热交换器的制作方法

1.本实用新型涉及换热技术领域，尤其是涉及一种热交换器。


背景技术：

2.随着热交换器的应用日益广泛，在传统模式燃料电池系统中，需要加入空气和氢气，但在加入时需要分别使用中冷器和热交换器对空气降温和氢气进行加热，这种模式的热交换器体积大、重量大及散热效率低，使得系统的集成空间增大、质量功率密度减小，系统负荷以及成本增大，进而会产生一定的安全隐患，且燃料电池系统中的废气无法合理有效地再利用，造成能量的浪费，存在改进的空间。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种热交换器，能够实现对热交换器的内部空间集成、减重，且提高系统的热交换率，从而减少在使用中由于体积大而产生的安全隐患，同时利于实现废气再利用。
4.根据本实用新型实施例的热交换器，包括：壳体，所述壳体内形成有第一气体流道、第二气体流道、气体换热介质流道和液体换热介质流道，所述第一气体流道与所述第二气体流道平行间隔开分布，所述气体换热介质流道和所述液体换热介质流道适于分别依次与所述第一气体流道和所述第二气体流道换热。
5.根据本实用新型实施例的热交换器，该热交换器可将第一气体流道、第二气体流道、气体换热介质流道和液体换热介质流道集成，当气体介质、液体介质经过第一气体流道换热后流经第二气体流道，可对第二气体进行加热、换热，且可实现废气再利用，由此，集成化设置可缩小热交换器的体积大小，减轻重量，有利于提升热交换器使用的安全性和经济性。
6.根据本实用新型一些实施例的热交换器，在所述壳体内，所述第一气体流道内的气体流向、所述第二气体流道内的气体流向均与所述气体换热介质流道的气体介质流向交叉分布，且所述第一气体流道内的气体流向、所述第二气体流道内的气体流向均与所述液体换热介质流道的液体介质流向交叉分布。
7.根据本实用新型一些实施例的热交换器，所述气体换热介质流道具有气体介质入口和气体介质出口，所述液体换热介质流道设有液体介质入口和液体介质出口，所述气体介质入口和所述液体介质入口位于所述壳体的同一侧，所述气体介质出口和所述液体介质出口位于所述壳体的同一侧。
8.根据本实用新型一些实施例的热交换器，所述液体换热介质流道包括第一流段和第二流段和中间流段，所述第一流段和所述第二流段通过所述中间流段连通，所述第一流段围绕所述第一气体流道分布，所述第二流段围绕所述第二气体流道分布，所述中间流段位于所述第一气体流道与所述第二气体流道之间，所述第一流段和所述第二流段分别形成有所述液体介质入口和所述液体介质出口。
9.根据本实用新型一些实施例的热交换器，所述第一流段和所述第二流段内形成有多个子流路，且多个所述子流路的流向相同且均与所述第一气体流道和所述第二气体流道的流向垂直。
10.根据本实用新型一些实施例的热交换器，所述壳体包括第一主板、第二主板和侧围板，所述第一主板与所述第二主板相对分布且限定出内部空间，所述侧围板连接于所述第一主板和所述第二主板之间且用于对所述内部空间进行周向封闭，所述液体介质入口和所述液体介质出口均位于所述第一主板或所述第二主板；其中，所述气体介质入口和所述气体介质出口分别位于所述侧围板沿第一方向上的两侧。
11.根据本实用新型一些实施例的热交换器，所述液体换热介质流道与所述第一气体流道或所述第二气体流道的换热区域的面积大于所述气体换热介质流道与所述第一气体流道或所述第二气体流道的换热区域的面积。
12.根据本实用新型一些实施例的热交换器，所述第一气体流道设有第一气体入口和第一气体出口，所述第二气体流道设有第二气体入口和第二气体出口；其中，所述第一气体入口到所述第一气体出口的气体流向与所述第二气体入口到所述第二气体出口的气体流向平行且相反。
13.根据本实用新型一些实施例的热交换器，所述壳体包括第一主板、第二主板和侧围板，所述第一主板与所述第二主板相对分布且限定出内部空间，所述侧围板连接于所述第一主板和所述第二主板之间且用于对所述内部空间进行周向封闭；其中，所述第一气体入口和所述第二气体出口位于所述侧围板沿第二方向的一侧边沿处，所述第一气体出口和所述第二气体入口位于所述侧围板沿第二方向的另一侧边沿处。
14.根据本实用新型一些实施例的热交换器，所述热交换器设有多个安装支脚，多个所述安装支脚在所述热交换器上间隔开分布。
15.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
