TW201800712A - 熱交換器 - Google Patents

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Abstract

本發明在使熱導體嵌入熱交換器本體的孔部的構造方面，提供一種不降低熱交換效率而可吸收本體與熱導體的熱膨脹差的熱交換器，具備：本體9，具有使被熱交換的流體流通的流路23、及傳熱板11，經由本體9而在傳熱板11與被熱交換的流體之間進行熱交換。傳熱板11具備：板本體49，具有接觸本體9外面的接觸面49a、及複數個壁狀的熱導體51，從板本體49的接觸面49a突出且配置於本體9內部。本體9具備複數個狹縫狀的孔部25，該等孔部25在避開流路23的位置上使該等熱導體51藉由分別插入而嵌合以進行內部的配置。各熱導體51形成為比嵌合的孔部25小，並在各熱導體51與孔部25之間劃分出間隙G1、G2或G3。

Description

熱交換器
本發明係關於一種控制流體溫度的熱交換器。
熱交換器為使溫度不同的兩個物體接觸而加熱或冷卻一個物體以控制溫度的裝置，被廣泛用作鍋爐、蒸氣產生器、食品製造或化學藥品製造、冷藏保管之類的產業用。
控制流體溫度之際，例如在配管的中途設置熱交換器以控制流經配管的流體的溫度。
就此種以往的熱交換器而言，有例如國際公開第WO2013/180047號所記載者。此熱交換器係在板狀的本體上形成與配管連通的流路，且在流路周邊埋入導熱係數比本體更好的圓柱銷狀的熱導體，並在本體兩側層積板狀的傳熱板及加熱板。
藉此，可從加熱板經由傳熱板及本體而加熱流路內的被熱交換的流體，此時利用熱導體使導熱係數提高，可實現高的熱交換效率。
然而，此種以往的熱交換器係從熱交換效率的觀點，將圓柱銷狀的熱導體無間隙地嵌合安裝於形成在本體的孔部，所以會因熱導體及本體的材質而無法吸收兩者間的熱膨脹差，因其所產生的應力而有流路出現破裂之虞。
在使熱導體嵌入熱交換器本體的孔部的構造方面，欲解決的問題點為：不降低熱交換效率無法吸收本體與熱導體的熱膨脹差，以及有流路出現破裂之虞。
本發明在使熱導體嵌入熱交換器本體的孔部的構造方面，為了不降低熱交換效率而可吸收本體與熱導體的熱膨脹差，提供一種熱交換器，該熱交換器具備：具有使被熱交換的流體流通的流路的本體、以及經由前述本體而在與前述被熱交換的流體之間進行熱交換的傳熱構件，前述傳熱構件具備具有接觸前述本體外面的接觸面的構件本體、以及從該構件本體的接觸面突出且配置於前述本體內部的複數個壁狀的熱導體，前述本體具備複數個狹縫狀的孔部，該複數個狹縫狀的孔部係在避開前述流路的位置上使前述複數個壁狀的熱導體分別藉由插入而嵌合以進行內部的配置，各熱導體係形成為比嵌合的孔部小，並在與該孔部之間劃分出間隙。
本發明之熱交換器在使熱導體嵌入熱交換器本體的孔部的構造方面，可利用間隙吸收本體與熱導體的熱膨脹差，並可防止流路出現破裂。而且，使熱導體成為壁狀，藉此即使比孔部縮小熱導體，也可以防止熱交換效率下降。
1‧‧‧熱交換單元
3a、3b‧‧‧配管
5‧‧‧外殼
7‧‧‧熱交換器
9‧‧‧本體
9a‧‧‧外面
11‧‧‧傳熱板(傳熱構件)
13‧‧‧加熱板
15‧‧‧壓板
17‧‧‧螺栓
19‧‧‧螺帽
21‧‧‧緊固孔
23‧‧‧流路
25‧‧‧孔部
29‧‧‧蓋
31‧‧‧並排流路
33‧‧‧折返流路
35‧‧‧彎曲部
37‧‧‧連通路
39‧‧‧連接口
41‧‧‧接頭
43‧‧‧角
45‧‧‧彎曲面
49‧‧‧板本體(構件本體)
49a‧‧‧接觸面
51‧‧‧熱導體
53‧‧‧緊固孔
55‧‧‧配線
57‧‧‧頭部
59‧‧‧外螺紋部
61‧‧‧基底部
63‧‧‧箱狀部
65‧‧‧固定用孔
67a、67b‧‧‧安裝板
69‧‧‧凹部
71‧‧‧中板
73‧‧‧螺絲
75‧‧‧螺帽
77‧‧‧台座部
79‧‧‧凹部
81‧‧‧螺絲
83‧‧‧狹縫
85‧‧‧狹縫
87‧‧‧夾緊構件
89‧‧‧反射材料
89a‧‧‧內面
91‧‧‧塗層
G1、G2、G3‧‧‧間隙
第1圖為具有有關本發明實施例1的熱交換器的熱交換單元的立體圖。
第2圖為第1圖的熱交換單元的分解立體圖。
第3圖為使用第1圖的熱交換單元的熱交換器的側面圖。
第4圖為第3圖的熱交換器的俯視圖。
第5圖為沿著第4圖的V-V線的剖面圖。
第6圖顯示第3圖的熱交換器所使用的本體，(A)為仰視圖，(B)為沿著(A)的VI-VI線的剖面圖。
