CN107436041A - 多功能平板换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多功能平板换热器，包括换热平板、光谱选择性吸收层、透光层、至少一个导热结构以及至少一个气流驱动装置。换热平板具有相对的第一板面与第二板面，以及位于第一板面与第二板面之间的管道。管道配置用以供导热介质流动于其中。光谱选择性吸收层覆盖第一板面。透光层覆盖光谱选择性吸收层，其中透光层与第一板面分别位于光谱选择性吸收层的相对两侧。导热结构设置于第二板面上。导热结构与第二板面界定出至少一个流道，并且具有与流道相连通的多个第一通孔。气流驱动装置设置于换热平板与导热结构的一侧。气流驱动装置对应于流道设置。气流驱动装置配置用以驱动外界的空气流入流道内，或者是驱动流道内的空气排放至外界。

Description

多功能平板换热器
技术领域
本发明涉及一种换热器，尤其涉及一种多功能平板换热器。
背景技术
传统的平板太阳能集热器仅能利用集热平板面向太阳的表面将太阳辐射能转化为热能以传入导热介质中，而集热平板背向太阳的另一表面则设有隔热措施以避免热量散失，故无法使用集热平板背向太阳的另一表面进行集热或进行热交换以将平板集热器中过多的热量逸散至外界，或者是无法让集热平板背向太阳的另一表面与外界环境的其他热能(例如空气中的热量)进行热交换以吸收热量。另一方面，传统的热泵或空调蒸发器也无法有效收集太阳辐射能来转化为太阳热能进行热交换。
中国实用新型专利CN 204438543 U公开一种可吸收太阳辐射能和汇集其他各种能源能量的集热器，但并未具体公开其集热器的实施技术手段。
发明内容
本发明是针对一种多功能平板换热器，兼具收集太阳热能、空气热能、以及逸散其内部过多的热量至外界等功能。
根据本发明的一实施例，多功能平板换热器包括换热平板、至少一个导热结构以及至少一个气流驱动装置。换热平板具有相对的第一板面与第二板面，以及位于第一板面与第二板面之间的管道。管道配置用以供导热介质流动于其中。光谱选择性吸收层覆盖第一板面。透光层覆盖光谱选择性吸收层，其中透光层与第一板面分别位于光谱选择性吸收层的相对两侧。所述至少一个导热结构设置第二板面上。所述至少一个导热结构与第二板面界定出至少一个流道，并且具有与所述至少一个流道相连通的多个第一通孔。所述至少一个气流驱动装置设置于换热平板与导热结构的一侧。所述至少一个气流驱动装置对应于所述至少一个流道设置。所述至少一个气流驱动装置配置用以驱动外界的空气流入所述至少一个流道内，或者是驱动所述至少一个流道内的空气排放至外界。
在根据本发明的一实施例的多功能平板换热器中，导热结构包括交错设置的多个凸部与多个凹部，其中所述多个凸部的每一个与第二板面彼此分离，且多个凹部的每一个接合于第二板面。
在根据本发明的一实施例的多功能平板换热器中，所述至少一个流道的数量为多个，所述多个凸部的每一个连接相邻的所述多个凹部的其中一个与所述多个凹部的另一个，以与第二板面界定出所述多个流道的其中一个。
在根据本发明的一实施例的多功能平板换热器中，所述多个第一通孔位于所述多个凸部上。
在根据本发明的一实施例的多功能平板换热器中，导热结构包括第一板部与多个第二板部，其中第一板部通过所述多个第二板部接合于第二板面。
在根据本发明的一实施例的多功能平板换热器中，所述至少一个流道的数量为多个，其中所述多个第二板部并列设置于第一板部与第二板面之间，且第一板部、所述多个第二板部及第二板面界定出所述多个流道。
在根据本发明的一实施例的多功能平板换热器中，所述多个第一通孔位于第一板部上，且分别位于相邻的所述多个第二板部的其中一个与所述多个第二板部的另一个之间。
在根据本发明的一实施例的多功能平板换热器中，还包括外罩，罩覆第二板面与导热结构，其中外罩具有多个第二通孔，且所述多个第二通孔通过所述多个第一通孔与所述至少一个流道相连通。
在根据本发明的一实施例的多功能平板换热器中，所述外罩的多个所述第二通孔可选择性地被关闭。
在根据本发明的一实施例的多功能平板换热器中，所述至少一个气流驱动装置包括轴流风扇、横流风扇、离心风扇、抽气泵、送风机或涡轮机。
