基于三周期极小曲面的换热核心单元结构、制作方法及换热器技术

本发明专利技术的基于三周期极小曲面的换热核心单元结构、制作方法及换热器，通过三周期最小曲面(Triply Periodic Minimal Surface)TPMS结构分别填充换热器两端冷热介质的流道，再通过增材制造的方法，使这种复杂曲面结构产生的换热器固体壁面区域得以成型，最终得到一种在单位体积的换热面积提高三倍以上的换热核心单元，达到较高的换热性能，解决了现有技术的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
基于三周期极小曲面的换热核心单元结构、制作方法及换热器


[0001]本专利技术涉及强化热量交换设备技术，特别是涉及一种基于三周期极小曲面的换热核心单元结构、制作方法及换热器。

技术介绍

[0002]随着人们生活水平和物质需求的快速提升，能源需求逐年升高。根据2020年BP的世界能源战网，至2030年全球能源需求会提升30％。然而，能源消耗的过程必然会带来热量的释放，这些热量过度的积累必然会对能源消耗系统造成不利影响。
[0003]例如，为了提高续航里程，新能源汽车的电池组容量的需要不断增大，而车辆，随之而来的发电过程带来更多的热量需要更高效的换热设备去排出或再利用，以保证系统的稳定性和高效性。同样的，随着微处理器计算能力的不断提高，单位时间积累的热量也变大，对其的散热要求也越来越高。然后，这两种应用场景的共同特点都在于，对空间大小的限制都较苛刻，即单位体积内的需求热量交换也随之更高。综上所述，对于高性能小体积的热量交换设备的需求增大的趋势不可避免。
[0004]传统的换热设备由于受到设计能力和机械加工手段的限制，在增大换热面积、提高单位体积换热性能上已经处于发展瓶颈阶段。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于三周期极小曲面的换热核心单元结构、制作方法及换热器，用于解决现有技术中由于受到设计能力和机械加工手段的限制，很难提供一种在现有技术的基础上再增大换热面积以及提高单位体积换热性能的方案等问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于三周期极小曲面的换热核心单元结构，为3D打印结构，所述结构包括：换热区域壳体结构，其内部具有：冷介质流道以及热介质流道；填充于所述冷介质流道、热介质流道内且具有三周期极小曲面多孔结构的换热填充结构；其中，所述三周期极小曲面多孔结构由隐函数数学表达式以及设置参数生成。
[0007]于本专利技术的一实施例中，所述三周期极小曲面多孔结构的生成方式包括：输入描述所述换热区域壳体结构的三维换热区域壳体模型；基于所述三维换热区域壳体模型，获取分别对应冷介质流道以及热介质流道的冷介质流道模型结构以及热介质流道模型结构；基于所述冷介质流道模型结构以及热介质流道模型结构，由隐函数数学表达式以及设置的设置参数生成对应的三周期极小曲面多孔结构，以供填充于所述冷介质流道、热介质流道内。
[0008]于本专利技术的一实施例中，所述隐函数数学表达式的类型包括：Gyroid、Schwarz、Splitp、Lidinoid、I
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WP、Scherk's、Skeletal以及Neovius中的一种或多种数学表达式。
[0009]于本专利技术的一实施例中，所述设置参数包括：晶格的结构类型、晶格结构大小、晶格结构厚度、偏离t长度、轴向晶格大小、高度方向晶格大小、轴向方向对称数量、轴向高度以及在空间体积内以不同体积密度阵列方式以实现变周期变密度的功能中的一种或多种。
[0010]于本专利技术的一实施例中，所述换热区域壳体结构以及换热填充结构由所述三维换热区域壳体模型以及所述三周期极小曲面多孔结构经过激光选区熔融3D打印获得。
[0011]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于三周期极小曲面的换热核心单元结构的制作方法，所述方法包括：基于三维换热区域壳体结构模型，根据隐函数数学表达式以及设置参数生成三周期极小曲面多孔结构；其中，三维换热区域壳体结构模型其内部包括：冷介质流道模型结构以及热介质流道模型结构；将所述三周期极小曲面多孔结构填充入所述三维换热区域壳体模型所对应的冷介质流道模型结构以及热介质流道模型结构中，以获得换热核心单元结构模型；对所述换热核心单元结构模型进行3D打印，获得换热核心单元结构；其中，所述换热核心单元结构包括：对应所述三周期极小曲面多孔结构的换热填充结构以及对应三维换热区域壳体模型且其内部具有填充有所述换热填充结构的冷介质流道以及热介质流道的换热区域壳体结构。