第7圖顯示第3圖的熱交換器所使用的傳熱板，(A)為俯視圖，(B)為側面圖。
第8圖顯示第3圖的熱交換器本體的孔部與傳熱板的熱導體之關係，(A)為俯視圖，(B)為剖面圖。
第9圖為顯示設於第3圖的熱交換器本體上的流路一部分的示意圖。
第10圖為顯示對比實施例1與比較例被熱交換的流體對於設定溫度的出口溫度的圖表，(A)為被熱交換的流體的流量為10L/min的情況，(B)為1L/min的情況。
第11圖(A)為繪製第10圖(A)的結果的圖表，(B)為繪製第10圖(B)的結果的圖表。
第12圖為與實施例1有關，顯示比較被熱交換之流體不同的流量對於設定溫度的出口溫度的圖表。
第13圖為顯示有關實施例1之加熱時的反應的圖表，(A)為被熱交換的流體的流量為6L/min的情況，(B)為被熱交換的流體的流量為10L/min的情況，(C)為被熱交換的流體的流量為20L/min的情況。
第14圖為有關本發明實施例2的熱交換器的剖面圖。
第15圖為顯示有關本發明實施例3的熱交換器本體的流路一部分的示意圖。
第16圖為示意顯示有關本發明實施例4的熱交換單 元的剖面圖。
第17圖為顯示有關本發明實施例5的熱交換器所使用的傳熱板的剖面圖。
在使熱導體嵌入熱交換器本體的孔部的構造方面，藉由使熱導體成為壁狀、使本體的孔部成為狹縫狀以及將熱導體形成為比孔部小，實現了不降低熱交換效率而可吸收本體與熱導體的熱膨脹差的目的。
具體而言，熱交換器具備具有使被熱交換的流體流通的流路的本體、以及經由本體而在與被熱交換的流體之間進行熱交換的傳熱構件，傳熱構件具備具有接觸本體外面的接觸面的構件本體、以及從構件本體的接觸面突出且配置於本體內部的複數個壁狀的熱導體。本體具備複數個狹縫狀的孔部，該複數個狹縫狀的孔部係在避開流路的位置上使複數個壁狀的熱導體分別藉由插入而嵌合以進行內部的配置。各熱導體係形成為比嵌合的孔部小，並在與孔部之間劃分出間隙。
基本上，熱導體係將插入方向的尺寸形成比孔部短且劃分出間隙。然而，熱導體也可以縮小與插入方向交叉的方向的剖面形狀。
孔部可以形成為下述構造：貫穿本體而設置；傳熱構件可以形成為下述構造：包夾本體而設置一對，從孔部的兩側插入相互對應的熱導體且在對應的熱導體間劃分出間隙。然而，傳熱構件也可以只設置一個。此情況，孔部可設置不需要貫穿本體。
熱導體可以一體形成於構件本體上。然而，也可以形成為下述構造：將熱導體和構件本體各別形成，構件本體的接觸面接觸熱導體。
流路具有：並排配置的並排流路、以及連接該並排流路之折返形狀的折返流路，熱導體可以形成為下述構造：沿著流路的並排流路而位於並排流路間。
折返流路可以將折返形狀的內側形成為具有角的彎曲形狀。
此外，折返流路可以將折返形狀的外側形成為沒有角的彎曲形狀。
實施例1
〔熱交換單元〕
第1圖為有關本發明實施例1之具有熱交換器的熱交換單元的立體圖。第2圖為該熱交換單元的分解立體圖。
本實施例的熱交換單元1設於使被熱交換的流體流通的配管3a、3b之配管的中途適當處，在固定於例如牆壁等的狀態下使用。此熱交換單元1使從上游側的配管3a流入之被熱交換的流體通過內部而往下游側的配管3b流出。此時，熱交換單元1將被熱交換的流體利用加熱或冷卻進行溫度控制或溫度調整。本實施例係利用熱交換單元1加熱被熱交換的流體。
被熱交換的流體並不受特別限定，為例如鹽酸、硫酸、硝酸、鉻酸、磷酸、氫氟酸、醋酸、過氯酸、溴氫酸、氟化矽酸、硼酸等具有腐蝕性的酸類、氨、氫氧化鉀、氫氧化鈉等鹼類、以及氯化矽等金屬鹽類等的溶液或氣體、甚至為高純度水等。此等被熱交換的流體係作為與其他物質的反應原料或作為蝕刻液等反應工序的藥液來使用，使用時係利用熱交換單元1控制在適當的溫度。
本實施例的熱交換單元1係將熱交換器7收容於外殼5而構成。將熱交換器7收容於外殼5之際， 在熱交換器7的周圍捲繞未圖示的隔熱材料。再者，也可以省略外殼5而以熱交換器7單體使用。
〔熱交換器〕
第3圖為第1圖的熱交換單元1所使用的熱交換器7的側面圖，第4圖為俯視圖，第5圖為沿著第4圖的V-V線的剖面圖。
如第3圖~第5圖，熱交換器7具備本體9、一對傳熱板11、一對加熱板13以及一對壓板15，在本體9的兩側依次層積傳熱板11、加熱板13、壓板15，並用螺栓17、螺帽19緊固全體。
第6圖顯示第3圖的熱交換器7所使用的本體9，(A)為俯視圖，(B)為沿著(A)的VI-VI線的剖面圖。