16.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
17.图1是根据本实用新型实施例的热交换器的结构示意图；
18.图2是根据本实用新型实施例的热交换器的工作原理图。
19.附图标记：
20.热交换器100，
21.壳体1，
22.第一气体流道11，第一气体入口111，第一气体出口112，
23.第二气体流道12，第二气体入口121，第二气体出口122，
24.气体换热介质流道131，气体介质入口1311，气体介质出口1312，液体换热介质流道132，第一流段1321，第二流段1322，中间流段1323，液体介质入口1324，液体介质出口1325，
25.安装支脚14，安装孔141，第一主板15，第二主板16，侧围板17。
具体实施方式
26.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
27.下面参考图1-图2描述根据本实用新型实施例的热交换器100，该热交换器100设置有壳体1、第一气体流道11、第二气体流道12、气体换热介质流道131和液体换热介质流道132，将此五种结构集成化设置、排布不仅能满足对气体的加热、换热的功能，同时缩小了热交换器100系统的体积，减轻了总的重量，改善了在使用中因散热效率低造成系统负荷大的问题，从而也降低了采购成本。
28.如图1-图2所示，根据本实用新型实施例的热交换器100，包括：壳体1，壳体1内形成有第一气体流道11、第二气体流道12、气体换热介质流道131和液体换热介质流道132，第一气体流道11与第二气体流道12平行间隔开分布，气体换热介质流道131和液体换热介质流道132适于分别依次与第一气体流道11和第二气体流道12换热。需要说明的是，第一气体流道11、第二气体流道12可分别流通两种不同类型的气体，如两种气体中的一种为空气，另一种为氢气，或者也可为其它类型的气体。
29.具体地，如图2所示，可将第一气体流道11作为空气流道，第二气体流道12作为氢气流道，气体换热介质流道131和液体换热介质流道132分别与第一气体流道11和第二气体流道12交错分布，且气体换热介质流道131中的气体换热介质从第一气体流道11所在的区域往第二气体流道12所在的区域流动，同时，液体换热介质流道132中的液体介质可从第一气体流道11所在的区域到第二气体流道12所在的区域流动。实际使用中，可在气体换热介质流道131通入气体，液体换热介质流道132通入液体，以使通入的气体和液体可分别对第一气体流道11和/或第二气体流道12中的气体进行热交换，以对气体进行加热或冷却。
30.由此，当第一气体流道11打开，通入高温的空气后，气体换热介质流道131和液体换热介质流道132内的气体和液体可先经过第一气体流道11所在的区域，吸收第一气体流道11内的空气的热量，待气体和液体的温度升高后，可进一步地流经第二气体流道12所在的区域，通过气体和液体中携带的热量对第二气体流道12内的氢气进行加热，使得第二气体流道12的氢气温度升高。换言之，将第一气体流道11、第二气体流道12平行间隔开设置，通过气体换热介质流道131和液体换热介质流道132内的气体和液体分别携带空气的热量来对氢气进行加热，可使空气和氢气进行热量交换，此设置不需对空气和氢气分别设置两个换热结构，实现集成化设计，且可减少系统热量聚集，即减小系统的负荷，提高散热效率和安全性。
31.以及，需要说明的是，在实际工作时，也可对两个气体流道分别单独通入气体介质，以使气体换热介质流道131和液体换热介质流道132单独对气体介质进行加热或冷却，实用性更佳。其中，气体换热介质流道131可与燃料电池系统中的尾排气连通，以使尾排气处的高温气体可进入到气体换热介质流道131中，进而通过气体换热介质流道131对两个气体流道中的气体进行加热，实现废气再利用，提升能量利用率。
32.根据本实用新型实施例的热交换器100，该热交换器100可将第一气体流道11、第二气体流道12、气体换热介质流道131和液体换热介质流道132集成，当气体介质、液体介质
经过第一气体流道11换热后流经第二气体流道12，通过气体介质、液体介质实现两种不同气体的热量交换，同时，气体换热介质流道131可与燃料电池系统的尾排气连通，实现废气能量再利用。由此，集成化设置可缩小热交换器100的体积大小，减轻重量，有利于提升热交换器100使用的安全性和经济性。
