CN105865236A - 一种具有加热和制冷功能的板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明一种具有加热和制冷功能的板式换热器，含有上盖板、第一第二流体流道、热电模组、下盖板及安装紧固结构，在热电模组的上下工作面设置第一流道和第二体流道；在第一流体流道上面设置上盖板，在第二流体流道下面设置下盖板；通过上盖板上第一紧固孔、第一流道紧固孔、热电模组紧固孔和换热器紧固孔、第二流道紧固孔及下盖板上第二紧固孔将各部件连接成一个整体结构。本发明提供了一种具有加热和制冷功能的板式换热器，可对两种流体分别进行合适温度的加热和制冷；具有结构紧凑简单、效率高，热电模块无运动部件、无磨损，寿命长、控温精确的优点；主要部件均可冲压成型，涉及的热电单元无需定制，生产成本较低，符合大规模应用的要求。

Description

一种具有加热和制冷功能的板式换热器

技术领域

本发明涉及热电技术领域，涉及板式换热器技术，具体地说，是一种具有加热和制冷功能的板式换热器。

背景技术

板式换热器具有结构紧凑、体积小、耗材小、成本低廉以及换热性能效率高的优点，因此被广泛应用于化工、电力、冶金、汽车制造、动力机械、食品加工、暖通空调等行业。在板式换热器中，换热流道板片是其核心结构件，两种流体之间的换热主要是依靠换热流道板片进行的。因此，改进换热流道的板片结构：改进换热流道、增加流体扰动度、强化换热等途径，能够改善和提高板式换热器的换热性能。

根据热电技术的“珀尔帖效应”，给定热电元件一个直流电，则能在热电元件上下表面产生温差。热电元件是一种没有转动部件的固态器件，其体积小、寿命长、工作时无噪声、不会释放有害物质（如氟氯烃），只需改变电流方向，同一个热电元件可用于致冷，也可以致热；而且它可以以任意角度进行安装和运行。由于热电元件具有这些优点，因此，热电元件在工业、农业、科学研究和国防等各领域都得到了广泛的应用。

随着社会对石油资源需求的越来越大，石油供应屡现危机。汽车行业电动化的趋势越来越明显。在新能源汽车中，电动汽车是以电池作为动力来源的，而电动汽车动力电池的工作温度一般在0～40℃之间。在电动汽车动力电池的充放电过程中会产生大量的热，因此需要对其进行冷却；但在冬季低于0℃的情况下又要对其进行加热。这样就产生了制冷与加热共存于一个系统——电动汽车动力电池系统的问题。而目前还没有较好的、能同时满足具有制冷与加热功能需求的产品。

中国专利CN101825409B公开了“一种具有发电结构的板式换热器”，但是，它的不足是：⑴虽然用到了热电模块，但是，它的热电模块放置和安装密封问题未得到有效解决；⑵将热电单元直接焊接在上下流道上，对热电材料的要求及焊接界面的要求极高；⑶热电单元和模块需要专门定制，成本高，不利于大规模应用；⑷仅仅是对传统板式换热器进行了部分改进；⑸两种流体之间的温差较小，发电效率极为有限。因此在目前的本技术领域，如何提供一种结构更优、成本更低、可靠性更好且热电模块安装与定位方便的板式换热器是急待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述不足，提供一种具有加热和制冷功能的板式换热器，它将热电模组与换热流道连接并且紧固方式便捷；此外，它可任意叠加换热流道和热电模组，且结构紧凑、方便安装；所述换热流道通过冲压和焊接方式形成，生产方便并成本较低。本发明的板式换热器不仅可用于化工、电力、冶金、汽车制造、动力机械、食品加工、暖通空调等行业，还可用于饮水及海水淡化的领域。

为实现上述的目的，本发明采用了以下技术方案。

一种具有加热和制冷功能的板式换热器，含有上盖板、第一流体流道、热电模组、第二流体流道、下盖板及安装紧固结构，其特征在于，在所述热电模组的上工作面设置第一流体流道，在所述热电模组的下工作面设置第二流体流道；在所述第一流体流道的上面设置所述上盖板，在所述第二流体流道的下面设置所述下盖板；通过上盖板上的第一紧固孔、第一流道紧固孔、热电模组上的热电模组紧固孔和换热器紧固孔、第二流道紧固孔以及下盖板上的第二紧固孔将所述板式换热器连接成一个整体结构。