如第5圖及第6圖，本體9形成為平面矩形的板狀。本體9的四個角落上，在板厚方向貫穿形成有緊固孔21。本體9的材質由對於被熱交換的流體穩定的材質所構成。即，在進行熱交換的溫度區域中，選擇被熱交換的流體不與後述的本體9的流路23的內面反應的材質或成分不從流路23的內面溶出的材質。
被熱交換的流體的反應性(腐蝕性)因流路23內面的材質及接觸溫度等而有不同，並且熱交換後的純度的容許範圍因被熱交換的流體的用途、特性也有不同，所以不能一概特別指定。例如，由於製造半導體所使用的金屬鹵化物或蝕刻劑使用高純度的物質，所以不能允許純度因熱交換處理而降低。然而，若是渦輪機用的熱交換器，則被熱交換的流體的純度因熱交換處理而變化大多沒有問題。
在本實施例中，本體9的材質係從鐵、碳鋼、不銹鋼、鋁、鈦等金屬類或氟樹脂、聚酯等合成樹脂類或陶瓷類等適當選擇來使用。
本體9上形成有流路23及複數個孔部25。流路23係使被熱交換的流體流通，從本體9的長度方向一端通到另一端，形成為封閉剖面狀。在本實施例中，流路23形成為凹槽狀，其開口部為蓋29所關閉。流路23為切削或蝕刻等形成於本體9的一側面上，蓋29為藉由焊接等安裝於流路23的開口部上。再者，蓋29雖然以與本體9相同的材質形成，但也可以是不同的材質。
在俯視下，本實施例的流路23在本體9的端部間為折返複數次的波狀。具體而言，流路23具備沿著本體9的寬度方向而並排配置的並排流路31、以及連接鄰接的並排流路31間的折返形狀的折返流路33。
並排流路31係隔開等間隔的間隙而配置於本體9的長度方向上。兩端的並排流路31形成為比其他的並排流路31短，經由彎曲部35並經由沿著長度方向的連通路37而與兩端的連接口39連通。連接口39上分別安裝有用來連接配管3a及3b的接頭41。
折返流路33沿著本體9的長度方向來形成，在與並排流路31之間具有彎曲部35。彎曲部35在折返流路33的折返形狀的內側具有角43，在折返形狀的外側具有無角的彎曲面45(參照第9圖)。
因此，折返流路33在彎曲部35的下游側使被熱交換的流體藉由角43所產生的亂流，可提高熱交換效率。即，被熱交換的流體的密度低的部分與密度高的部分之間的熱移動變得活躍，並可使熱在與流路23內面之間進行有效熱移動。此外，折返流路33利用彎曲部35的彎曲面45抑制因過度的亂流所造成的過大阻力。
如第4圖~第6圖，在避開此種流路23的位置上形成有孔部25。在本實施例中，在流路23的並排流路31間於板厚方向貫穿本體9設有複數個孔部25， 可使後述的熱導體51分別插入孔部25。
在俯視下，各孔部25為從流路23的折返流路33的內側沿著並排流路31延伸於本體9的寬度方向而呈寬度方向的尺寸大於本體9的長度方向的尺寸的狹縫狀。孔部25的兩端部形成為圓弧狀。再者，孔部25與流路23之間越近越好，但必須不損及將孔部25與流路23劃分之本體9的強度或功能等。
第7圖顯示傳熱板11，(A)為仰視圖，(B)為側面圖，第8圖顯示本體的孔部與傳熱板的熱導體之關係，(A)為俯視圖，(B)為剖面圖。
如第5圖及第7圖，一對傳熱板11分別為本實施例的傳熱構件，經由本體9在與被熱交換的流體之間進行熱交換。各傳熱板11具備為構件本體的板本體49、以及熱導體51。再者，一對傳熱板11為相同的構造，所以基本上僅說明其中的一個。
板本體49形成為與本體9對應的平面矩形的板狀。本實施例的板本體49的板厚小於本體9。與本體9同樣，板本體49的四個角落上在板厚方向有緊固孔53貫穿。
板本體49的材質為導熱係數高於本體9的金屬類、合成樹脂類、陶瓷類等。該板本體49的一側面為接觸本體9的外面9a的接觸面49a。接觸面49a上設有複數個熱導體51。
熱導體51為從板本體49的接觸面49a突出且設置於本體9內部的壁狀。本實施例的熱導體51係與板本體49一體形成，由與板本體49相同的材質所構成。因此，熱導體51由導熱係數高於本體9的材料所構成。例如，利用不銹鋼形成本體9，利用鋁形成板本體49及熱導體51。
再者，也可以將熱導體51與板本體49各別形成。此情況，可使熱導體51的材質與板本體49不同。
如上所述，熱導體51分別被插入本體9的孔部25，藉此進行本體9內部的配置。各熱導體51形成為比所插入的孔部25小。在本實施例中，如第8圖(B)，在插入方向的尺寸形成為較短且在插入方向上於孔部25內劃分出間隙G1。更詳細而言，在本實施例中，將包夾本體9的一對傳熱板11之相互對應的熱導體51從兩側插入本體9的同一孔部25，在該等對應的熱導體51間劃分出間隙G1。利用此種間隙G1可吸收本體9與熱導體51的熱膨脹差。
