CN105091638A - 一体化盘绕式热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一体化盘绕式热交换器，包括复合板式结构的热交换板，热交换板沿其长度方向弯折加工成特定的结构形状；热交换板内形成有具有一定结构形状的流体管道及具有一定结构形状的热超导管道；流体管道两端形成有开口；热超导管道为封闭管道，热超导管道内填充有传热工质。在热交换板内将热超导管道及流体管道组合在一起，提高了热交换板的均温性、热交换板与空气的温差和有效传热面积、以及热交换板的换热能力和效率；使得热交换器具有均温和高效换热的特性，缩短流体管道的长度，减小流动阻力和能耗，提高热交换器的效率；采用整块板盘绕或旋绕工艺，使相邻板间自然构成气流通道，结构紧凑，工艺简单，可靠性高。

Description

一体化盘绕式热交换器

技术领域

本发明涉及一种热交换器，特别是涉及一种一体化盘绕式热交换器。

背景技术

气液热交换器广泛应用于汽车散热器、空调的蒸发器和冷凝器，高铁动车牵引系统变流器的液冷系统、风电变流器冷却系统、数据中心等领域。随着技术的飞速发展，对热交换器的要求也越来越高，既要换热效率高、体积小、重量轻、又要噪声小，易维护，成本低。

目前通用的气液热交换器主要采用铜管外胀接铝散热片换热器，即液体管道为盘绕的铜管，铜管外胀接铝制散热片组，液体在管内流动，将热量通过管壁传导给散热片，由风扇驱动空气流过散热片，带走热量，降低管内液体的温度，从而实现将液体的热量散发到冷却空气中，达到系统冷却的目的。由于液体管道为串联，且管道长，流动阻力大，管外翅片与液体管道之间存在接触热阻，且采用的散热片导热系数在200W/m.k,，翅片效率较低，翅片尺寸较小，因此必须增加液体管道的长度，翅片的数量，才能满足散热需求，这也使得热交换器重量和体积增大，同时增加了液体循环的动力消耗，系统成本高、体积大、重量重。

热超导板是在一金属板上均匀设置有网格状的相互连通的封闭管道，在封闭的管道内充装有工作介质，构成具有导热速率快,均温性好,传热功率大的一种新型板式传热器件。

本发明就是将热超导板与液体流道复合在同一块板上，通过以盘绕、弯曲等加工方式，将复合板加工成具有一定结构形状的新型高效的气液热交换器。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种一体化盘绕式热交换器，用于解决现有技术中的气液热交换器由于液体管道为串联，且管道长，流动阻力大，管外翅片与液体管道之间存在接触热阻，且采用的散热片导热系数在200W/m.k,，翅片效率较低，翅片尺寸较小，而导致的必须增加液体管道的长度，翅片的数量，才能满足散热需求，使得热交换器重量和体积增大，同时增加了液体循环的动力消耗，系统成本高、体积大、重量重的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种一体化盘绕式热交换器，所述一体化盘绕式热交换器包括复合板式结构的热交换板，所述热交换板沿其长度方向弯折加工成特定的结构形状；

所述热交换板内形成有具有一定结构形状的流体管道及具有一定结构形状的热超导管道；所述流体管道两端形成有开口，所述开口适于与流体系统相连通，以在所述流体管道内通入流体；所述热超导管道为封闭管道，所述热超导管道内填充有传热工质。

作为本发明的一体化盘绕式热交换器的一种优选方案，所述热交换板沿其长度方向弯折加工成方形螺旋状、圆形螺旋状或蛇形状，且相邻热交换板表面之间形成有间隙。

作为本发明的一体化盘绕式热交换器的一种优选方案，所述流体管道的形状为单个U形、两个或多个平行排布的U形。

作为本发明的一体化盘绕式热交换器的一种优选方案，所述热超导管道的形状为六边形蜂窝状、圆形蜂窝状、四边形蜂窝状、首尾串联的多个U形、菱形、三角形、圆环形或其中任一种以上的任意组合。