进一步，所述上盖板含有矩形结构的上盖，所述上盖可采用厚度为0.5～2mm的金属板或者塑料板，在上盖的四个角端设有第一流体入口、第一流体出口、第二流体入口和第二流体出口，所述第一流体入口、第一流体出口、第二流体入口和第二流体出口为腰圆形孔或者圆形孔；在上盖的两侧设有若干第一紧固孔，在上盖的下面设有低导热材料的、厚度为1～3mm的上保温缓冲垫，所述上保温缓冲垫的斜对角具有相对于第一流体入口和第一流体出口的弧形结构。

进一步，所述第一流体流道由第一流道上板和第一流道下板构成，高0.5～2mm；所述第一流道上板和第一流道下板的板厚在0.4～1.5mm之间，四周设有飞边结构和若干第一流道紧固孔；在所述第一流体流道的一端设有第一流体入口，另一端设有第一流体出口；在所述第一流体入口和第一流体出口里侧都设有第一导流结构，能引导流体合理的流动；所述第一流体流道的中间为第一流体换热区。

进一步，在所述第一流体换热区内设有凸点式和/或内置式翅片，能用于增加流体扰动，强化换热。

进一步，所述热电模组含有上传热层、上定位板、热电单元、下定位板和下传热层：在所述上定位板的上表面钎焊上传热层，在所述下定位板的下表面钎焊下传热层，形成工作面；在所述上定位板与下定位板之间设置若干热电单元；在所述热电单元上设有第一电极和第二电极，在所述热电单元与上定位板、下定位板之间设有上下板隔热垫；在所述热电单元的上下表面设有上传热缓冲垫和下传热缓冲垫，在所述上定位板和下定位板的两侧设有若干热电模组紧固孔、换热器紧固孔；所述热电模组紧固孔用于紧固上定位板和下定位板；所述换热器紧固孔用于第一流体流道或者第二流体流道与热电模组之间的固定。

进一步，所述热电单元能进行m×n进行排列，或并联或串联或并联与串联混合连接。

进一步，所述第二流体流道由第二流道上板和第二流道下板构成，高0.5～2mm；所述第二流道上板和第二流道下板的板厚在0.4～1.5mm之间，四周设有飞边结构和若干第二流道紧固孔；在所述第二流体流道的一端设有第二流体入口，另一端设有第二流体出口；在所述第二流体入口和第二流体出口的里侧都设有第二导流结构，能引导流体合理的流动；所述第二流体流道的中间为第二流体换热区，在所述第二流体换热区内设有凸点式和/或内置式翅片，能用于增加流体扰动，强化换热。

进一步，所述下盖板含有矩形结构的下盖，所述下盖可采用厚度为0.5～2mm的金属板或者塑料板，在所述下盖的上面设置低导热材料的、厚度为1～3mm的下保温缓冲垫；所述下保温缓冲垫的斜对角具有相对于第二流体入口和第二流体出口的弧形结构；在所述下盖的两侧设置若干第二紧固孔。

进一步，在所述上盖板与下盖板之间能依结构关系增加所述第一流体流道、热电模组、第二流体流道的数量。

进一步，所述第一流体流道和第二流体流道为换热器流道的结构，含有流道结构、内置翅片和导流结构，所述流道结构的四周设有飞边结构，在所述流道结构的两侧设有若干紧固孔，在所述流道结构的一端设置流体入口，另一端设置流体出口；在所述流体入口和流体出口的里侧设置导流结构，将换热器流道的中间设置为流体换热区，在所述流体换热区内设置内置翅片，所述内置翅片的波纹间距在2～5mm之间，波纹高度在1～3mm之间，波纹厚度在0.5～2mm之间，波纹宽度在1～5mm之间；所述内置翅片通过焊接方式固定在所述换热器流道的中间。

