CN219757067U - 一种套管换热器 - Google Patents

Abstract

一种套管换热器，包括套管芯子组件，该套管芯子组件包括内管、套设在内管外部的外管；外管的外壁上固接有安装组件；外管与内管之间间隔设置形成介质通道；内管的中空管体形成空气流道；在套管芯子组件的一端设置有热流体进口组件，另一端设置有热流体出口组件；在介质通道内设置有多片换热翅片，每片换热翅片的一侧固接在外管的内壁上，另一侧固接在内管的外壁上；多片换热翅片将所述介质通道分隔成多个子通道；热流体进口组件和热流体出口组件均连通至各个子通道。散热翅片起到提高换热能力的同时，还可以起到支撑内管、外管的作用，保持内管与外管之间的间隙，有效避免了在安装组件的作用力下，介质通道发生变形，保证介质通道的通畅性。

Description

一种套管换热器

技术领域

本实用新型涉及飞机热管理系统技术领域，尤其涉及一种套管换热器，用于飞机热管理系统的制冷附件。

背景技术

换热器是为飞机热管理系统配套的冷却附件，将热管理系统中的高温热流体冷却至下游系统能够接受的工作温度的功能。通常此类换热器安装在机腹内，从热管理系统引出的高温热流体进入换热芯体热边腔，与从机外涵或增压涡轮引入换热芯体冷边腔的低温冷空气进行强迫对流换热。

如公告号为CN218380593U的专利申请公开了一种高效卫生多层套管式换热器，外管与内管之间增设有同心的套管，套管及内管管壁为可增加换热面积的螺旋曲面，外管与套管之间形成外通道，套管与内管之间形成中间通道，内管中间形成内通道，物料在中间通道流通，外通道及中间通道可流通介质，物料内外面均有介质通过提高了换热效率，内管及套管均为增加换热面积的螺旋曲面，增加了换热面积，提高了换热效率。

当套管换热器作为飞机热管理系统配套的冷却附件时，需要将外管通过安装组件进行安装，若是采用专利CN218380593U中的套管式换热器结构，由于外管在安装组件的作用下受力发生弯曲，容易导致外管与套管之间形成外通道、以及套管与内管之间形成中间通道发生变形，进而影响介质的顺畅流动。因此，现有技术CN218380593U中的套管式换热器结构并不适用于飞机热管理系统的制冷附件。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种套管换热器，以防止外管在连接结构的作用下介质通道发生变形，保证介质顺畅流动。

为实现上述目的，本实用新型提出一种套管换热器，包括套管芯子组件，该套管芯子组件包括内管、以及套设在内管外部的外管；在外管的外壁上固接有安装组件；外管与内管之间间隔设置形成介质通道；内管内部中空管体形成空气流道；在套管芯子组件的一端设置有热流体进口组件，另一端设置有热流体出口组件；在介质通道内设置有多片换热翅片，每片换热翅片的一侧固接在外管的内壁上，另一侧固接在内管的外壁上；多片换热翅片将所述介质通道分隔成多个子通道；热流体进口组件和热流体出口组件均连通至各个子通道。

优选的，每个子通道为三角形、矩形、或者梯形形状的通道结构，当子通道为三角形状通道结构时，多片换热翅片首尾相接形成锯齿状结构。

优选的，在内管的内壁面上设置有扰流结构。

优选的，所述扰流结构为螺旋片或者为肋片。

优选的，在位于热流体进口组件一端的内管上设置有冷空气出气罩；在位于热流体出口组件一端的内管上设置有冷空气进气罩；冷空气进气罩和冷空气出气罩均连通至内管内部的空气流道。冷空气从冷空气进气罩进入，从冷空气出气罩流出，冷空气和热流体之间形成逆叉流或逆流形式的高效流动换热。

