[发明专利]石墨烯曲面传导换热器

说明书

技术领域

本发明涉及流体传热领域，特指一种可实现超高效换热的石墨烯曲面传导换热器。

背景技术

目前，在换热器领域，使用较多的是管式换热器、板式换热器等，如专利“具有在通路中形成多个通道的热交换结构的板式换热器”(CN101194137)，尽管采用的波纹翅片加大了换热面积，但它们的传热依然都是通过管壁或板壁，将热量从壁的一侧传递到另一侧，这样不可避免的在管壁或板壁中产生很大的热量损失。

石墨烯是近几年国内外学者研究的热门材料，具有高导电、快速导热等一系列优点，数据显示，在室温下，石墨烯的热导率(5000W·m-1·K-1)是硅的36倍，砷化镓的20倍，是铜(室温下401W·m·K)的十倍多，在换热器领域拥有广阔的应用前景。

目前利用石墨烯设计换热设备的研究少之又少，仅有的专利“一种石墨烯换热器”(CN205843468U)，其进出水通道为多边形，通水困难，再加上仅有一处进水通道，因此难以满足工业生产高效的要求。。

陶瓷材料熔点很高，多在2000摄氏度以上，具有耐高温的性质，而且在高温下不易氧化，对酸碱都有良好的耐腐蚀能力。

综上，本发明提出一种新式换热器，石墨烯曲面传导换热器，采用了特殊的结构设计，以陶瓷作为基体材料，其上镀有一层石墨烯材料，利用表面传热，能够显著提高换热效率，易于推广。

发明内容

本发明提出石墨烯曲面传导换热器，目的是解决目前换热器热耗严重、传热慢的问题，提高换热器的换热效率。

本发明石墨烯曲面传导换热器有两种实施方案，方案一为单层结构，由流体通道板和单层换热器主体组成，其中单层换热器主体由陶瓷板和波浪形陶瓷翅片粘结而成，从而形成许多流体通道，相邻的流体通道分别通热流体和冷流体，陶瓷板和波浪形陶瓷翅片接触流体的一侧均镀有石墨烯层，传热主要通过石墨烯层的曲面传热来实现。

本发明石墨烯曲面传导换热器，陶瓷板和波浪形陶瓷翅片形成的流道截面可以有多种形式，例如半圆形、矩形。

本发明石墨烯曲面传导换热器，单层换热器主体可以由两个波浪形陶瓷翅片相对粘接而成，即陶瓷板换成波浪形陶瓷翅片，流道截面更大，增加换热效果。

本发明石墨烯曲面传导换热器的实施方案二为叠层结构，流体通道板更换为分流格栅，单层换热器主体更换为叠层换热器主体，即叠层换热器由分流格栅和叠层换热器主体组成，二者可通过粘合剂粘合。叠层换热器主体由许多片波浪形陶瓷翅片层叠而成，最外层的波浪形陶瓷翅片靠近流体层镀有石墨烯层，内部的波浪形陶瓷翅片的两侧均镀有石墨烯层，波浪形陶瓷翅片的层叠形成了许多流体通路；分流格栅外侧开有七个进出水口，分流格栅的内侧则是七个水槽，它们将外侧进入的流体分配到叠层换热器主体的各个流体通路中，使得进入到叠层换热器主体的流体在每层流体通路中都是冷热流体交替布置，同样，传热主要通过石墨烯层的曲面传热来实现。

在换热器工作过程中，冷热流体可以选择同向或反向进入换热器，根据单层换热器原理图所示，在单层换热器主体中，热流体的热量主要通过石墨烯层的表面传热传递到同层相邻的冷流体中；在叠层换热器中，剩余的热量还会通过波浪形陶瓷翅片传递到下层的相邻冷流体中，采用这种传热方式充分发挥了石墨烯材料高导热的特点，显著提升了传热效率。同时，由于换热器的主体材料采用的陶瓷，因此具有耐高温、耐酸碱腐蚀的优点。

本发明的有益效果是：

石墨烯曲面传导换热器，其换热的主要途径是石墨烯层的表面换热，由于石墨烯相比其它材料拥有显著的高导热性能，因此其传热效率也会显著地提升。

石墨烯曲面传导换热器，其叠层结构采用了多个波浪形陶瓷翅片叠加的设计，形成了数十个流体通路，冷流道和热流道相隔布置，扩大了换热效率，更有利于工业化应用。

石墨烯曲面传导换热器，其叠层机构采用了分流格栅，不仅能够将一股流体分为几股流入换热器主体，而且其分配作用使得流入换热器主体的每层都是冷热流体交替布置。

附图说明

图1是本发明石墨烯曲面传导换热器示意图。

图2是本发明石墨烯曲面传导换热器结构分解图。

图3是本发明石墨烯曲面传导换热器换热主体结构图。

图4是本发明石墨烯曲面传导换热器换热原理图。

图5是本发明石墨烯曲面传导换热器叠层换热器示意图。

图6是本发明石墨烯曲面传导换热器叠层换热器三视图。

图7是本发明石墨烯曲面传导换热器叠层换热器的A-A横截面图。