根据本发明的另一实施例，多功能平板换热器包括两个换热平板、两个光谱选择性吸收层、两个透光层、两个导热结构以及至少两个气流驱动装置。所述两个换热平板的每一个具有相对的第一板面与第二板面，以及位于第一板面与第二板面之间的管道。所述两个换热平板的每一个的管道配置用以供导热介质流动于其中。所述两个换热平板彼此枢接，在展开状态下，所述两个第一板面彼此并列，且互为齐平。在闭合状态下，所述两个第一板面彼此面对，且互为重叠。所述两个光谱选择性吸收层分别覆盖所述两个第一板面。所述两个透光层分别覆盖所述两个光谱选择性吸收层，其中所述两个透光层的每一个与对应的第一板面分别位于对应的光谱选择性吸收层的相对两侧。所述两个导热结构分别设置于所述两个第二板面上，所述两个导热结构的每一个与对应的换热平板的第二板面界定出至少一个流道，并且具有与所述至少一个流道相连通的多个通孔。所述至少两个气流驱动装置的其中一个设置于所述两个换热平板的其中一个与所述两个导热结构的其中一个的一侧，且所述至少两个气流驱动装置的另一个设置于所述两个换热平板的另一个与所述两个导热结构的另一个的一侧。所述至少两个气流驱动装置分别对应于所述至少两个流道设置，所述至少两个气流驱动装置的每一个配置用以驱动外界的空气流入对应的所述至少一个流道内，或者是驱动对应的所述至少一个流道内的空气排放至外界。
基于上述，本发明的多功能平板换热器不仅能够吸收太阳辐射热能与外界空气热能，也能够将多功能平板换热器中过多的热量逸散至外界。换句话说，本发明的多功能平板换热器兼具良好的集热与散热的效率，因此有助于增加其应用范围。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明一实施例多功能平板换热器的示意图；
图2为图1的多功能平板换热器的局部分解示意图；
图3为图2的换热平板的局部剖面示意图；
图4与图5分别为图1的多功能平板换热器转向前后的侧视示意图；
图6为本发明另一实施例多功能平板换热器的局部分解示意图；
图7与图8分别为本发明又一实施例多功能平板换热器的展开状态与闭合示意图。
附图标号说明
100、100A、100B：多功能平板换热器；
110：换热平板；
111：第一板面；
112：第二板面；
113：管道；
113a：入口；
113b：出口；
114：导热介质；
120、120a：导热结构；
121、121a：流道；
122、122a：第一通孔；
123：凸部；
123a：第一板部；
124：凹部；
124a：第二板部；
130：气流驱动装置；
140：光谱选择性吸收层；
150：透光层；
160：外罩；
161：顶面；
162：第二通孔；
163：开口；
164：侧墙；
170：转接头。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1为本发明一实施例多功能平板换热器的示意图。图2为图1的多功能平板换热器的局部分解示意图。图3为图2的换热平板的局部剖面示意图。请参考图1至图3，在本实施例中，多功能平板换热器100包括换热平板110、导热结构120以及至少一个气流驱动装置130(示意地示出多个)，其中换热平板110可以是由两块导热板材压合而成，且导热板材的材质可为铜、铝、其他金属或合金。换热平板110具有相对的第一板面111与第二板面112，以及位于第一板面111与第二板面112之间的管道113。也就是说，管道113位于换热平板110的内部，且因应实际需求而有对应的回路设计。第一板面111用以面向太阳，并将太阳辐射能转换为热能以传入管道113中的导热介质114。进一步而言，管道113配置用以供导热介质114流动于其中，且导热介质114可为液体、气体、制冷剂或其它导热流体。通常而言，管道113具有相对的入口113a与出口113b，其中低温的导热介质114自入口113a进入管道113，并于吸热后转换成高温的导热介质114而自出口113b流出管道113。相对而言，高温的导热介质114可以自入口113a进入管道113，并于放热后转换成低温的导热介质114而自出口113b流出管道113。