本发明一种具有加热和制冷功能的板式换热器的积极效果是：

（1）提供了一种具有加热和制冷功能的板式换热器，可对两种流体分别进行加热和制冷，两种流体都能调节到合适的温度。

（2）本发明的板式换热器具有结构不仅紧凑简单、效率高，而且热电模块无运动部件、无磨损，因而寿命长、控温精确。

（3）主要的部件均可冲压成型，生产成本较低；涉及的热电单元无需定制，能符合大规模应用的要求。

附图说明

图1是本发明一种具有加热和制冷功能的板式换热器的结构爆炸图。

图2是本发明一种具有加热和制冷功能的板式换热器的结构示意图。

图3是本发明一种具有加热和制冷功能的板式换热器的俯视图。

图4是图3中B-B面剖视图。

图5是图3中C-C面剖视图。

图6是上盖板的结构示意图。

图7是第一流道的结构示意图。

图8是热电模组的爆炸结构图。

图9是第二流道的结构示意图。

图10是下盖板的结构示意图。

图11是本发明实施例的流道结构俯视图。

图12是本发明实施例的流道结构立体图。

图13是本发明实施例的流道内翅片结构截面示意图。

图14是本发明实施例的流道内翅片结构局部放大示意图。

图中的标号分别为：

1、上盖板； 101、上盖； 102、上保温缓冲垫；

103、第一紧固孔； 104、第一流体入口； 105、第二流体入口；

106、第二流体出口； 107、第一流体出口； 2、第一流体流道；

201、第一流体入口； 202、第一流体出口； 203、第一流道上板；

204、第一流道下板； 205、第一流道紧固孔； 206、第一导流结构；

207、第一流体换热区； 3、热电模组； 301、传热层；

302、上定位板； 303、上传热缓冲垫； 304、热电单元；

305、下传热缓冲垫； 306、下定位板； 307、热电模组紧固孔；

308、换热器紧固孔； 309、上下板隔热垫； 310、第一电极；

311、第二电极； 4、第二流体流道； 401、第二流体入口；

402、第二流体出口； 403、第二流道上板； 404、第二流道下板；

405、第二流道紧固孔； 406、第二导流结构； 407、第二流体换热区；

5、下盖板； 501、下盖； 502、下保温缓冲垫；

503、第二紧固孔； 6、换热器流道； 601、流道结构；

602、内置翅片； 603、导流结构。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明一种具有加热和制冷功能的板式换热器的具体实施方式，但是应该指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。

参见图1和2。一种具有加热和制冷功能的板式换热器，含有上盖板1、第一流体流道2、热电模组3、第二流体流道4、下盖板5及安装紧固结构。所述热电模组3的上下工作面会产生不同温度，因此在热电模组3的上工作面设置所述第一流体流道2，在所述热电模组3的下工作面设置第二流体流道4；在所述第一流体流道2的上面设置所述上盖板1，在所述第二流体流道4的下面设置所述下盖板5；可通过上盖板1上的第一紧固孔103、第一流体流道2上的第一流道紧固孔205、热电模组3上的热电模组紧固孔307和换热器紧固孔308、第二流体流道4上的第二流道紧固孔405以及下盖板5上的第二紧固孔503依次用螺栓或者焊接方式将所述板式换热器连接成一个整体结构，形成符合产品设计要求的具有加热和制冷功能的板式换热器。更具体的是：将第一热电模组3的电源极性与第二热电模组3的电源极性设置成相反，这样就能保证第一流道流体2的温度为T1，第二流道流体4的温度为T2。更具体的是：在最上层的第一流体流道2上设置上盖板1，在最下层的第二流体流道4上设置下盖板5，通过安装紧固结构（第一紧固孔103、第二紧固孔503）用螺栓或者焊接方式连接成一个整体结构即可。实施中，为提高加热和制冷功率，应对不同的市场需求，本发明的板式换热器可在所述上盖板1与下盖板5之间，依结构关系增加第一流体流道2、热电模组3和第二流体流道4的数量。

