專利名稱：一種加熱與制冷流動液體的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一種加熱與制冷流動液體的裝置屬于溫度控制系統(tǒng)領域，特別 涉及的是應用于快速加熱與制冷流動液體溫度的裝置。
背景技術：
直接液體燃料電池是一種直接將儲存在液體燃料和氧化劑中的化學能 高效、無污染地轉化為電能的發(fā)電裝置。它以其高效、環(huán)保、能量密度高、 儲存攜帶方便等突出優(yōu)點，被認為是便攜式電子設備的理想電源，受到越 來越廣泛的重視。
燃料電池技術正處于研發(fā)階段，影響直接液體燃料電池實用化的因素 主要有性能價格比低，長期工作的可靠性和穩(wěn)定性不理想。電池性能和 壽命的影響因素，除了電池的膜電極材料與制備工藝、電池結構設計和組 裝工藝以外，運行條件如溫度和流量都會對電池的性能和壽命產生顯著影 響。電池運行溫度影響催化劑活性、膜的濕化、電池內部的傳質以及電池 的熱平衡。液體燃料過高的溫度影響電池壽命甚至損壞電池，過低的溫度 則嚴重影響電池的性能。直接液體燃料的流量影響電池內部的傳質，流量 過小會導致陽極燃料供給不足，引起電池的濃差極化；而流量過大又會增 加陽極燃料從陽極到陰極的竄流，同時冷卻催化劑表面溫度從而降低催化 劑活性，降低燃料電池的性能。在燃料電池的運行過程中，不同工況下溫 度和流量對電池的性能影響不同。因此，在研究溫度和流量等運行參數對 電池性能和壽命影響的過程中，需要控制液體燃料的溫度和流量。
目前，液體加熱器有多種形式，但多數是用于靜止液體的加熱裝置。 中國專利ZL200520109719.5介紹了一種在液體流動時進行加熱的加熱器， 采用若干個電加熱體加熱石英管內的液體。包括一個筒狀耐熱管和多個電 加熱體。其中石英耐熱管內部設有數個獨立空間的加熱體容腔，每個加熱 體容腔內的液體流道均與相鄰加熱體容腔內的液體流道相通。并且在每個 加熱體容腔內設有電加熱體。當液體流經石英管內部的流道時被電加熱體 加熱，設定溫度的液體從導出管流出。整個加熱器里被加熱流體的腔體體￥M^C，若増加供應給電加熱體的電力，則在設置預定溫度之后需要一段 較長時間才能穩(wěn)定的輸出設定溫度的液體。當設定溫度調低之后同樣需要
較長時間才能穩(wěn)定輸出調整后溫度的液體。美國專利US5381510公開了另 一種形式的流動液體加熱器。其具有一個帶有蛇形流場結構的平板，平板 的一端留有蛇形流場的入口，另一端留有出口。平板的上、下表面緊密附 有易于導熱的柔性鋁箔，用于導熱和隔斷相鄰流道間的串流，每個鋁箔的 外部為加熱板。加熱板通過鋁箔對流經平板上蛇形流場的流體進行加熱。 但是蛇形流場的尺寸太大影響加熱效果，尺寸太小則增加流場加工難度， 而且平板和鋁箔的密封比較困難。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術難題是克服現有技術的缺陷，提供一種加熱與制 冷流動液體的裝置，在相鄰加熱板的接觸面上銑出回形凹槽，兩層凹槽在 中間加熱板的通孔處連通，金屬軟管內嵌于凹槽中作為流動液體的通道。 雙層回形通道大大增加了流體在加熱裝置中的流動時間，有利于充分傳熱。 采用半導體制冷片通過加熱板間接給流動液體加熱或制冷，液體加熱或制 冷快速均勻，可以很快跟蹤設定的流動液體溫度。
