TW396082B - Heat exchanger for transferring heat between an external fluid and internal fluid - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ' B7 五、發明説明（1 ) 發明背景 本發明概括言之係關於錯板式熱交換器（plate-fin heat exchangers)及特別關於一種將交流式管集箱用作復熱器使用 之逆流鰭板式熱交換器。鰭板式熱交換器一般為由編織甚 多微小件成一整體爐件之整體式結構物。此種一般性設計 具有包括下列各項之數項問題。 ⑴鰭板式熱交換器一般包括著非數千亦達.數百計之黃銅 接頭。因此，完成產品之總品質視每一黃銅接頭之可靠性 而定，故即使僅一破壞黃銅接頭能導致全部熱交換器破 壞。結果，鰭板式熱交換器之组合方法一般均需要大量勞 力，因組合者必須避免在典型熱交換器中之數千黃銅接頭 中產生單一不良黃銅接頭。 ⑵用於組合熱交換器之各構成部份之尺度必須保持於緊 密公差，以使厚度差不構成硬焊循環中負荷之總差異。 ⑶用以實施通過熱交換器邊緣之邊緣柱或封閉桿需要大 i 量勞力及大量材料，及產生不利於熱疲勞壽命之硬度及質 量之不連續性差異。 上述設計中，具有交流式管集箱之逆流鰭板式熱交換器 一般均包括重疊形成一交替氣體/空氣/氣體/空氣之一疊管 集箱。每一對相鄰氣體與空氣管集箱由一對較薄分隔片分 開。此外，傳統式鰭板式熱交換器包括邊緣柱或封閉柱， 以密封分隔片四周及防止自熱交換器之高壓力侧向外散 熱。入口及出口集管導管在管集箱組合及硬焊後再橫向熔 接於邊緣柱.。邊緣柱產生分隔板間之硬度及質量結構附 - O:\46\46571-l.DOC\WCK - 4 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） -------·— 枯衣------订-----'ί.^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) h熱負荷在㈣分隔板比在厚實之邊緣柱產生較為快速 之熱反應。此項反應時間之差異加上分隔板的相對脆弱能 造成分隔板破壞。由於分隔板與邊緣柱之位置與結構組成 〈差異’故溫度變化不致同時影響邊緣柱及分隔片。因分 隔片結構上較邊緣柱為弱，故分隔片受限制。 使用邊緣柱於逆流鰭板式熱交換器另一個問題係與熔接 於邊緣柱之金屬板歧管有關。歧管沿鄰接管集箱口之心子 <邊緣及角隅而熔接於成疊邊緣柱。如分隔片般，歧管迅 速者應/孤度笑化。因邊緣柱不如歧管般迅速響應溫度變 化，故金屬板會面臨位於或靠近熔接處之剪力負荷。因 此，受熱影響區之熔接及基礎金屬很容易損壞。 授予Gerstimg之美國專利2,858，112揭示一可自液體中轉移熱 量之又叉流式熱交換器（圖丨），其中多對1〇之波形板12與 Η由空氣定心裝置16及熱交換器或邊緣柱元件18及2〇分 開。邊緣柱元件18及20夾置於板及14之相對準管集箱開 口 30與32之間。利用邊緣管元件18及2〇會產生對結構物不 利之及熱質量不連續性。因此，結構物之各層無法在操作 中單獨作用。因此，Gerstung專利案揭示之熱交換器不適於 用在燃氣輪機，因交換器不能承受燃氣輪機所產生之極高 溫度》 授予Lowery (圖1至5 )之英國專利1304,692揭示一種自一包 括多個相結合之金屬板2 4之液體轉移熱量之交又流式熱交 換器。板24具有結合於外表面之翼片16及17。每一板24具 有兩個中央開孔並上揚之端部份25及26，並具有兩個水平 O:\46\4657 J-1 ,D〇C\wCK -5-

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 倒置槽道27及28。各單位藉將次—單位順序放置、並使其 凸起來端部份25及26接觸次—順序中前—單位之同等上揚 之端部份、及施加壓力於并列成對凸出來之端部份乃及沉 而組合在-起。相鄰上揚端部份25及26之較大銜接部份表 面區域導致剛性流動導管之形成，故最後結構物之各層不 能相互移動及混合。 根據現有鰭板式熱交換器之上述限制，有利方式為提供 具有可順應式中空結構物之熱交換器。中空結構（beU〇ws structure)物能彈性吸收隨著熱量變化過程所產生的溫度 梯度造成的變形，及與安裝或操作相關之熱梯度，故熱交 換器之各單獨層能自由移動及撓動，並可吸收平面變形產 生之熱偏差。 發明之te诚 根據本發明之某些較佳具體實例，，一種在一外部流體及 内部流體間轉移熱量之熱量轉換器包括一或多個熱量交換 池（cel】）。較佳者，每一熱量交換池包括—頂板，該頂板 在其一端具有一入口孔而在其另—端具有—出口孔，頂板 包括第一表面、第二表面及周邊緣。熱交換器池亦可包括 V、了’、板並列之一底板，底板在其一端具有一入口孔而在其 另一端具有一出口孔。較佳者，底板亦包括第—表面，第 二表面及周邊緣’底板與頂板之周邊緣互相連接，因而頂 板及底板之第二表面互相接合且頂板與底板之入口孔及出 口孔貫質上互相對準。各頂板與底板之各相對準入口孔與 出口孔較佳者提供在池一側之一入口歧管及在池另一侧之