参见图3-5。在具体实施中，本发明的板式换热器可安装三组热电模组3、两组第一流体流道2、两组第二流体流道4，其流动路径为：第一流体从第一流体流道入口201流入，经过第一流体流道2（图4、图5中的第一和第三层第一流体流道2）平行汇入第一流体流道出口202；第二流体从第二流体流道入口401流入，进过第二流体流道4（图4、图5中的第二和第四层第二流体流道4）平行汇入第二流体流道出口402。第一流体流道2的第一层和第三层的出入口通过管路焊接进行连接，第二流体流道4的第二层和第四层的出入口通过管路焊接进行连接，管路的壁厚在1～2mm之间。

所述上盖板1含有矩形结构的上盖101、上保温缓冲垫102、第一紧固孔103、第一流体入口104、第二流体入口105、第二流体出口106、第一流体出口107（参见图6、图3）。所述上盖101可采用厚度为0.5～2mm的金属板或者塑料板。在上盖101的四个角端设置用于第一流体和第二流体进出的第一流体入口104、第一流体出口107、第二流体入口105和第二流体出口106，所述第一流体入口104、第一流体出口107、第二流体入口105和第二流体出口106可采用腰圆形孔或者圆形孔结构。在上盖101的两侧各设置两个第一紧固孔103。在上盖101的下面设置低导热材料的、厚度为1～3mm的上保温缓冲垫102，所述上保温缓冲垫102的斜对角具有与第一流体入口104和第一流体出口107的孔形相对应的弧形结构。

所述第一流体流道2含有第一流体入口201、第一流体出口202、第一流道上板203、第一流道下板204、第一流道紧固孔205、第一导流结构206和第一流体换热区207（参见图7）。第一流体流道2高0.5～2mm。所述第一流道上板203和第一流道下板204采用0.4～1.5mm的板状结构，在板状结构的四周设置飞边结构，可用于钎焊或者激光焊接连接以密封流道。在板状结构的两侧各设置两个第一流道紧固孔205，用于整个换热器的安装紧固。在所述第一流体流道2的一端设置第一流体入口201，在所述第一流体流道2的另一端设置第一流体出口202；在所述第一流体入口201和第一流体出口202的里侧都设置第一导流结构206，第一导流结构206能引导流体合理地流动。将所述第一流体流道2的中间设置为第一流体换热区207，在所述第一流体换热区207内设置凸点式和/或内置式翅片，用于增加流体扰动，强化换热。

所述热电模组3含有传热层301、上定位板302、上传热缓冲垫303、热电单元304、下传热缓冲垫305、下定位板306、热电模组紧固孔307、换热器紧固孔308、上下板隔热垫309、第一电极310、第二电极311（参见图8）和下传热层（图中未示）。在所述上定位板302的上面钎焊上传热层301，在所述下定位板306的下面钎焊下传热层，各形成工作面。

在所述上定位板302与下定位板306之间设置若干热电单元304，所述上定位板302与下定位板306可将所述若干热电单元304进行定位，防止热电单元304横向或纵向移动；此外，所述上定位板302与所述下定位板306还是整个板式换热器安装固定的结构。

所述热电单元304可根据加热和制冷功率的设计方案进行m×n进行排列，或并联或串联或并联串与联混合连接。在所述热电单元304上设置第一电极310和第二电极311。在所述热电单元304与所述上定位板302、下定位板306之间设置能防止热短路发生的上下板隔热垫309；在所述热电单元304的上下面设置具有减震、抗冲击作用的上传热缓冲垫303和下传热缓冲垫305；在所述上定位板302和下定位板306的两侧各设置两个热电模组紧固孔307和两个换热器紧固孔308；所述热电模组紧固孔307用于紧固上定位板302和下定位板306；所述换热器紧固孔308用于第一流体流道2或者第二流体流道4与热电模组3之间的固定。