优选的，在冷空气进气罩和冷空气出气罩的内壁面设置有扰流条或扰流板。

优选的，所述外管、内管、换热翅片三者为3D打印一体成型结构形成所述套管芯子组件。

优选的，所述热流体进口组件、热流体出口组件分别包括环状体、以及设置在环状体上的管接头；环状体套接在内管上，在环状体内部设置有环形凹槽，环形凹槽连通至各个子通道；管接头连通至环形凹槽。

优选的，环状体上环形凹槽的一侧边与内管焊接固定，另一侧边与外管焊接固定。

优选的，所述安装组件为多个连接板，在连接板上设置有安装孔；连接板与外管之间通过氩弧焊焊接固定。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型所提供的套管换热器中，由于在介质通道内设置有多片换热翅片，且每片换热翅片的一侧固接在外管的内壁上，另一侧固接在内管的外壁上，因此散热翅片在起到提高换热能力的同时，还可以起到支撑内管、外管的作用，保持内管与外管之间的间隙，有效避免了在安装组件的作用力下介质通道发生变形，保证介质通道的通畅性。利用多个换热翅片将介质通道分隔为多个子通道，可以有效地增加了热流体与散热翅片的接触面积，加强散热效果。

(2)在本实用新型中，每个子通道为三角、矩形、或者梯形形状的通道结构，三角、矩形、或者梯形结构可以增强内、外管道之间的稳定性。进一步地，当子通道为三角形状通道结构时，多片换热翅片首尾相接形成锯齿状结构，即使得相邻两个换热翅片与外管、或者与内管构成三角结构，由于三角结构的稳定性，进一步保证了换热翅片对于内管、外管的支撑作用。

(3)在本实用新型中，由于在内管的内壁面上设置有扰流结构，使冷空气产生二次环流、增加扰流效果，提高换热能力，结合套管芯子组件内部的换热翅片，可以进一步提高换热能力。

(4)本实用新型所提供的套管换热器用作飞机热管理系统的制冷附件时，可以充分利用热管理系统的冷空气输送的管路空间，既承担管路输送的功能，又具备有一定的换热功能，提高热管理系统的紧凑度，降低安装空间、重量超标的问题，进一步将常规设置在机腹内的换热器替换为套管换热器，为飞机热管理系统的制冷附件设计提供新的思路，简化现有飞机热管理系统的复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的套管换热器的结构示意图；

图2为本实用新型中内管内部的扰流结构示意图；

图3为本实用新型中外管、内管以及换热翅片配合后的结构示意图；

图4为本实用新型中内管与换热翅片配合后的结构示意图；

图5为本实用新型中热流体进口组件或者热流体出口组件的结构示意图；

图6本实用新型中内管与冷空气进气罩、冷空气出气罩相配合后的示意图。

附图标号说明：1、套管芯子组件；101、外管；102、内管；103、换热翅片；2、热流体进口组件；3、热流体出口组件；4、冷空气进气罩；5、冷空气出气罩；6、安装组件；7、扰流肋片；8、环状体；801、环形凹槽；9、管接头。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

结合附图所示，一种套管换热器，包括套管芯子组件1，该套管芯子组件1包括内管102、以及套设在内管102外部的外管101；在外管101的外壁上固接有安装组件6，安装组件6根据热管理系统中对套管换热器的安装位置需要确定所在位置；外管101与内管102之间间隔设置形成介质通道；内管102内部中空管体形成空气流道；在套管芯子组件1的一端设置有热流体进口组件2，另一端设置有热流体出口组件3；在介质通道内设置有多片换热翅片103，每片换热翅片103的一侧固接在外管101的内壁上，另一侧固接在内管102的外壁上；多片换热翅片103将所述介质通道分隔成多个子通道；热流体进口组件2和热流体出口组件3均连通至各个子通道。

在使用时，套管芯子组件1作为套管换热主体结构，套管芯子组件1内的介质通道用作热流体的流道，内管102中的用空气流道用作冷空气的进气流道，由于在介质通道内部设置有多个换热翅片103，且每片换热翅片103的一侧固接在外管101的内壁上，另一侧固接在内管102的外壁上，因此散热翅片103在起到提高换热能力的同时，还可以起到支撑内管102、外管101的作用，保持内管102与外管103之间的间隙，有效避免了在安装组件6的作用力下介质通道发生变形，保证介质通道的通畅性。另外，利用多个换热翅片103将介质通道分隔为多个子通道，可以有效地增加了热流体与散热翅片103的接触面积，加强散热效果。

