CN113587701A - 一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及换热器的领域，尤其是涉及一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器，其包括多个隔板以及固接在相邻两个所述隔板之间的封条，相邻两个隔板以及位于两个隔板之间的封条共同围成安装容腔，所述安装容腔包括供飞机发动机引入的气体进入的热腔体和供燃气涡轮发动机的风扇管路空气进入的冷腔体，所述热腔体内安装有对气体流动方向进行导向的热腔翅片，所述热腔翅片表面上涂有臭氧催化剂。本申请具有在实现臭氧转换和高温预冷的同时，还能够减少设备的体积和重量，降低飞机能耗的效果。

Description

一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器

技术领域

本申请涉及换热器的领域，尤其是涉及一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器。

背景技术

在现代民用固定翼运输机环控系统中,同时安装有臭氧转换器和高温预冷器。

由于固定翼运输机巡航高度一般在10km以上，空气中的臭氧浓度远远高于地面臭氧浓度，超过了适合人体的浓度范围。而客舱和驾驶舱中的气源均来自于发动机热引气，臭氧转换器就是将进入客舱和驾驶舱的发动机热引气中的臭氧转换分解为氧气，从而降低臭氧浓度，达到适合人体的浓度；预冷器是对发动机热引气引进的高温压缩气体进行降温调节，调节后的低温气体才能供入下游设备，最终传送至客舱和驾驶舱，以使气体达到适合人体的温度。而臭氧转换器和高温预冷器体积都较大，重量较重。众所周知，飞机起飞重量越大，能耗就大。因此，如果在实现臭氧转换和高温预冷的同时，还能够减少臭氧转换器和高温预冷器的体积和重量，降低飞机能耗是目前待解决的问题。

发明内容

为了在实现臭氧转换和高温预冷的同时，还能够减少设备的体积和重量，降低飞机能耗，本申请提供一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器。

本申请提供的一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器采用如下的技术方案：

一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器，包括多个隔板以及固接在相邻两个所述隔板之间的封条，相邻两个隔板以及位于两个隔板之间的封条共同围成安装容腔，所述安装容腔包括供飞机发动机引入的气体进入的热腔体和供燃气涡轮发动机的风扇管路空气进入的冷腔体，所述热腔体内安装有对气体流动方向进行导向的热腔翅片，所述热腔翅片表面上涂有臭氧催化剂。

通过采用上述技术方案，从飞机发动机引入的气体进入热腔体中，通过冷腔体气流的换热而降低其温度，实现高温预冷的作用。当气体从热腔体中通过时，气体中的臭氧将和热腔翅片上的臭氧催化剂反应，气体中的臭氧将被臭氧催化剂分解成，从而降低气体中的臭氧浓度，满足人们的需求。通过一个设备即可同时实现臭氧转换和高温预冷的要求，而无需安装两台设备，大大减少了设备的占用面积，相比两台设备，一台设备重量大大减轻，降低了飞机的能耗。

可选的，所述热腔体一侧开口，所述热腔体内固接有分隔板，所述分隔板和所述热腔体封闭端之间形成供气体流过的间隙，所述分隔板的两侧形成供气体流至所述热腔体的热气进口和供热腔体内的气体流出的热气出口。

通过采用上述技术方案，飞机发动机引入的高温气体从热气进口流至热腔体后，将到达间隙处，然后到达分隔板另一侧，并最终弄从热气出口流出，使得高温气体流过的路线为U形的，增加了高温气体在热腔体内的流经长度，延长了高温气体在热腔体内的时间，大大提高了换热效率。

可选的，所述热腔翅片和相邻两个所述隔板之间形成供气体从热气进口流至热气出口的热流通道，所述热腔翅片包括位于所述分隔板两侧的第一导流翅片和位于所述间隙内的第二导流翅片，所述第二导流翅片两端与两个第一导流翅片抵接。

