一种基于内部热交换的复合式热交换器及换热方法与流程

1.本发明涉及热交换器相关技术领域，尤其是指一种基于内部热交换的复合式热交换器及换热方法。


背景技术：

2.热交换器在许多行业节能过程中都发挥着关键作用，而随着近年来能耗的增加和节能意识的上涨，对热交换器的需求不断提高。全球快速的工业化进程，严格的环境法规和技术进步都在推动着热交换器市场的增长，这些因素使得热交换器技术受到了越来越多的关注。而各种场合对热交换器的表面温度的分布和均匀性要求不同。
3.电子电器元件由于产热和传热过程中的不均匀性，导致内部温度有较大差别，形成的温度漂移、温度应力，严重影响元件性能及使用寿命。
4.宇航服、抗荷服等场合，传热和导热的不均匀性导致的内部温差，影响人体的生命安全性和舒适性。
5.现有液冷微通道热交换器具有较高的换热能力，但是温度均匀性和温度场控制方面表现较差。
6.基于此，中国专利公开号为cn215864814u，授权公告日为2022年2月18日，公开了一种复合式热管换热器装置，所述复合式热管换热器包括设置在中间的热管式换热器的第一部件、设置在热管换热器新风入口处和热管换热器排风出口处的第二部件、设置在热管换热器新风出口处和热管换热器排风入口处的第三部件；其中，第一部件包括热管和第一部件主体框架，所述热管包括蒸发端和冷凝端；所述热管的蒸发端和热管的冷凝端固定设置在第一部件主体框架上；所述热管的蒸发端设置在热管的冷凝端下方；第二部件包括第二部件主体框架和排风进风管道，所述排风进风管道包括新风入口和排风出口；第三部件包括第三部件主体框架和排风出风管道，所述排风出风管道包括新风出口和排风入口；所述新风入口与新风出口相连接，所述新风出口与排风入口相连接，所述排风入口与排风出口相连接；第一部件、第二部件和第三部件的位置在同一水平面上，且通过焊接连接成一体。
7.从上述专利可知，虽然热管换热器可有效降低温度场不均匀度，但热管本身需充注工质，其传热效果受制于工质热物理性质，虽拉平了温度场，却多了蒸发端及冷凝端两个传热环节，对微小空间和柔性空间布置很不利，而且无法对温度场进行控制。


