CN101533917A - 一种加热与制冷流动液体的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种加热与制冷流动液体的装置属于温度控制系统领域。装置采用双层回形通道加热或制冷流动液体，它具有外形尺寸相同的前加热板、后加热板和中间加热板；中间加热板是一个长方板，它的一面加工有横截面为半圆形的中间加热板正面回形凹槽，另一面也加工有横截面为半圆形的中间加热板背面回形凹槽。前加热板和后加热板在朝向中间加热板的接触面上分别加工有横截面为半圆形的前加热板回形凹槽和后加热板回形凹槽，金属软管放置于回形凹槽中，形成双层回形通道。加热板的外侧面贴有四个半导体制冷片，通过给加热板加热间接控制流动液体的温度。本发明结构简单，无液体密封问题，维护方便，实现了均匀、快速的加热或制冷流动液体。
Description
技术领域
本发明一种加热与制冷流动液体的装置属于温度控制系统领域，特别涉及的是应用于快速加热与制冷流动液体温度的装置。
背景技术
直接液体燃料电池是一种直接将储存在液体燃料和氧化剂中的化学能高效、无污染地转化为电能的发电装置。它以其高效、环保、能量密度高、储存携带方便等突出优点，被认为是便携式电子设备的理想电源，受到越来越广泛的重视。
燃料电池技术正处于研发阶段，影响直接液体燃料电池实用化的因素主要有：性能价格比低，长期工作的可靠性和稳定性不理想。电池性能和寿命的影响因素，除了电池的膜电极材料与制备工艺、电池结构设计和组装工艺以外，运行条件如温度和流量都会对电池的性能和寿命产生显著影响。电池运行温度影响催化剂活性、膜的湿化、电池内部的传质以及电池的热平衡。液体燃料过高的温度影响电池寿命甚至损坏电池，过低的温度则严重影响电池的性能。直接液体燃料的流量影响电池内部的传质，流量过小会导致阳极燃料供给不足，引起电池的浓差极化；而流量过大又会增加阳极燃料从阳极到阴极的窜流，同时冷却催化剂表面温度从而降低催化剂活性，降低燃料电池的性能。在燃料电池的运行过程中，不同工况下温度和流量对电池的性能影响不同。因此，在研究温度和流量等运行参数对电池性能和寿命影响的过程中，需要控制液体燃料的温度和流量。
目前，液体加热器有多种形式，但多数是用于静止液体的加热装置。中国专利ZL200520109719.5介绍了一种在液体流动时进行加热的加热器，采用若干个电加热体加热石英管内的液体。包括一个筒状耐热管和多个电加热体。其中石英耐热管内部设有数个独立空间的加热体容腔，每个加热体容腔内的液体流道均与相邻加热体容腔内的液体流道相通。并且在每个加热体容腔内设有电加热体。当液体流经石英管内部的流道时被电加热体加热，设定温度的液体从导出管流出。整个加热器里被加热流体的腔体体积较大，若增加供应给电加热体的电力，则在设置预定温度之后需要一段较长时间才能稳定的输出设定温度的液体。当设定温度调低之后同样需要较长时间才能稳定输出调整后温度的液体。美国专利US5381510公开了另一种形式的流动液体加热器。其具有一个带有蛇形流场结构的平板，平板的一端留有蛇形流场的入口，另一端留有出口。平板的上、下表面紧密附有易于导热的柔性铝箔，用于导热和隔断相邻流道间的串流，每个铝箔的外部为加热板。加热板通过铝箔对流经平板上蛇形流场的流体进行加热。但是蛇形流场的尺寸太大影响加热效果，尺寸太小则增加流场加工难度，而且平板和铝箔的密封比较困难。
发明内容
本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺陷，提供一种加热与制冷流动液体的装置，在相邻加热板的接触面上铣出回形凹槽，两层凹槽在中间加热板的通孔处连通，金属软管内嵌于凹槽中作为流动液体的通道。双层回形通道大大增加了流体在加热装置中的流动时间，有利于充分传热。采用半导体制冷片通过加热板间接给流动液体加热或制冷，液体加热或制冷快速均匀，可以很快跟踪设定的流动液体温度。
