[发明专利]用流体交换热量的装置和系统

说明书

一种用流体进行热交换的装置，包括热交换器，具有相对的第一和第二表面以及多个流动通道，所述流动通道允许流体在所述表面之间轴向流动。歧管具有与所述第一表面热接触的界面表面并且包括导热体，导热体用于在轴向方向上在所述界面表面和热传递表面之间传导热量。多个馈送通道，在横向方向上延伸通过所述导热体，所述通道具有用于接收或排出流体的入口。多个分配通道具有与所述馈送通道的至少一个流体连通的一端以及在所述界面表面上方分布的开口。所述分配通道配置为使得所述流体流动方向在所述馈送通道中的横向流动和所述开口处的轴向流动之间变化。

技术领域

本公开主要涉及热交换器，更具体地，涉及用流体进行热交换的紧凑型热交换器。

背景技术

热交换器用于在热源和流体之间传递热量。例如，热源可以是另一种流体或者电气或机械装置。流体(特别是气态流体)的相对差的导热性需要具有横向于流动方向的大表面积和小通道尺寸的热交换结构。如果每单位体积的热传递面积大于约400m²/m³，则热交换器被归类为紧凑型热交换器，如果每单位体积的热传递面积大于约10000m²/m³，则热交换器被归类为超紧凑型热交换器。交换器内的热交换也受到耗散损失，例如振荡气流的粘性耗散和弛豫损失，这在选择热交换器几何形状时需要考虑。

紧凑和超紧凑型热交换器对于许多应用仍然需要。特别是，仍然需要适用于热声或斯特林循环(Stirling cycle)换能器的热交换器。

发明内容

根据一个公开的方面，提供了一种用于与流体进行热交换的装置。该装置包括具有相对的第一和第二表面的热交换器，和多个流动通道，所述流动通道允许流体在基本轴向方向上在第一和第二表面之间流动，轴向方向垂直于第一和第二表面。该装置还包括歧管，该歧管具有与热交换器的第一表面热接触的界面表面。所述歧管包括导热体，该导热体可操作以在界面表面和位于远侧的热传递表面之间沿与轴向方向大致对齐的热流方向传导热量，热传递表面是流体不可渗透的。该装置还包括多个馈送通道，所述馈送通道相对于轴向方向在大致横向方向上延伸穿过导热体，每个馈送通道具有用于接收或排出流体的入口。该装置还包括多个分配通道，每个分配通道具有与所述多个馈送通道的至少一个流体连通的一端并且在所述界面表面处具有开口，所述多个分配通道的各自的开口分布在所述界面表面上，所述分配通道可配置为使得流体流动方向在所述馈送通道中的横向流和所述分配通道的所述开口处轴向流之间变化。

所述热交换器可以包括超紧凑型热交换器材料。

所述热交换器可以具有大于约10000m²/m³的每单位体积的热传递面积。

所述热交换器材料可以包括高导热率流体可渗透材料，包括烧结粉末、金属线毡、金属泡沫、陶瓷泡沫、编织筛网以及贴合的多个图案化的箔片中的至少一种。

所述热交换器材料可以包括多个植绒纤维。

所述多个植绒纤维可以被定向在与所述轴向方向大致对齐的方向。

所述纤维可以包括碳纤维和铜纤维中的至少一种。

所述热交换器可以包括被选择用于提供柔性的第二表面的热交换器材料，所述柔性的第二表面可操作以促进第二表面和外部的流体流动元件之间进行耦合的热接触。

所述热交换器的相对的第一和第二表面可以间隔开小于约2mm。

每个所述馈送通道的横截面积沿所述馈送通道的横向长度变化，以使得通向所述分配通道的大致均匀的馈送和通过所述界面表面处的所述开口的大致均匀的流动。在所述多个馈送通道中馈送通道的横截面面积在馈送通道之间可以不同以使得大致均匀馈送到所述分配通道并且大致均匀流动通过所述界面表面处的所述开口。

每个馈送通道沿着所述馈送通道的横向长度可以具有流体连通的多个分配通道。