- O:\46\465 71-LDOCUVCIC _;6· 本紙浪尺度適用中國國家梯準（CNS)M規格（210>< 297公幻 ^、1τ.! I 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經 部 中 央 標 準 局 Μ 工 消 f 入 h 社 印 製 A7 五、發明説明（4 一出口歧管。依斷面圖觀看時，頂板及底板之入口孔及出 孔了已括自各板之弟—表面向外延伸之實質上呈s形之 隆起突緣部份，實質上呈s形之隆起突緣部份在内部邊緣 終止成界定各孔。連接之頂板及底板較佳者界定—位於各 第表面間之一向壓A ,故中間流體可以高於外部流體之 壓j通過熱量交換池。較佳者，熱量交換池較佳亦包括位 万；阿壓至内且附著於頂板及底板之第二表面之一内部鰭板 疋件。各單獨熱量交換池較佳相互重疊，並使相鄰熱量交 換池之相鄰内邊緣連接在—起而形成能彈性吸收熱負荷產 生變形之順應性中空結構物，因此各熱量交換池可彼此相 互移動及撓動。 某些較佳具體實例中，每一熱量交換池包括一内部鰭板 元件及二外部鰭板元件，該二外部鰭板元件之一第一元件 連接於頂板之第一表面，而該二外部鰭板元件之一第二元 件連接於底板之第一表面。每一熱量交換池設气成供外部 流體以第一流動方向通過該二外部鰭板元件，且<供内部流 以與第一流動方向實質上相反之第二流動方向流過内部 鰭板凡件。内邵流體可為通過内部鰭板元件之高壓空氣， 而外部流體可為燃燒所得之低壓產品。其他具體實例中， 内部成體可為壓縮機排出氣體而外部流體可為輪機排出氣 體。熱交換器池操作過程中，二外部鰭板元件挾帶來自外 4流體 < 熱量並將其傳送至内部鰭板元件。内部鰭板元件 隨即傳送熱至通過其中之内部流體。 每頂板可包括在入口孔與出口孔間之一實質上平坦中 O:\46\4657l-I.DOC\WCK 7 #丨裝------訂----0—線 (#先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（5 ) 心區，及底板宜包括在入口孔與出口孔間之—實質上平坦 中心區，二板之實質上平坦中心區實質上相對準。某些具 體實例中，二外部，鰭板元件之第一元件重疊頂板之實質上 平坦之中心區’ 一外邵,鰭板元件之第二元件重疊底板之實 質上平坦之中心區，及内部鰭板元件位於頂板與底板之實 質上平坦之中心區.之間。内部鰭板元件可為實質上對準二 外部鰭板元件。較佳者，内部鰭板元件係硬焊於頂板及底 板之第二表面。某些較佳具體實例中，每一熱量交換池之 弟一及弟一外部緒板元件可包括接納在各池層通過之外部 流之相對準刖緣，及可在外部流體通過後將外部流體排 出之後緣。第一與第二外部鰭板元件之相對準前緣宜與熱 量交換池之至少一前周緣實質分開，以確保前周緣朝向及 背向相鄰之一熱量交換池來回彎曲。其他較佳具體實例 中’第一及第二外部鰭板元件之相對·準前緣實質上自相對 準出口孔偏離’以使每一池層能朝向及背向相鄰之一熱量 交換池彎曲。使前緣偏離中空結構會使中空結構撓曲及彎 曲而不受外部鰭板限制。將外部鰭板元件之前緣以遠離該 至少一前周緣方式放置亦將減少作用於每一池之頂板及底 .板之熱力。 第及第一外部靖板元件之後緣亦可實質上相互對準， 且A免上離開熱夂換器池至少一後周緣，以確使該池可朝 向或a向相鄰之一熱量叉換池移動。第一與第二外部鰭板 π件之實質上相對準後緣亦可偏離熱量交換池之相對準入 口孔，以確使每一池朝向及背向相鄰之一熱交換池彎曲。

O:\46\4657M.DOawCK -------—裝------訂-----! ί線 (請先閔讀背面之注意事項再填寫本萸) 本紙張尺度適用中國國家標準------

I 公 經濟部中央標準局員Η消費合作社印製 A7 -_ B7 _ 五、發明説明（6 ) 每—熱量交換池亦可包括至少一氣體轉向鰭板元件，此氣 體轉向鰭板元件連接其中一板之周邊緣而導引外部流體進 入一較佳通路以沖擊兩個外部鰭板元件。 如如文所述，内部鰭板元件宜配置於熱量交換池之高壓 力池’並可具有一入口邊緣以容納來自入口歧管之内部流 體、及一出口邊緣以排出内部流體至出口歧管。每一熱量 父換池亦可包括一位於入口歧管與内部鰭板元件之入口邊 緣間之高壓室内之入口歧管鰭板元件，及一位於出口歧管 與内部鰭板元件之外緣間之高壓室内之出口歧管績板元 件。入口及出口歧管鰭板元件導引内部流體朝與第一方向 垂直流動’及内部鰭板元件導引内部流體依與第一方向成 直之方向流動。如前文所述，當内部流體通過内部鰭板元 件時，熱量逐漸傳送於外部與内部流體之間。每一池之内 部鰭板元件連接於頂板及底板而抵抗不同壓力負荷，故熱 量交換池不再需要外部預加負荷。 頂板及底板以及其實質上S形隆起突緣部份具有大致均 勻厚度’因而將板上熱膨脹及熱收縮效應減至最小。在池 之外周邊S形隆起凸緣部.份連接在一起以部份構成並界 定一高壓室，同時s形隆起凸緣部份之内邊緣，亦即包圍 連接板.之各入口孔及出口孔之邊緣，會在每一池中互相張 開，故相鄰池之相鄰内邊緣可連接在一起。較佳者，各相 鄰池之相鄰内邵邊緣溶接在一起而構成一順應性中空結構 物。在更佳具體實例中，各熱交換器池完全藉隆起凸緣之 内部邊緣互相連接。此等具體實例中，S形隆起凸緣背離 - 〇；\46\46571-1 .D〇C\WCK - 9 _ 太紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） --------_丨裝------訂-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 動。 明陳前述及其 五、發明説明（