所述第二流体流道4含有第二流体入口401、第二流体出口402、第二流道上板403、第二流道下板404、第二流道紧固孔405、第二导流结构406、第二流体换热区407（参见图9）。所述第二流体流道4高0.5～2mm。所述第二流道上板403和第二流道下板404采用0.4～1.5mm的板状结构，在板状结构的四周设置飞边结构，可用于钎焊或者激光焊接连接以密封流道。在板状结构的两侧各设置两个第二流道紧固孔405，用于整个换热器的安装紧固。在所述第二流体流道4的一端设置第二流体入口401，在所述第二流体流道4的另一端设置第二流体出口402；在所述第二流体入口401和第二流体出口402的里侧都设置第二导流结构406，第二导流结构406能引导流体合理流动。将所述第二流体流道4的中间设置为第二流体换热区407，在所述第二流体换热区407内设置凸点式和/或内置式翅片，用于增加流体扰动，强化换热。

所述下盖板5含有下盖501、下保温缓冲垫502、第二紧固孔503（参见图10）。所述下盖501采用矩形结构，可采用厚度0.5～2mm的金属板或者塑料板。在下盖501的上面设置低导热材料的、厚度为1～3mm的下保温缓冲垫502。所述下保温缓冲垫502的斜对角具有与第二流体入口105和第二流体出口106的孔形相对应的弧形结构。在所述下盖501的两侧各设置两个第二紧固孔503。

实施中，本发明的板式换热器还可以采用另一种换热流道结构——换热器流道6。所述换热器流道6含有流道结构601、内置翅片602和导流结构603（参见图11和12）。所述流道结构601的四周设置有飞边结构，可用于钎焊或者激光焊接连接以密封流道。在所述流道结构601的两侧各设置有两个紧固孔，用于整个换热器的安装紧固。在所述流道结构601的一端设置流体入口，在所述流道结构601的另一端设置流体出口；在所述流体入口和流体出口的里侧都设置有导流结构603，导流结构603能引导流体合理流动。将所述换热器流道6的中间设置为流体换热区，在所述流体换热区内设置内置翅片602，所述内置翅片602的波纹间距在2～5mm之间，波纹高度在1～3mm之间，波纹厚度在0.5～2mm之间，波纹宽度在1～5mm之间（参见图13、14）。所述内置翅片602通过焊接方式固定在所述换热器流道6的中间。

根据塞贝克效应，本发明的板式换热器若在第一流体流道2和第二流体流道4注入不同温度的流体，则在热电模组3的上下工作面形成的温差就可以发电，实现废热回收的目的。

Claims (10)

1.一种具有加热和制冷功能的板式换热器，含有上盖板（1）、第一流体流道（2）、热电模组（3）、第二流体流道（4）、下盖板（5）及安装紧固结构，其特征在于，在所述热电模组（3）的上工作面设置第一流体流道（2），在所述热电模组（3）的下工作面设置第二流体流道（4）；在所述第一流体流道（2）的上面设置所述上盖板（1），在所述第二流体流道（4）的下面设置所述下盖板（5）；通过上盖板（1）上的第一紧固孔（103）、第一流道紧固孔（205）、热电模组（3）上的热电模组紧固孔（307）和换热器紧固孔（308）、第二流道紧固孔（405）以及下盖板（5）上的第二紧固孔（503）将所述板式换热器连接成一个整体结构。

2.根据权利要求1所述的一种具有加热和制冷功能的板式换热器，其特征在于，所述上盖板（1）含有矩形结构的上盖（101），所述上盖（101）可采用厚度为0.5～2mm的金属板或者塑料板，在上盖（101）的四个角端设有第一流体入口（104）、第一流体出口（107）、第二流体入口（105）和第二流体出口（106），所述第一流体入口（104）、第一流体出口（107）、第二流体入口（105）和第二流体出口（106）为腰圆形孔或者圆形孔；在上盖（101）的两侧设有若干第一紧固孔（103），在上盖（101）的下面设有上保温缓冲垫（102），所述上保温缓冲垫（102）的斜对角具有与第一流体入口（104）和第一流体出口（107）的孔形相对应的弧形结构。

3.根据权利要求1所述的一种具有加热和制冷功能的板式换热器，其特征在于，所述第一流体流道（2）由第一流道上板（203）和第一流道下板（204）构成，高0.5～2mm；所述第一流道上板（203）和第一流道下板（204）的板厚在0.4～1.5mm之间，四周设有飞边结构和若干第一流道紧固孔（205）；在所述第一流体流道（2）的一端设有第一流体入口（201），另一端设有第一流体出口（202）；在所述第一流体入口（201）和第一流体出口（202）的里侧设有第一导流结构（206），能引导流体合理的流动；所述第一流体流道（2）的中间为第一流体换热区（207）。

