TW202138732A - 換熱模組及其陣列噴柱式換熱器 - Google Patents
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Abstract
一種換熱模組，包含複數個陣列噴柱式換熱器，所述陣列噴柱式換熱器皆包含一殼件及複數噴柱，該殼件界定一換熱室，且該殼件可供一第一流體通過該換熱室。複數噴柱以交錯陣列方式排列於該殼件內，各個所述噴柱可供一第二流體通過，以應用噴柱陣列之熱傳強化方式進行換熱。於各噴柱內設置渦流產生器，如扭旋片或各式渦流導翼或導槽，使第二流體成為渦流式噴柱(swirl jet)，提高近距離衝擊噴柱之熱傳強化效果。第二流體通過噴柱後，將衝擊下一組陣列噴柱式換熱器的外表面及流入下一組陣列噴柱式換熱器的噴柱，以增加第一流體與第二流體之換熱面積及對流熱傳係數。
Description
本發明係關於一種熱交換模組，尤指具有渦流產生器、擾流件之陣列噴柱式換熱器、換熱模組。
一般電動力鏈冷卻系統將來自電池堆、馬達驅動器、馬達定子、馬達轉子以及傳動裝置之熱功率，以強制水(油)冷之循環方式，經由中央冷卻系統傳遞至大氣。
傳統中央冷卻系統是採用管鰭式換熱模組，型態例如有中華民國專利公告第487797號之「熱交換器」，如487797第一圖所示，主要包含複數熱交換管、複數連續彎曲之散熱鰭片、複數集流箱，其中各個所述熱交換管是間隔設置，所述散熱鰭片是設置於二個所述熱交換管之間，二個所述集流箱則分別連接所述熱交換管，以形成循環水路。
惟上述傳統管鰭式換熱模組，散熱鰭片間之氣流(airflow)一般屬於典型邊界層流(boundary layer type flow)，對流熱傳係數相對較低，遂常以增加鰭片散熱面積之方式，提高散熱器之冷卻功率，但增加冷卻系統重量、體積及氣流場阻力，且運轉時常出現鰭片間髒污(fouling)問題。另於熱交換管中之流場，屬於典型之直管紊流，熱傳強化效益弱。
為配合電動力鏈輕量化與微型化之發展，亟需進一步提升傳統換熱模組之冷卻效能。
爰此，本發明人為提升換熱模組之冷卻效能，而提出一種陣列噴柱式換熱器，包含一殼件及複數噴柱。該殼件界定一換熱室，該殼件上並有二輸送口，所述輸送口皆連通該換熱室，以供一第一流體通過該換熱室。各個所述噴柱陣列分布於該換熱室，所述噴柱皆界定一通道，該通道貫穿該殼件，所述通道用以供一第二流體通過，使該第一流體與該第二流體進行換熱，所述通道或/及所述噴柱相鄰該換熱室之一表面設有一擾流件，以提升冷卻效能。
進一步，所述擾流件可為螺旋翼片或各式鰭片。
進一步，可於各噴柱內皆設置渦流產生器，如扭旋片或各式渦流導翼或導槽，使通過的第二流體成為渦流式噴柱(swirl jet)。
進一步，每列所述噴柱與相鄰列的所述噴柱呈交錯設置。
進一步，該殼件上有複數槽道，所述槽道彼此交錯連通，且各個所述槽道分別位於相鄰的二個所述噴柱之間。
本發明也是一種換熱模組，包含如前所述之陣列噴柱式換熱器，各個所述陣列噴柱式換熱器的噴柱與相鄰的所述陣列噴柱式換熱器的噴柱彼此對應。
進一步，各個所述陣列噴柱式換熱器與相鄰的所述陣列噴柱式換熱器之間有一間距，以引入外部流體。
進一步，各個所述陣列噴柱式換熱器的噴柱的位置與相鄰的所述陣列噴柱式換熱器的噴柱的位置彼此錯開。
進一步，所述間距介於所述通道之直徑的0.1倍至0.5倍之間。
本發明並且是一種換熱模組，包含複數個陣列噴柱式換熱器，所述陣列噴柱式換熱器皆包含一殼件及複數噴柱，該殼件界定一換熱室，且該殼件可供一第一流體通過該換熱室。複數所述噴柱以交錯陣列方式排列於該殼件內，且相鄰的二個所述陣列噴柱式換熱器的噴柱係部分錯開或完全錯開，各個所述噴柱可供一第二流體通過，以應用噴柱陣列之熱傳強化方式進行換熱。於各噴柱內設置渦流產生器，如扭旋片或各式渦流導翼或導槽，使第二流體成為渦流式噴柱(swirl jet)，提高近距離衝擊噴柱之熱傳強化效果。所述第二流體通過噴柱後，將衝擊下一組陣列噴柱式換熱器以及及流入下一組陣列噴柱式換熱器的噴柱，以增加第一流體與第二流體之換熱面積及對流熱傳係數。