本發(fā)明采用的技術方案是 一種加熱與制冷流動液體的裝置，其特征 是采用雙層回形通道加熱或制冷流動液體，裝置具有外形尺寸相同的前 加熱板4、后加熱板7和中間加熱板6;中間加熱板6是一個長方板，它的 一面加工有橫截面為半圓形的中間加熱板正面回形凹槽h，另一面也加工有
橫截面為半圓形的中間加熱板背面回形凹槽i，在中間加熱板6中心有一個 通孔d，通過定位銷16在中間加熱板6的兩側分別安裝有前加熱板4和后 加熱板7，前加熱板4和后加熱板7在朝向中間加熱板6的接觸面上分別加 工有橫截面為半圓形的前加熱板回形凹槽g和后加熱板回形凹槽a;金屬軟 管5放置于前加熱板回形凹槽g和中間加熱板正面回形凹槽h中，形成橫 截面為圓形的回形通道，并且穿過中間加熱板6的通孔d后，放置于中間 加熱板背面回形凹槽i和后加熱板回形凹槽a中，整體形成雙層回形通道， 在金屬軟管5與回形通道之間填充導熱硅脂25;前隔熱板2和后隔熱板9 上分別各有兩個與半導體制冷片3形狀相同的長方體空腔m，并通過散熱片
4螺栓18和散熱片螺母26對稱安裝于前加熱板4和后加熱板7的外囪；4個 半導體制冷片3分別嵌入4個長方體空腔m中，4個半導體制冷片3的制熱 面n分別朝向前加熱板4和后加熱板7，在半導體制冷片3的制冷面p安裝 有4個散熱片11; 4個散熱片11通過散熱片螺栓18和散熱片螺母26分別 固定在前隔熱板2和后隔熱板9的外面，在4個散熱片11與前隔熱板2和 后隔熱板9的縫隙處填充導熱硅脂25;散熱片螺栓18外部套有螺栓塑料保 溫套15; 4個散熱片11的外面分別安裝有4個風扇10，并在散熱片11和 風扇10之間的縫隙處填充導熱硅脂25;前加熱板4、中間加熱板6和后加 熱板7的上、下、左、右面各覆蓋有上隔熱支架13、下隔熱支架1、左隔 熱支架12和右隔熱支架14，與前隔熱板2和后隔熱板9共同將三個加熱板 包圍；左隔熱支架12通過左支架螺釘19固定在前隔熱板2和后隔熱板9 的左側面，右隔熱支架14通過右支架螺釘20固定在前隔熱板2和后隔熱 板9的右側面，上隔熱支架13通過上支架螺釘17固定在前隔熱板2和后 隔熱板9的上側面，下隔熱支架1的底面加工有螺釘沉槽q，并通過下支架 螺釘8固定在前隔熱板2和后隔熱板9的下側面。
本發(fā)明的顯著效果是加熱裝置結構簡單，無液體密封問題，便于操作。 雙層回形通道大大增加了流體在加熱裝置中的流動時間，有利于充分傳熱。 能夠均勻、快速的加熱或制冷流動液體，當改變加熱溫度時能夠快速穩(wěn)定 地輸出設定溫度的液體。
圖1是一種加熱與制冷流動液體裝置的主視圖，圖2是圖1的A-A剖 視圖，圖3是圖2的B-B剖視圖，圖4是圖2的C-C剖視圖，圖5是圖1 的左視圖，圖6是三個加熱板的立體向左展開圖，圖7是三個加熱板的立 體向右展開圖，圖8是中間加熱板與金屬軟管的裝配關系圖。其中1-下隔 熱支架，2-前隔熱板，3-半導體制冷片，4-前加熱板，5-金屬軟管，6-中間 加熱板，7-后加熱板，8-下支架螺釘，9-后隔熱板，10-風扇，11-散熱片， 12-左隔熱支架，13-上隔熱支架，14-右隔熱支架，15-螺栓塑料保溫套，16-定位銷，17-上支架螺釘，18-散熱片螺栓，19-左支架螺釘，20-右支架螺釘， 21-半導體制冷片正極電源線，22-半導體制冷片負極電源線，23-風扇正極電源線，24-風扇貸極電源線，25-導熱硅脂，26-散熱片螺母，a-后加熱板回 形凹槽，b-后加熱板保溫套孔，c-后加熱板定位孔，d-通孔，e-前加熱板定 位孔，f-前加熱板保溫套孔，g-前加熱板回形凹槽，h-中間加熱板正面回形 凹槽，i-中間加熱板背面回形凹槽，j-中間加熱板定位孔，k-中間加熱板保 溫套孔，m-長方體空腔，n-制熱面，p-制熱面，q-螺釘沉槽。
