CN210485864U - 一种热交换系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热交换系统，该热交换系统包括：壳体，壳体位于热交换系统的最外围以封装热交换系统；至少一个发热部件，每个发热部件的至少一个面与传热部件的面完全贴合；至少一个传热部件，每个传热部件的至少一个面与发热部件完全贴合，传热部件内部设有可供流体通过的增程流体通道，以使流体在传热部件内的流动时间增长。本实用新型的热交换系统的发热部件与换热部件通过大面积全接触的方式显著提高了发热部件的热利用率。并且通过优化传热部件的结构使得流体媒介所吸收的热也显著提高。

Description

一种热交换系统

技术领域

本发明涉及热能利用领域，尤其涉及一种热交换系统。

背景技术

现有的采暖炉通常为两种形式，一种是石英管、金属管等管状发热器，另外一种是PTC陶瓷半导体发热器，二者均通过液体媒介将热量导走。前者的具体形式通常为装有液体媒介的金属换热管，换热管与发热管接触，二者为圆柱体与圆柱体的接触，实际接触面积很小。为了延长液体媒介与发热管的接触时间，有些技术采用了蛇形金属管，但热能利用率依然很低，很多热量并未被液体媒介吸收和导走。后者将小块的陶瓷半导体与云母一起冲压成型，虽为面状接触，云母填充会消耗一部分热量，且由于工艺难度问题，不能冲出蛇形管路，液体媒介与发热陶瓷半导体的接触时间得不到提升，热量不能被充分带走。

发明内容

针对现有技术所存在的以上问题和不足，本发明提供一种热交换系统，该系统的发热部件与换热部件通过大面积全接触的方式显著提高了发热部件的热利用率。并且通过优化传热部件的结构使得流体媒介所吸收的热也显著提高。

根据本发明的一方面，提供一种热交换系统，该热交换系统包括：

壳体，壳体位于热交换系统的最外围以封装热交换系统；

至少一个发热部件，每个发热部件的至少一个面与传热部件的面完全贴合；

至少一个传热部件，每个传热部件的至少一个面与发热部件完全贴合，传热部件内部设有可供流体通过的增程流体通道，以使流体在传热部件内的流动时间增长。

根据本发明的一个实施例，流体直接在增程流体通道内流动，如此设置则无需在增程流体通道内设置单独的流体封装管道，减少开槽的工艺步骤。这种形式的传热部件更具体地可以通过粉末冶金、3D打印等技术加工成内部具有U型、圆形盘管、Z型多通路等管道的传热部件。其中，流体可以是常用作热交换介质的液体或气体等。

根据本发明的一个实施例，发热部件总体呈二维延伸结构，例如呈板状，板可以是平板或弯曲的板，也可以是涂覆于板上的涂层结构，其总体具有与传热部件相对的主延伸面。

根据本发明的一个实施例，发热部件的数量为两个，传热部件的数量为一个，传热部件夹在两个发热部件之间。但在本发明的教导下，还可以想到与该结构相似的更多层堆叠的结构，由此增加可以加热的流体的量。

根据本发明的一个实施例，传热部件包括上半部和下半部，每个半部都设有构成增程流体通道的一部分的开槽，上半部和下半部接合以形成完整的增程流体通道。通过将传热部件设计为半部和开槽的组合形式，可以以相对简单和低成本的方式加工出形状较为复杂的增程流体通道。

根据本发明的一个实施例，传热部件还包括设置于增程流体通道内的流体封装管道，流体封装管道与增程流体通道的形状相匹配，以使增程流体通道的内表面与流体封装管道的外表面完全贴合，几乎无缝地衔接，实现流体的高效吸热和导热。流体封装管道采用高导热材料，例如金属、陶瓷或满足此处的使用需求的其它任何材料。

根据本发明的一个实施例，传热部件包括顶壁、底壁以及连接顶壁和底壁的侧壁，传热部件的各个壁连接在一起形成具有空腔的盒状结构，传热部件的两个相对的侧壁交叉地设置从该侧壁向空腔延伸的隔片，每个隔片与相对的侧壁之间存在间隙以将空腔分割成弯曲延伸的流体通道。其中，传热部件采用金属材料，例如铜。

根据本发明的一个实施例，发热部件优选发热速度快、导热效率高的材料，更优选地为石墨烯、碳纤维或半导体陶瓷材料等。所述石墨烯可以涂覆在载体材料上形成本发明的发热部件。

根据本发明的一个实施例，增程流体通道包括能够延长流体在传热部件内的流动时间的任何结构，例如但不限于，U形弯折回旋通道、圆形盘旋通道、平面螺旋通道、Z型多通路通道、波纹弯折通道等中的一种。

根据本发明的一个实施例，壳体内表面设有隔热层，隔热层用于实现隔热保温、减少热量损失的作用。隔热层包括但不限于铝箔玻璃纤维布。虽然该实施例所述的隔热层设置在壳体内表面，但也可以根据需要设置在其它位置，例如包裹在整个散热器的最外层。