此外，在本實施例中，如第8圖(A)，在俯視下，熱導體51將與插入方向相交的交叉方向的剖面形狀形成稍比本體9的孔部25小，具有與間隙G1一樣可共同吸收本體9與熱導體51的熱膨脹差的間隙G2及G3。
間隙G2為本體9的寬度方向的間隙，間隙G3為本體9的長度方向的間隙。間隙G2及G3都小於間隙G1，間隙G3小於間隙G2。再者，也可以省略間隙G2及G3。此外，也可以省略間隙G1而設置間隙G2及G3的任一個或兩個。
如第2圖、第3圖及第5圖，一對加熱板13分別為本實施例的發熱體，係由雲母加熱導體所構成。然而，加熱板13並不受雲母加熱導體限定，也可以使用氧化鋁加熱導體等陶瓷加熱導體或其他的加熱導體。再者，一對加熱板13為相同的構造，所以基本上僅就一個進行說明。
加熱板13形成為與傳熱板11的板本體49相同的形狀。然而，加熱板13的板厚卻小於板本體49。加熱板13板厚的設定係可任意按照加熱導體的容量等 進行。
有關加熱板13，連接供電用的配線55，利用通電控制而發熱到設定溫度。在本實施例中，加熱板13係重疊於傳熱板11的另一側面上，經由傳熱板11及本體9而加熱流路23內的被熱交換的流體。與傳熱板11及本體9同樣，加熱板13的四個角落上形成有緊固孔(未圖示)。
再者，進行被熱交換的流體的冷卻時，使用冷卻板來取代加熱板13即可。就冷卻板而言，可使用例如利用帕耳帖效應(Peltier effect)的帕耳帖元件(Peltier element)等。
一對壓板15分別形成為與傳熱板11的板本體49相同的形狀，可利用例如金屬類、合成樹脂類、陶瓷類等來形成。與傳熱板11等同樣，壓板15的四個角落上形成有緊固孔(未圖示)。此等壓板15係重疊於兩側的加熱板13上，在熱交換器7的積層構造的外側進行螺栓17及螺帽19的緊固。
螺栓17插入並通過一對壓板15、一對加熱板13、一對傳熱板11以及本體9的緊固孔21、53等，頭部57位於一個壓板15上，在外螺紋部59的前端旋緊位於另一個壓板15上的螺帽19。
〔外殼〕
如第1圖~第3圖，外殼5係在板狀的基底部61上安裝箱狀部63來構成。外殼5的材質並不受特別限定，在本實施例中，係由不銹鋼等金屬類所構成。
基底部61形成為矩形板狀，形成有固定用孔65。利用此固定用孔65可將熱交換單元1固定於牆壁等。基底部61的材質為金屬類等，在本實施例中，係不銹鋼。
在基底部61的寬度方向的兩側直立設置有供安裝箱狀部63用之板狀的安裝板67a及67b。一個安裝板67a形成為比另一個安裝板67b高，在上端形成有支持熱交換器7的配線55的凹部69。
在此基底部61上，利用螺絲73安裝有彎曲成底部提高狀的中板71。與基底部61同樣，中板71由金屬類等所構成，在本實施例中，係以不銹鋼形成。該中板71上安裝有熱交換器7。在本實施例中，利用緊固熱交換器7的本體9、傳熱板11、壓板15的螺栓17及螺帽19，使熱交換器7不直接接觸中板71。
具體而言，螺帽19抵接於中板71，並且從螺帽19突出的螺栓17的外螺紋部59的前端插入並通過中板71，在外螺紋部59的前端旋緊固定用的螺帽75。
在中板71的長度方向的兩側直立設置有板狀的台座部77。在台座部77的上端形成有凹部79，利用凹部79來載置、支撐熱交換器7的接頭41。
在此狀態下，將箱狀部63利用螺絲81安裝於基底部61的安裝板67a及67b上。與基底部61同樣，箱狀部63由金屬類等所構成，在本實施例中，係不銹鋼。
箱狀部63形成有用來插入並通過熱交換器7的接頭41的狹縫83及插入並通過熱交換器7的配線55用的狹縫85。配線55從狹縫85拉出後，被安裝於箱狀部63側面的夾緊構件87所保持。
〔熱交換等〕
利用熱交換單元1使流經配管3a、3b之被熱交換的流體成為所希望的溫度時，首先，利用通電控制使熱交換器7的加熱板13發熱。加熱板13一發熱，其熱就被傳到傳熱板11。從傳熱板11將熱經由板本體49及熱導體51傳到本體9。然後，藉由在本體9與流經其流路23 內之被熱交換的流體之間進行熱交換，就會加熱被熱交換的流體(參照第5圖)。
此時，在熱交換器7方面，利用到達本體9內部的熱導體51使導熱係數提高，可實現高的熱交換效率。
此外，在本實施例中，如第9圖，流路23的折返流路33在彎曲部35的下游側使被熱交換的流體藉由角43產生亂流，被熱交換的流體的密度低的部分與密度高的部分之間的熱移動變得活躍，並可使被熱交換的流體與流路23內面之間有效地進行熱移動，實現更高的熱交換效率。
