本發(fā)明涉及流體傳熱領域，特指一種可實現(xiàn)超高效換熱的石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器。

背景技術：

目前，在換熱器領域，使用較多的是管式換熱器、板式換熱器等，如專利“具有在通路中形成多個通道的熱交換結構的板式換熱器”(CN101194137)，盡管采用的波紋翅片加大了換熱面積，但它們的傳熱依然都是通過管壁或板壁，將熱量從壁的一側傳遞到另一側，這樣不可避免的在管壁或板壁中產(chǎn)生很大的熱量損失。

石墨烯是近幾年國內(nèi)外學者研究的熱門材料，具有高導電、快速導熱等一系列優(yōu)點，數(shù)據(jù)顯示，在室溫下，石墨烯的熱導率(5000W·m-1·K-1)是硅的36倍，砷化鎵的20倍，是銅(室溫下401W·m·K)的十倍多，在換熱器領域擁有廣闊的應用前景。

目前利用石墨烯設計換熱設備的研究少之又少，僅有的專利“一種石墨烯換熱器”(CN205843468U)，其進出水通道為多邊形，通水困難，再加上僅有一處進水通道，因此難以滿足工業(yè)生產(chǎn)高效的要求。。

陶瓷材料熔點很高，多在2000攝氏度以上，具有耐高溫的性質，而且在高溫下不易氧化，對酸堿都有良好的耐腐蝕能力。

綜上，本發(fā)明提出一種新式換熱器，石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器，采用了特殊的結構設計，以陶瓷作為基體材料，其上鍍有一層石墨烯材料，利用表面?zhèn)鳠?，能夠顯著提高換熱效率，易于推廣。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器，目的是解決目前換熱器熱耗嚴重、傳熱慢的問題，提高換熱器的換熱效率。

本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器有兩種實施方案，方案一為單層結構，由流體通道板和單層換熱器主體組成，其中單層換熱器主體由陶瓷板和波浪形陶瓷翅片粘結而成，從而形成許多流體通道，相鄰的流體通道分別通熱流體和冷流體，陶瓷板和波浪形陶瓷翅片接觸流體的一側均鍍有石墨烯層，傳熱主要通過石墨烯層的曲面?zhèn)鳠醽韺崿F(xiàn)。

本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器，陶瓷板和波浪形陶瓷翅片形成的流道截面可以有多種形式，例如半圓形、矩形。

本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器，單層換熱器主體可以由兩個波浪形陶瓷翅片相對粘接而成，即陶瓷板換成波浪形陶瓷翅片，流道截面更大，增加換熱效果。

本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器的實施方案二為疊層結構，流體通道板更換為分流格柵，單層換熱器主體更換為疊層換熱器主體，即疊層換熱器由分流格柵和疊層換熱器主體組成，二者可通過粘合劑粘合。疊層換熱器主體由許多片波浪形陶瓷翅片層疊而成，最外層的波浪形陶瓷翅片靠近流體層鍍有石墨烯層，內(nèi)部的波浪形陶瓷翅片的兩側均鍍有石墨烯層，波浪形陶瓷翅片的層疊形成了許多流體通路；分流格柵外側開有七個進出水口，分流格柵的內(nèi)側則是七個水槽，它們將外側進入的流體分配到疊層換熱器主體的各個流體通路中，使得進入到疊層換熱器主體的流體在每層流體通路中都是冷熱流體交替布置，同樣，傳熱主要通過石墨烯層的曲面?zhèn)鳠醽韺崿F(xiàn)。

在換熱器工作過程中，冷熱流體可以選擇同向或反向進入換熱器，根據(jù)單層換熱器原理圖所示，在單層換熱器主體中，熱流體的熱量主要通過石墨烯層的表面?zhèn)鳠醾鬟f到同層相鄰的冷流體中；在疊層換熱器中，剩余的熱量還會通過波浪形陶瓷翅片傳遞到下層的相鄰冷流體中，采用這種傳熱方式充分發(fā)揮了石墨烯材料高導熱的特點，顯著提升了傳熱效率。同時，由于換熱器的主體材料采用的陶瓷，因此具有耐高溫、耐酸堿腐蝕的優(yōu)點。

本發(fā)明的有益效果是：

石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器，其換熱的主要途徑是石墨烯層的表面換熱，由于石墨烯相比其它材料擁有顯著的高導熱性能，因此其傳熱效率也會顯著地提升。

石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器，其疊層結構采用了多個波浪形陶瓷翅片疊加的設計，形成了數(shù)十個流體通路，冷流道和熱流道相隔布置，擴大了換熱效率，更有利于工業(yè)化應用。