33.在一些实施例中，在壳体1内，第一气体流道11内的气体流向、第二气体流道12内的气体流向均与气体换热介质流道131的气体介质流向交叉分布，且第一气体流道11内的气体流向、第二气体流道12内的气体流向均与液体换热介质流道132的液体介质流向交叉分布。
34.具体的，如图2所示，第一气体流道11内的气体流向、第二气体流道12内的气体流向分别设为与气体换热介质流道131的气体介质流向交叉分布，且分别设为与液体换热介质流道132的液体介质流向交叉分布，可使气体介质、液体介质在流经第一气体流道11周围时吸收第一气体流道11内的气体的热量，以及，气体介质、液体介质在流经第二气体流道12周围时将自身的热量释放给第二气体流道12内的气体，由此，可分别实现气体介质和液体介质的换热功能。
35.在一些实施例中，气体换热介质流道131具有气体介质入口1311和气体介质出口1312，液体换热介质流道132设有液体介质入口1324和液体介质出口1325，气体介质入口1311和液体介质入口1324位于壳体1的同一侧，气体介质出口1312和液体介质出口1325位于壳体1的同一侧。
36.其中，如图2所示，气体换热介质流道131可为废气流道，可在气体换热介质流道131的上方设为气体介质入口1311，下方设为气体介质出口1312，其中，气体换热介质流道131与第一气体流道11和第二气体流道12交错分布。当气体介质入口1311通入废气，废气可依次流经第一气体流道11和第二气体流道12，分别对第一气体流道11和第二气体流道12中的气体进行换热。液体换热介质流道132用于流通液体介质，液体介质可为水，可在液体换热介质流道132的上方设置为液体介质入口1324，下方设置为液体介质出口1325，其中，液体换热介质流道132也与第一气体流道11和第二气体流道12交错分布，当液体介质入口1324通入水，水可依次流经第一气体流道11和第二气体流道12，分别对第一气体流道11和第二气体流道12中的气体进行换热。其中，废气作为换热介质，体现了废气再利用。此设置结构简明、清晰，利于气体介质和和液体介质实现换热的功能。
37.其中，气体介质入口1311和液体介质入口1324位于壳体1的上方，气体介质出口1312和液体介质出口1325位于壳体1的下方，如图2箭头所指方向，气体换热介质流道131和液体换热介质流道132的方向均为从上到下。且液体介质入口1324和液体介质出口1325设置在壳体1的右侧，设置在同侧方便后期操作人员在同方向工作，节省节拍、提高工作效率，且也方便维修。同时，将液体换热介质流道132和气体换热介质流道131间隔开分布，可减少系统热量聚集，即减小系统的负荷，提高散热效率和安全性。
38.在一些实施例中，液体换热介质流道132包括第一流段1321和第二流段1322和中间流段1323，第一流段1321和第二流段1322通过中间流段1323连通，第一流段1321围绕第一气体流道11分布，第二流段1322围绕第二气体流道12分布，中间流段1323位于第一气体流道11与第二气体流道12之间，第一流段1321和第二流段1322分别形成有液体介质入口1324和液体介质出口1325。
39.由此，如图2所示，液体换热介质流道132的第一流段1321设置在上部，第二流段1322设置在下部，即方向为从上到下，中间流段1323可设置左侧为液体介质流通路径。第一流段1321围绕第一气体流道11分布，第二流段1322围绕第二气体流道12分布，通过中间流段1323连通，形成一个完整的液体换热介质流道132。在实际使用中，当液体从上方的液体介质入口1324流入并且充满第一流段1321，同时吸收第一气体流道11内空气的热量后，通过中间流段1323左侧通道流向第二流段1322，将吸收的热量传递给第二气体流道12内的氢气，换热完成后，液体流出液体介质出口1325。
40.另外，在第一流段1321连接中间流段1323处可设置密封结构或者止通阀，可在第一流段1321吸热过程中，液体不会流出，利于液体介质充分吸收热量，完成热量吸收后，密封结构或阀门打开；同样的，在中间流段1323连接第二流段1322处可设置密封结构或者止通阀，当液体介质进入第二流段1322且充满后进行密封或者关闭阀门，利于液体介质在第二流段1322释放热量。此处设置采用上下排布，结构简单、经济可靠。
41.在一些实施例中，第一流段1321和第二流段1322在中间流段1323的两侧对称分布，如图2所示，即第一流段1321和第二流段1322相对于中间流段1323对称分布，且第一流段1321、第二流段1322分别相对于第一气体流道11、第二气体流道12对称分布，这样对称设计简单明了，也可满足使用功能，方便后期施工、维修，整体外观上也比较规整。