再者，在本實施例中，由於壁狀的熱導體51沿著產生亂流的流路23的並排流路31而配置，所以可有效地加熱被熱交換的流體與流路23內面之間所進行熱移動的部分，實現更高的熱交換效率。
此外，在本實施例的熱交換器7方面，藉由將熱導體51形成為壁狀，相較於以往圓柱銷狀的熱導體，整個熱交換器7可將熱導體51的表面積按照尺寸擴大到4倍，不但熱交換效率不會降低，而且實現高的熱交換效率。
在此種熱交換時，雖然傳熱板11及本體9會因熱而膨脹，但可利用第8圖所示的間隙G1、G2、G3的存在來吸收其熱膨脹差，可防止流路23出現破裂。
具體而言，即使是以熱膨脹係數高於本體9的材料形成傳熱板11的情況，藉由膨脹傳熱板11來填滿間隙G1、G2、G3，也可以吸收傳熱板11與本體9的熱膨脹差。而且，藉由填滿間隙G2、G3，熱導體51與本體9的孔部25的密合度提高，可調整熱交換效率。
〔熱變換率〕
在實施例1與比較例之間比較對於設定溫度的出口溫度。比較例係仿照國際公開第WO2013/180047號所採用之複數個圓柱銷狀的熱導體來取代實施例1的壁狀的各熱導體51。
就出口溫度而言，在加熱板的設定溫度為100℃、200℃、300℃、400℃、500℃時，以被熱交換的流體的流量為10L/min來測定熱交換器出口之被熱交換的流體的溫度。
同樣地，在被熱交換的流體流量為1L/min時，也將實施例1與比較例作比較。
將比較結果顯示於第10圖及第11圖。第10圖為顯示對實施例1與比較例的測定結果作比較的圖表，(A)顯示被熱交換的流體的流量為10L/min的情況，(B)顯示1L/min的情況。第11圖(A)及(B)分別為繪製第10圖(A)及第10圖(B)的結果的圖表。
如第10圖(A)及第11圖(A)，流量為10L/min的情況，在實施例1與比較例之間看不到顯著的差異。因此，比較例在流量為10L/min可得到與實施例1同等的熱變換率。再者，熱變換率為出口溫度對於加熱板溫度的比例(以下相同)。
若將此種實施例1與比較例應用流量為1L/min時，就如第10圖(B)及第11圖(B)，得知比較例對於實施例1，在100℃~400℃熱變換率下降。特別是在設定溫度300℃，熱變換率明顯下降到低於70%。
因此，在比較例方面，被熱交換的流體的流量一有變化，就無法維持熱變換率，反之，在實施例1方面，不管被熱交換的流體的流量，藉由高的熱交換效率的實現，可維持高的熱變換率。
此情況從第12圖也很清楚。第12圖為就實 施例1顯示比較不同的被熱交換的流體流量的熱變換率的圖表。在第12圖中，虛線為熱變換率90%的線。如第12圖，在實施例1方面，在流量為0.5L/min、1L/min、5L/min、10L/min、20L/min、30L/min時的任一情況，熱變換率都超過90%。
〔反應〕
茲使用實施例1的熱交換器7，針對加熱板13的溫度為200℃、以流量為6L/min、10L/min、20L/min的情況，計測出口溫度從100℃上升到在200℃附近隱定為止所需的時間作為反應(時間)。第13圖(A)~(C)分別為流量為6L/min、10L/min、20L/min的結果。
如第13圖(A)~(C)，流量為6L/min的情況，反應時間為11秒，流量為10L/min的情況，反應時間為10.5秒，流量為20L/min的情況，反應時間為5.7秒。
比較例係在任何流量反應時間都是50秒程度，在實施例1方面，藉由高的熱交換率的實現，可大幅提高反應。
此外，在實施例1方面，如第13圖(A)~(C)，雖然比比較例減少隔熱材料，但與比較例同樣，外殼溫度在60℃~70℃時為穩定。因此，實施例1可確認熱交換效率比比較例為高。
〔實施例1的效果〕
本實施例的熱交換器7具備具有使被熱交換的流體流通的流路23的本體9、以及經由本體9而在與被熱交換的流體之間進行熱交換的傳熱板11。傳熱板11具備：板本體49，其具有接觸本體9的外面9a的接觸面49a、以及複數個壁狀的熱導體51，其從板本體49的接觸面49a突出且配置於本體9內部。本體9具備複數個狹縫 狀的孔部25，該複數個狹縫狀的孔部25在避開流路23的位置上使複數個壁狀的熱導體51分別藉由插入而嵌合以進行內部配置。各熱導體51形成為比嵌合的孔部25小，並在與孔部25之間劃分出間隙G1、G2或G3。