作为本发明的一体化盘绕式热交换器的一种优选方案，所述流体管道及所述热超导管道均通过吹胀工艺形成，并在所述热交换板表面形成与所述热超导管道相对应的第一凸起结构及与所述流体管道相对应的第二凸起结构。

作为本发明的一体化盘绕式热交换器的一种优选方案，所述第一凸起结构及所述第二凸起结构分别形成于所述热交换板的不同表面上。

作为本发明的一体化盘绕式热交换器的一种优选方案，所述热交换板包括中间板材、第一板材及第二板材；所述第一板材、所述中间板材及所述第二板材依次叠置，所述第一板材及所述第二板材分别位于所述中间板材的两侧，并与所述中间板材通过辊压工艺复合在一起；

所述热超导管道位于所述中间板材及所述第一板材之间，所述第一凸起结构位于所述第一板材上；

所述流体管道形位于所述中间板材及所述第二板材之间，所述第二凸起结构位于所述第二板材上。

作为本发明的一体化盘绕式热交换器的一种优选方案，所述第一凸起结构及所述第二凸起结构形成于所述热交换板的同一表面上。

作为本发明的一体化盘绕式热交换器的一种优选方案，所述热交换板的两表面上均形成有所述第一凸起结构及所述第二凸起结构。

作为本发明的一体化盘绕式热交换器的一种优选方案，所述热交换板包括第一板材及第二板材；所述第一板材及所述第二板材通过辊压工艺复合在一起；

所述热超导管道及所述流体管道位于所述第一板材及所述第二板材之间；所述第一凸起结构及所述第二凸起结构同时位于所述第一板材上、所述第二板材上、或所述第一板材及所述第二板材上。

作为本发明的一体化盘绕式热交换器的一种优选方案，所述热超导管道的截面尺寸小于所述流体管道的截面尺寸。

如上所述，本发明的一体化盘绕式热交换器，具有以下有益效果：在一体化盘绕式热交换器的热交换板内将热超导管道及流体管道组合在一起，在热超导管道内充入传热工质，构成热超导传热器件，提高了热交换板的均温性；利用热超导板的导热速率快、均温性好的特点，提高了热交换板与空气的温差和有效传热面积、以及热交换板的散热能力和效率；使得一体化盘绕式热交换器具有均温和高效换热的特性，大大缩短流体管道的长度，减小流动阻力和能耗，提高热交换器的效率；采用整块板盘绕(或旋绕)工艺，使相邻板间自然构成气流通道，所述一体化盘绕时热交换器的结构紧凑，工艺简单，可靠性高；采用一体化热超导热交换板，流体阻力小，换热效率高，可广泛应用于空调、汽车、铁路、电力电子等各个行业与领域。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的一体化盘绕式热交换器中的热交换板沿其长度方向弯折加工成方形螺旋状的立体结构示意图。

