CN213748039U - 无人机用集成式中冷换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人机用集成式中冷换热器，包括一中冷气室和多根热管，多根热管阵列形成热管管排；中冷气室包括进气口和出气口；热管包括蒸发段、柔性绝热段和冷凝段，热管内内设有吸液芯和工作介质；柔性绝热段连接于蒸发段和冷凝段之间，冷凝段的设置位置高于蒸发段；蒸发段位于中冷气室内。将热管技术应用到无人机中冷换热器中，将热管中冷器的热管冷凝段与机身外壳共形设计，将增压空气的热量快速传递到环境冷空气中，提高换热效率，减轻无人机重量；结合热管调节蒸发段和冷凝段热流密度的特性，使得冷凝段与机身外壳共形设计，充分利用环境冷空气，结构紧凑，系统集成度高。

Description

无人机用集成式中冷换热器

技术领域

本实用新型涉及一种冷换热器，具体讲是一种无人机用集成式中冷换热器，属于发动机中冷换热器技术领域，

背景技术

对于带有涡轮增压器的无人机发动机，增压空气温度上升直接影响发动机性能的发挥，进而限制了无人机的载荷能力。目前，增加中冷器是解决发动机增压空气温度过高的有效途径，但传统的空气中冷器换热效率相对较低，需求的散热面积较大，机上布置较为困难；而水冷中冷器一般需要独立的冷却水系统，系统相对复杂。热管式中冷器由于具有优良等温性、高热流密度等特点比传统换热器体积更小更紧凑，效能也更高、压降小、功耗少。现有的热管式中冷器主要用于住房采暖和空调系统、能源化工等工业领域、工程机械或车辆的内燃机等。

2008年10月22日，中国实用新型专利申请CN101290200A，公开了一种整体式车用热管中冷器，包括进气室、进气口、中冷器芯体、出气口以及出气室，进气室壁体内设有空腔，一段冷却管通过两根连接管与所述空腔连接并形成循环回路，空腔内添加散热介质。本实用新型将热管与中冷器有机结合在一起，有效降低了中冷器进气室空气温度，使铝中冷器在多级增压技术中可以继续发挥其重量轻、成本低的优势。但该方案仅限于地面车辆设备的使用，无法应用于航空发动机等特殊环境的使用，尤其是无人机领域。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术在于克服现有技术缺陷提供一种能有效用于无人机的集成式中冷换热器。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的无人机用集成式中冷换热器，包括一中冷气室和多根热管，所述多根热管阵列形成热管管排；

所述中冷气室包括进气口和出气口；

所述热管包括蒸发段、柔性绝热段和冷凝段，热管内设有吸液芯和工作介质；所述柔性绝热段连接于蒸发段和冷凝段之间，冷凝段的设置位置高于蒸发段；

所述蒸发段位于中冷气室内。

本实用新型中，所述蒸发段的外侧设有多片间隔设置的第一散热翅片。

本实用新型中，所述冷凝段的外侧设有多片间隔设置的第二散热翅片。

本实用新型中，所述蒸发段和冷凝段之间形成的倾斜角度为9°至11°。

本实用新型中，所述冷凝段、第二散热翅片形状与无人机外壳共形。

本实用新型中，所述蒸发段与柔性绝热段连接端的高度高于另一端，冷凝段与柔性绝热段连接端的高度低于另一端。

本实用新型的有益效果在于：(1)将热管技术应用到无人机中冷换热器中，将热管中冷器的热管冷凝段与机身外壳共形设计，将增压空气的热量快速传递到环境冷空气中，提高换热效率，减轻无人机重量；(2)结合热管调节蒸发段和冷凝段热流密度的特性，使得冷凝段与机身外壳共形设计，充分利用环境冷空气，结构紧凑，系统集成度高； (3)将具有柔性绝热段的热管集成到无人机中冷器中，不仅可以充分发挥热管中冷器的优势且布置方便，也可以适应无人机的结构布置需求；热管的柔性绝热段的设置还能够补偿安装或工作振动造成的不利影响；(4)能够充分利用机体外部的前飞冲压空气或旋翼下洗气流，减少或避免电功率或轴功率的消耗，减轻了系统重量，提高无人机的载荷能力；(5)在热管的蒸发段的外侧设有多片间隔设置的第一散热翅、冷凝段的外侧设有多片间隔设置的第二散热翅片，可以进一步提升冷热换效率；(6)热管的冷凝段、第二散热翅片形状与无人机外壳共形设计可以充分利用无人机的前飞冲压空气或旋翼下洗气流，即高效地利用环境冷空气；(7)热管蒸发段和冷凝段之间倾斜角度为9°至11°，可以保证工作介质冷凝为液体后在重力作用下更有利于回流至蒸发段；热管的蒸发段与柔性绝热段连接端的高度高于另一端，冷凝段与柔性绝热段连接端的高度低于另一端可以进一步加快工作介质的回流速度。

附图说明

图1为本实用新型无人机用集成式中冷换热器结构示意图；

图2为本实用新型无人机用集成式中冷换热器结构透视图；

图3为本实用新型无人机用集成式中冷换热器工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1和2所示，本实用新型的本实用新型无人机用集成式中冷换热器一种无人机用集成式中冷换热器装置，包括中冷气室1和热管。