[0012]于本专利技术的一实施例中，所述基于三维换热区域壳体结构模型，根据隐函数数学表达式以及设置参数生成三周期极小曲面多孔结构包括：输入三维换热区域壳体模型；基于所述三维换热区域壳体模型，获取分别对应冷介质流道以及热介质流道的模型结构；基于所述冷介质流道以及热介质流道的模型结构，由隐函数数学表达式以及设置的设置参数生成可供填充于所述冷介质流道以及热介质流道内的三周期极小曲面多孔结构。
[0013]于本专利技术的一实施例中，所述对所述换热核心单元结构模型进行3D打印，获得换热核心单元结构的方式包括：基于设定的打印参数，对所述换热核心单元结构模型进行3D打印，获得换热核心单元结构；其中，所述打印参数包括：激光功率、光斑直径、扫描速度、扫描路径、扫描间距以及扫描层厚中的一种或多种。
[0014]于本专利技术的一实施例中，所述对所述换热核心单元结构模型进行3D打印，获得换热核心单元结构的方式包括：对所述换热核心单元结构模型进行激光选区熔融3D打印，获得热核心单元结构。
[0015]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种换热器，包括：一或多个所述的基于三周期极小曲面的换热核心单元结构。
[0016]如上所述，本专利技术的一种基于三周期极小曲面的换热核心单元结构、制作方法及换热器，具有以下有益效果：本专利技术通过三周期最小曲面(Triply Periodic Minimal Surface)TPMS结构分别填充换热器两端冷热介质的流道，再通过增材制造的方法，使这种复杂曲面结构产生的换热器固体壁面区域得以成型，最终得到一种在单位体积的换热面积提高三倍以上的换热核心单元，达到较高的换热性能。
附图说明
[0017]图1显示为本专利技术一实施例中的基于三周期极小曲面的换热核心单元结构的结构示意图。
[0018]图2显示为本专利技术一实施例中的基于三周期极小曲面的换热核心单元结构的内部结构示意图。
[0019]图3显示为本专利技术一实施例中的三周期极小曲面多孔结构示意图。
[0020]图4显示为本专利技术一实施例中的基于三周期极小曲面的换热核心单元结构制作方法的流程示意图。
[0021]图5显示为本专利技术一实施例中的换热能力测试结果示意图。
[0022]图6显示为本专利技术一实施例中的冷流体通道的填充示意图。
[0023]图7显示为本专利技术一实施例中的热流体通道的填充示意图。
[0024]图8显示为本专利技术一实施例中的基于三周期极小曲面的换热核心单元结构的内部结构示意图。
[0025]图9显示为本专利技术一实施例中的基于三周期极小曲面的换热核心单元结构的外形结构示意图。
[0026]图10显示为本专利技术一实施例中的换热器的结构示意图。
具体实施方式
[0027]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三周期极小曲面的换热核心单元结构，其特征在于，为3D打印结构，所述结构包括：换热区域壳体结构，其内部具有：冷介质流道以及热介质流道；填充于所述冷介质流道、热介质流道内且具有三周期极小曲面多孔结构的换热填充结构；其中，所述三周期极小曲面多孔结构由隐函数数学表达式以及设置参数生成。2.根据权利要求1中所述的基于三周期极小曲面的换热核心单元结构，其特征在于，所述三周期极小曲面多孔结构的生成方式包括：输入描述所述换热区域壳体结构的三维换热区域壳体模型；基于所述三维换热区域壳体模型，获取分别对应冷介质流道以及热介质流道的冷介质流道模型结构以及热介质流道模型结构；基于所述冷介质流道模型结构以及热介质流道模型结构，由隐函数数学表达式以及设置的设置参数生成对应的三周期极小曲面多孔结构，以供填充于所述冷介质流道、热介质流道内。3.根据权利要求1或2中所述的基于三周期极小曲面的换热核心单元结构，其特征在于，所述隐函数数学表达式的类型包括：Gyroid、Schwarz、Splitp、Lidinoid、I
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WP、Scherk's、Skeletal以及Neovius中的一种或多种数学表达式。4.根据权利要求1或2中所述的基于三周期极小曲面的换热核心单元结构，其特征在于，所述设置参数包括：晶格的结构类型、晶格结构大小、晶格结构厚度、偏离t长度、轴向晶格大小、高度方向晶格大小、轴向方向对称数量、轴向高度以及在空间体积内以不同体积密度阵列方式以实现变周期变密度的功能中的一种或多种。5.根据权利要求2中所述的基于三周期极小曲面的换热核心单元结构，其特征在于，所述换热区域壳体结构以及换热填充结构由所述三维换热区域壳体模型以及所述三周期极小曲面多孔结构经过激光选区熔融3D打印获得。6.一种基于三周期极小曲面的换热核心单元结构的制作方法，其特征在于，所述方法包括：基于三维换热区域壳体结构模型，根据隐函数数学表达式以及设置参数生...

【专利技术属性】
技术研发人员：王韦昊，赵荣发，翟梓融，武颖娜，杨锐，
申请(专利权)人：上海联和投资有限公司，
类型：发明
国别省市：