通过采用上述技术方案，热腔翅片一方面可以对气体起到导向的作用，便于气体有序流动，提高换热效率；另一方便热腔翅片上的臭氧催化剂可以对气体中的臭氧进行分解转换，降低气体中的臭氧浓度。

可选的，所述第一导流翅片两侧形成的热流通道和所述第二导流翅片两侧形成的热流通道错位设置。

通过采用上述技术方案，流至热腔体内的气体顺着第一导流翅片两侧的热流通道到达第一导流翅片和第二导流翅片相交处，然后混合后再次流进第二导流翅片两侧的热流通道中，当到达第二导流翅片另一端后将再次混合或从另一第一导流翅片处的热流通道流出，使得气体可以多次进行汇聚、分散，散热更快，预冷效率更高。

可选的，所述热腔翅片截面为锯齿形、折线形或波浪线形。

通过采用上述技术方案，可以增加流至热腔体中的气体和热腔翅片的接触面积，提高臭氧转换效率。

可选的，所述冷腔体相对的两侧开口，两个开口分别称为供气体流进冷腔体的冷气进口和供冷腔体的气体流出的冷气出口。

通过采用上述技术方案，从冷空气进口流进冷腔体的冷气体可以吸收热腔体中的热量，然后直接从冷气出口流出，使得冷腔体内可以源源不断的有冷空气进入，提高对热腔体内热气体的预冷效率。

可选的，所述冷腔体内设置有冷腔翅片，所述冷腔翅片和围成冷腔体的两个隔板之间形成供气体从冷气进口流至冷气出口的冷流通道。

通过采用上述技术方案，冷腔翅片可以对冷腔体内的气体进行导向，使得气体流动更加顺畅。

可选的，所述冷腔翅片截面为锯齿形、折线形或波浪线形。

通过采用上述技术方案，使得冷腔翅片可以将冷腔体划分成多个供气体流动的冷流通道，便于气体快速流动。

可选的，所述冷腔体和所述热腔体交替设置。

通过采用上述技术方案，使得每个热腔体内的气体都可以与相邻的两个冷腔体中的气体进行换热，换热效率更高。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.冷腔体和热腔体的设置以及热腔翅片上臭氧催化剂的设置，使得通过一台设备即可实现臭氧转化和高温预冷的功能，相比较两台设备，大大减少了设备的整体体积和重量，降低飞机能耗；

2.热腔体一侧开口以及分隔板的设置使得可以增加气体在热腔体内的流经距离和通过时间，提高对气体的换热效率，预冷效果更好；

3.第一导流翅片和第二导流翅片的错位设置，使得在热流通道内流动的气体可以经过多次的分散、汇聚，散热更快，预冷效率更高。

附图说明

图1是本申请的整体结构示意图。

图2是为了体现热腔体内部结构所做的示意图。

图3是图2中A处的放大示意图。

图4是为了体现冷腔体内部结构所做的示意图。

附图标记说明：1、隔板；2、封条；3、安装容腔；31、热腔体；311、热腔翅片；3111、第一导流翅片；3112、第二导流翅片；312、热流通道；313、分隔板；32、冷腔体；321、冷腔翅片；322、冷流通道。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器。参照图1，换热器包括间隔设置的多个隔板1以及固接在相邻两个隔板1之间的封条2，相邻两个隔板1以及位于两个隔板1之间的封条2共同围成安装容腔3。其中，安装容腔3包括多个供飞机发动机引入的气体进入的热腔体31和多个供燃气涡轮发动机的风扇管路空气进入的冷腔体32，热腔体31和冷腔体32交替设置，使得冷腔体32中的冷气体可以对热腔体31中的热气体进行换热，实现对高温气体的降温预冷。