42.在一些实施例中，第一流段1321和第二流段1322内形成有多个子流路，且多个子流路的流向相同且均与第一气体流道11和第二气体流道12的流向垂直。
43.具体的，如图2所示，第一流段1321内形成有多个子流路，且多个子流路方向统一均为从上到下，同样在第二流段1322内形成有多个子流路，且多个子流路方向统一均为从上到下，此设置可提高液体介质的流速，且第一气体流道11的延伸方向和第二气体流道12的延伸方向均为左右方向，由此，第一流段1321和第二流段1322的流向均与第一气体流道11和第二气体流道12的流向垂直，有利于液体介质在第一流段1321吸热后，可快速进入第二流段1322释放热量，完成第一气体流道11和第二气体流道12的热交换。
44.在一些实施例中，壳体1包括第一主板15、第二主板16和侧围板17，第一主板15与第二主板16相对分布且限定出内部空间，侧围板17连接于第一主板15和第二主板16之间且用于对内部空间进行周向封闭，即第一主板15和第二主板16可沿壳体的前后方向相对分布，即可位于壳体的前侧或后侧，且第一主板15和第二主板16共同限定出内部空间，在第一主板15和第二主板16之间连接有侧围板17，侧围板17位于最外侧，可对内部空间进行周向封闭，由此，可将第一气体流道11、第二气体流道12、气体换热介质流道131和液体换热介质流道132集成设置于壳体1的内部空间，便于气体间的热交换。液体介质入口1324和液体介质出口1325均位于第一主板15或第二主板16；其中，气体介质入口1311和气体介质出口1312分别位于侧围板17沿第一方向上的两侧。
45.具体的，如图1所示，第一主板15可位于壳体前侧，第二主板16可位于壳体后侧，且第一主板15和第二主板16共同限定出内部空间，侧围板17位于最外侧，可对内部空间进行周向封闭，且侧围板17支撑连接于第一主板15和第二主板16之间，侧围板17相对于第一主板15的中心线呈左右对称设置，如此设置可使壳体1整体结构对称。其中，如图1中的液体介质入口1324和液体介质出口1325位于第一主板15，即在壳体1的前侧进行液体介质的流入流出，设置在壳体1同一侧方便操作和维护；气体介质入口1311和气体介质出口1312设置在
侧围板17的外侧，且气体介质入口1311和气体介质出口1312分别位于侧围板17沿上下方向上的上部和下部。如此设置，结构简单、清晰，方便维护。
46.在一些实施例中，液体换热介质流道132与第一气体流道11或第二气体流道12的换热区域的面积大于气体换热介质流道131与第一气体流道11或第二气体流道12的换热区域的面积。
47.具体的，如图2所示，液体换热介质流道132分布在最外侧，包裹着第一气体流道11和第二气体流道12，且相对于第一气体流道11和第二气体流道12对称分布，气体换热介质流道131分布在中心，且与第一气体流道11和第二气体流道12交叉分布。液体介质的热传递大于气体介质，液体换热介质流道132设置有大面积的换热区域，气体换热介质流道131则设置有小面积的换热区域，其中，第一气体流道11与第二气体流道12的整体结构设置也相同，也就是说，当气体通入体积、结构均相同的气体流道内，通过液体换热介质流道132设置面积大于气体换热介质流道131，可提高换热效率。
48.由此，上述设置结构紧凑、分布合理，且能提高系统的换热效率。
49.在一些实施例中，如图2所示，在第一气体流道11的延伸方向上，气体换热介质流道131位于热交换器的中部区域。
50.具体的，如图2所示，气体换热介质流道131的延伸方向贯穿于第一气体流道11的延伸方向和第二气体流道12的延伸方向，也就是说，在第一气体流道11和第二气体流道12的延伸方向上，气体换热介质流道131位于热交换器的中部区域，使得气体换热介质流道131被第一气体流道11和第二气体流道12包裹着，这样设置利于气体换热介质流道131内的气体吸收第一气体流道11的热量和释放热量于第二气体流道12。由此，可快速实现气体换热介质流道131的换热功能。
51.在一些实施例中，气体换热介质流道131的延伸方向与第一气体流道11和第二气体流道12的延伸方向垂直，也就是说，气体换热介质流道131的废气可在第一气体流道11内快速吸收热量；同样的，气体换热介质流道131的延伸方向与第二气体流道12的延伸方向垂直，即气体换热介质流道131的废气在第一气体流道11内快速吸收热量后，可快速传递且在第二气体流道12内释放热量。由此，也可提高空气和氢气之间的换热效率。