==緣之8形隆起凸緣之斷面未互相連接。此點使S 刀因應壓縮力、張力及彎曲力而獨立移動及撓 參照圖式閱讀本發明之下文詳細說明，將 他特點。 。。圖1為根據本發明之較佳具體實例之逆流式熱交換器 單獨熱量交換池之分解圖。 圖2為圖1所示單獨熱交換器之第一平面圖。 圖3為刀拆除後圖i之單獨熱交換池之分解圖。 圖4為圖2所示單獨熱量交換池之入口管集箱之放大部份 圖。 圖5為圖1 _ 3所示多個單獨熱量交換池之逆流熱交換器之 側視圖。. 圖6為根據本發明之一較佳具體實例之包括多個圖1 _ 3所 示多個熱量交換池之透視圖。 ' 圖7為顯示隆起凸緣之沿圖2之線7 - 7所取入口孔之部份 斷面圖。. 圖8為顯示—黃銅貯池細節之沿圖2之線8 - 8所取之單獨 熱父換器元件之一邊緣之部份斷面圖。 圖9為根據本發明之某些較佳具體實例中第一及外部流體 流過圖6熱交換器之示意圖。 圖10為圖6之熱交換器經熱負荷後使結構物響應熱力撓曲 之透視圖。

O:\46\46571-l.DOC\WCK 本.，氏張尺麟叩關★縣（CNS ) 4規格（21(3><297公楚 . ! J 裝 訂 線 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -10- A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（8 ) ! I 圖11為圖9所示熱交換器在熱負荷之前沿線XI -XI所取之 I I I 斷面圖 ο I I 圖12為圖11之熱交換器在熱負荷後響應熱力之結構物撓 請 I I 曲之情況。 圖13為圖9所示熱交換器之部份頂部情沉。 圖14A顯示沿圖13之線XIV - XIV之熱交換器處於一未變形 ”冷'’狀態之前視圖。 閲 绩 背 面 之 注 意 事 項 再 填 ! ! I I I 圖14B顯示沿圖13之線XIV 熱”狀態之前視圖。 -XIV之熱交換器處於一變形" 寫 本 頁 裝 I I | 圖式元件符號簡要說明 1 1 1 10 單獨熱量交換池 34 外部鰭板元件 1 訂 I 10A-D 單獨熱量交換池 34Α,Β 外部鰭板元件 1 1 12 頂板 36Α,Β S形隆起凸緣部份 1 1 14 第一表面· 38Α,Β S形隆起凸緣部份 1 ) 16 第二表面 40 内部鰭板元件 ά | 20A,B 入口孑L 42 入口端 - 1 1 22A,B 出口孔 44 出口端 ! 1 24A,B 中心區 46 入口歧管鰭板元件 1 I 26 底板 48 出口歧管鰭板元件 I I 26A 底板 50 通路 1 1 28 第一表面 52 高壓室/氣體導片 1 30 第二表面 52A-C 通路 1 1 | 32 周緣 1 1 I O:\46\46571-l.DOC\WCK -11 - 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（9 ) 54 第二流動方向（圖3)貯池（圖7,8) 56 第一流動方向（圖3) 60 熱交換器 58A，B 第一橫向或橫流動方向 62 中空結構物/入口歧管結構物 64A，B 内部邊緣 74A,B 後緣 66 向下方向 76 前周緣 68 出口歧管結構物 78 間隙 70 方向 80 後周緣 72A，B 前緣 82 空隙/間隙 74 外部鰭板元件 較佳具體實例之詳細說明 圖1為根據本發明之若干較佳具體實例之一獨立熱交換池 10之分解圖。每一熱量交換池10包括能重疊於另一相同熱 量交換池頂部之全套氣密結構（s e 1 f - c ο n t a i n e d i pressure-tight structure)以產生逆流熱交換器_’例如 圖9所示之熱交換器及下文所說明。每一熱量交換池10具 有供一完整逆流熱交換器所需之全部特點，包括入口及出 口歧管及組合成單一池之熱傳组件，如圖2所示。 利用各單獨熱量交換池可克服下列以往技術之問題。 (1) 容許對一微小而可作用之熱量交換池進行檢查、校正 及/或退件，而非針對一包括一永久組合層之基體之完整熱 交換器，因而大幅減少控制及工作範圍。 (2) 容許各單獨熱量交換池所形成之各層於組合之前作品 O:\46\46571-I.DOC\WCK - 1 2 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） "-—裝 訂 1線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明説明（1〇 A7 B7 經濟部中央標举局員工消費合作社印製 管測試，以避免在對一碩大之熱交換器基體進行硬焊所會 面臨之風險及技術困難。 ⑶容許各層可因應熱膨脹及熱收縮而滑動及運動而無戌 漏之危險。 ⑷容許迅速淘汰及替換失效熱量交換池，而不須在發現 某一層有問題時即丟棄整部熱交換器或對各封閉部份進行 焊接。 參閱圖1及2，某些較佳具體實例中，每一單獨熱量交換 池10包括具有第一表面14、第二表面16 (圖5 )及一或多條 周緣1 8之頂板1 2，周緣1 8界定頂板12之外邊緣。頂板12 包括在其一端之入口孔2〇A，在另一端之出口孔22A及在入 口與出口孔20A與22八間之一實質上平坦中心區24A。每一 熱量交換池10亦包括底板26，此板大致與頂板12之尺寸、 大小及形狀對稱。底板26較佳具有第一表面28(圖6 ).，第二 表面30 ’及界定出底板1 2外邊緣之一或多條周緣32。底板 26較佳亦包括在其一端之一入口孔20B，在另一端'之出口孔 22B，及位於入口與出口孔2〇B與22B間之實質上平坦中心 區 24B (圖 5 ) 〇 熱：$：交換池10較佳包括至少一，鳍板元件，此元件固著於 熱量交換池1 〇上以在二或多條緊密流過之流體間傳遞熱 量。一較佳具體實例中，熱交換器池10較佳包括二外部鰭 板元件，外部鰭板元件之第一元件34A固著於頂板1 2之第 一表面1 4，且較佳固著於其及實質上平坦表面區24a内； 而外部鰭板元件之第二元件34B固著於底板26之第一表面

O:\46\46S7M .DOQWCK -13 Μ氏银尺度適用中國國家梯準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} ，—裝. 訂 ''線 kl B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（11 ) 28 ’較佳固著於實質上平坦中心區24B内。 熱量交換池10藉併列頂板及底板12、16之第二表面16、 32而組合’使頂板及底板12、26之入口孔20 A、20B及出口 孔22A、22B相互對準。入口孔20A、20B包括分別終止於内 部孔20A、20B之内部邊緣之S形隆起凸緣部份36A及36B。 同樣，出口孔22A、22B分別包括S形隆起凸緣部份38A、 38B分別終止於出口孔22A、22B内邊緣之S形隆起凸緣部份 38A、38B。換言之，附連於頂板及底板12及26之S形隆起 凸緣在其内邵邊緣相互分開而在各板之外周緣接合。因 此’母一 S形隆起部朝背離該板之第一表面之方向延伸， 故其内邵邊緣貼於板之第一表面上方。較佳具體實例中， 頂板及底板12、26分別包括S形隆起凸緣部份且實質上具 有均勻厚度’故發生於各凸緣之溫度變化實質上與發生於 頂板及底板12、26之其餘部份之溫度變化相同，因此操作 熱交換器時產生之熱應變可達到最小。 各頂板及底板12、26之周邊18 、32然後連接，使相對頂 板及底板12、26之相對準孔20A、20B提供熱量交換池10之 入口歧管，且相連接之頂板及底板之相對準出口孔22A、 22B提供熱量交換池10之出口歧管。相連之頂板及底板12、 26界走一位於弟一表面間之高壓室52 (圖5 )，故流體可以 相較於流過該板在第一表面之流體之相對高壓流過高壓力 室。 熱交換器池10較佳亦包括位於頂板及底板12、26之第二 表面間之一内部鰭板元件40。内部鰭板元件4〇宜硬焊於頂 _ O:\46W657f-I.DOCWCK - 1 4 - 太鉍汸纪疳β用中困阈定镗准i CNS ) A4規格（210X297公楚） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. 、«! 線 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 _ - B 7 i、發明^~~ : 〜 板及底板12、26之第二表面16 , 30。當各池組合時，内部 鰭板7L件40係與二外部鳍板元件34A、34B成垂直向對準， 該二外部鰭板元件亦實質上互相垂直對準。 參閱圖3 ’每一熱量交換池1〇適宜供如壓縮空氣等内部流 fa以第一流動方向5 6流經鰭板元件4〇 ’並可供如廢氣等外 部'虎體以相反於第一流動方向5 6之第二流動方向5 4流經兩 個外部鰭板元件。 參閱圖1-3，連接於頂及底板12、26之第二表面之内部 鰭板元件40宜包括接納來自入口歧管20之内部流體之一入 口端42 ’及排出内部流體至出口歧管22之出口端44。熱量 交換池10亦可包括位於入口歧管2〇與内部鰭板元件之42間 之咼壓至.中之一入口歧管錯板元件46，及位於内部,鳍板元 件40之外邊緣44與出口歧管22間之高壓室内之出口歧管鰭 板元件4 8。如圖3所示，入口、出口歧管鰭板元件46、48 導引内邵流體依第一橫向或橫流動方向58A、58B流動，而 内部鰭板元件40導引外部流體依與第一橫向58A : 58B成直 交之方向56導引流體流動。 