根据本发明的一个实施例，发热部件的长度方向平行于传热部件的长度方向，由此尽可能地增大发热部件与传热部件之间的对应面积。

根据本发明的一个实施例，发热部件的数量为一个，传热部件的数量为两个，发热部件夹在两个传热部件之间，由此可以充分吸收发热部件的两个相对表面所散发的热。

根据本发明的一个实施例，传热部件为高导热导电的材料，如金属铜、铝，发热部件和传热部件之间设有电绝缘材料，所述电绝缘材料可以是可拆装地设置在发热部件和传热部件之间的独立的部件，也可以是涂覆在发热部件和/或传热部件上的绝缘涂层。

根据本发明的一个实施例，传热部件为高导热但不导电的材料，例如但不限于，微晶板、氧化铍陶瓷、氧化铝陶瓷等。由此可以避免使用单独的电绝缘材料来实现水电分离。根据本发明的一个实施例，发热部件的外围或壳体的外围设置有电绝缘材料，该电绝缘材料可以是电绝缘涂层。

本发明所公开的热交换系统至少可以获得以下多种有益效果：

(1)由于发热部件与换热部件采用大面积的全接触形式，显著增大了传热部件的吸热面积，提高了发热部件的热量的利用效率；

(2)将流体通道设置在传热部件内部而并非是直接与发热部件相对，由此媒介完全由传热部件包裹，同时不要求加热部件具有复杂的形状，降低了对发热部件的加工要求；

(3)流体通道为增程形式，可以延长媒介在传热部件内的流动时间，显著提高流出媒介的温度；

本发明加热器从接触时间的延长和接触面积的增加两方面着手改善，使得加热器的热量可以高效的被媒介传送到需要加热的位置，减少了热量损失，节约能源，降低用户使用成本。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的热交换系统的示意图；

图2是图1所示热交换系统的传热部件的截面图；

图3是根据本发明的第二实施例的热交换系统的示意图；

图4是图3所示热交换系统的传热部件的截面图；

图5是图3所示热交换系统的流体封装管道的结构示意图；

图6是根据本发明的第三实施例的热交换系统的示意图；

图7是根据本发明的第四实施例的热交换系统的示意图；

图8是根据本发明的第五实施例的传热部件的截面图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了根据本发明的第一实施例的热交换系统的示意图。该热交换系统包括壳体(未示出)、上下两个石墨烯发热板100a和100b以及夹在两个石墨烯发热板中间的金属传热部件200。如图1所示，石墨烯发热板100a、100b和金属传热部件200总体都为平面状。石墨烯发热板100a和100b、以及金属传热部件200各自具有总体沿同一平面延伸的上表面和下表面。石墨烯发热板100a的下表面与金属传热部件200的上表面完全贴合，石墨烯发热板100b的上表面与金属传热部件200的下表面完全贴合，上下两个石墨烯发热板100a和100b都以整个表面作为热交换的区域，与现有技术相比，明显增加了换热面积。其中，上下两个石墨烯发热板100a和100b未与金属传热部件200接触的另一相对表面外层可以设置铝箔玻璃纤维布以达到隔热保温、减少热量损失的作用。

图2示出了沿图1中的线2-2截取的金属传热部件200的截面图。如图所示，金属传热部件200内部设有可供流体通过的增程流体通道210。图2中的增程流体通道210是在金属传热部件200主体内形成的空腔，可以通过粉末冶金、注塑成型、3D打印等方式制作该传热部件的增程流体通道210。该增程流体通道210由多个直线延伸部以及连接相邻两个直线延伸部的U形连接部组成。增程流体通道210的起始端和末端延伸至金属传热部件200的侧壁处以形成增程流体通道210的进水口和出水口，增程流体通道210的其它部分在金属传热部件200内延伸但未延伸至金属传热部件200的侧壁。在使用时，水经进水口进入增程流体通道210，沿着增程流体通道210在金属传热部件200内部传输，在流经增程流体通道210期间，水吸收由石墨烯发热板100a和100b传递给金属传热部件200的热量，因此，水的温度逐渐升高，最后经增程流体通道210的出水口排出。由于金属传热部件200内设置了传输路径明显增长的增程流体通道210，使得水在金属传热部件200内的流动时间增加，增加了水的吸热时间。而且，流体直接在增程流体通道内流动，如此设置则无需在增程流体通道内设置单独的流体封装管道，减少开槽的工艺步骤。

根据本发明的一个实施例，石墨烯发热板100a、100b和金属传热部件200之间可以设有电绝缘材料，电绝缘材料可以是可拆装地设置在发热部件和传热部件之间的独立的部件，也可以是涂覆在发热部件和/或传热部件上的绝缘涂层，从而实现水电分离。根据本发明的其他实施例，传热部件可以为高导热但不导电的材料，例如但不限于，微晶板、氧化铍陶瓷、氧化铝陶瓷等。由此可以避免使用单独的电绝缘材料来实现水电分离。