本发明采用的技术方案是：一种加热与制冷流动液体的装置，其特征是：采用双层回形通道加热或制冷流动液体，装置具有外形尺寸相同的前加热板4、后加热板7和中间加热板6；中间加热板6是一个长方板，它的一面加工有横截面为半圆形的中间加热板正面回形凹槽h，另一面也加工有横截面为半圆形的中间加热板背面回形凹槽i，在中间加热板6中心有一个通孔d，通过定位销16在中间加热板6的两侧分别安装有前加热板4和后加热板7，前加热板4和后加热板7在朝向中间加热板6的接触面上分别加工有横截面为半圆形的前加热板回形凹槽g和后加热板回形凹槽a；金属软管5放置于前加热板回形凹槽g和中间加热板正面回形凹槽h中，形成横截面为圆形的回形通道，并且穿过中间加热板6的通孔d后，放置于中间加热板背面回形凹槽i和后加热板回形凹槽a中，整体形成双层回形通道，在金属软管5与回形通道之间填充导热硅脂25；前隔热板2和后隔热板9上分别各有两个与半导体制冷片3形状相同的长方体空腔m，并通过散热片螺栓18和散热片螺母26对称安装于前加热板4和后加热板7的外面；4个半导体制冷片3分别嵌入4个长方体空腔m中，4个半导体制冷片3的制热面n分别朝向前加热板4和后加热板7，在半导体制冷片3的制冷面p安装有4个散热片11；4个散热片11通过散热片螺栓18和散热片螺母26分别固定在前隔热板2和后隔热板9的外面，在4个散热片11与前隔热板2和后隔热板9的缝隙处填充导热硅脂25；散热片螺栓18外部套有螺栓塑料保温套15；4个散热片11的外面分别安装有4个风扇10，并在散热片11和风扇10之间的缝隙处填充导热硅脂25；前加热板4、中间加热板6和后加热板7的上、下、左、右面各覆盖有上隔热支架13、下隔热支架1、左隔热支架12和右隔热支架14，与前隔热板2和后隔热板9共同将三个加热板包围；左隔热支架12通过左支架螺钉19固定在前隔热板2和后隔热板9的左侧面，右隔热支架14通过右支架螺钉20固定在前隔热板2和后隔热板9的右侧面，上隔热支架13通过上支架螺钉17固定在前隔热板2和后隔热板9的上侧面，下隔热支架1的底面加工有螺钉沉槽q，并通过下支架螺钉8固定在前隔热板2和后隔热板9的下侧面。
本发明的显著效果是加热装置结构简单，无液体密封问题，便于操作。双层回形通道大大增加了流体在加热装置中的流动时间，有利于充分传热。能够均匀、快速的加热或制冷流动液体，当改变加热温度时能够快速稳定地输出设定温度的液体。
附图说明
图1是一种加热与制冷流动液体装置的主视图，图2是图1的A-A剖视图，图3是图2的B-B剖视图，图4是图2的C-C剖视图，图5是图1的左视图，图6是三个加热板的立体向左展开图，图7是三个加热板的立体向右展开图，图8是中间加热板与金属软管的装配关系图。其中：1-下隔热支架，2-前隔热板，3-半导体制冷片，4-前加热板，5-金属软管，6-中间加热板，7-后加热板，8-下支架螺钉，9-后隔热板，10-风扇，11-散热片，12-左隔热支架，13-上隔热支架，14-右隔热支架，15-螺栓塑料保温套，16-定位销，17-上支架螺钉，18-散热片螺栓，19-左支架螺钉，20-右支架螺钉，21-半导体制冷片正极电源线，22-半导体制冷片负极电源线，23-风扇正极电源线，24-风扇负极电源线，25-导热硅脂，26-散热片螺母，a-后加热板回形凹槽，b-后加热板保温套孔，c-后加热板定位孔，d-通孔，e-前加热板定位孔，f-前加热板保温套孔，g-前加热板回形凹槽，h-中间加热板正面回形凹槽，i-中间加热板背面回形凹槽，j-中间加热板定位孔，k-中间加热板保温套孔，m-长方体空腔，n-制热面，p-制热面，q-螺钉沉槽。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的实施。如附图1、2、3、4、5、6、7、8所示，该发明一种加热与制冷流动液体的装置，采用半导体制冷片给加热板加热，进而传热给金属软管中的流动液体的间接加热方式，通过回形管路增加液体在加热装置中的流动路径，延长液体在加热装置中的流动时间。它主要包括三个加热板、一条金属软管、四个半导体制冷片、四个散热器、两个隔热板、四个隔热支架和四个风扇。
前加热板4、中间加热板6和后加热板7为三块外形尺寸相同依次叠放在一起的长方体铜板。前加热板4的一面、中间加热板6的双面和后加热板7的一面分别铣出一个横截面为半圆形的前加热板回形凹槽g、中间加热板正面回形凹槽h、中间加热板背面回形凹槽i和后加热板回形凹槽a。前加热板4和中间加热板6紧密叠放后，前加热板回形凹槽g和中间加热板正面回形凹槽h形成横截面成圆形的回形通道，通道的一端开口在中间加热板6的左下端，另一端开口在中间加热板6的通孔d(位于中间加热板6的中心)处。中间加热板6和后加热板7紧密叠放后，中间加热板背面回形凹槽i和后加热板回形凹槽a形成横截面成圆形的回形通道，通道的开口一端在中间加热板6的左上端，另一端开口在中间加热板6的通孔d处。为了保证前加热板回形凹槽g和中间加热板正面回形凹槽h以及中间加热板背面回形凹槽i和后加热板回形凹槽a之间形成的通道横截面为圆形，前加热板4、中间加热板6和后加热板7的右下角分别开有前加热板定位孔e、中间加热板定位孔j和后加热板定位孔c，并通过定位销16定位夹紧。三层加热板之间的凹槽形成了一种双层回形通道。