4.根据权利要求3所述的一种具有加热和制冷功能的板式换热器，其特征在于，在所述第一流体换热区（207）内设有凸点式和/或内置式翅片，能用于增加流体扰动，强化换热。

5.根据权利要求1所述的一种具有加热和制冷功能的板式换热器，其特征在于，所述热电模组（3）含有上传热层（301）、上定位板（302）、热电单元（304）、下定位板（306）和下传热层：在所述上定位板（302）的上面钎焊上传热层（301），在所述下定位板（306）的下面钎焊下传热层，形成工作面；在所述上定位板（302）与下定位板（306）之间设置若干热电单元（304）；在所述热电单元（304）上设有第一电极（310）和第二电极（311），在所述热电单元（304）与上定位板（302）、下定位板（306）之间设有上下板隔热垫（309）；在所述热电单元（304）的上下面设有上传热缓冲垫（303）和下传热缓冲垫（305），在所述上定位板（302）和下定位板（306）的两侧设有若干热电模组紧固孔（307）、换热器紧固孔（308）；所述热电模组紧固孔（307）用于紧固上定位板（302）和下定位板（306）；所述换热器紧固孔（308）用于第一流体流道（2）或者第二流体流道（4）与热电模组（3）之间的固定。

6.根据权利要求5所述的一种具有加热和制冷功能的板式换热器，其特征在于，所述热电单元（304）能进行m×n排列，或并联或串联或并联与串联混合连接。

7.根据权利要求1所述的一种具有加热和制冷功能的板式换热器，其特征在于，所述第二流体流道（4）由第二流道上板（403）和第二流道下板（404）构成，高0.5～2mm；所述第二流道上板（403）和第二流道下板（404）的板厚在0.4～1.5mm之间，四周设有飞边结构和若干第二流道紧固孔（405）；在所述第二流体流道（4）的一端设有第二流体入口（401），另一端设有第二流体出口（402）；在所述第二流体入口（401）和第二流体出口（402）的里侧设有第二导流结构（406），能引导流体合理的流动；所述第二流体流道（4）的中间为第二流体换热区（407），在所述第二流体换热区（407）内设有凸点式和/或内置式翅片，能用于增加流体扰动，强化换热。

8.根据权利要求7所述的一种具有加热和制冷功能的板式换热器，其特征在于，所述下盖板（5）含有矩形结构的下盖（501），所述下盖（501）可采用厚度为0.5～2mm的金属板或者塑料板，在所述下盖（501）的上面设置低导热材料的、厚度为1～3mm的下保温缓冲垫（502）；所述下保温缓冲垫（502）的斜对角具有与第二流体入口（105）和第二流体出口（106）的孔形相对应的弧形结构；在所述下盖（501）的两侧设置若干第二紧固孔503。

9.根据权利要求1所述的一种具有加热和制冷功能的板式换热器，其特征在于，在所述上盖板（1）与下盖板（5）之间能依结构关系增加所述第一流体流道（2）、热电模组（3）、第二流体流道（4）的数量。

10.根据权利要求1所述的一种具有加热和制冷功能的板式换热器，其特征在于，所述第一流体流道（2）和第二流体流道（4）为换热器流道（6）的结构，含有流道结构（601）、内置翅片（602）和导流结构（603），所述流道结构（601）的四周设有飞边结构，在所述流道结构（601）的两侧设有若干紧固孔，在所述流道结构（601）的一端设置流体入口，另一端设置流体出口；在所述流体入口和流体出口的里侧设置导流结构（603），将换热器流道（6）的中间设置为流体换热区，在所述流体换热区内设置内置翅片（602），所述内置翅片（602）的波纹间距在2～5mm之间，波纹高度在1～3mm之间，波纹厚度在0.5～2mm之间，波纹宽度在1～5mm之间；所述内置翅片（602）通过焊接方式固定在所述换热器流道（6）的中间。