸方向趋向于第一流体流经所述任一换热流道时的流动方向。本发明提供的航空燃油滑油热交换器，在显著提高换热性能的同时，不明显增加流动阻力，实现热交换器换热性能的有效提高。

Description

一种航空燃油滑油热交换器

技术领域

本发明属于换热器技术领域，特别涉及一种航空燃油滑油热交换器。

背景技术

飞机发动机通过燃烧燃料获得强大的推力，在燃烧过程中产生大量热量，这些热量需要进行转化或散发。在现代飞机中，燃油主要被存储在机翼中，这些燃油因在机翼中停留而冷却，由此能够为调节飞机燃烧室、机械和电气系统的温度提供了一种途径，通过燃油滑油热交换器（FCOC）在滑油和燃油之间传递热能，从而达到但不仅限于散发热量的有益效果。

热交换器需要严格满足一定的尺寸、形状、重量才能够适用于航天器，换而言之，航空燃油滑油热交换器需要具备优越的换热性能，才能够在限定尺寸、形状、重量的条件下实现预期的换热效果。传统的航空燃油滑油热交换器采用管壳式热交换器，热交换器的壳体内部设置多根圆形管作为一侧流道，以输送任一种换热流体，与壳体内部流动的另一种换热流体通过圆形管壁进行热交换，一般两种流体的流动方向相互垂直。若要提高热交换器的换热性能，通常采用增加流道数量和/或加长流道长度等措施来实现，但是这种措施在提高了换热量的同时，也明显增加了流动阻力，尤其是对于这类使用的微小紧凑型热交换器，这些措施增加的流动阻力要远大于提高的换热性能，从热交换器综合性能的提升来评价，是弊大于利，无法实现应用价值。

因此，现有技术有待改进和发展。

发明内容

本发明提供了一种航空燃油滑油热交换器，在显著提高换热性能的同时，不明显增加流动阻力，实现热交换器换热性能的有效提高。

为解决其技术问题，本发明提供的航空燃油滑油热交换器，用于对温度不同的第一流体和第二流体，其包括：

壳体，所述壳体设有第一入口、第一出口和换热腔，所述第一流体依次流过所述第一入口、所述换热腔、以及所述第一出口；

芯体，所述芯体贯穿所述换热腔设置，所述芯体包括第一芯体，所述第一芯体连接有第二入口和第二出口，所述第一芯体包括若干条相互平行的换热流道，所述第二流体依次流过所述第二入口、所述若干条相互平行的换热流道、以及所述第二出口，所述第二流体在所述换热流道内的流动方向与所述第一流体在所述换热腔内的流动方向垂直 ；

所述换热流道的横截面为椭圆形，任一所述换热流道的横截面长轴的延伸方向趋向于所述第一流体流经所述任一所述换热流道时的流动方向。

进一步地，上述若干条相互平行的换热流道按列分布设置，并且相邻两列所述换热流道之间错位设置。

进一步地，沿所述第一流体的流动方向，所述壳体的任一侧壁呈流线型设置。

进一步地，上述换热流道的横截面短轴的长度与所述换热腔的水平截面的宽度呈正比例关系。

进一步地，上述换热流道的壁厚与所述换热腔的水平截面的宽度呈正比例关系。

进一步地，上述芯体还包括第二芯体，所述第二芯体亦包括所述若干条相互平行的换热流道 ，所述第二芯体与所述第一芯体并排设置，所述第一芯体的一端与所述第二入口连接，所述第二芯体的一端与所述第二出口连接，所述第一芯体的另一端与所述第二芯体的另一端连接，所述第二流体依次经过所述第二入口、所述第一芯体的若干条相互平行的换热流道、所述第二芯体的若干条相互平行的换热流道以及所述第二出口。

进一步地，上述壳体还设有流体入口腔、流体出口腔和流体连接腔，所述流体入口腔分别与所述第二入口、以及所述第一芯体的若干条相互平行的换热流道连通，所述流体出口腔分别与所述第二出口、以及所述第二芯体的若干条相互平行的换热流道连通，所述流体连接腔分别与所述第一芯体的若干条相互平行的换热流道、以及所述第二芯体的若干条相互平行的换热流道连通。

进一步地，上述换热腔包括第一换热腔和第二换热腔，所述第一换热腔与所述第二换热腔并排设置，所述第一换热腔的一端与所述第一入口连通，所述第二换热腔的一端与所述第一出口连通，所述第一换热腔的另一端与所述第二换热腔的另一端连通。