参照图2，在热腔体31中设置有对流至热腔体31的气体进行导向的热腔翅片311，热腔翅片311可以直接放置在热腔体31内，也可以直接固接在围成热腔体31的两个隔板1上。热腔翅片311的两侧和两个隔板1之间分别形成供气体流过的热流通道312，同时在热腔翅片311上涂有臭氧催化剂，当飞机发动机引入的气体进入热腔体31后，并在热流通道312内流动时将与热腔体31内的热腔翅片311接触，在实现与冷腔体32气体换热的同时，气体中的臭氧还能够被臭氧催化剂转换分解，从而降低气体中的臭氧浓度，满足人们的需要。使得通过一台设备即可同时实现对气体的高温预冷和臭氧转换，而不需要安装两台设备，相比较两台设备，大大减少了设备的体积和重量，降低了飞机的能耗。

其中臭氧催化剂可选用锰基金属催化剂。

参照图2和图3，围成一个热腔体31的封条2设置有三个，三个封条2和相邻的两个隔板1之间围成的热腔体31为一侧开口状，在热腔体31内设置有分隔板313，分隔板313固接在两个隔板1上，分隔板313长度方向与热腔体31的开口方向一致，且分隔板313与热腔体31封闭端之间互不接触，两者之间形成供气体流过的间隙，分隔板313的设置可以将热腔体31的开口处分割形成热气进口和热气出口，热气进口和热气出口分别位于分隔板313的两侧，使得热腔体31整体呈U形，热腔翅片311的两侧和两个隔板1之间形成的每个热流通道312也呈U形。飞机发动机引入的气体从分隔板313一侧的热气进口流至热腔体31后，将从间隙处到达分隔板313另一侧，最终从热气出口流出，可以增加气体在热腔体31内的流经路径，延长气体在热腔体31内的换热时间，大大提高预冷效率。

其中，热腔翅片311包括位于分隔板313两侧的第一导流翅片3111以及位于间隙内的第二导流翅片3112，第二导流翅片3112的两端分别与两个第一导流翅片3111朝向热腔体31封闭端的一端抵接，且第一导流翅片3111两侧形成的热流通道312和第二导流翅片3112两侧形成的热流通道312错位设置，使得从热气进口流至热腔体31的气体，将顺着第一导流翅片3111两侧的热流通道312流动，当流动至第一导流翅片3111和第二导流翅片3112之间时，位于第一导流翅片3111两侧的热流通道312内的气体将汇聚，并重新分散至第二导流翅片3112两侧的热流通道312内，然后到达第二导流翅片3112与另一第一导流翅片3111连接处再次汇聚、分散，使得热腔体31内的气体散热更快，预冷效率更高。

参照图2和图3，热腔翅片311截面可以为锯齿形、折线形或者是波浪线形，可以增加流至热腔体31中的气体与热腔翅片311之间的接触面积，提高臭氧转换效率。

参照图4，围成同一冷腔体32的封条2设置有两个，两个封条2位于隔板1相对的两侧，两个封条2和相邻的两个隔板1之间围成的冷腔体32为相对的两侧开口，两个开口分别为供气体流进冷腔体32的冷气进口和供冷腔体32内的气体流出的冷气出口。燃气涡轮发动机的风扇管路空气从冷气进口到达冷腔体32中，将直接从冷气出口流出，缩短气体在冷腔体32内的停留时间，使得冷腔体32内可以有源源不断的冷空气进入，提高对热腔体31内热气体的换热，换热效率更高。

其中，在冷腔体32中设置有冷腔翅片321，冷腔翅片321可以直接放置在冷腔体32内，冷腔翅片321的两侧也可以直接固接在两个隔板1上，冷腔翅片321的两侧和两个隔板1之间分别形成供气体流动的冷流通道322，冷流通道322的长度方向与冷腔体32的开口方向一致，从冷气进口流至冷腔体32中的气体，将到达冷流通道322内，并顺着冷流通道322的长度方向流动，并最终从冷气出口流出。冷腔翅片321的设置，可以对气体的流动方向起到导向作用，便于气体快速顺畅的从冷腔体32中流过。

其中，冷腔翅片321的截面可以为锯齿形、折线形或波浪线形，使得冷腔翅片321和隔板1之间可以形成多个相互平行的冷流通道322，便于气体顺着每个冷流通道322快速顺畅的流动。