图2显示为本发明实施例一中提供的一体化盘绕式热交换器中的热交换板沿其长度方向弯折加工成方形螺旋状的俯视结构示意图。

图3显示为本发明实施例一中提供的一体化盘绕式热交换器中的热交换板沿其长度方向弯折加工成蛇形状的俯视结构示意图。

图4显示为本发明实施例一中提供的一体化盘绕式热交换器中具有相互连通的六边形蜂窝状热超导管道的热交换板表面的结构示意图。

图5显示为本发明实施例一中提供的一体化盘绕式热交换器中具有单个U形的流体管道的热交换板表面的结构示意图。

图6显示为本发明实施例一中提供的一体化盘绕式热交换器中热交换板的截面局部结构示意图。

图7显示为本发明实施例二中提供的一体化盘绕式热交换器中具有相互连通的六边形蜂窝状热超导管道及两个平行排布的U形的流体管道的热交换板表面的结构示意图。

图8显示为本发明实施例二中提供的一体化盘绕式热交换器中热交换板的截面局部结构示意图。

元件标号说明

1非管道部分

2流体管道

201第二凸起结构

202流体管道内部空间

3流体进口接管

4流体出口接管

5热超导管道

501第一凸起结构

502热超导管道内部空间

503传热工质

6间隙

7热交换板

71第一板材

72中间板材

73第二板材

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图8需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1至图6，本发明提供一种一体化盘绕式热交换器，所述一体化盘绕式热交换器包括复合板式结构的热交换板7，所述热交换板7沿其长度方向弯折加工成特定的结构形状；所述热交换板7内设有双管道系统，所述热交换板7内形成有具有一定结构形状的流体管道2及具有一定结构形状的热超导管道5；所述流体管道2两端形成有开口，所述开口适于通过流体进口接管3及流体出口接管4与流体系统相连通，以在所述流体管道2的内部空间202内通入流体；所述热超导管道5为封闭管道，所述热超导管道5的内部空间502内填充有传热工质503。所述热超导管道5内充入传热工质503，构成热超导传热器件，提高了热交换板的均温性和热交换能力。

作为示例，所述热交换板7可以沿其长度方向弯折加工成方形螺旋状，如图1至图2所示，也可以沿其长度方向弯折加工成圆形螺旋状，还可以沿其长度方向弯折加工成蛇形状，如图3所示，且相邻热交换板7表面之间形成有间隙6。

需要说明的是，所述热交换板7沿其长度方向弯折加工成方形螺旋状是指所述热交换板7弯折加工成的结构的横截面形状为方形螺旋状，即如图2所示，所述结构的俯视结构示意图为方形螺旋状；同理，所述热交换板7沿其长度方向弯折加工成圆形螺旋状是指所述热交换板7弯折加工成的结构的横截面形状为圆形螺旋状，即所述结构的俯视结构示意图为圆形螺旋状；所述热交换板7沿其长度方向弯折加工成蛇形状是指所述热交换板7弯折加工成的结构的横截面形状为蛇形状，即如图3所示，所述结构的俯视结构示意图为蛇形状。采用整块板盘绕(或旋绕)工艺，将所述热交换板7弯折加工成特定的形状，且相邻所述热交换板7表面之间形成有间隙6，使相邻所述热交换板7表面之间自然构成气流通道，空气流经所述间隙6与所述热交换板7的表面充分接触进行热交换；形成的所述一体化盘绕式热交换器的结构紧凑，工艺简单，可靠性高。

作为示例，所述传热工质503为流体，优选地，所述传热工质503可以为气体或液体或气体与液体的混合物，更为优选地，本实施例中，所述传热工质503为液体与气体的混合物。

作为示例，所述流体管道2及所述热超导管道5均通过吹胀工艺形成，并在所述热交换板表面形成与所述热超导管道5相对应的第一凸起结构501及与所述流体管道2相对应的第二凸起结构201。

作为示例，所述第一凸起结构501及所述第二凸起结构201分别形成于所述热交换板的不同表面上。

作为示例，请参阅图6，所述热交换板7包括第一板材71、中间板材72及第二板材73；所述第一板材71、所述中间板材72及所述第二板材73依次叠置，所述第一板材71及所述第二板材73分别位于所述中间板材72的两侧，并与所述中间板材72通过辊压工艺复合在一起；所述热超导管道5位于所述中间板材72及所述第一板材71之间，所述第一凸起结构501位于所述第一板材71上；所述流体管道2位于所述中间板材72及所述第二板材73之间，所述第二凸起结构201位于所述第二板材73上。在一体化盘绕式热交换器的热交换板7内将所述热超导管道5及流体管道2组合在一起，利用所述热超导板的导热速率快、均温性好的特点，提高了所述热交换板7与空气的温差和有效传热面积、以及热交换板7的散热能力和效率；使得所述一体化盘绕式热交换器具有均温和高效换热的特性，大大缩短所述流体管道2的长度，减小流动阻力和能耗，提高热交换器的换热效率。

作为示例，所述热超导管道5的截面尺寸与所述流体管道2的截面尺寸可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述热超导管道5的截面尺寸小于所述流体管道2的截面尺寸。

作为示例，所述热超导管道5的形状可以为六边形蜂窝状、圆形蜂窝状、四边形蜂窝状、首尾串联的多个U形，、菱形、三角形、圆环形或其中任一种以上的任意组合。

图4为一体化盘绕式热交换器中具有相互连通的六边形蜂窝状热超导管道5的热交换板7表面的结构示意图，如图4所示，所述热交换板7的边缘部分及六边形部分为非管道部分1，环绕各六边形周围并相互连通的结构即为所述热超导管道5。