多功能平板换热器100还包括光谱选择性吸收层140与透光层150，其中光谱选择性吸收层140覆盖第一板面111，且可以是太阳光谱选择性吸收层，配置用以吸收太阳辐射能并将太阳辐射能的部分转换为热能或将太阳辐射能的部分转换为电能，且使热能经由第一板面111传入管道113中的导热介质114。另一方面，透光层150覆盖光谱选择性吸收层140，其中透光层150与换热平板110分别位于光谱选择性吸收层140的相对两侧。透光层150不仅能让太阳光通过，也能减少热量逸散以及防止光谱选择性吸收层140被外力破坏。
导热结构120设置第二板面112上，且可通过热熔焊接、超声波焊接、激光焊接、化学贴合或机械贴合等方式固接于第二板面112，进而与第二板面112界定出至少一个流道121(示意地示出多个)。导热结构120的材质可为铜、铝、其他金属或合金，在本实施例中，导热结构120可为波浪状结构，且具有分别与所述多个流道121相连通的多个第一通孔122。进一步而言，导热结构120包括交错设置的多个凸部123与多个凹部124，其中每一个凸部123与第二板面112彼此分离，且每一个凹部124接合于第二板面112。任两相邻的凹部124由其中一个凸部123所连接，以与第二板面112界定出其中一个流道121。换句话说，任两相邻的凸部123由其中一个凹部124所连接。另一方面，所述多个第一通孔122分别位于所述多个凸部123上，因每一个凸部123与第二板面112彼此分离，第一通孔122与对应的流道121的连通程度可被提高。在其他实施例中，导热结构的数量可为两个以上，且堆叠于第二板面上。
所述多个气流驱动装置130可以是轴流风扇、横流风扇、离心风扇、抽气泵、送风机或涡轮机，且设置于换热平板110与导热结构120的一侧。在本实施例中，气流驱动装置130可由换热平板110所承载，且例如是设置于第二板面112上。进一步而言，所述多个气流驱动装置130分别对应于所述多个流道121设置，且是以所述多个流道121内的空气能分别受所述多个气流驱动装130而排放至外界为设置原则，或者是以所述多个气流驱动装130能驱动外界的空气分别流入所述多个流道121内为设置原则。
所述多个气流驱动装置130的数种运作机制说明如下：当管道113中的导热介质114的温度低于外界的空气的温度时，可启动所述多个气流驱动装置130以驱动外界的空气流入所述多个流道121内，使流入所述多个流道121内的空气的热能经由导热结构120与第二板面112传入管道113中的导热介质114；当第一板面111吸收太阳辐射能量转化成热能并传入管道113中的导热介质114，并且使管道113中的导热介质114的温度高于外界的空气的温度时，可关闭所述多个气流驱动装置130，以减少管道113中的导热介质114的热量经由导热结构120与第二板面112逸散至外界；当管道113中的导热介质114温度高于外界的空气的温度，并且管道113中的导热介质114的温度有过高的疑虑时，可启动所述多个气流驱动装置130以驱动外界的空气流入所述多个流道121内，使流入所述多个流道121内的空气与导热结构120及第二板面112进行热交换以吸收管道113中的导热介质114的热量，进而将过多的热量逸散至外界。也因此，本实施例的多功能平板换热器100兼具良好的集热与散热的效率，因此有助于增加其应用范围。
进一步而言，当启动所述多个气流驱动装置130用以将所述多个流道121内的空气排放至外界时，外界的空气可自所述多个第一通孔122流入所述多个流道121。另一方面，当启动所述多个气流驱动装置130用以将外界的空气送入所述多个流道121内时，送入所述多个流道121内的空气可自所述多个第一通孔122排放至外界。也就是说，所述多个气流驱动装置130可用以提高所述多个流道121内外的空气的流动效率。在本实施例中，多功能平板换热器100可选择配置外罩160，用以罩覆第二板面112与导热结构120，防止第二板面112与导热结构120被外力破坏。另一方面，外罩160可以由低导热系数材料所制成的隔热罩，不仅可避免多功能平板换热器100内部的热量流失，也可防止用户或他人被烫伤。外罩160的顶面161具有多个第二通孔162，且所述多个第二通孔162通过所述多个第一通孔122与所述多个流道121相连通。也就是说，外罩160的设置并不影响所述多个流道121内外的空气的流动。此外，外罩160面向所述多个气流驱动装置130的一侧为开口163，因而不会影响所述多个流道121内外的空气的流动，外罩160中连接顶面161的其他三侧为与第二板面121相抵接侧墙164，用以限制空气仅能通过开口163与第二通孔162向外罩160内或向外罩160外流动。特别说明的是，外罩160可对应于所述多个个第二通孔162设置多个遮板(未示出)，所述多个遮板(未示出)可用以关闭或半关闭所述多个个第二通孔162，以限制空气流动。
