一种FTGP翅片换热器的制作方法

本实用新型涉及换热设备技术领域，尤其涉及一种FTGP翅片换热器。

背景技术：

目前，航空发动机领域应用的换热器多采用板翅式和管壳式换热结构，并对翅片导热、强化对流换热技术积累了丰富的经验，但受材料本身固有导热系数(铜400W/m K，铝160W/m K)限制、以及单相对流传热(空气强迫对流换热系数103W/m²K)瓶颈限制，板翅换热器的紧凑度和单位质量换热功率已趋极限，不能够满足未来航空发动机中用更小的空间和更轻的换热器设备实现高功率换热的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种FTGP翅片换热器，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种FTGP翅片换热器，包括多个换热模组，每个所述换热模组均包括两个热通道外框，两个所述热通道外框之间的区域设置为冷通道，所述冷通道由多个FTGP间隔排列构成，所述FTGP设置为S形曲线状；使用时，所述热通道外框中通入热流体，所述冷通道中相邻两个所述FTGP的间隙中通入冷流体。

优选地，每个所述热通道外框内均间隔排列有翅片。

优选地，所述热通道外框和所述翅片均由铝材料制备而成。

优选地，所述热通道外框和所述翅片加工成一体式结构。

优选地，相邻两个所述翅片之间的距离为4.28mm。

优选地，所述FTGP的端部与所述热通道外框之间焊接连接或加工成一体式结构。

优选地，相邻两个所述FTGP之间的距离为2.6mm。

优选地，多个所述换热模组规则排列连接为一体，两个相邻的所述换热模组共用一个所述热通道外框。

本实用新型的有益效果是：本实用新型实施例提供的FTGP翅片换热器，通过使用S形曲线状的多个FTGP间隔排列构成冷通道，并将冷通道设置在两个热通道外框之间，使用时，所述热通道外框中通入热流体，所述冷通道的所述FTGP的间隙中通入冷流体，在FTGP中发生相变传热，实现冷热流体的换热。将本实施例提供的换热器应用到航空发动机中时，紧凑度可达到1412，质量功率比可达到387kW/kg，极大的提高了紧凑度和质量功率比，能够满足未来航空发动机中用更小的空间和更轻的换热设备实现高功率换热的要求。

附图说明

图1为本实用新型提供的FTGP翅片换热器的前视图；

图2为本实用新型提供的FTGP翅片换热器的整体结构示意图；

图3a为本实用新型提供的FTGP翅片换热器的工作原理示意图；

图3b本实用新型提供的FTGP翅片换热器的热端激发TGP内部相变传热机理图；

图3c本实用新型提供的FTGP翅片换热器的冷端TGP强化对流换热机理图；

图4为实施例一提供的航空发动机的冷却空气系统结构示意图；

图5为实施例二提供的航空发动机的中间冷回热系统结构示意图；

图6为实施例三提供的航空发动机的预冷系统结构示意图；

图7a1、7a2为实施例一、二、三各系统中叉流式换热器结构示意图；

图7b为实施例一、二、三各系统中逆流式换热器结构示意图；

图7c为实施例一、二、三各系统中叉逆流式换热器结构示意图。

图中，各符号的含义如下：

1热通道外框、2热流体、3翅片、4FTGP、5冷流体、6进气道空气、7间冷器、8海水/淡水换热器、9管道阀、10燃烧室、11燃料、12高压涡轮、13动力涡轮导向器、14动力涡轮、15低压涡轮、16回热气器、17尾气、18风扇、19高压压气机、20扩散器、21空空换热器、22冷却空气、23旁路系统、24燃油、25机匣、26燃烧室、27高压压气机引气、28封条、29隔板、30板束体、31进气道、32预冷器、33涡轮增压器、34氦循环器、35换热器、36液氢泵、37液氧泵、38预混燃烧器、39火箭发射机。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-2所示，本实用新型实施例提供了一种FTGP翅片换热器，包括多个换热模组，每个所述换热模组均包括两个热通道外框1，两个热通道外框1之间的区域设置为冷通道，所述冷通道由多个FTGP4间隔排列构成，FTGP4设置为S形曲线状；使用时，热通道外框1中通入热流体2，所述冷通道中相邻两个FTGP的间隙中通入冷流体5。

上述结构中，在冷通道中的间隔排列的FTGP，既做基板又做翅片，起到导热和散热的作用。在使用过程中，在热通道外框中通入热流体，冷通道相邻两个FTGP的间隙中通入冷流体，与热流体侧接触的FTGP为蒸发端，与冷流体接触的FTPG为冷凝端，热流体的热量传递给FTGP，使得FTGP中的工质蒸发或沸腾吸热，蒸汽在压差作用下流向冷凝端，进行冷凝散热，将热量传递给冷流体，进而实现冷热流体的换热。其工作原理如图3a、3b和3c所示。