因此，本實施例的熱交換器7在使熱導體51嵌入熱交換器7本體的孔部25的構造方面，可利用間隙G1、G2或G3來吸收本體9與熱導體51的熱膨脹差，並可防止流路23出現破裂。
而且，在本實施例的熱交換器7方面，藉由使熱導體51成為壁狀，不僅即使將孔部25做成比熱導體51小也可以防止熱交換效率下降，而且也可以提高熱交換效率。
結果，在本實施例方面，可以一面維持高的熱變換率一面可適應被熱交換的流體不同的流量，並且被熱交換的流體的溫度變化對於熱交換器7的加熱導體溫度的反應也可以顯著提高。
本實施例的熱導體51係在插入方向的尺寸分別形成比孔部25短且劃分出間隙G1。因此，可利用間隙G1確實地吸收熱導體51與本體9的熱膨脹差。
此外，在本實施例方面，由於熱導體51係將與插入方向相交的交叉方向的剖面形狀形成比孔部25小且劃分出間隙G2及G3，所以在吸收熱導體51及本體9的熱膨脹差時會填滿間隙G2、G3，藉此熱導體51與本體9的密合度提高，可調整熱交換效率。
在本實施例方面，係貫穿本體9而設置孔部25，包夾本體9而設置一對傳熱板11，從同一孔部25的兩側插入相互對應於一對傳熱板11的熱導體51，在對應的熱導體51間劃分出間隙G1。
因此，在本實施例方面，可在本體9的兩側 配置傳熱板11而確實地進行熱交換。
本實施例的熱導體51一體形成於板本體49上，所以可使組裝於本體9容易進行。
流路23具備並排配置的並排流路31、以及連接並排流路31之折返形狀的折返流路33，熱導體51係沿著流路23的並排流路31而位於並排流路31間。
因此，在本實施例方面，可對於流路23有效配置壁狀的熱導體51。
此外，在本實施例方面，由於折返流路33為折返形狀的內側具有角43的彎曲形狀，所以可在下游側使被熱交換的流體藉由角43產生亂流，被熱交換的流體的密度低的部分與密度高的部分之間的熱移動變得活躍，並可使被熱交換的流體與流路23內面之間有效地進行熱移動，實現更高的熱交換效率。
再者，在本實施例方面，由於壁狀的熱導體51配置在沿著產生亂流的流路23的並排流路31，所以可有效地加熱被熱交換的流體與流路23內面之間所進行熱移動的部分，實現更高的熱交換效率。
此外，在本實施例方面，由於折返流路33為在折返形狀的外側具有沒有角的彎曲面45的彎曲形狀，所以可防止過度的亂流而抑制被熱交換的流體的壓力損失。
實施例2
第14圖為有關本發明實施例2的熱交換器的剖面圖。實施例2係在與實施例1對應的構成部分使用相同的符號或在相同的符號附上A的符號而省略重複的說明。
本實施例的熱交換器7A只在一對傳熱板11Aa、11Ab的一個傳熱板11Aa上設有熱導體51A。傳 熱板11Ab不具有熱導體，只由板狀的板本體49所構成。
相對於實施例1，熱導體51A係在長度方向上延伸設置，而在插入方向上與另一個傳熱板11Ab之間劃分間隙G1。
此種實施例2也可以取得與實施例1同樣的作用效果。
實施例3
第15圖為顯示有關本發明實施例3的熱交換器本體的流路一部分的示意圖。實施例3係在與實施例1對應的構成部分使用相同的符號或在相同的符號附上B的符號而省略重複的說明。
在本實施例方面，係將流路23B的折返部33B的折返形狀的外側形成為全體沒有角的彎曲形狀。
因此，在實施例3方面，可利用折返部33B的折返形狀的內側的角43使亂流產生，並可利用折返形狀的外側的全體沒有角的彎曲形狀更加確實地防止過度的亂流。因此，在本實施例方面，可將被熱交換的流體的壓力損失抑制在最小限度，並使亂流確實地產生。
其他，實施例3也可以取得與實施例1同樣的作用效果。
實施例4
第16圖為以具有有關本發明實施例4的熱交換器的熱交換單元一部分為剖面的側面圖。實施例4係在與實施例1對應的構成部分使用相同的符號或在相同的符號附上C的符號而省略重複的說明。再者，在第16圖中省略外殼5的記載。
熱交換單元1C在熱交換器7的周圍配置反射材料89。反射材料89與熱交換器7相對的內面89a為鏡面狀，反射來自熱交換器7的輻射熱而使熱交換器 7的熱交換效率提高。
反射材料89可用金屬製的板或箔等來形成。然而，反射材料89也可以利用外殼5來構成。此情況，將外殼5的內面精加工成鏡面也可。
因此，在實施例4方面，可更加提高熱交換器7的熱交換效率。其他，實施例4也可以取得與實施例1同樣的作用效果。
實施例5
第17圖為顯示有關本發明實施例5的熱交換器所使用的傳熱板的剖面圖。實施例5係在與實施例1對應的構成部分使用相同的符號或在相同的符號附上D的符號而省略重複的說明。