根據上述技術特徵可達成以下功效：
1.噴柱的表面或/及通道內設有擾流件，以提升冷卻效能。
2.噴柱上的擾流件可為螺旋翼片、鰭片之任一或組合，有助於對通過的流體(如水、油等冷卻流體)進行熱傳強化。
3.噴柱內的渦流產生器可為扭旋片、渦流翼片、渦流導槽之任一或組合，使通過的流體(例如空氣)成為渦流式噴柱，以強化熱傳效果。
4.相鄰的二個陣列噴柱式換熱器之間，其噴柱的位置彼此錯開，使通過的流體可衝擊下游的陣列噴柱式換熱器，進一步強化熱傳效果。
5.於陣列噴柱式換熱器上設有交錯連通的複數槽道，以改善流體衝擊後於兩相鄰陣列噴柱式換熱器間之流暢性，並增加第一流體與第二流體之換熱面積及對流熱傳係數。
綜合上述技術特徵，本發明換熱模組及其陣列噴柱式換熱器的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
請先參閱第一圖，係揭示本發明實施例換熱模組(100)包含連續排列的複數個陣列噴柱式換熱器(1)。於本實施例中，於所述換熱模組(100)的一側配置有一風扇模組(200)，用以導入氣流。各個陣列噴柱式換熱器(1)及所述風扇模組(200)之間可藉由複數連接件(300)〔例如螺栓(301)搭配螺帽(302)〕串接固定。
續請參閱第二圖搭配第一圖，每一個所述陣列噴柱式換熱器(1)皆包含一殼件(11)及複數噴柱(12)。該殼件(11)例如包含一板體(11A)及一殼座(11B)，所述殼座(11B)可呈ㄇ型，以在該板體(11A)及該殼座(11B)之間界定相連通之一換熱室(111)及二輸送口(112)，以供第一流體通過該換熱室(111)，所述第一流體例如為水、油等冷卻液體，所述輸送口(112)可用於連通外部管路而形成循環水路。該殼件(11)有相對之一第一面(113)及一第二面(114)，該第一面(113)及該第二面(114)分別位於該板體(11A)及該殼座(11B)的兩相對外側。較佳的是，該第一面(113)上有複數槽道(115)，所述槽道(115)彼此交錯連通，且各個所述槽道(115)分別位於相鄰的二個所述噴柱(12)之間。
續請參閱第二圖搭配第一圖，各個所述噴柱(12)陣列分布於該換熱室(111)，且每列所述噴柱(12)與相鄰列的所述噴柱(12)可呈交錯設置。所述噴柱(12)例如呈圓管狀，界定一通道(121)，該通道(121)貫穿該第一面(113)及該第二面(114)。所述噴柱(12)的通道(121)內設置一渦流產生器(123)，使通過的第二流體(例如為空氣等流體)可產生渦旋，以強化熱傳效果，所述渦流產生器(123)例如為一扭旋片，但亦可為渦流翼片、渦流導槽或者是組合。所述噴柱(12)相鄰該換熱室(111)之一表面(122)設有一擾流件(124)，所述擾流件(124)為例如為螺旋翼片，但亦可為各式鰭片或組合。
如第三A圖及第三B圖所示，分別為不同層陣列噴柱式換熱器(1)的平面示意圖，對照第三A圖及第三B圖可知，各層所述陣列噴柱式換熱器(1)的噴柱(12)的位置與相鄰的所述陣列噴柱式換熱器(1)的噴柱(12)的位置彼此錯開，所述槽道(115)的位置也彼此錯開，使通過的流體可衝擊下游的陣列噴柱式換熱器(1)，進一步強化熱傳效果。
續請參閱第四圖及第五圖，各個所述陣列噴柱式換熱器(1)的第二面(114)與相鄰的所述陣列噴柱式換熱器(1)的第一面(113)彼此相對，讓流體(如氣流)可衝擊於槽道(115)，流體可藉由槽道(115)增進流暢性及強化熱傳。各個所述陣列噴柱式換熱器(1)與相鄰的所述陣列噴柱式換熱器(1)之間有一間距(T)，以引入外部流體，以應用捲氣原理(air entrainment)，自外界抽吸低溫氣流，所述間距(T)可介於所述通道(121)之直徑的0.1倍至0.5倍之間，以對第一面(113)施以極小分離距(extremely small separation distance)之衝擊噴柱陣列強化熱傳，並可降低熱交換器之體積及增加換熱面積，共同提高換熱模組之換熱面積與總體積比。