所以，本实用新型实施例提供的换热器，通过使用S形曲线状的多个FTGP(Flexible Thermal Ground Plane，柔性均热版)间隔排列构成冷通道，将具有更高换热能力的相变换热(当量换热系数10⁴W/m²K)巧妙地引入换热器中，利用均热板在二维甚至三维方向具有较高当量热导系数(可达到铜的3-5倍)的特点，以实现换热器的减重和质量功率比的极大的提高，使得将本实施例提供的换热器应用到航空发动机中时，紧凑度可达到1412，质量功率比可达到387kW/kg，能够满足未来航空发动机中用更小的空间和更轻的换热设备实现高功率换热的要求。

本实施例中，每个热通道外框1内均间隔排列有翅片3。

上述结构中，由于在使用过程中，需要在热通道外框中通入热流体，所以，在外框中间隔排列一些翅片，可以增加换热面积，提高换热器的换热效率。

本实施例中，热通道外框1和翅片3均可以由铝材料制备而成。

本实施例中，热通道外框1和翅片3可加工成一体式结构。

如本领域技术人员可以理解的，也可以将热通道外框和翅片通过其他的连接方式进行连接。

本实施例中，相邻两个翅片3之间的距离可以为4.28mm。

本实施例中，热通道翅片的距离为4.28mm，使得换热器的紧凑度能够达到1000以上，同时质量功率比能够达到300以上。

如本领域技术人员可以理解的，热通道中的相邻两个翅片之间的距离还可以根据不同的要求进行相应的设计。

本实施例中，FTGP4的端部与热通道外框1之间焊接连接或加工成一体式结构。

本实施例中，相邻两个FTGP4之间的距离可以为2.6mm。

本实施例中，相邻两个FTGP4之间的距离选择为2.6mm，可以使得换热器的紧凑度能够达到1000以上，同时质量功率比能够达到300以上。

如本领域技术人员可以理解的，相邻两个FTGP之间的距离还可以根据不同的要求进行相应的设计。

本实施例中，多个所述换热模组横向排列连接为一体，两个相邻的所述换热模组共用一个所述热通道外框。

采用上述结构，可以比较灵活的得到不同规模尺寸的换热器，同时也有利于后期对换热器的维修和更新等操作。

本实用新型实施例提供的FTGP翅片换热器，在未来航空发动机中的应用可以参见如下三个实施例：

实施例一

如图4所示，在航空发动机冷却冷却空气系统中，通过空空换热器来冷却冷却空气，提高冷却空气的品质来进一步降低热端部件的温度。

实施例二

如图5所示，在航空发动机间冷回热系统中，主流气体通过间冷器(换热器)与外涵空气进行热交换，空气温度降低后进入高压压气机，增加进气流量，减小压气机的压缩功；同时通过回热环节，回收涡轮出口排气的热量，增大能量的利用率。

实施例三

如图6所示，航空发动机预冷系统是在常规涡轮发动机的压气机前部加装预冷换热器，冷却进气道中的气流，使气流温度下降，扩展涡轮发动机的可工作范围。

上述三个实施例的应用到航空发动机中的FTGP翅片换热器，可以采用以下三种不同的流动方式：叉流式(可参见图7a1、7a2)、逆流式(可参见图7b)、叉逆流式(可参见图7c)。

综合以上实施例，可知航空发动机换热器的设计有如下基本要求：首先要保证发动机的正常工作，其次是本身的良好运转，在此基础上要追求尺寸小、质量轻以及高可靠性，并以最优化的方式来实现动力传动整体结构和性能要求。因此，在换热器设计中，应从结构、能耗、可靠性、运行以及工艺等方面进行如下要求：

·换热器结构紧凑、尺寸小、重量轻；

·在所有可能出现的负荷及外部条件下，换热器都能可靠地工作并达到发动机工作要求；

·满足发动机工作环境下的强度和可靠性要求；

·换热器在系统中布置合理，便于安装、拆卸和监测。

本实施例提供的均热板换热器能够很好的满足以上的要求，从而可以很好的应用于航空发动机中。

通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本实用新型实施例提供的FTGP翅片换热器，通过使用S形曲线状的多个FTGP间隔排列构成冷通道，并将冷通道设置在两个热通道外框之间，使用时，所述热通道外框中通入热流体，所述冷通道的所述FTGP的间隙中通入冷流体，在FTGP中发生相变传热，实现冷热流体的换热。将本实施例提供的换热器应用到航空发动机中时，紧凑度可达到1412，质量功率比可达到387kW/kg，极大的提高了紧凑度和质量功率比，能够满足未来航空发动机中用更小的空间和更轻的换热设备实现高功率换热的要求。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。