圖4顯示入口歧管20，入口歧管鰭板元件46，及較佳熱量 交換池10之内部鰭板元件4 0之斷面特窝視圖。此舉體實例 中’入口歧管鰭板元件46包括作為導引内部流體自入口歧 管20至内部，鳍板元件40之第一邊緣42之導管之一系列通路 5 0。較佳具體實例中，每一通路50為内部鰭板元件4〇之眾 多通路52A、52B、52C成流體連接。參閱圖8，入口歧管鰭 板元件46 (或出口歧管鰭板元件）之若干具體實例可終止於 〇:W6\4657l-).D〇nWCK - 1 5 - 大紙掁尺廑適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210'Χ297公釐） --------fl—t-------tr-----_it ί請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ♦ ___ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（13 ) 頂板及底板12、2 6之邵份，在此處各板分開而形成s形隆 起凸緣36A、36B。此一終止構型如圖7之實線部份所示。 另一種方式，入口歧管鰭板元件可延伸至板12、26之分開 部份’如圖7中虛線部份46'所示。 參閱圖5及6之較佳具體實例中，熱交換器6 〇係藉由將二 或多個熱量交換池10相互堆疊組合而成，並使相鄭熱量交 換池之相鄰内部邊緣連接在一起，以構成一完整中空結構 物62，能彈性吸收熱負荷所產生之變形，故各單獨熱量交 換池可互相撓動或移動。例如，圖5顯示一由熱量交換池 10A、10B、10C及10D相互堆疊之熱交換器。熱量交換池 10A包括頂板12A，頂板1 2 A具有S形隆起凸緣36A及其内部 邊緣64A，其一包括一底板26A，底板26A具有S形隆起凸 緣邵份36B及其内邵邊緣64B。熱量交換池ι〇Β實質上類似 熱量交換池10A，且亦包括内部邊緣64A及6犯。熱量交換 池10A及10B完全藉相鄰内部邊緣連接在—起（例如將熱量 交換池1 0 A之内部邊緣64B熔接於熱量交換池1〇B‘之内部邊 緣64A)。距内部邊緣64較遠之S形隆起凸緣部份％不連接 於相鄰熱量交換池。此一情況容許S形隆起凸緣部份因應 壓縮力’張力或彎曲力而撓曲。整個過程繼續進行，直至 熱量交換池10A — 10D經相鄰内部邊緣而連接在—起。 相鄰熱量交換池10之外部鰭板元件34不連接或結合在一 起’故各單獨熱量交換池在熱交換器之加熱或冷卻過程中 可自由相對移動。如前文所述，S形隆起凸緣之熔接内部 邊緣構成一順應性中空結構物，可彈性吸收熱負荷期門產 O:\46\4657l-l.DOC\WCK - 1 6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公缝） --------P—裝------訂-----‘線 (請先閱讀背面之注意事項I填寫本瓦) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（Ή ) 生之彎曲，故各單獨熱量交換池可互相移動。中空結構物 之順應特性會將發生在熱交換器結構物之應力及變形減至 最小。 此外，以往技藝熱交換器一般包括鄰靠連接於頂板及底 板之外部鰭板元件34之氣體管集箱鰭片。管集箱鰭片一般 係以下述理由提供： (1)導引流體進入熱交換器母體内；⑵對反應壓力提供壓 縮強度；及⑶在組合及製造過程中在各層間提供之連續負 荷通路。本發明不要求此等氣體管架箱鰭片，因事實上每 一單獨室均達到壓力平衡（亦即包括其本身内部高壓室，故 若需要時，每一單獨熱量交換池可作用成一完整熱交換 器）。因此，本發明之各單獨熱量交換池無氣體管集箱鰭片 之必要可提供無數優點，包括對各池提供能使其撓曲而脫 離平面並因而對熱梯度反應。 參閱圖9，熱交換器60之一較佳具體實例中，外部流體， 4 如高溫廢氣等，依方向5 4流動並通過重疊之熱量交換池10 之外部鰭板元件34。同時，内部流體，如來自較冷壓縮機 排出空氣，依向下方向66通過順應入口歧管結構物62。參 .閱圖3，内部流體即順序通過入口歧管鰭板元件58A、内部 鰭板元件40及外部歧管鰭板元件58B。當熱自外部鰭板元件 轉移至内部鰭板元件時，外部流體中至少若干熱量被轉移 至内部流體。參閱圖9，内部流體自各池10之出口歧管鰭 板元件沿第二方向70流至出口歧管結構物68。自熱交換器 60排出之内部流體溫度一般均高於進入熱交換器之内部流 O:\46\4657M.DOC\WCK - 1 7 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -------㈣1私衣------ΐτ-----Ά (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（15 ) 骨豆/皿度。參閱圖10，入口及出口歧管及各單獨板之順應性 使熱父換器之各池在作業中自由撓曲且相對移動，而將可 能產生熱膨脹及熱收縮之不利影響減至最小。