具體實施例方式
以下結合技術方案和附圖詳細說明本發(fā)明的實施。如附圖l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8所示，該發(fā)明一種加熱與制冷流動液體的裝置，采用半導體制 冷片給加熱板加熱，進而傳熱給金屬軟管中的流動液體的間接加熱方式， 通過回形管路增加液體在加熱裝置中的流動路徑，延長液體在加熱裝置中 的流動時間。它主要包括三個加熱板、 一條金屬軟管、四個半導體制冷片、 四個散熱器、兩個隔熱板、四個隔熱支架和四個風扇。
前加熱板4、中間加熱板6和后加熱板7為三塊外形尺寸相同依次疊放 在一起的長方體銅板。前加熱板4的一面、中間加熱板6的雙面和后加熱 板7的一面分別銑出一個橫截面為半圓形的前加熱板回形凹槽g、中間加熱 板正面回形凹槽h、中間加熱板背面回形凹槽i和后加熱板回形凹槽a。前 加熱板4和中間加熱板6緊密疊放后，前加熱板回形凹槽g和中間加熱板 正面回形凹槽h形成橫截面成圓形的回形通道，通道的一端開口在中間加 熱板6的左下端，另一端開口在中間加熱板6的通孔d (位于中間加熱板6 的中心)處。中間加熱板6和后加熱板7緊密疊放后，中間加熱板背面回 形凹槽i和后力0^回形Nf a形成橫截面成圓形的回形通道，通道的開 口一端在中間加熱板6的左上端，另一端開口在中間加熱板6的通孔d處。 為了保證前加熱板回形凹槽g和中間加熱板正面回形凹槽h以及中間加熱 板背面回形凹槽i和后加熱板回形凹槽a之間形成的通道橫截面為圓形， 前加熱板4、中間加熱板6和后加熱板7的右下角分別開有前加熱板定位孔 e、中間加熱板定位孔j和后加熱板定位孔c,并通過定位銷16定位夾緊。 三層加熱板之間的凹槽形成了 一種雙層回形通道。
用于液體流動通道的金屬軟管5可采用不銹鋼材料，將其盤成與雙層 回形通道相同的形狀，放置于前加熱板回形凹槽g和中間加熱板正面回形
6凹槽h以及中間加熱板背面回形凹槽i和后加熱板回形凹槽a形成的橫截 面為圓形的回形通道中，兩層之間通過中間加熱板6的通孔d連通。金屬 軟管5的入口在中間加熱板6的左下端，出口在中間加熱板6的左上端。 在金屬軟管5與回形通道之間填充導熱硅脂25，以確保金屬軟管5和3個 加熱板之間的導熱良好。
前隔熱板2和后隔熱板9可采用聚四氟乙烯或高壓聚乙烯材料的長方 體板，通過散熱片螺栓18和散熱片螺母26分別固定于前加熱板4和后加 熱板7的外側，用于3個加熱板的保溫，防止加熱板的熱量散失到外界環(huán) 境中。其上分別挖空兩個與半導體制冷片3形狀相同的長方體空腔m。散熱 片螺栓18外部套有螺栓塑料保溫套15，以防止前加熱板4和后加熱板7的 熱量從散熱片螺栓18上散失。
將4個相同規(guī)格的半導體制冷片3分別嵌入前隔熱板2和后隔熱板9 的長方體空腔m中，4個半導體制冷片3的制熱面n都緊密貼著前加熱板4 和后加熱板7且縫隙處填充導熱硅脂25，保證半導體制冷片3與前加熱板 4和后加熱板7之間的導熱良好。4個相同規(guī)格的純銅散熱片11分別緊密 貼在4個半導體制冷片3的制冷面p，用于半導體制冷片3的熱量或者冷氣 向外界環(huán)境中擴散，防止半導體制冷片3的制冷面p和制熱面m溫差太大 而造成半導體制冷片3的損壞。半導體制冷片3和散熱片11的縫隙處填充 導熱硅脂25，保證兩者之間的導熱良好。4個散熱片11通過散熱片螺栓18 和散熱片螺母26分別固定在前隔熱板2和后隔熱板9的外面。4個風扇10 通過自身結構所帶的卡箍直接安裝在4個散熱片11的外面，用于增加空氣 對流，加強散熱片11熱量或者冷氣的擴散，減小制冷面P和制熱面m的溫 差。