需要说明的是，由于所述热交换板包括中间板材72、第一板材71及第二板材73；所述第一板材71、所述中间板材72及所述第二板材73依次叠置，并通过辊压工艺复合在一起，图1中同时示意出了所述流体管道2的流体进口接管3及流体出口接管4。

作为示例，所述流体管道2的形状可以单个U形，也可以为两个或多个平行排布的U形。

图5为一体化盘绕式热交换器中具有单个U形的流体管道2的热交换板7表面的结构示意图，如图5所示，U形状的细管结构即为所述流体管道2，所述流体管道2之间即为非管道部分1；所述流体管道2的一端为流体进口接管3，另一端为流体出口接管4；所述流体进口接管3及所述流体出口接管4为在所述流体管道2两端的开口上焊接的与流体系统相连接的铜接头或铝接头。

作为示例，所述热交换板7的材料(即所述中间板材72、所述第一板材71及所述第二板材73的材料)应为导热性良好的材料；优选地，本实施例中，所述热交换片7的材料均可以为铜、铜合金、铝、铝合金、钛、钛合金、或任一种以上的任意组合。

所述一体化盘绕式热交换器的工作原理为：由流体带着潜热流经所述热交换板7的所述流体管道2时，热量从流体管道2迅速传递至所述热超导管道5，由于热超导管道5覆盖整个所述热交换板7的表面，且具有高传热速率和高传热密度的特点，使得热量迅速均匀的分布在整个所述热交换板7上，提高了所述热交换板7与空气的温差和有效传热面积，大大提高了所述热交换板7的散热能力和热交换效率。

实施例二

请参阅图7至图8，本发明还提供一种一体化盘绕式热交换器，本实施例中所述一体化盘绕式热交换器的结构与实施例一中所述的一体化盘绕式热交换器的结构大致相同，二者的区别在于：实施例一中的热交换板包括第一板材71、中间板材72及第二板材73三层板材，第一凸起结构501及所述第二凸起结构201分别形成于所述热交换板的不同表面上；而本实施例中，热交换板包括第一板材71及第二板材73两层板材，第一凸起结构501及所述第二凸起结构201形成于所述热交换板的同一表面上；其中，图7为所述一体化盘绕式热交换器中具有相互连通的六边形蜂窝状热超导管道5及两个平行排布的U形的流体管道2的热交换板7表面的结构示意图；所述热超导管道5可以如图7所示位于所述U形的流体管道2内，也可以环绕所述U形的流体管道2。

作为示例，请参阅图8，所述热交换板包括第一板材71及第二板材73；所述第一板材71及所述第二板材73通过辊压工艺复合在一起；所述热超导管道5及所述流体管道2位于所述第一板材71及所述第二板材73之间；所述热交换板7为双面吹胀形态，所述第一凸起结构501及所述第二凸起结构201可同时在所述第一板材71及所述第二板材73上；即所述热交换板7的两表面上均形成有所述第一凸起结构501及所述第二凸起结构201。

作为示例，所述热交换板7还可以为单面吹胀形态，所述第一凸起结构501及所述第二凸起结构201可以同时位于所述第一板材71上或同时位于所述第二板材73上。当所述第一凸起结构501及所述第二凸起结构201同时位于所述第一板材71上时，所述第二板材73的表面为平面；当所述第一凸起结构501及所述第二凸起结构201同时位于所述第二板材73上时，所述第一板材71的表面为平面。