热流体进口组件2与套管芯子组件1内介质通道的各个子通道的入口端连接，换热介质从热流体进口组件2进入套管芯子组件1的介质通道内的各个子通道换热；热流体出口组件3与套管芯子组件1内介质通道的各个子通道的出口端连接，套管芯子组件1内介质通道中的热介质从热流体出口组件3流出。

结合图3及图4所示，在本实施例中，每个子通道为三角形、矩形、或者梯形形状的通道结构，三角、矩形、或者梯形结构可以增强内、外管道之间的稳定性。进一步地，当子通道为三角形状通道结构时，多片换热翅片103首尾相接形成锯齿状结构，即使得相邻两个换热翅片103与外管101、或者与内管102构成三角结构，由于三角结构的稳定性，进一步保证了换热翅片103对于内管102、外管101的支撑作用，使得整个套管芯子组件1在弯曲或者受到安装组件6的作用力时，有效避免其内部介质通道发生变形，保持介质通道的通畅性。

结合图2所示，在内管102的内壁面上设置有扰流结构。具体地，所述扰流结构为螺旋片或者为肋片7。通过扰流结构，使流经空气流道内的冷空气产生二次环流、增加扰流效果，提高换热能力，结合套管芯子组件内部的换热翅片，可以进一步提高换热能力。当然，内管102可以设计成为圆管、椭圆管或扁圆管的圆弧形状或折弯形状，其形状根据热管理系统中管路结构要求进行设计。

结合图1及图6所示，在位于热流体进口组件2一端的内管102上设置有冷空气出气罩5；在位于热流体出口组件3一端的内管102上设置有冷空气进气罩4；冷空气进气罩4和冷空气出气罩5均连通至内管102内部的空气流道。冷空气进气罩4从飞机外引入的冷空气或增压涡轮引入的冷空气进入套管芯子组件1进行换热，套管芯子组件1内的空气从冷空气出气罩5流出到管道系统中。冷空气从冷空气进气罩4进入，从冷空气出气罩5流出，冷空气和热流体之间形成逆叉流或逆流形式的高效流动换热。

进一步地，结合图6所示，在冷空气进气罩4和冷空气出气罩5的内壁面设置有扰流条或扰流板。冷空气进所罩4和冷空气出气罩5为低流阻的流线形结构，为了提高换热性能又确保结构紧凑，冷空气进所罩4增加扰流条、扰流板等以增大扰流、强化传热效果。

在本实施例中，所述外管101、内管102、换热翅片103三者为3D打印一体成型结构形成所述套管芯子组件1，采用3D打印一体成型结构，有利于保证外管101、内管102、换热翅片103三者之间形成的介质通道以及各个子通道的均匀性，同时一体成型结构有利于保证三者之间的稳定性。当然，外管101、内管102、换热翅片103三者还可以采用焊接的方式连接，并不局限与本实施例中的3D打印一体成型结构。

结合图1、图5所示，所述热流体进口组件2、热流体出口组件3分别包括环状体8、以及设置在环状体8上的管接头9；环状体8套接在内管102上，在环状体8内部设置有环形凹槽801，环形凹槽801连通至各个子通道；管接头9连通至环形凹槽801。通过设置环形凹槽801结构，便于热流体进口组件2、热流体出口组件3与各个子通道相连通，便于热介质的流动。同时通过设置管接头9，便于管路连接。

在本实施中，环状体8上环形凹槽801的一侧边与内管102焊接固定，另一侧边与外管101焊接固定。

结合图1所示，所述安装组件6为多个连接板，在连接板上设置有安装孔；连接板与外管101之间通过氩弧焊焊接固定，焊接结构简单方便。当然，连接板也可以通过其他方式如螺栓连接与外管101进行连接，并不局限于本实施例中的氩弧焊焊接方式。