进一步地，上述换热流道的壁厚为0.25~0.3mm。

进一步地，上述换热腔设有清理通孔。

本发明的航空燃油滑油热交换器，通过将换热流道的横截面设置为椭圆形，将任一换热流道的横截面长轴的延伸方向设置为趋向于滑油流经所述任一换热流道时的流动方向，相比于传统的圆形管流道，第一流体在换热腔内流经换热流道时受到的阻力大大减少，进而使得与传统的航空燃油滑油热交换器相比，本发明的航空燃油滑油热交换器能够通过增加换热流道的数量来显著提高换热性能，同时不会明显增加流动阻力，实现了热交换器换热性能的有效提高。

附图说明

图1为本发明一种航空燃油滑油热交换器的剖视图。

图2为本发明一种航空燃油滑油热交换器的水平截面图。

图3为图2所示的航空燃油滑油热交换器的局部放大图。

图4为本发明一种航空燃油滑油热交换器的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

如图1~3所示，本发明一种航空燃油滑油热交换器，用于对温度不同的第一流体和第二流体，其包括：

壳体100，所述壳体100设有第一入口110、第一出口120和换热腔130，所述第一流体依次流过所述第一入口110、所述换热腔130、以及所述第一出口120；

芯体200，所述芯体200贯穿所述换热腔130设置，所述芯体200包括第一芯体201，所述第一芯体201连接有第二入口220和第二出口230，所述第一芯体201包括若干条相互平行的换热流道，所述第二流体依次流过所述第二入口220、所述若干条相互平行的换热流道、以及所述第二出口230，所述第二流体在所述换热流道内的流动方向与所述第一流体在所述换热腔130内的流动方向垂直 ；

所述换热流道的横截面为椭圆形，任一所述换热流道的横截面长轴a的延伸方向趋向于所述第一流体流经所述任一所述换热流道时的流动方向。

具体地，椭圆形具有长轴和短轴，对于上述横截面为椭圆形的换热流道，其横截面的椭圆形的长轴即为该换热流道的横截面长轴a，需要说明的是，下文中出现的换热流道的横截面短轴b同理。

具体应用中，可以选择滑油为第一流体，燃油为第二流体，燃油从第二入口220分别流入到若干条相互平行的换热流道，然后在第二出口230汇流流出；芯体200贯穿换热腔130设置，即若干条相互平行的换热流道贯穿换热腔130设置，换热腔130内，相邻的两条换热流道之间形成滑油流动的通道；滑油从第一入口110进入换热腔130，并在换热腔130内形成的通道中流动，与换热流道内的燃油进行热交换，再从第一出口120流出。由于换热流道的横截面为椭圆形，任一换热流道的横截面长轴a的延伸方向趋向于滑油流经所述任一换热流道时的流动方向，当滑油流经任一换热流道时，滑油正面受阻减少，从而滑油流动受到的阻力大大减少，使得与传统的航空燃油滑油热交换器相比，本发明的航空燃油滑油热交换器能够通过增加换热流道的数量来显著提高换热性能，同时不会明显增加流动阻力，实现了热交换器换热性能的有效提高。

具体地，上述若干条相互平行的换热流道可以呈阵列排布设置，此时相邻的两行换热流道之间形成第一流体流动的主要通道，同行不同列的换热流道之间形成第一流体流动的次要通道，大部分第一流体从该主要通道流过与换热流道内的第二流体进行热交换，只有少部分第一流体流过该次要通道。

如图3所示，在一些优选的实施方式中，上述若干条相互平行的换热流道按列分布设置，并且相邻两列所述换热流道之间错位设置。具体应用中，由于相邻两列的换热流道之间错位设置，滑油流过上一列中任意两条相邻换热流道之间的通道Y1后，能够分流流向下一列对应的一条换热流道两侧的通道（Y2，Y3），即通道Y1、Y2、Y3之间形成Y型结构，由此保证大部分滑油能够从任一换热流道的两侧流过而流向下一换热流道，相比于换热流道呈阵列排布设置，有效提高了滑油的流动速度和换热效率，从而进一步提高了热交换器整体的换热性能。

具体地，上述壳体100及其内的换热腔130的轮廓结构可以呈矩形体设置，或者梯形体设置。如图2、4所示，在一些优选的实施方式中，沿所述第一流体的流动方向，所述壳体100的任一侧壁呈流线型设置。通过该技术方案，在具体应用中，滑油在流动时的湍流程度显著降低，滑油主要在层流状态进行流动，由此能够进一步较小压降，进一步提高了换热器的换热性能。具体地，可以的两侧壁中，任一侧壁呈流线型设置，另一侧壁呈直线型设置，在满足曲率连续的条件下，可以根据具体情况调整侧壁流线型的具体情况。