在作業過程 中’播需施加外力於每一熱量交換池10外侧而保持其成— %整莖’因内部鰭板元件40係完全固定於頂板及底板12、 2 6 (其提供對不同壓力負荷之抗力）。 參閱圖1、2及9，某些較佳具體實例中，每一熱量交換 '也之第—及第二外部鰭板元件34A及34B可包括容納通過各 池層間之外部流體$相對準前方邊緣72A及72B。第一及第 二外部鳍板元件亦包括在外部流體已完全通過外部錄板元 件後’用以排出外部流體之後緣74A及74B。第一及第二外 邵鰭板兀件34A及34B之相對準前緣72A及72B遠離熱量交換 池10之一前方周緣76。參閱圖u，外部鰭板元件之相對準 如緣72A及72B間與熱量交換池1〇之前周緣76之間有一空間 或間隙78。空間78使各池可相向或反向移動。參閱圖2， 第一與第二外部鰭板元件34A及34B之相對準前緣'72A及72B 亦可偏離形成撓性出口歧管結構物6 8之相對準出口孔22， 亦可使每一池相對於相鄰之一熱量交換池前後撓曲。 參閱圖1、2及9之較佳具體實例，第一及第二外部鰭板 元件34A及34B之後方邊緣74A及74B亦可互相對準，並遠離 熱量交換池1〇之一後周緣80。外部鳍板元件34之後緣74a 與該池之後周緣80間較佳有空間或間隙82，以使每一單獨 池朝向或背向相鄰之一熱量交換池撓曲。第一與第二外部 鰭板元件34A及34B之相對準邊緣74A及74B實質^偏離構成 0 ：\46\46571-1. DOCWCK - 1 8 _ 本纸i尺度&中關家標準(—CNS) A4規格（210X 2974、^]------- ill— I 裝 ϋ 訂 n H —線 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 _____________B7 五、發明説明（16 ) …、交換器之撓性歧管結構物62之相對準入口孔20，以使 每一池朝向或背向相鄰之一熱量交換池。 圖11顯示圖9所示熱交換器在中空結構物已因應熱力而撓 曲及/或％曲削之邵份斷面圖。各池層已互相平行，因熱交 換器未處於熱應力下。外部鰭板元件34A及3狃之前緣72八 及72B均離開池之前周緣76，因而提供延伸於相鄰池層間之 一間隙78。圖12顯示圖9之經熱負荷後熱交換器之部份斷 面圖’藉此可知熱交換器因應於熱力撓曲、彎曲及/或撓 彎。各池層之前周緣76能相互向前移動，因間隙％提供各 池層向前移動之空間，而提供熱交換器較佳撓曲性。 圖13提供圖9及10所示熱交換器60之頂部斷視圖。圖MA 及14B顯示沿圖13之線χιν_χιν所取之熱交換器6〇之正面 圖。圖14Α顯示處於未撓曲之"冷，，狀態之熱交換器，.亦即 各池層ίο在因應熱力而撓彎前之狀態。如圖14Α所示，各 池層10之前緣76大致平坦並相互平行。圖14Β顯示熱交換器 在撓曲時之，'熱”狀態，亦即各池層1〇之前緣76在*因應熱力 而彎曲後之狀態。如圖14Β所示，至少某些前緣76已背離相 鄰池層10而撓彎。如前文所述’各池層1〇之前周緣％能朝 向或背離相鄰池層而撓曲，因前緣76已脫離外部鳍板元件 74之前緣72而形成各池層1〇可移動及/或撓曲而入之間隙 78，因而提供熱交換器60具有更佳撓曲性。 組合各單獨熱量交換池1〇之一種較佳方法中，先將頂板 及底板12、26(亦稱為隔板）用.(no _ ·〇5〇吋不銹鋼片或超人 金鋼片之製成盤捲形式。將鋼片拉直及用礙切及雷射切判 O:\46W657i-I.DOCWCK - 1 Q _ 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公瘦) -____ -------丨裝------訂-----—線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j 五、發明説明（η ) A7 B7 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 剪切。外部鳍板元件3 4及氣體導片π用·〇〇3 - ·〇ι〇吋不銹鋼 片或超合金鋼片軋製而成。金屬拉直後、鰭片再摺疊、且 硬谭鍍層再噴塗於外部鰭板元件34及氣體導片52之—面 上。硬焊鍍層之外部鰭板元件34及氣體導片52隨後以雷射 切割及修整。除了對外部鰭板元件3 4及氣體導片52施加銅 鍵層之外’之前，亦可對各頂板及底板12、26之第一表面 1 4、2 8施加銅鏡層。内部鰭板元件4〇及入口與出口岐管鰭 板70件46、48由_〇〇3 - _〇1〇吋軋製不銹鋼或超合金鋼製成。 金屬、’’工拉直，翼片經擅疊，且在内部績板元件40及内部及 外邵歧管鰭板元件46、48之兩層施以硬焊鍍層。硬焊鍍層 亦可用其他方法施加，例如篩分、箔及膠帶紙等。然後用 雷射切剪友修整硬焊鍍層内部鳍板元件4〇及入口與出口歧 f鰭板元件46、48。除了施加硬坪鍍層於内部鰭板元件4〇 及入口.與出口歧管鰭板元件46、48外，頂板與底板12、％ 之一内表面.均可施加硬焊鍍層。 頂板及底板12、26，二外部鰭板元件34A、34/ ,内部鰭 板元件40，及入口與出口歧管鳍板元件46、48組合在一起 形成一單獨熱量交換池1〇。各單獨件重疊熔接成暫時固定 各件在起。此外，組合之各熱叉換池1〇之周緣可予以雷 射熔接。 一或多個於組合單獨熱量交換池1〇較佳置入一硬洋室 中，在此將各個室10經加熱使各鍍層表面坪在一起。各種 硬炜型架構件能用於負荷各單獨熱交換器池1〇，以在硬焊 過程中將各池10之變形減至最小。圖7及8顯示頂板及底板 (詩先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂 —線

O:\46\46571 -1. DOCWCK 2 0- i紙i尺度適用中國國家標i(CNS ϋ格 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ------ B7 五、發明説明（18 ) " 1 '' 12、26之較佳具體實例，其中包括設在頂板12之—貯池 54。此貯池54保持额外硬谭㈣，其將在石更焊過程中喷你 於一單獨熱量交換池10之一周邊凸緣（例如周園邊緣卜 硬焊後’對每一熱量交換池1〇施壓以檢查是否有任何不 適當硬焊所導致之我漏。然後將多個單獨熱量交換池川組 合成-堆疊部份’及將S形隆起凸緣36、38之内部邊緣接 合在一起。内部邊緣可藉各種技術結合在一起，包括熔接 及硬焊等’隨後再以壓力戟驗此等堆疊部份，爾後再以多 個堆疊部份熔接在一起而提供一熱交換器。外侧之單獨熱 量交換池H)可結合過渡件（未示），以提供一供熱交換器連 接於熱交換器為其一部份之設備之入口及出口歧管。 以上說明僅揭示熱交換器之一種較佳具體實例，及不應 视為本發明之確實結構及所說明之使用之限制。前文僅視 為本發明之若干原理。因此，精於本藝之人士將明瞭，所 示具體實例可加以任何變化及變體，同時仍保持所說明之 範園及申請專利事項。 ' __ :紙張尺度適财

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 經濟部中央標隼局員Η消費合作社印製 申請專利範圍 丄:種用以在一外部流體及一内部流體之間傳遞熱量之熱 交換器，其中包括二或多個熱量交換池，每一熱量交換 池包括： 頂板，具有在其—端之一入口孔及在另一端之一出口 孔頂板包括一第一表面、一第二表面及周緣； 與頂板並列之一底板，具有在其一端之—入口孔及在其 =一端之一出口孔，底板包括一第一表面、一順應頂板 第二表面之第二表面及周緣，頂板與底板之周緣互相連 接，其中互相連接之頂板與底板在各該第二表面之間界 疋—尚壓室，而該頂板與底板之入口孔及出口孔互相對 準，頂板與底板之入口孔及出口孔包括自各板之第一表 面向外l伸之只免上s形隆起凸緣部份，該s形隆起凸 緣郅份終止於界定各孔之内緣；及 一内部鰭板元件位於並連接於頂板及底板之第二表面， 其中各單獨熱量交換池重疊組合，使各相鄰熱量交換池 之内邵邊緣互相連接而構成一順應性中空結構物，其能 彈性吸收熱負荷過程中產生之撓曲因此該熱量交換池可 互相移動及互相撓曲。 2_如申請專利範圍第1項之熱交換器，進—步包括之二外 部績板兀件’其中一外部鰭板元件之第一元件連接於該 頂板·^第一表面，而另一第二外部鰭板元件之第二元件 連接於底板之第一表面。 3.如申請專利範圍第2項之熱交換器，其中頂板包括位於 其入口孔與出口孔間之一實質上平坦中央區，且底板包 ( 210X297^2) --------Φ裝------、訂--------银' (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員Η消費合作社印製 A8 B8 C8 -----------D8 穴、申請專利範圍 ~ 括位於其入口孔與出口孔間之一實質上平坦中央區，該 貫質上平坦中央區互相對準。 4.如申請專利範圍第3項之熱交換器，其中二外部鰭板元 件中之第一元件重疊於頂板之平坦中央區，第二外部錄 板元件中之第二元件重疊於底板之平担中央區，且内部 鳍板元件位於頂板與底板之各平坦中央區之間。 5’如申叫專利範圍第4項之熱交換器，其中該内部鰭板元 件實質上對準二外部鰭板元件。 6·如申μ專利範，圍第2項之熱交換器，其中每—熱量交換 池適宜使内部流體以第一方向通過内部鰭板元件，並可 使该外邵流體依與第一流動方向相反之第二方向流過該 —外部鰭板元件。 如申叫專利範圍第6項之熱X換器，其中内部流體包括 壓縮機棑出氣體，而外部流體包括輪機排出氣體；其中 内邵流體包括一選自水、水-油及油等之液體；及其中 内部流體包括高壓空氣而外部流體包括低壓燃'燒裝置。 8. 如申請專利範圍第2項之熱交換器，其中内部鳍板元件 位於高壓室中，敌内部流體以高於外部流體之壓力流出 熱交換器。 9. 如申請專利範圍第8項之熱交換器，其中相連接之頂板 及底板之相對準入口.孔提供熱量交換池之一入口歧管， 及相連接之頂板與底板之相對準出口孔提供熱量交換池 之一出口歧管。 