石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器，其疊層機構采用了分流格柵，不僅能夠將一股流體分為幾股流入換熱器主體，而且其分配作用使得流入換熱器主體的每層都是冷熱流體交替布置。

附圖說明

圖1是本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器示意圖。

圖2是本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器結構分解圖。

圖3是本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器換熱主體結構圖。

圖4是本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器換熱原理圖。

圖5是本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器疊層換熱器示意圖。

圖6是本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器疊層換熱器三視圖。

圖7是本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器疊層換熱器的A-A橫截面圖。

圖8是本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器疊層換熱器的B-B橫截面圖。

圖9是本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器疊層換熱器的C-C橫截面圖。

圖10是本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器疊層換熱器換熱原理圖。

圖11是本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器的另外兩種實施例。

圖中：1.流體通道板，2.單層換熱器主體，2-1.陶瓷板，2-2.石墨烯層，2-3.粘合劑，2-4.波浪形陶瓷翅片，3.分流格柵，4.疊層換熱器主體，4-1.波浪形陶瓷翅片，4-2.石墨烯層，4-3.粘合劑，a.熱流體，b.冷流體。

具體實施方式

本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器有兩種實施方案，方案一如圖1-圖4所示，為單層結構，稱為石墨烯曲面?zhèn)鲗螌訐Q熱器，以下簡稱單層換熱器，單層換熱器由流體通道板1和單層換熱器主體2組成，其中單層換熱器主體2由陶瓷板2-1和波浪形陶瓷翅片2-4通過粘合劑2-3粘結而成，從而形成許多流體通道，相鄰的流體通道分別通熱流體a和冷流體b，陶瓷板2-1和波浪形陶瓷翅片2-4接觸流體的一側均鍍有石墨烯層2-2，傳熱主要通過石墨烯層2-2的曲面?zhèn)鳠醽韺崿F(xiàn)。

本發(fā)明石墨烯曲面?zhèn)鲗Q熱器的實施方案二如圖5-圖9所示，為疊層結構，稱為石墨烯曲面?zhèn)鲗НB層換熱器，以下簡稱疊層換熱器。如圖5所示，疊層換熱器由分流格柵3和疊層換熱器主體4組成，二者通過粘合劑4-3粘合；如圖9和圖10所示，疊層換熱器主體4是由許多片波浪形陶瓷翅片4-1層疊而成，波浪形陶瓷翅片4-1的兩側均鍍有石墨烯層4-2，波浪形陶瓷翅片4-1的層疊形成了許多流體通路；如圖6-圖8所示，分流格柵3外側開有七個進出水口，分流格柵3的內(nèi)側則是七個水槽，它們將外側進入的流體分配到疊層換熱器主體4的各個流體通路中，使得進入到疊層換熱器主體4的流體在每層流體通路中都是冷熱流體交替布置，在圖9中，陰影部分表示熱流體通路，空白通道表示冷流體通路。同樣，傳熱主要通過石墨烯層4-2的曲面?zhèn)鳠醽韺崿F(xiàn)。

在換熱器工作過程中，冷熱流體可以選擇同向或反向進入換熱器，根據(jù)圖4單層換熱器原理圖所示，在單層換熱器主體2中，熱流體的熱量主要通過石墨烯層2-2的表面?zhèn)鳠醾鬟f到同層相鄰的冷流體中，熱傳遞方向如圖4方向①(實線)所示；同樣，在疊層換熱器中，絕大部分熱量的傳遞也是通過石墨烯層4-2的表面?zhèn)鳠釋崿F(xiàn)，熱傳遞方向如圖10方向①(實線)所示，剩余的熱量還會通過波浪形陶瓷翅片4-1傳遞到下層的相鄰冷流體中，如圖10方向b(虛線)所示，采用這種傳熱方式充分發(fā)揮了石墨烯材料高導熱的特點，顯著提升了傳熱效率。

圖11為本發(fā)明的另外兩個實施例，將波浪形陶瓷翅片2-4替換成圖h或g中的結構形式即得到另外兩種不同形式的表面換熱器，其換熱原理與前面介紹的單層換熱器一樣，這兩種實施例同樣具有高換熱效率、耐腐蝕等一系列優(yōu)點。圖11h流體通道的截面是半圓形，圖11g流體通道的截面是矩形。

以上所述為本發(fā)明的具體設備及工藝情況，配合各圖予以說明。但是本發(fā)明并不局限于以上所述的具體設備及工藝過程，任何基于上述所說的對于相關設備修改或替換，任何基于上述所說的對于相關工藝的局部調整，只要在本發(fā)明的精神領域范圍內(nèi)，均屬于本發(fā)明。