参照图4，热腔体31的开口方向与冷腔体32的开口方向垂直设置，使得连通至热腔体31内的管道与连通至冷腔体32内的管道不会发生妨碍。

本申请实施例一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器的实施原理为：使用时，直接将飞机发动机引入的气体连接至热腔体31的热气进口，将燃气涡轮发动机的风扇管路空气连接至冷腔体32的冷气进口。流至热腔体31的气体将顺着热流通道312在热腔体31中流动，流至冷腔体32的气体将顺着冷流通道322在冷腔体32内流出，流动的同时也将对热腔体31内的热气体进行散热，并携带热腔体31中的热气从冷气出口流出。而热腔体31中气体的热量在被冷腔体32气体带走的同时，气体也在第一导流翅片3111和第二导流翅片3112连接处进行汇聚、分流，实现进一步的散热，并由于U形热流通道312的设置，使得位于热腔体31内的气体停留时间大大延长，增加热气体的换热时间，提高预冷效率。且热腔体31内的气体在热流通道312内流动的同时，气体中的臭氧还会和热腔翅片311上的臭氧催化剂反应，使得气体中的臭氧被臭氧催化剂转换分解，从而降低气体中的臭氧浓度。通过一台设备即可同时实现臭氧转换和高温预冷两种功能，而无需安装两台设备。相比较安装两台设备，一台设备的体积和重量大大减少，从而可以实现降低飞机能耗。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器，其特征在于：包括多个隔板(1)以及固接在相邻两个所述隔板(1)之间的封条(2)，相邻两个隔板(1)以及位于两个隔板(1)之间的封条(2)共同围成安装容腔(3)，所述安装容腔(3)包括供飞机发动机引入的气体进入的热腔体(31)和供燃气涡轮发动机的风扇管路空气进入的冷腔体(32)，所述热腔体(31)内安装有对气体流动方向进行导向的热腔翅片(311)，所述热腔翅片(311)表面上涂有臭氧催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器，其特征在于：所述热腔体(31)一侧开口，所述热腔体(31)内固接有分隔板(313)，所述分隔板和所述热腔体(31)封闭端之间形成供气体流过的间隙，所述分隔板(313)的两侧形成供气体流至所述热腔体(31)的热气进口和供热腔体(31)内的气体流出的热气出口。

3.根据权利要求2所述的一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器，其特征在于：所述热腔翅片(311)和相邻两个所述隔板(1)之间形成供气体从热气进口流至热气出口的热流通道(312)，所述热腔翅片(311)包括位于所述分隔板(313)两侧的第一导流翅片(3111)和位于所述间隙内的第二导流翅片(3112)，所述第二导流翅片(3112)两端与两个第一导流翅片(3111)抵接。

4.根据权利要求3所述的一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器，其特征在于：所述第一导流翅片(3111)两侧形成的热流通道(312)和所述第二导流翅片(3112)两侧形成的热流通道(312)错位设置。

5.根据权利要求1所述的一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器，其特征在于：所述热腔翅片(311)截面为锯齿形、折线形或波浪线形。

6.根据权利要求1所述的一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器，其特征在于：所述冷腔体(32)相对的两侧开口，两个开口分别称为供气体流进冷腔体(32)的冷气进口和供冷腔体(32)的气体流出的冷气出口。

7.根据权利要求6所述的一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器，其特征在于：所述冷腔体(32)内设置有冷腔翅片(321)，所述冷腔翅片(321)和围成冷腔体(32)的两个隔板(1)之间形成供气体从冷气进口流至冷气出口的冷流通道(322)。

8.根据权利要求7所述的一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器，其特征在于：所述冷腔翅片(321)截面为锯齿形、折线形或波浪线形。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种具有臭氧转换及高温预冷功能的换热器，其特征在于：所述冷腔体(32)和所述热腔体(31)交替设置。

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