可采用聚四氟乙烯或高壓聚乙烯材料的長方體板材上隔熱支架13、 下隔熱支架l、左隔熱支架12和右隔熱支架14，分別從上、下、左、右四 個方向共同包住前加熱板4、中間加熱板6和后加熱板7，與前隔熱板2和 后隔熱板9共同將3個加熱板與外界環(huán)境隔開，起到保溫作用。左隔熱支 架12通過左支架螺釘19固定在前隔熱板2和后隔熱板9的左側面，右隔 熱支架14通過右支架螺釘20固定在前隔熱板2和后隔熱板9的右側面，上隔熱支架13通過上^1^累釘17固定在前隔熱板2和后隔熱板9的上惻 面，下隔熱支架1通過下支架螺釘8固定在前隔熱板2和后隔熱板9的下 側面，起保溫和支撐整個加熱裝置的雙層作用。此外，下隔熱支架1的底 面加工有下支架螺釘8的螺釘沉槽q，保證下隔熱支架1的底面的平整。
本發(fā)明一種加熱流動液體的裝置工作原理如下將直接液體燃料電池 的液體燃料定流量通入金屬軟管5中，并將液體溫度傳感器放于金屬軟管5 的出口處，用于監(jiān)測流動液體的溫度。當半導體制冷片正極電源線21接通 12V開關電源的電源正，半導體制冷片負極電源線22接通12V開關電源的 電源地時，半導體制冷片3開始工作，其制熱面m產生熱量，前加熱板4、 中間加熱板6和后加熱板7溫度上升，繼而給金屬軟管5里的液體燃料加 熱，同時前隔熱板2、后隔熱板9、上隔熱支架13、下隔熱支架l、左隔熱 支架12和右隔熱支架14大大減小了三個加熱板的熱量向周圍環(huán)境中散失。 當液體燃料的溫度到達設定的目標溫度時，斷開半導體制冷片3與12V開 關電源的連接，半導體制冷片3停止加熱。通過控制半導體制冷片3的供 電時間來調節(jié)前加熱板4、中間加熱板6和后加熱板7的溫度恒定在一個設 定值，從而控制金屬軟管5出口流動的液體燃料溫度。當需要降低液體燃 料的溫度時，半導體制冷片正極電源線21接通12V開關電源的電源地，半 導體制冷片負極電源線22接通12V開關電源的電源正。則半導體制冷片3 的制熱面m開始制冷，前加熱板4、中間加熱板6和后加熱板7溫度降低， 從而流動液體燃料的溫度降低，當液體燃料達到設定的目標溫度時，斷開 半導體制冷片3與12V開關電源的連接。在半導體制冷片3工作的時候， 風扇正極電源線23接通5V供電電源的電源正，風扇負極電源線24接通5V 供電電源的電源地。風扇10處于工作狀態(tài)，用于增加周圍空氣的對流，有 助于半導體制冷片3制冷面p的冷氣或熱量及時擴散到周圍空氣中，減小 半導體制冷片3制冷面p和制熱面m的溫差，防止半導體制冷片3因兩面 溫差太大而損壞。
本發(fā)明使用電能有效加熱流動液體，控制迅速。采用在有效空間內盡 可能延長液體流動通道長度的方法，實現了流動液體的溫度精確控制，提 供了 一種流動液體的快速加熱與制冷裝置。
權利要求