瓜如申請專利範圍第9項之熱交換器，其中内部鳍板元件 _本咸張;"家梯準(CNS)八4賴_ ( 210χ297公蒙)_ —~~ - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) --、1Τ------^-----：---- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 " . -___ ___ 六、申請專利範圍 具有接納來自内部歧管之内部流體之一入口邊緣’及排 出内邵流體至出口歧管外之一出口邊緣。 11. 如申請專利範圍第10項之熱交換器，進一步包栝： 一入口歧管鳍板元件’位於入口歧管與内部鰭板元件入 口邊緣之間之高壓室中；及 出口歧^绩板元件’位於出口歧.管與内部錯板元 出口邊緣間之高壓室内。 12. 如申請專利範圍第11項之熱交換器，其中入口及出口政 管鰭板元件導引該内部流體以第一 /橫流方甸流動 各内部鰭板元件以與第一方向成直交之方向導引該内4 流體’故内部流體依Z流動方向通過高壓室。 13. 如申請專利範圍第1項之熱交換器，其中包括實質上成 S形隆起凸緣部份之頂板及底板具有—實質上均勻之厚 度。 14如申請專利範圍第1項之熱交換器，其中相連接頂板及 底板之相對立隆起凸緣部份互相分開，相鄰各室之内部 邊緣溶接在一起。 15. 如申凊專利範圍第1項之熱交換器，其中熱交換器包括 凡全藉各隆起凸緣之内部邊緣而互相連接之多個熱量交 換池。 16. 如申請專利範圍第2項之熱交換器，其中該内部鰭板元 件係硬焊於頂板及底板之各第二表面。 17·如申請專利範圍第2項之熱交換器，其中二外部鰭板元 件覆蓋頂板及底板之實質上互相對準之相關區域，内部 本S張尺1¾1 榻貨'家榇準（CNS) Α4· (210><297公^^ - --- n^— HI n i m In ϋΑ (K HI (請先閱讀背面之法意事項存填寫本買) 、1T A8 B8 CS ----__— 一 D8 _ 、申請專利翻 ~~~ - 靖板兀件覆蓋頂板與底板間與二外部韓板元件成垂直連 接之一區域。 见如申請專利範圍第2項之熱交換器，其中㈣錯板元件 黏接於頂板與底板，以提供抵抗壓力之抗力，因此不需 要對每一熱量交換池之外部施以預負荷。 19·-種用以在-外部流體及—内部流體間傳送熱量之熱交 換器，包括二或多個熱量交換池，每—熱交換器池包 括： 一頂板，具有在其一端之—入口孔及 口孔，頂板包括一第一表面、一第二表面及周：； 與頂板並列之-絲，具有在其—端之—人口孔及在其 另一端之一出口孔，底板白妓―笸 主工 _ 瓜机巴括弟一表面、一順應頂板 之第二表面’底板及頂板之周緣互相連接，其中相連接 又頂板與底板界定位於各第二表面間之一高壓室，而頂 板與底板之人口孔及出口孔彼此互相對準，頂板及底板 之入口孔及出口孔包括自各板之第一.表面延〆而出之實 $上S形隆起凸緣部份，該s形隆起凸緣部份終止於界 足各孔之内部邊緣； 一内部鰭板元件位於並連接於頂板及底板之第二表面之 間；及 二外部鰭板元件，該二外部鳍板元件之其中一第一元件 連接於頂板之第一表面而二外部鰭板元件之另一第二元 件連接於底板之第一表面，其中各單獨熱量交換池藉由 相互堆疊並將相鄰熱量交換池之内邊緣互相連接而组 ( CNS ) A4^ ( 210X297^~~~------ • HI I I · 經濟部中央榡準局貝工消費合作衽印製 裝--------訂-------踩-----^------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準扃員工消費合作社印I A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 合，以形成能彈性吸收在熱負荷中所產生之變形之一順 應性中空結構物，故各熱量交換池可互相移動及相對撓 曲。 20. 如申請專利範圍第4項之熱交換器、其中每一熱量交換 池之第一及第二外部鰭板元件包括實質上相對準之前 緣，以容納外部流體及用以在外部流體通過後排出該外 部流體之後緣。 21. 如申請專利範圍第20項之熱交換器，其中實質上相對準 之第一及第二外部鰭板元件實質上至少遠離熱量交換池 之至少一前周緣，以使各前周緣朝向或背向一相鄰之熱 交換室彎曲。 22. 如申請專利範圍第21項之熱交換器，其中第一及第二外 部鰭板元件之相對準前緣大致偏離該相對準出口孔，以 使每一該室朝向及背向相鄰熱量交換池移動。 23. 如申請專利範圍第20項之熱交換器，其中該第一及第二 外部鰭板元件之後緣大致相互對準，各後緣大致遠離至 少該熱量交換池之至少一後周緣，以使各該後周緣朝向 及背向一相鄰熱交換室移動。 24. 如申請專利範圍第23項之熱交換器，其中該第一及第二 外部鰭板元件之大致相對準後緣，實質上偏離該相對準 之入口孔，以使該池可朝向及背向一與其相鄰之熱量交 換池。 本紙張尺度適用f國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 剩..裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)