要補充說明的是，本發明實施例之換熱模組可應用於電動力鏈冷卻系統，但並不以此為限，例如亦可應用於電子產品、空調等各種具有熱交換需求的領域。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
(100):換熱模組
(1):陣列噴柱式換熱器
(11):殼件
(11A):板體
(11B):殼座
(111):換熱室
(112):輸送口
(113):第一面
(114):第二面
(115):槽道
(12):噴柱
(121):通道
(122):表面
(123):渦流產生器
(124):擾流件
(200):風扇模組
(300):連接件
(301):螺栓
(302):螺帽
(T):間距
[第一圖]係本發明實施例之立體外觀示意圖。
[第二圖]係本發明實施例之立體分解示意圖。
[第三A圖]係本發明實施例之平面示意圖一。
[第三B圖]係本發明實施例之平面示意圖二。
[第四圖]係第一圖中IV-IV之剖視暨使用示意圖。
[第五圖]係第一圖中V-V之剖視暨使用示意圖。
(100):換熱模組
(1):陣列噴柱式換熱器
(200):風扇模組
(300):連接件
(301):螺栓
(302):螺帽
Claims (9)
- 一種陣列噴柱式換熱器，包含： 一殼件，界定一換熱室，該殼件上並有二輸送口，所述輸送口皆連通該換熱室，以供一第一流體通過該換熱室；及 複數噴柱，陣列分布於該換熱室，所述噴柱皆界定一通道，該通道貫穿該殼件兩側，所述通道用以供一第二流體通過，使該第一流體與該第二流體進行換熱，所述噴柱的通道內設置一渦流產生器，所述噴柱相鄰該換熱室之一表面設有一擾流件，以藉由所述噴柱提升熱傳強化效能。
- 如請求項1之陣列噴柱式換熱器，其中，所述渦流產生器為一扭旋片、一渦流翼片、一渦流導槽之任一或組合；所述擾流件為一鰭片、一螺旋翼片之任一或組合。
- 如請求項2之陣列噴柱式換熱器，其中，每列所述噴柱與相鄰列的所述噴柱呈交錯設置。
- 如請求項1至請求項3中任一項之陣列噴柱式換熱器，其中，該殼件的一側有複數槽道，所述槽道彼此交錯連通，且各個所述槽道分別位於相鄰的二個所述噴柱之間。
- 一種換熱模組，包含複數個如申請專利範圍第1項至第4項所述之陣列噴柱式換熱器，各個所述陣列噴柱式換熱器的噴柱對應相鄰的所述陣列噴柱式換熱器的噴柱。
- 如請求項5之換熱模組，其中，各個所述陣列噴柱式換熱器與相鄰的所述陣列噴柱式換熱器之間有一間距，以引入外部流體。
- 如請求項6之換熱模組，其中，各個所述陣列噴柱式換熱器的噴柱的位置與相鄰的所述陣列噴柱式換熱器的噴柱的位置彼此錯開。
- 如請求項6之換熱模組，其中，所述間距介於所述通道之直徑的0.1倍至0.5倍之間。
- 一種換熱模組，包含複數個陣列噴柱式換熱器，所述陣列噴柱式換熱器皆包含一殼件及複數噴柱，該殼件界定一換熱室，且該殼件供一第一流體通過該換熱室，複數所述噴柱以交錯陣列方式排列於該殼件內，且相鄰的二個所述陣列噴柱式換熱器的噴柱係部分錯開或完全錯開，各個所述噴柱皆用於供一第二流體通過，所述噴柱內皆設置一渦流產生器，使所述第二流體成為渦流式噴柱，所述第二流體通過所述噴柱後，所述第二流體將衝擊下一組所述陣列噴柱式換熱器以及及流入下一組所述陣列噴柱式換熱器的噴柱，以增加第一流體與第二流體之換熱面積及對流熱傳係數。
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