傳熱板11D係以銅形成，並在表面形成有銀的塗層91。
以金屬類形成傳熱板11D的情況，一般使用鋁作為材料。然而，鋁的熔點相對較低，為660℃，用於高溫環境的熱交換器有其使用上的限制。
對此，在本實施例方面，以熔點相對較高、為1080℃的銅形成傳熱板11D，所以可應付熱交換器的高溫化。然而，銅用在半導體製程等的一部分用途為污染物質，所以在本實施例方面，對以銅形成的傳熱板11D的表面施以作為非污染物質的銀的塗層91。再者，非污染物質並不限於銀，採用符合熱交換器用途之適當的物質即可。
9‧‧‧本體
9a‧‧‧外面
11‧‧‧傳熱板
25‧‧‧孔部
51‧‧‧熱導體
23‧‧‧流路
49‧‧‧板本體
49a‧‧‧接觸面
G1、G2、G3‧‧‧間隙

Claims (8)

  1. 一種熱交換器，具備：本體，其具有使被熱交換的流體流通的流路；以及傳熱構件，其經由前述本體而在該傳熱構件與前述被熱交換的流體之間進行熱交換；前述傳熱構件具備：構件本體，其具有接觸前述本體外面的接觸面、以及複數個壁狀的熱導體，其從該構件本體的接觸面突出且配置在前述本體的內部；前述本體具備：複數個狹縫狀的孔部，該複數個狹縫狀的孔部係在避開前述流路的位置上使前述複數個壁狀的熱導體分別藉由插入而嵌合以進行內部的配置；各熱導體係形成為比嵌合的孔部小，並在與該孔部之間劃分出間隙。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之熱交換器，其中前述熱導體在插入方向的尺寸係分別形成比前述孔部短且劃分出前述間隙。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱交換器，其中前述孔部係設置呈貫穿前述本體，前述傳熱構件係設置成一對而包夾前述本體，從前述孔部的兩側插入相互對應的熱導體且在該對應的熱導體間劃分出前述間隙。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之熱交換器，其中前述熱導體係一體形成於前述構件本體上。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之熱交換器，其中前述熱導體係將與前述插入方向交叉的交叉方向的剖面形狀形成比前述孔部小且劃分出前述間隙。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之熱交換器，其中前述流路具備：並排配置的並排流路、以及連接該並排流路的折返形狀的折返流路；前述熱導體係沿著前述流路的並排流路而位於前述並排流路間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之熱交換器，其中前述折返流路為前述折返形狀的內側具有角的彎曲形狀。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之熱交換器，其中前述折返流路為前述折返形狀的外側沒有角的彎曲形狀。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2021013148A (es) * 2019-05-28 2021-12-10 Mitsui Chemicals Inc Dispositivo de enfriamiento y metodo para fabricar el dispositivo de enfriamiento.
US11287196B2 (en) * 2019-05-31 2022-03-29 Lummus Technology Llc Helically baffled heat exchanger

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5469445U (zh) 1977-10-26 1979-05-17
US5351889A (en) * 1991-10-16 1994-10-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Flow tripped injector
US5899077A (en) * 1997-12-02 1999-05-04 Solid State Cooling Systems, Inc. Thermoelectric cooling/heating system for high purity or corrosive liquids