本实施例中所述一体化盘绕式热交换器的其他结构及特点与实施例一中所述一体化盘绕式热交换器的其他结构及特点相同，具体请参阅实施例一，这里不再累述。

综上所述，本发明提供一种一体化盘绕式热交换器，所述一体化盘绕式热交换器包括复合板式结构的热交换板，所述热交换板沿其长度方向弯折加工成特定的结构形状；所述热交换板内形成有具有一定结构形状的流体管道及具有一定结构形状的热超导管道；所述流体管道两端形成有开口，所述开口适于与流体系统相连通，以在所述流体管道内通入流体；所述热超导管道为封闭管道，所述热超导管道内填充有传热工质。在一体化盘绕式热交换器的热交换板内将热超导管道及流体管道组合在一起，在热超导管道内充入传热工质，构成热超导传热器件，提高了热交换板的均温性；利用热超导板的导热速率快、均温性好的特点，提高了热交换板与空气的温差和有效传热面积、以及热交换板的散热能力和效率；使得一体化盘绕式热交换器具有均温和高效换热的特性，大大缩短流体管道的长度，减小流动阻力和能耗，提高热交换器的效率；采用整块板盘绕(或旋绕)工艺，使相邻板间自然构成气流通道，所述一体化盘绕时热交换器的结构紧凑，工艺简单，可靠性高；采用一体化热超导热交换板，流体阻力小，换热效率高，可广泛应用于空调、汽车、铁路、电力电子等各个行业与领域。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种一体化盘绕式热交换器，其特征在于，所述一体化盘绕式热交换器包括复合板式结构的热交换板，所述热交换板沿其长度方向弯折加工成特定的结构形状；

所述热交换板内形成有具有一定结构形状的流体管道及具有一定结构形状的热超导管道；所述流体管道两端形成有开口，所述开口适于与流体系统相连通，以在所述流体管道内通入流体；所述热超导管道为封闭管道，所述热超导管道内填充有传热工质。

2.根据权利要求1所述的一体化盘绕式热交换器，其特征在于：所述热交换板沿其长度方向弯折加工成方形螺旋状、圆形螺旋状或蛇形状，且相邻热交换板表面之间形成有间隙。

3.根据权利要求1所述的一体化盘绕式热交换器，其特征在于：所述流体管道的形状为单个U形、两个或多个平行排布的U形。

4.根据权利要求1所述的一体化盘绕式热交换器，其特征在于：所述热超导管道的形状为六边形蜂窝状、圆形蜂窝状、四边形蜂窝状、首尾串联的多个U形、菱形、三角形、圆环形或其中任一种以上的任意组合。

5.根据权利要求1所述的一体化盘绕式热交换器，其特征在于：所述流体管道及所述热超导管道均通过吹胀工艺形成，并在所述热交换板表面形成与所述热超导管道相对应的第一凸起结构及与所述流体管道相对应的第二凸起结构。

6.根据权利要求5所述的一体化盘绕式热交换器，其特征在于：所述第一凸起结构及所述第二凸起结构分别形成于所述热交换板的不同表面上。

7.根据权利要求6所述的一体化盘绕式热交换器，其特征在于，所述热交换板包括中间板材、第一板材及第二板材；所述第一板材、所述中间板材及所述第二板材依次叠置，所述第一板材及所述第二板材分别位于所述中间板材的两侧，并与所述中间板材通过辊压工艺复合在一起；

所述热超导管道位于所述中间板材及所述第一板材之间，所述第一凸起结构位于所述第一板材上；

所述流体管道位于所述中间板材及所述第二板材之间，所述第二凸起结构位于所述第二板材上。

8.根据权利要求5所述的一体化盘绕式热交换器，其特征在于：所述第一凸起结构及所述第二凸起结构形成于所述热交换板的同一表面上。

9.根据权利要求8所述的一体化盘绕式热交换器，其特征在于：所述热交换板的两表面上均形成有所述第一凸起结构及所述第二凸起结构。

10.根据权利要求8所述的一体化盘绕式热交换器，其特征在于，所述热交换板包括第一板材及第二板材；所述第一板材及所述第二板材通过辊压工艺复合在一起；

所述热超导管道及所述流体管道位于所述第一板材及所述第二板材之间；所述第一凸起结构及所述第二凸起结构同时位于所述第一板材上、所述第二板材上、或所述第一板材及所述第二板材上。

11.根据权利要求1所述的一体化盘绕式热交换器，其特征在于：所述热超导管道的截面尺寸小于所述流体管道的截面尺寸。