图4与图5分别为图1的多功能平板换热器转向前后的侧视示意图。特别说明的是，图1的多功能平板换热器100在图4与图5中以方块示意地示出，具体结构可参照上述内容，于此不赘述。请参考图4与图5，多功能平板换热器100可通过基座(示意地示出基座的转接头170)立于地面上方，并可通过转接头170相对于地面旋转。图4中的第一板面111例如是面向太阳，当多功能平板换热器100内部的温度过高，而需要启动所述多个气流驱动装置130进行散热(使外界的空气流入所述多个流道121内而与导热结构120及第二板面112进行热交换，并在流入所述多个流道121内的空气吸收管道113中的导热介质114的热量后将空气排放至外界，即使过多的热量逸散至外界)时，可旋转多功能平板换热器100改变其角度，使阳光无法投射到第一板面111上，如图5所示。
图6为本发明另一实施例多功能平板换热器的局部分解示意图。请参考图6，本实施例的多功能平板换热器100A与上述实施例的多功能平板换热器100大致相似，以下省略相同技术内容的说明，仅就差异处说明。关于省略部分的说明可参考上述实施例，不重复赘述。具体而言，多功能平板换热器100A的导热结构120a不同于多功能平板换热器100的导热结构120，导热结构120a包括第一板部123a与多个第二板部124a，其中第一板部123a与第二板面112彼此分离，且例如是互为平行。第一板部123a通过所述多个第二板部124a接合于第二板面112，其中所述多个第二板部124a并列设置于第一板部123a与第二板面112之间，且所述多个第二板部124a可以是垂直于第一板部123a与第二板面112。每一个流道121a由任两相邻的第二板部124a、第一板部123a位于任两相邻的第二板部124a的部分以及第二板面112位于任两相邻的第二板部124a的部分所界定，其中所述多个第一通孔122a位于第一板部123a上，且分别位于相邻的所述多个第二板部124a的其中一个与所述多个第二板部124a的另一个之间。
图7与图8分别为本发明又一实施例多功能平板换热器的展开状态与闭合示意图。请参考图7与图8，在本实施例中，多功能平板换热器100B的内部结构可与多功能平板换热器100的内部结构相似或与多功能平板换热器100A的内部结构相似，或者是多功能平板换热器100与100A的内部结构的组合。以下是以多功能平板换热器100B为两相枢接的多功能平板换热器100举例说明，在展开状态下，相枢接的两个换热平板110彼此并列，其中所述两个换热平板110的第一板面111彼此并列，且互为齐平。此时，所述两个第一板面111面向阳光。使所述两个换热平板110相对旋转以自展开状态转换至闭合状态，在闭合状态下，所述两个第一板面111彼此面对，且互为重叠，使得阳光无法投射至所述两个第一板面111。此时，罩覆于其中一个第二板面112上的外罩160可以是面向阳光，罩覆于另一个第二板面112上的外罩160可以是背向阳光，并且可启动所述多个气流驱动装置130以驱动外界的空气流入所述多个流道121(见图2)内，使流入所述多个流道121(见图2)内的空气与导热结构120(见图2)及第二板面112进行热交换以吸收管道113(见图2)中的导热介质114(见图3)的热量，进而将过多的热量逸散至外界。
综上所述，本发明的多功能平板换热器不仅能够吸收太阳辐射热能，也能在多功能平板换热器内部的温度过低的情况下，通过气流驱动装置将其他外界环境热能(例如空气的热能)导入多功能平板换热器内部而加以吸收，或者是在多功能平板换热器内部的温度过高的情况下，通过气流驱动装置将外界的空气导入多功能平板换热器内部以进行热交换，进而将过多的热量逸散至外界。换句话说，本发明的多功能平板换热器兼具良好的集热与散热的效率，因此有助于增加其应用范围。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种多功能平板换热器，其特征在于，包括：