用于液体流动通道的金属软管5可采用不锈钢材料，将其盘成与双层回形通道相同的形状，放置于前加热板回形凹槽g和中间加热板正面回形凹槽h以及中间加热板背面回形凹槽i和后加热板回形凹槽a形成的横截面为圆形的回形通道中，两层之间通过中间加热板6的通孔d连通。金属软管5的入口在中间加热板6的左下端，出口在中间加热板6的左上端。在金属软管5与回形通道之间填充导热硅脂25，以确保金属软管5和3个加热板之间的导热良好。
前隔热板2和后隔热板9可采用聚四氟乙烯或高压聚乙烯材料的长方体板，通过散热片螺栓18和散热片螺母26分别固定于前加热板4和后加热板7的外侧，用于3个加热板的保温，防止加热板的热量散失到外界环境中。其上分别挖空两个与半导体制冷片3形状相同的长方体空腔m。散热片螺栓18外部套有螺栓塑料保温套15，以防止前加热板4和后加热板7的热量从散热片螺栓18上散失。
将4个相同规格的半导体制冷片3分别嵌入前隔热板2和后隔热板9的长方体空腔m中，4个半导体制冷片3的制热面n都紧密贴着前加热板4和后加热板7且缝隙处填充导热硅脂25，保证半导体制冷片3与前加热板4和后加热板7之间的导热良好。4个相同规格的纯铜散热片11分别紧密贴在4个半导体制冷片3的制冷面p，用于半导体制冷片3的热量或者冷气向外界环境中扩散，防止半导体制冷片3的制冷面p和制热面m温差太大而造成半导体制冷片3的损坏。半导体制冷片3和散热片11的缝隙处填充导热硅脂25，保证两者之间的导热良好。4个散热片11通过散热片螺栓18和散热片螺母26分别固定在前隔热板2和后隔热板9的外面。4个风扇10通过自身结构所带的卡箍直接安装在4个散热片11的外面，用于增加空气对流，加强散热片11热量或者冷气的扩散，减小制冷面p和制热面m的温差。
可采用聚四氟乙烯或高压聚乙烯材料的长方体板材：上隔热支架13、下隔热支架1、左隔热支架12和右隔热支架14，分别从上、下、左、右四个方向共同包住前加热板4、中间加热板6和后加热板7，与前隔热板2和后隔热板9共同将3个加热板与外界环境隔开，起到保温作用。左隔热支架12通过左支架螺钉19固定在前隔热板2和后隔热板9的左侧面，右隔热支架14通过右支架螺钉20固定在前隔热板2和后隔热板9的右侧面，上隔热支架13通过上支架螺钉17固定在前隔热板2和后隔热板9的上侧面，下隔热支架1通过下支架螺钉8固定在前隔热板2和后隔热板9的下侧面，起保温和支撑整个加热装置的双层作用。此外，下隔热支架1的底面加工有下支架螺钉8的螺钉沉槽q，保证下隔热支架1的底面的平整。
本发明一种加热流动液体的装置工作原理如下：将直接液体燃料电池的液体燃料定流量通入金属软管5中，并将液体温度传感器放于金属软管5的出口处，用于监测流动液体的温度。当半导体制冷片正极电源线21接通12V开关电源的电源正，半导体制冷片负极电源线22接通12V开关电源的电源地时，半导体制冷片3开始工作，其制热面m产生热量，前加热板4、中间加热板6和后加热板7温度上升，继而给金属软管5里的液体燃料加热，同时前隔热板2、后隔热板9、上隔热支架13、下隔热支架1、左隔热支架12和右隔热支架14大大减小了三个加热板的热量向周围环境中散失。当液体燃料的温度到达设定的目标温度时，断开半导体制冷片3与12V开关电源的连接，半导体制冷片3停止加热。通过控制半导体制冷片3的供电时间来调节前加热板4、中间加热板6和后加热板7的温度恒定在一个设定值，从而控制金属软管5出口流动的液体燃料温度。当需要降低液体燃料的温度时，半导体制冷片正极电源线21接通12V开关电源的电源地，半导体制冷片负极电源线22接通12V开关电源的电源正。则半导体制冷片3的制热面m开始制冷，前加热板4、中间加热板6和后加热板7温度降低，从而流动液体燃料的温度降低，当液体燃料达到设定的目标温度时，断开半导体制冷片3与12V开关电源的连接。在半导体制冷片3工作的时候，风扇正极电源线23接通5V供电电源的电源正，风扇负极电源线24接通5V供电电源的电源地。风扇10处于工作状态，用于增加周围空气的对流，有助于半导体制冷片3制冷面p的冷气或热量及时扩散到周围空气中，减小半导体制冷片3制冷面p和制热面m的温差，防止半导体制冷片3因两面温差太大而损坏。