具体地，随着壳体100及其内的换热腔130的轮廓结构的变化，换热腔130的水平截面的宽度w也会发生变化，比如当换热腔130的轮廓结构呈梯形体设置时，在某一水平截面上，换热腔130的宽度由小变大再变小，则不同列的换热流道可以通过调整数量来适应不同的宽度，在换热腔130宽度较小的位置减少第一流体流动的通道。

如图2、3所示，在一些优选的实施方式中，上述换热流道的横截面短轴b的长度与所述换热腔130的水平截面的宽度w呈正比例关系。该技术方案中，不同列的换热流道通过调整其横截面短轴b的长度来适应不同的宽度，即表现为，在换热腔130宽度较大的位置，换热流道较宽，在换热腔130宽度较小的位置，换热流道较窄，由此能够保证在换热腔130内，不同列的换热流道中（无论是在宽度较小的位置还是宽度较大的位置），形成的滑油流动的通道的数量相当，进而保证滑油在流动过程中各处能够均匀换热，并且保证滑油的流动速度和换热效率。

在一些优选的实施方式中，上述换热流道的壁厚与所述换热腔130的水平截面的宽度w呈正比例关系。该技术方案中，不同列的换热流道通过调整其壁厚的大小来适应不同的宽度，即表现为，在换热腔130宽度较大的位置，换热流道的壁厚较大，在换热腔130宽度较小的位置，换热流道的壁厚较小，由此能够保证在换热腔130内，不同列的换热流道中（无论是在宽度较小的位置还是宽度较大的位置），形成的滑油流动的通道的数量相当，进而保证滑油在流动过程中各处能够均匀换热，并且保证滑油的流动速度和换热效率。

如图1所示，在一些优选的实施方式中，上述芯体200还包括第二芯体202，所述第二芯体202亦包括所述若干条相互平行的换热流道 ，所述第二芯体202与所述第一芯体201并排设置，所述第一芯体201的一端与所述第二入口220连接，所述第二芯体202的一端与所述第二出口230连接，所述第一芯体201的另一端与所述第二芯体202的另一端连接，所述燃油依次经过所述第二入口220、所述第一芯体201的若干条相互平行的换热流道、所述第二芯体202的若干条相互平行的换热流道以及所述第二出口230。通过该技术方案，能够在整体上增加换热流道的长度，从而增加热交换器的管程，提高热交换器的换热性能。

具体地，上述所述第一芯体201和所述第二芯体202可以在同一端连接，第一芯体201的若干条换热流道与第二芯体202的若干条换热流道可以分别U型管连接。在一些优选的实施方式中，上述壳体100还设有流体入口腔240、流体出口腔250和流体连接腔260，所述流体入口腔240分别与所述第二入口220、以及所述第一芯体201的若干条相互平行的换热流道连通，所述流体出口腔250分别与所述第二出口230、以及所述第二芯体202的若干条相互平行的换热流道连通，所述流体连接腔260分别与所述第一芯体201的若干条相互平行的换热流道、以及所述第二芯体202的若干条相互平行的换热流道连通。具体应用中，燃油从第二入口220流入流体入口腔240，经流体入口腔240后均匀地、平稳地进入第一芯体201的若干条换热流道，然后流入流体连接腔260，经流体连接腔260后均匀地、平稳地进入第二芯体202的若干条换热流道，最后流入流体出口腔250，经第二出口230流出。通过该技术方案，在具体应用中，燃油在第一芯体201和第二芯体202的换热流道内能够平稳地流动，相对减弱湍流程度。

在一些优选的实施方式中，上述换热腔130包括第一换热腔131和第二换热腔132，所述第一换热腔131与所述第二换热腔132并排设置，所述第一换热腔131的一端与所述第一入口110连通，所述第二换热腔132的一端与所述第一出口120连通，所述第一换热腔131的另一端与所述第二换热腔132的另一端连通。通过该技术方案，能够在整体上增加热交换器的壳程，提高热交换器的换热性能。

具体地，上述壳体100内，流体入口腔240（流体出口腔250）、第二换热腔132、第一换热腔131和流体连接腔260依次排列设置。以流体入口腔240所在一端为热交换器的顶部，则第二入口220和第二出口230设于壳体100的顶部，并分别与壳体100内的流体入口腔240、流体出口腔250连通；第一入口110设于壳体100的底部，并与壳体100内的第一换热腔131连通；第一出口120设于壳体100的顶部，并与壳体100内的第二换热腔132连通。

在一些优选的实施方式中，上述换热流道的壁厚为0.25~0.3mm。由此保证热交换器的换热性能。

如图4所示，在一些优选的实施方式中，上述换热腔130设有清理通孔140。通过该技术方案，便于对热交换器的内腔（即换热腔130）进行清理，避免残留的灰尘或者粉末等影响热交换器的性能。具体到本实施例，第一换热腔131和第二换热腔132均分别设有该清理通孔140。