换热平板，具有相对的第一板面与第二板面，以及位于所述第一板面与所述第二板面之间的管道，所述管道配置用以供导热介质流动于其中；
光谱选择性吸收层，覆盖所述第一板面；
透光层，覆盖所述光谱选择性吸收层，其中所述透光层与所述第一板面分别位于所述光谱选择性吸收层的相对两侧；
至少一个导热结构，设置所述第二板面上，所述至少一个导热结构与所述第二板面界定出至少一个流道，并且具有与所述至少一个流道相连通的多个第一通孔；以及
至少一个气流驱动装置，设置于所述换热平板与所述导热结构的一侧，所述至少一个气流驱动装置对应于所述至少一个流道设置，所述至少一个气流驱动装置配置用以驱动外界的空气流入所述至少一个流道内，或者是驱动所述至少一个流道内的空气排放至外界。
2.根据权利要求1所述的多功能平板换热器，其特征在于，所述导热结构包括交错设置的多个凸部与多个凹部，其中所述多个凸部的每一个与所述第二板面彼此分离，且所述多个凹部的每一个接合于所述第二板面。
3.根据权利要求2所述的多功能平板换热器，其特征在于，所述至少一个流道的数量为多个，所述多个凸部的每一个连接相邻的所述多个凹部的其中一个与所述多个凹部的另一个，以与所述第二板面界定出所述多个流道的其中一个。
4.根据权利要求2所述的多功能平板换热器，其特征在于，所述多个第一通孔位于所述多个凸部上。
5.根据权利要求1所述的多功能平板换热器，其特征在于，所述导热结构包括第一板部与多个第二板部，其中所述第一板部通过所述多个第二板部接合于所述第二板面。
6.根据权利要求5所述的多功能平板换热器，其特征在于，所述至少一个流道的数量为多个，其中所述多个第二板部并列设置于所述第一板部与所述第二板面之间，且所述第一板部、所述多个第二板部及所述第二板面界定出所述多个流道。
7.根据权利要求5所述的多功能平板换热器，其特征在于，所述多个第一通孔位于所述第一板部上，且分别位于相邻的所述多个第二板部的其中一个与所述多个第二板部的另一个之间。
8.根据权利要求1所述的多功能平板换热器，其特征在于，还包括：
外罩，罩覆所述第二板面与所述导热结构，其中所述外罩具有多个第二通孔，且所述多个第二通孔通过所述多个第一通孔与所述至少一个流道相连通。
9.根据权利要求8所述的多功能平板换热器，其特征在于，所述外罩的所述多个第二通孔可选择性地被关闭。
10.根据权利要求1所述的多功能平板换热器，其特征在于，所述至少一个气流驱动装置包括轴流风扇、横流风扇、离心风扇、抽气泵、送风机或涡轮机。
11.一种多功能平板换热器，其特征在于，包括：
两个换热平板，所述两个换热平板的每一个具有相对的第一板面与第二板面，以及位于所述第一板面与所述第二板面之间的管道，所述两个换热平板的每一个的所述管道配置用以供导热介质流动于其中，所述两个换热平板彼此枢接，在展开状态下，所述两个第一板面彼此并列，且互为齐平，在闭合状态下，所述两个第一板面彼此面对，且互为重叠；
两个光谱选择性吸收层，分别覆盖所述两个第一板面；
两个透光层，分别覆盖所述两个光谱选择性吸收层，其中所述两个透光层的每一个与对应的所述第一板面分别位于对应的所述光谱选择性吸收层的相对两侧；
两个导热结构，分别设置于所述两个第二板面上，所述两个导热结构的每一个与对应的所述换热平板的所述第二板面界定出至少一个流道，并且具有与所述至少一个流道相连通的多个通孔；以及
至少两个气流驱动装置，所述至少两个气流驱动装置的其中一个设置于所述两个换热平板的其中一个与所述两个导热结构的其中一个的一侧，且所述至少两个气流驱动装置的另一个设置于所述两个换热平板的另一个与所述两个导热结构的另一个的一侧，所述至少两个气流驱动装置分别对应于所述至少两个流道设置，所述至少两个气流驱动装置的每一个配置用以驱动外界的空气流入对应的所述至少一个流道内，或者是驱动对应的所述至少一个流道内的空气排放至外界。
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