本发明使用电能有效加热流动液体，控制迅速。采用在有效空间内尽可能延长液体流动通道长度的方法，实现了流动液体的温度精确控制，提供了一种流动液体的快速加热与制冷装置。
Claims (1)
1.一种加热与制冷流动液体的装置，其特征在于，采用双层回形通道加热或制冷流动液体，装置具有外形尺寸相同的前加热板(4)、后加热板(7)和中间加热板(6)；中间加热板(6)是一个长方板，它的一面加工有横截面为半圆形的中间加热板正面回形凹槽(h)，另一面加工有横截面为半圆形的中间加热板背面回形凹槽(i)，在中间加热板(6)中心有一个通孔(d)，通过定位销(16)在中间加热板(6)的两侧分别安装有前加热板(4)和后加热板(7)，前加热板(4)和后加热板(7)在朝向中间加热板(6)的接触面上分别加工有横截面为半圆形的前加热板回形凹槽(g)和后加热板回形凹槽(a)；金属软管(5)放置于前加热板回形凹槽(g)和中间加热板正面回形凹槽(h)中，形成横截面为圆形的回形通道，并且穿过中间加热板(6)的通孔(d)后，放置于中间加热板背面回形凹槽(i)和后加热板回形凹槽(a)中，整体形成双层回形通道，在金属软管(5)与回形通道之间填充导热硅脂(25)；前隔热板(2)和后隔热板(9)上分别各有两个与半导体制冷片(3)形状相同的长方体空腔(m)，并通过散热片螺钉(18)对称安装于前加热板(4)和后加热板(7)的外面；4个半导体制冷片(3)分别嵌入4个长方体空腔(m)中，4个半导体制冷片(3)的制热面(n)分别朝向前加热板(4)和后加热板(7)，在半导体制冷片(3)的制冷面(p)安装有4个散热片(11)；4个散热片(11)通过散热片螺钉(18)分别固定在前隔热板(2)和后隔热板(9)的外面，在4个散热片(11)与前隔热板(2)和后隔热板(9)的缝隙处填充导热硅脂(25)；散热片螺钉(18)外部套有螺钉塑料保温套(15)；4个散热片(11)的外面分别安装有4个风扇(10)，并在散热片(11)和风扇(10)之间的缝隙处填充导热硅脂(25)；前加热板(4)、中间加热板(6)和后加热板(7)的上、下、左、右面各覆盖有上隔热支架(13)、下隔热支架(1)、左隔热支架(12)和右隔热支架(14)，与前隔热板(2)和后隔热板(9)共同将三个加热板包围；左隔热支架(12)通过左支架螺钉(19)固定在前隔热板(2)和后隔热板(9)的左侧面，右隔热支架(14)通过右支架螺钉(20)固定在前隔热板(2)和后隔热板(9)的右侧面，上隔热支架(13)通过上支架螺钉(17)固定在前隔热板(2)和后隔热板(9)的上侧面，下隔热支架(1)的底面加工有螺钉沉槽(q)，并通过下支架螺钉(8)固定在前隔热板(2)和后隔热板(9)的下侧面。
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| CN103869249A (zh) * | 2012-12-14 | 2014-06-18 | 上海汽车集团股份有限公司 | 电瓶试验台设备 |
| CN106394306A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-02-15 | 中车株洲电力机车有限公司 | 一种悬浮电磁铁封装结构及悬浮电磁铁 |
| CN109962262A (zh) * | 2019-03-18 | 2019-07-02 | 东莞众创新能源科技有限公司 | 温控机构及具有温控机构的燃料电池 |
| CN111029614A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-17 | 天津中德应用技术大学 | 基于半导体致冷器的质子交换膜燃料电池堆温度控制装置及其方法 |
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2009
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