[发明专利]一种冷却器

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷却器，尤其是涉及一种高速气流的低流阻冷却器，适用于来流为高温、高速气流，要求冷却设备流阻低的场合，如火箭发动机、冲压发动机、航空发动机试验系统以及烧蚀试验系统等。

背景技术

某些火箭发动机、冲压发动机、航空发动机试验系统以及烧蚀试验系统需要配置冷却器，其功能是将高温、高速气流冷却，以便进行后续处理。例如主动引射火箭发动机高空模拟试验台，发动机燃气温度可达2800K以上，一般在扩压器和引射器之间设置一个冷却器，将发动机燃气温度降低到373K以下，以保护下游设备，同时可以减小发动机燃气比容，降低引射系统抽气负载，进而降低设备规模和成本。

目前，常用的冷却器有套管式冷却器、壳管式冷却器、管式冷却器、板式冷却器、翅片管式冷却器及板翅式冷却器等。

套管式冷却器由不同直径的两种管子套在一起组成的同心套管构成。小圆管内流过一种流体，小圆管外壁与大圆管内壁之间形成的环形空间流过另一种流体。小圆管的管壁就成为隔在两种流体之间的传热壁面。如果需要更大的传热面积时，可用多个套管连接起来工作，这种冷却器不适合用在流量较大的场合。

壳管式冷却器由许多根平行管组成的管束插入一个圆筒形壳体内构成。一种流体从管内流过，另一种流体在壳内从管外流过。为了确保流体按一定顺序流入管子，管板外装有管箱和隔板。壳体内还布置着许多横向折流板，以确保壳内流体横向流过管外，并有足够的流速。

管式冷却器换热面是由很多管子按一定方式排列成的管束构成的，管子两端连在管板上，形成管内、管外两侧分隔的通道。当采有外面带翅片的管子时，成为管翅式冷却器，使传热面积增大。

板式冷却器由一系列互相平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成。各传热板片按一定的顺序相叠即形成板片间的流道，冷、热流体在板片两侧各自的流道内流动，通过板片进行热交换。

板翅式冷却器是将波形翅片夹在两层隔板之间，两侧用封条密封，形成冷却器的基本单元。波形翅片可以是矩形、三角形、波纹形等形式。将许多这样的单元重叠起来就构成了板翅式冷却器。相邻单元，即隔板两侧，流过不同的流体，通过两侧带有翅片的平板传递热量。

以上各种冷却器应用于来流是高温、高速气流的情况下，存在以下问题：

(1)冷却器内气流扰动造成较大阻力；

(2)高温、高速气流在冷却器中部流速较快，而四周流速较慢，不能充分利用换热面积；

(3)冷却器内受热不均匀，造成焊缝、密封处应力集中，容易发生渗漏现象，导致整个系统不能正常运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有高温、高速气流冷却技术的不足，提供一种新的冷却器，尤其是适用于火箭发动机、冲压发动机、航空发动机试验系统以及烧蚀试验系统等来流是高温、高速气体，要求冷却器流阻低的场合。

为解决上述问题，本发明是通过以下方案实现的：冷却器由来流入口、外壳、扩张段、导流锥、光管冷却段、冷却光管、冷却光管冷却水入口、冷却光管冷却水出口、翅片管冷却段、冷却翅片管、冷却翅片管冷却水入口、冷却翅片管冷却水出口、导流锥冷却水出口、外壳冷却水出口、来流出口、导流锥冷却水入口、外壳冷却水入口组成，高温气流从来流入口进入冷却器，经过扩张段、光管冷却段、翅片管冷却段冷却后从来流出口流出冷却器。导流锥位于冷却器中部，来流从导流锥与外壳间设置了冷却光管及冷却翅片管的环形空间通过。外壳及导流锥采用夹层水冷形式，可防止高温来流对壁面造成烧蚀，同时对高温来流也具有冷却效果。

由于采用了上述方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)导流锥的设置使来流分布均匀，降低了流通面积突然增大造成的扰动，有利于降低流阻，并充分利用换热面积，同时导流锥本身对来流也具有冷却效果。

(2)冷却器前部来流温度较高处利用光管束换热结构，提高了设备耐高温性能，有利于降低管束流阻；后部来流温度降低后利用翅片管束，提高冷却器换热系数、增强换热效率，在有限区域内增大了冷却器换热面积。

(3)换热管束为圆弧形，受热膨胀所导致的热应力较小。

(4)换热管冷却水入口、出口具有较大容积的集水腔，使得各换热管入口、出口压差一致，从而使得换热管冷却水流量分配均匀，避免出现局部水流不畅导致过热产生水蒸气的问题。

附图说明

图1是本发明冷却器的主视图(剖视图)；

图2是沿图1中A-A线的剖视图；

图3是沿图1中B-B线的剖视图。

具体实施方式