图3示出了根据本发明的第二实施例的换热系统的示意图。该换热系统与第一实施例的换热系统的结构总体相同。其主要区别在于，金属传热部件200包括上半部220a和下半部220b，每个半部都设有构成增程流体通道的一部分的开槽210a或210b，上半部220a和下半部220b接合以形成完整的增程流体通道。该金属传热部件200还包括设置于增程流体通道内(即夹在上半部220a和下半部220b组合而成的增程流体通道内)的流体封装管道230，流体封装管道230与增程流体通道的形状相匹配，以使增程流体通道的内表面与流体封装管道230的外表面完全贴合，几乎无缝地衔接，实现流体的高效吸热和导热。流体封装管道230采用高导热材料，例如金属、陶瓷或满足此处的使用需求的其它任何材料。

图4示出了一个半部220b的示意图，其具有与第一实施例中的金属传热部件200a的截面相似的结构。但本发明的增程流体通道并不限于图中所示的一种行驶，其还可以采用圆形盘管、Z型多通路等管道。介质可以采用其他液态或气态传热介质。

图5示出了夹在图3所示的上半部220a和下半部220b组合而成的增程流体通道内的金属管230。传热介质在金属管230的管内传递，如图中附图标记F及箭头所示，从而防止传热介质外漏。

通过将金属传热部件200设计为半部和开槽的组合形式，可以以相对简单和低成本的方式加工出形状较为复杂的增程流体通道。

图6示出了根据本发明的第三实施例的换热系统的示意图。该换热系统具有上下两个金属传热部件200a和200b，以及夹在两个金属传热部件200a和200b之间的PCT发热陶瓷板。由此可以充分吸收发热部件的两个相对表面所散发的热，更高效地利用发热部件产生的热。金属传热部件200a、200b可以采用图1所示的金属发热部件200的结构。

图7示出了与图6中的换热系统布局类似的换热系统的示意图。其不同之处主要在于，该实施例的两个金属传热部件都采用两个半部的形式220a和220b或221a和221b，每个半部内侧都设有开槽，开槽内设置金属管230a或230b，该金属传热部件的结构与图3所示的金属传热部件的结构类似。

图8示出了另一实施例的传热部件200的截面图，该传热部件优选地应用于图6所示的换热系统中。该传热部件200总体包括壳体210，壳体210由顶壁、底壁以及连接顶壁和底壁的四个侧壁组成，各个壁连接在一起形成具有空腔的盒状结构。如图所示，传热部件200的两个相对的侧壁(例如图中的左侧壁和右侧壁)交叉地设置从该侧壁向空腔延伸的隔片220，从左侧壁延伸的隔片220与右侧壁之间存在间隙，从右侧壁延伸的隔片220与左侧壁之间存在间隙，由此通过设置隔片220将空腔分割成弯曲延伸的流体通道。如图所示，水经由带箭头的虚线所示的流动路径从进水口传递到出水口。其中，进水口设置在传热部件的一个侧壁上，出水口设置在传热部件的另一侧壁上。传热部件200采用金属材料，例如铜。将传热部件200的整个内部设置为供流体流动的通道，使得更多的水可以流经传热部件200，由此，更有效地吸收发热部件产生的热量。

以上实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热交换系统，其特征在于，包括：

壳体，壳体位于热交换系统的最外围以封装热交换系统；

至少一个发热部件，每个发热部件的至少一个面与传热部件的面完全贴合；

至少一个传热部件，每个传热部件的至少一个面与发热部件完全贴合，传热部件内部设有可供流体通过的增程流体通道，以使流体在传热部件内的流动时间增长。

2.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，发热部件为平板状。

3.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，发热部件的数量为两个，传热部件的数量为一个，传热部件夹在两个发热部件之间。

4.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，传热部件包括上半部和下半部，每个半部都设有构成增程流体通道的一部分的开槽，上半部和下半部接合以形成完整的增程流体通道。

5.根据权利要求4所述的热交换系统，其特征在于，传热部件还包括设置于增程流体通道内的流体封装管道，流体封装管道与增程流体通道的形状相匹配，以使增程流体通道的内表面与流体封装管道的外表面完全贴合。

6.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，发热部件的数量为一个，传热部件的数量为两个，发热部件夹在两个传热部件之间。

7.根据权利要求6所述的热交换系统，其特征在于，所述传热部件包括顶壁、底壁以及连接顶壁和底壁的侧壁，所述传热部件的各个壁连接在一起形成具有空腔的盒状结构，所述传热部件的两个相对的侧壁交叉地设置从所述侧壁向所述空腔延伸的隔片，所述隔片将所述空腔分割成弯曲延伸的流体通道。

8.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，发热部件包括石墨烯发热板、碳纤维或半导体陶瓷发热板。

9.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，增程流体通道包括U形弯折回旋通道、圆形盘旋通道、平面螺旋通道、Z型多通路通道、波纹弯折通道中的一种。

10.根据权利要求2所述的热交换系统，其特征在于，发热部件的长度方向平行于传热部件的长度方向。

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