1. 一種加熱與制冷流動液體的裝置，其特征在于，采用雙層回形通道加熱或制冷流動液體，裝置具有外形尺寸相同的前加熱板(4)、后加熱板(7)和中間加熱板(6)；中間加熱板(6)是一個長方板，它的一面加工有橫截面為半圓形的中間加熱板正面回形凹槽(h)，另一面加工有橫截面為半圓形的中間加熱板背面回形凹槽(i)，在中間加熱板(6)中心有一個通孔(d)，通過定位銷(16)在中間加熱板(6)的兩側分別安裝有前加熱板(4)和后加熱板(7)，前加熱板(4)和后加熱板(7)在朝向中間加熱板(6)的接觸面上分別加工有橫截面為半圓形的前加熱板回形凹槽(g)和后加熱板回形凹槽(a)；金屬軟管(5)放置于前加熱板回形凹槽(g)和中間加熱板正面回形凹槽(h)中，形成橫截面為圓形的回形通道，并且穿過中間加熱板(6)的通孔(d)后，放置于中間加熱板背面回形凹槽(i)和后加熱板回形凹槽(a)中，整體形成雙層回形通道，在金屬軟管(5)與回形通道之間填充導熱硅脂(25)；前隔熱板(2)和后隔熱板(9)上分別各有兩個與半導體制冷片(3)形狀相同的長方體空腔(m)，并通過散熱片螺釘(18)對稱安裝于前加熱板(4)和后加熱板(7)的外面；4個半導體制冷片(3)分別嵌入4個長方體空腔(m)中，4個半導體制冷片(3)的制熱面(n)分別朝向前加熱板(4)和后加熱板(7)，在半導體制冷片(3)的制冷面(p)安裝有4個散熱片(11)；4個散熱片(11)通過散熱片螺釘(18)分別固定在前隔熱板(2)和后隔熱板(9)的外面，在4個散熱片(11)與前隔熱板(2)和后隔熱板(9)的縫隙處填充導熱硅脂(25)；散熱片螺釘(18)外部套有螺釘塑料保溫套(15)；4個散熱片(11)的外面分別安裝有4個風扇(10)，并在散熱片(11)和風扇(10)之間的縫隙處填充導熱硅脂(25)；前加熱板(4)、中間加熱板(6)和后加熱板(7)的上、下、左、右面各覆蓋有上隔熱支架(13)、下隔熱支架(1)、左隔熱支架(12)和右隔熱支架(14)，與前隔熱板(2)和后隔熱板(9)共同將三個加熱板包圍；左隔熱支架(12)通過左支架螺釘(19)固定在前隔熱板(2)和后隔熱板(9)的左側面，右隔熱支架(14)通過右支架螺釘(20)固定在前隔熱板(2)和后隔熱板(9)的右側面，上隔熱支架(13)通過上支架螺釘(17)固定在前隔熱板(2)和后隔熱板(9)的上側面，下隔熱支架(1)的底面加工有螺釘沉槽(q)，并通過下支架螺釘(8)固定在前隔熱板(2)和后隔熱板(9)的下側面。
全文摘要
本發(fā)明一種加熱與制冷流動液體的裝置屬于溫度控制系統(tǒng)領域。裝置采用雙層回形通道加熱或制冷流動液體，它具有外形尺寸相同的前加熱板、后加熱板和中間加熱板；中間加熱板是一個長方板，它的一面加工有橫截面為半圓形的中間加熱板正面回形凹槽，另一面也加工有橫截面為半圓形的中間加熱板背面回形凹槽。前加熱板和后加熱板在朝向中間加熱板的接觸面上分別加工有橫截面為半圓形的前加熱板回形凹槽和后加熱板回形凹槽，金屬軟管放置于回形凹槽中，形成雙層回形通道。加熱板的外側面貼有四個半導體制冷片，通過給加熱板加熱間接控制流動液體的溫度。本發(fā)明結構簡單，無液體密封問題，維護方便，實現了均勻、快速的加熱或制冷流動液體。
文檔編號H01M8/04GK101533917SQ20091001104
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權日2009年4月2日
發(fā)明者沖 劉, 呂志平, 孔令華, 張文濤, 李苗苗, 梁軍生, 王大志 申請人:大連理工大學