本发明的航空燃油滑油热交换器，通过将换热流道的横截面设置为为椭圆形，将任一换热流道的横截面长轴的延伸方向设置为趋向于滑油流经所述任一换热流道时的流动方向，相比于传统的圆形管流道，滑油在换热腔内流经换热流道时受到的阻力大大减少，进而使得与传统的航空燃油滑油热交换器相比，本发明的航空燃油滑油热交换器能够通过增加换热流道的数量来显著提高换热性能，同时不会明显增加流动阻力，实现了热交换器换热性能的有效提高。在润第一入口温度为200℃，第二入口温度为45℃的情况下，本发明的航空燃油滑油热交换器的换热效果与传统航空燃油滑油热交换器的换热效果相比，传热系数提高了20%左右，滑油流动过程中的压力损失减小了53%。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种航空燃油滑油热交换器，用于对温度不同的第一流体和第二流体进行热交换，其特征在于，包括：

壳体（100），所述壳体（100）设有第一入口（110）、第一出口（120）和换热腔（130），所述第一流体依次流过所述第一入口（110）、所述换热腔（130）、以及所述第一出口（120）；

芯体（200），所述芯体（200）贯穿所述换热腔（130）设置，所述芯体（200）包括第一芯体（201），所述第一芯体（201）连接有第二入口（220）和第二出口（230），所述第一芯体（201）包括若干条相互平行的换热流道（210），所述第二流体依次流过所述第二入口（220）、所述若干条相互平行的换热流道（210）、以及所述第二出口（230），所述第二流体在所述换热流道（210）内的流动方向与所述第一流体在所述换热腔（130）内的流动方向垂直 ；

所述换热流道（210）的横截面为椭圆形，任一所述换热流道（210）的横截面长轴的延伸方向趋向于所述第一流体流经所述任一所述换热流道（210）时的流动方向。

2.根据权利要求1所述的航空燃油滑油热交换器，其特征在于，所述若干条相互平行的换热流道（210）按列分布设置，并且相邻两列所述换热流道（210）之间错位设置。

3.根据权利要求1所述的航空燃油滑油热交换器，其特征在于，沿所述第一流体的流动方向，所述壳体（100）的任一侧壁呈流线型设置。

4.根据权利要求3所述的航空燃油滑油热交换器，其特征在于，所述换热流道（210）的横截面短轴的长度与所述换热腔（130）的水平截面的宽度呈正比例关系。

5.根据权利要求3所述的航空燃油滑油热交换器，其特征在于，所述换热流道（210）的壁厚与所述换热腔（130）的水平截面的宽度呈正比例关系。

6.根据权利要求1所述的航空燃油滑油热交换器，其特征在于，所述芯体（200）还包括第二芯体（202），所述第二芯体（202）亦包括所述若干条相互平行的换热流道（210） ，所述第二芯体（202）与所述第一芯体（201）并排设置，所述第一芯体（201）的一端与所述第二入口（220）连接，所述第二芯体（202）的一端与所述第二出口（230）连接，所述第一芯体（201）的另一端与所述第二芯体（202）的另一端连接，所述第二流体依次经过所述第二入口（220）、所述第一芯体（201）的若干条相互平行的换热流道（210）、所述第二芯体（202）的若干条相互平行的换热流道（210）以及所述第二出口（230）。

7.根据权利要求6所述的航空燃油滑油热交换器，其特征在于，所述壳体（100）还设有流体入口腔（240）、流体出口腔（250）和流体连接腔（260），所述流体入口腔（240）分别与所述第二入口（220）、以及所述第一芯体（201）的若干条相互平行的换热流道（210）连通，所述流体出口腔（250）分别与所述第二出口（230）、以及所述第二芯体（202）的若干条相互平行的换热流道（210）连通，所述流体连接腔（260）分别与所述第一芯体（201）的若干条相互平行的换热流道（210）、以及所述第二芯体（202）的若干条相互平行的换热流道（210）连通。

8.根据权利要求1所述的航空燃油滑油热交换器，其特征在于，所述换热腔（130）包括第一换热腔（131）和第二换热腔（132），所述第一换热腔（131）与所述第二换热腔（132）并排设置，所述第一换热腔（131）的一端与所述第一入口（110）连通，所述第二换热腔（132）的一端与所述第一出口（120）连通，所述第一换热腔（131）的另一端与所述第二换热腔（132）的另一端连通。

9.根据权利要求1所述的航空燃油滑油热交换器，其特征在于，所述换热流道（210）的壁厚为0.25~0.3mm。

10.根据权利要求1所述的航空燃油滑油热交换器，其特征在于，所述换热腔（130）设有清理通孔（140）。

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