JP2000193383A (ja) 1998-12-25 2000-07-14 Osaka Gas Co Ltd 熱交換器
JP3674401B2 (ja) 1999-08-12 2005-07-20 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 熱交換用伝熱管
US6821625B2 (en) * 2001-09-27 2004-11-23 International Business Machines Corporation Thermal spreader using thermal conduits
US7117934B2 (en) * 2002-03-15 2006-10-10 H2Gen Innovations, Inc. Method and apparatus for minimizing adverse effects of thermal expansion in a heat exchange reactor
KR101040067B1 (ko) * 2002-10-21 2011-06-09 엠-히트 인베스터스 엘엘씨 차량 요소를 세척하거나 제빙하기 위한 장치 및 방법
JP2006134989A (ja) * 2004-11-04 2006-05-25 Mitsubishi Electric Corp ヒートシンク、発熱体、放熱構造物および熱交換器
SE529516C2 (sv) * 2005-10-24 2007-09-04 Alfa Laval Corp Ab Universell flödesmodul
JP4856494B2 (ja) * 2006-08-08 2012-01-18 株式会社陽和 平板流路及びその製造方法
JP2008232597A (ja) 2007-03-23 2008-10-02 Komatsu Electronics Inc 流体温調装置
FR2920657B1 (fr) * 2007-09-07 2013-02-22 Cie Mediterraneenne Des Cafes Chaudiere pour machine de preparation de boissons.
US7900800B2 (en) * 2007-10-19 2011-03-08 Nordson Corporation Dispensing apparatus with heat exchanger and method of using same
US8536768B2 (en) * 2008-10-14 2013-09-17 Koninklijke Philips N.V. System for heat conduction between two connectable members
CN102057236B (zh) * 2009-05-04 2013-04-24 Lg电子株式会社 空调系统
TW201319507A (zh) 2011-11-04 2013-05-16 Most Energy Corp 散熱裝置及其製造方法
KR102100785B1 (ko) * 2012-05-28 2020-04-14 헨미 게이산쟈쿠 가부시키가이샤 고효율 열교환기 및 고효율 열교환 방법
JP2015152219A (ja) 2014-02-13 2015-08-24 住友電気工業株式会社 流体加熱装置
JP2015152218A (ja) 2014-02-13 2015-08-24 住友電気工業株式会社 流体加熱装置
CN203824394U (zh) * 2014-04-24 2014-09-10 珠海格力电器股份有限公司 一种蓄热器及空调
JP6274709B2 (ja) * 2016-01-21 2018-02-07 株式会社Uacj 熱交換器用ヒートシンク及び該ヒートシンクを備えた熱交換器

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US10859325B2 (en) 2020-12-08

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