52.具体的，如图2所示，第一气体流道11设置在上部，第二气体流道12设置在下部，以及气体换热介质流道131的气体介质入口1311设置在上部。也就是说，上部的第一气体流道11用来释放热量，下部的第二气体流道12用来吸收热量，即温度高的气体通入上部，温度低的气体通入下部。由此，利用从上到下的传热方式，可减少系统动力的设置。
53.在一些实施例中，第一气体流道11设有第一气体入口111和第一气体出口112，第二气体流道12设有第二气体入口121和第二气体出口122；其中，第一气体入口111到第一气体出口112的气体流向与第二气体入口121到第二气体出口122的气体流向平行且相反。
54.其中，第一气体入口111、第一气体出口112可设置在第一气体流道11的左侧或右侧，第二气体入口121、第二气体出口122可设置在第二气体流道12的左侧或右侧。具体的，如图2所示，箭头所指方向为气体流动方向，第一气体入口111设置在左侧，第一气体出口112设置在右侧，且第二气体入口121设置在右侧，第二气体出口122设置在左侧，方向平行且相反；从总图来看，右侧流出来的液体和气体温度都是低温，左侧则是高温气体，便于后续处理。从整体结构来看，热交换器100的内部结构设置是完全对称的，旋转一周结构也是
一样的，设计方式简单且提高了热交换器100的使用寿命。
55.在一些实施例中，壳体包括第一主板15、第二主板16和侧围板17，第一主板15与第二主板16相对分布且限定出内部空间，侧围板17连接于第一主板15和第二主板16之间且用于对内部空间进行周向封闭；其中，第一气体入口111和第二气体出口122位于侧围板17沿第二方向的一侧，第一气体出口112和第二气体入口121位于侧围板17沿第二方向的另一侧。
56.具体的，如图1所示，第一气体入口111和第二气体出口122位于侧围板17沿上下方向且靠近左侧位置，第一气体出口112和第二气体入口121位于侧围板17沿上下方向且靠近右侧位置，其中，第一气体入口111、第一气体出口112、第二气体入口121和第二气体出口122均设于壳体1的外侧，即在侧围板17的左侧和右侧进行第一气体和第二气体的流入流出，设置在壳体1外侧方便操作和维护，且第一气入口111和第一气体出口112的管道外径大于第二气体入口121和第二气体出口122的管道外径，此设置便于操作时识别不同类型气体的通入，避免出错，且结构设置简单、清晰。
57.在一些实施例中，壳体1设有多个安装支脚14，多个安装支脚14在壳体1上间隔开分布。
58.具体的，如图1所示，壳体1的四个角均设有安装支脚14，且四个安装支脚14设有安装孔141，通过四个安装支脚14以螺栓紧固方式可将热交换器100与燃料电池系统装配在一起，四角设置安装支脚14使热交换器100在装配和使用中受力均匀，且安装方便、易于维护。
59.由此，本实用新型的热交换器100，通过将第一气体流道11、第二气体流道12、气体换热介质流道131和液体换热介质流道132集成化设置，可改善传统模式中热交换器100的体积大、重量大的缺点，且热交换器100内部设置对称的结构，可提高系统的热交换率，减轻系统的负荷，同时降低了采购成本。
60.1、在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
61.2、在本实用新型的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。
62.3、在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
63.4、在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
64.5、在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
65.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术
语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
66.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。