中冷气室1具有进气口7和出气口8。进气口7连接无人机的发动机涡轮增压器，进气口7用于发动机涡轮增压器产生的热量进入中冷气室1。出气口2连接无人机的发动机稳压箱或进气歧管，用于向发动机稳压箱或进气歧管输出冷气。

热管包括蒸发段2、柔性绝热段4和冷凝段5，热管绝热段4的两端分别连通热管段2和热管段5。热管内壁镶套吸液芯(图中未显示)，热管内装有工作介质。

每一根热管均可以独立工作，多根热管排列形成管排。在本实施例中由60根热管组成6*10的热管管排，传递热量为7kW左右。

蒸发段2位于中冷气室1内。蒸发段2的外侧布置有蒸发段散热翅片3，多片蒸发段散热翅片3间隔设置并固定于中冷气室1内部。

冷凝段5位于中冷气室1的外侧，在空间布置上冷凝段5处于高位，热管蒸发段和冷凝段5具有一定的倾斜角度，如此工作介质冷凝为液体后在重力作用下更有利于回流至蒸发段2。

冷凝段5的外侧布置有冷凝段散热翅片6，多片冷凝段散热翅片6间隔设置。通过扩大冷凝段散热翅片6的面积有效减小冷凝段5的热流密度；冷凝段5结合冷凝段散热翅片6与机身外壳共形设计，进而更高效的利用环境冷空气。环境冷空气可以是来自前飞的冲压气流、直升机旋翼下洗气流、风机强制气流或者以上组合，如图3所示。在热管冷凝段设置冷凝段散热翅片6可增大散热面积，有效减小其热流密度，提高了环境冷空气与热管冷凝段的换热能力。

热管绝热段4为柔性材质，这样可以补偿安装以及工作振动造成的不利影响。热管绝热段4是通过在管坯基础上旋压加工成螺旋波纹管，从而获得一定小范围内的柔性特性。

在本实施例中，中冷气室1由铝合金焊接制成，热管工作介质为蒸馏水，热管管壁材料为无氧铜，散热翅片材料为铝。

本实施例主要用于无人直升机，冷凝段5与机身发动机舱盖共形设计并可安装拆卸，冷凝段5利用了前飞冲压气流和旋翼下洗气流，可分别在冷凝段5上方和前方设置了百叶窗，用于将冷空气引导至冷凝段5。

本实施例中的蒸发段2和冷凝段5倾斜角度为10°左右，如此布置可以充分利用重力使工作介质快速回流至蒸发段2。在实际使用过程中，蒸发段2和冷凝段5倾斜角度可以根据实际环境适当地进行调整。

为了进一步加快工作介质的回流速度，蒸发段2和冷凝段5均倾斜设置，即蒸发段2与柔性绝热段4连接端的高度略高于另一端，冷凝段5与柔性绝热段4连接端的高度略低于另一端。

本实用新型实现的过程如下：

如图3所示，无人机用集成式中冷换热器工作时，来自涡轮增压器的热空气进入中冷气室1后，蒸发段2内部的工作液被加热后，吸取潜热蒸发，其蒸气经绝热段4流向冷凝段5，然后释放潜热到环境空气中。热管内的工作介质蒸气重新凝结为液体，积聚在冷凝段吸液芯中的工作液借助吸液芯毛细力和重力作用返回到蒸发段2，形成工作介质的相变循环及蒸发段冷凝段之间的流动循环。

本实用新型中，来自增压器的热空气的热量快速高效地传递给冷流体，实现传热过程。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种无人机用集成式中冷换热器，其特征在于：包括一中冷气室和多根热管，所述多根热管阵列形成热管管排；

所述中冷气室包括进气口和出气口；

所述热管包括蒸发段、柔性绝热段和冷凝段，热管内设有吸液芯和工作介质；所述柔性绝热段连接于蒸发段和冷凝段之间，冷凝段的设置位置高于蒸发段；

所述蒸发段位于中冷气室内。

2.根据权利要求1所述的无人机用集成式中冷换热器，其特征在于：所述蒸发段的外侧设有多片间隔设置的第一散热翅片。

3.根据权利要求1或2所述的无人机用集成式中冷换热器，其特征在于：所述冷凝段的外侧设有多片间隔设置的第二散热翅片。

4.根据权利要求3所述的无人机用集成式中冷换热器，其特征在于：所述蒸发段和冷凝段之间形成的倾斜角度为9°至11°。

5.根据权利要求3所述的无人机用集成式中冷换热器，其特征在于：所述冷凝段、第二散热翅片形状与无人机外壳共形。

6.根据权利要求4所述的无人机用集成式中冷换热器，其特征在于：所述蒸发段与柔性绝热段连接端的高度高于另一端，冷凝段与柔性绝热段连接端的高度低于另一端。

7.根据权利要求1所述的无人机用集成式中冷换热器，其特征在于：所述蒸发段和冷凝段之间形成的倾斜角度为9°至11°。

8.根据权利要求7所述的无人机用集成式中冷换热器，其特征在于：所述蒸发段与柔性绝热段连接端的高度高于另一端，冷凝段与柔性绝热段连接端的高度低于另一端。

9.根据权利要求1所述的无人机用集成式中冷换热器，其特征在于：所述热管的蒸发段与柔性绝热段连接端的高度高于另一端，冷凝段与柔性绝热段连接端的高度低于另一端。

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