在本实用新型中，主要组件的具体作用如下：

套管芯子组件1作为套管换热主体结构，套管芯子组件1内的介质通道用作热流体的流道，内管102中的用空气流道用作冷空气的进气流道；

热流体进口组件2与套管芯子组件1内介质通道的各个子通道的入口端连接，换热介质从热流体进口组件2进入套管芯子组件1的介质通道内的各个子通道换热；

热流体出口组件3与套管芯子组件1内介质通道的各个子通道的出口端连接，套管芯子组件1内介质通道中换热后达到要求的工作温度的热流体从热流体出口组件3流出到下一级系统；

冷空气进气罩4与内管102上空气流道的入口端连接，从飞机外引入的冷空气或增压涡轮引入的冷空气进入从冷空气进气罩4进入套管芯子组件1与热边流体进行换热；

冷空气出气罩5与内管102上空气流道的出口端连接，套管芯子组件1内的经换热后的空气从冷空气出气罩5流出；

安装组件6用于固定套管芯子组件1，安装组件6根据热管理系统的需要确定安装部位。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种套管换热器，其特征在于，包括套管芯子组件(1)，该套管芯子组件(1)包括内管(102)、以及套设在内管(102)外部的外管(101)；在外管(101)的外壁上固接有安装组件(6)；

外管(101)与内管(102)之间间隔设置形成介质通道；内管(102)内部中空管体形成空气流道；

在套管芯子组件(1)的一端设置有热流体进口组件(2)，另一端设置有热流体出口组件(3)；在介质通道内设置有多片换热翅片(103)，每片换热翅片(103)的一侧固接在外管(101)的内壁上，另一侧固接在内管(102)的外壁上；多片换热翅片(103)将所述介质通道分隔成多个子通道；热流体进口组件(2)和热流体出口组件(3)均连通至各个子通道。

2.如权利要求1所述的一种套管换热器，其特征在于，每个子通道为三角形、矩形、或者梯形形状的通道结构，当子通道为三角形状通道结构时，多片换热翅片(103)首尾相接形成锯齿状结构。

3.如权利要求1所述的一种套管换热器，其特征在于，在内管(102)的内壁面上设置有扰流结构。

4.如权利要求3所述的一种套管换热器，其特征在于，所述扰流结构为螺旋片或者为肋片(7)。

5.如权利要求1所述的一种套管换热器，其特征在于，在位于热流体进口组件(2)一端的内管(102)上设置有冷空气出气罩(5)；在位于热流体出口组件(3)一端的内管(102)上设置有冷空气进气罩(4)；冷空气进气罩(4)和冷空气出气罩(5)均连通至内管(102)内部的空气流道。

6.如权利要求5所述的一种套管换热器，其特征在于，在冷空气进气罩(4)和冷空气出气罩(5)的内壁面设置有扰流条或扰流板。

7.如权利要求1所述的一种套管换热器，其特征在于，所述外管(101)、内管(102)、换热翅片(103)三者为3D打印一体成型结构形成所述套管芯子组件(1)。

8.如权利要求1所述的一种套管换热器，其特征在于，所述热流体进口组件(2)、热流体出口组件(3)分别包括环状体(8)、以及设置在环状体(8)上的管接头(9)；环状体(8)套接在内管(102)上，在环状体(8)内部设置有环形凹槽(801)，环形凹槽(801)连通至各个子通道；管接头(9)连通至环形凹槽(801)。

9.如权利要求1所述的一种套管换热器，其特征在于，环状体(8)上环形凹槽(801)的一侧边与内管(102)焊接固定，另一侧边与外管(101)焊接固定。

10.如权利要求1所述的一种套管换热器，其特征在于，所述安装组件(6)为多个连接板，在连接板上设置有安装孔；连接板与外管(101)之间通过氩弧焊焊接固定。