技术实现要素：

8.本发明是为了克服现有技术中热管换热器对微小空间和柔性空间布置不利的不足，提供了一种结构紧凑、利于对微小空间和柔性空间布置的基于内部热交换的复合式热交换器及换热方法。
9.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于内部热交换的复合式热交换器，它包括导热基板、散热热源和若干根换
热管道，所述导热基板的表面与散热热源相接触，所述导热基板上设有若干个分别与若干根换热管道一一相匹配的通道，所述换热管道与相应通道的侧壁相贴合，所述换热管道内流动有管内传热工质。散热热源流过导热基板表面或流过导热基板内部或放置在导热基板上或放置在导热基板内部或不与导热基板直接接触。换热管道的排列、数量、通道大小、长度依据散热热源具体需求决定。传热工质在换热管道中的流向依据散热热源具体需求决定。传热工质在换热管道中的流量依据散热热源具体需求决定。导热基板材质为一种材质组成或一种以上材质组成。若干根换热管道安装于导热基板内，故管内传热工质通过相应的换热管道可双向进出，外部热源依次通过导热基板和换热管道与管内传热工质形成热交换，管内传热工质沿流向形成温度梯度，导热基板形成温度场，不同的换热管道的大小、形状、排列、流向和流量对导热基板可形成不同的温度场；管内传热工质进入到换热管道内吸收热源的热量后，产生温升，流出热交换器；由于本发明的热交换部分只由导热基板和换热管道组成，故减小了占用空间，同时根据不同的应用场景，导热基板和换热管道可由不同尺寸、不同柔性的材质制成，以应用于微小空间和柔性空间的布置，达到了结构紧凑、利于对微小空间和柔性空间布置的目的。
10.作为优选，所述换热管道的截面形状和导热基板上通道的截面形状均为任意形状。根据实际使用需求，换热管道的截面形状和导热基板上通道的截面形状可以为圆形、矩形、梯形和三角形等，有利于提高实用性。
11.作为优选，所述换热管道与通道贴合处的截面贴合长度占该截面外周长的30%~100%。一方面利于换热管道的限位，另一方面有利于提高换热管道与导热基板的换热效率。
12.作为优选，所述换热管道与通道贴合的方式为嵌压或黏贴或熔铸或焊接。
13.作为优选，所述换热管道的形状为平直状或弯曲状。有利于根据实际使用需求来悬着换热管道的形状，从而利于换热管道的空间布置。
14.作为优选，所述导热基板上的通道通过挤压或切削或压铸或熔铸或腐蚀的方法制得。
15.作为优选，所述导热基板由单层导热块构成或两层及两层以上的导热块相互叠加复合而成。这样设计有利于根据实际使用需求来保证一定的换热效率。
16.作为优选，所述导热基板的内部为实心致密结构。
17.作为另一种优选，所述导热基板的内部为空间结构。
18.作为优选，所述管内传热工质是气体或单相温差换热的液体。
19.作为另一种优选，所述管内传热工质是相变换热的液体。
20.作为优选，还包括外部冷源，所述外部冷源分别与若干根换热管道相连通后构成回路。外部冷源为一个或多个。流出热交换器的管内传热工质通过外部冷源热交换降温回到换热管道内，形成循环，如此往复，利于节约能源。
21.本发明还提供了一种基于内部热交换的复合式热交换器的换热方法，管内传热工质流入换热管道内，通过对流换热、换热管道与导热基板的导热、导热基板与散热热源的导热或对流或辐射完成传热过程后，流出热交换器，完成换热功能。由于本发明的热交换部分只由导热基板和换热管道组成，故减小了占用空间，同时根据不同的应用场景，导热基板和换热管道可由不同尺寸、不同柔性的材质制成，以应用于微小空间和柔性空间的布置，达到了结构紧凑、利于对微小空间和柔性空间布置的目的。
22.作为优选，经过换热管道流出热交换器的管内传热工质经过外部冷源热交换后流回换热管道，形成一个循环，如此往复。利于节约能源。
23.本发明的有益效果是：本发明基于内部热交换的复合式热交换器通过换热管道间的内部热交换，使热交换器的传热过程处于温度场可控状态，可形成温度平均的温度场，也可形成指定温度分布的温度场，换热密度高、减小了占用空间，同时根据不同的应用场景，导热基板和换热管道可由不同尺寸、不同柔性的材质制成，以应用于微小空间和柔性空间的布置，达到了结构紧凑、利于对微小空间和柔性空间布置的目的；有利于提高实用性；利于换热管道的空间布置；流出热交换器的管内传热工质通过外部冷源热交换降温回到换热管道内，形成循环，如此往复，利于节约能源。
附图说明
24.图1是本发明的结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是图1中具有不同截面形状的换热管道和通道的截面示意图；图4是导热基板由多块导热块复合而成的结构示意图。
25.图中：1. 导热基板，2. 换热管道，3. 管内传热工质，4.散热热源，5.导热块。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
27.如图1和图2所述的实施例中，一种基于内部热交换的复合式热交换器，它包括导热基板1、散热热源4和若干根换热管道2，导热基板1的表面与散热热源4相接触，导热基板1上设有若干个分别与若干根换热管道2一一相匹配的通道，换热管道2与相应通道的侧壁相贴合，换热管道2内流动有管内传热工质3。
28.如图3所示，换热管道2的截面形状和导热基板1上通道的截面形状均为任意形状。
29.如图3和图4所示，换热管道2与通道贴合处的截面贴合长度占该截面外周长的30%~100%。换热管道2与通道贴合的方式为嵌压或黏贴或熔铸或焊接。
30.如图2所示，换热管道2的形状为平直状或弯曲状。
31.如图3和图4所示，导热基板1上的通道通过挤压或切削或压铸或熔铸或腐蚀的方法制得。
32.如图4所示，导热基板1由单层导热块5构成或两层及两层以上的导热块5相互叠加复合而成。
33.如图3和图4所示，导热基板1的内部为实心致密结构。
34.导热基板1的内部也可为空间结构。
35.管内传热工质3是气体或单相温差换热的液体。
36.管内传热工质3是相变换热的液体。
37.还包括外部冷源，外部冷源分别与若干根换热管道2相连通后构成回路。
38.本发明还提供了一种基于内部热交换的复合式热交换器的换热方法，管内传热工质3流入换热管道2内，通过对流换热、换热管道2与导热基板1的导热、导热基板1与散热热源4的导热或对流或辐射完成传热过程后，流出热交换器，完成换热功能。
39.经过换热管道2流出热交换器的管内传热工质3经过外部冷源热交换后流回换热管道2，形成一个循环，如此往复。
40.本发明中换热管道2为可以为多流程，换热管道2及导热基板1为金属或非金属材质。
41.内部热交换的复合式热交换器内部换热过程如下：管内传热工质3流入换热管道2，通过管内对流换热、换热管道2与导热基板1的导热、导热基板1与散热热源4的导热或对流或辐射完成传热过程后，流出热交换器，完成换热功能。控制每个换热管道2内传热工质的流向和流量流速，即可控制热交换器的导热基板1与外部热源换热面的温度场。特殊的，
①
换热管道2等间距分布；
②
相邻两换热管道2内管内传热工质3流向相反、流量相等；
③
导热基板1有足够厚度；
④
外部热源平均散热的情况下，由于内部导热的对称性，可以认为热交换器的导热基板1与外部热源换热面的温度场是平均的。
42.总之，本发明提供的内部热交换的复合式热交换器及换热方法，能有效弥补现有技术的不足，使热交换器的传热过程处于温度场可控状态，可形成温度平均的温度场，也可形成指定温度分布的温度场，并且换热密度高、占用空间小。
43.以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。