TW512219B - Enhanced cross flow heat transfer - Google Patents

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512219 A7 發明說明（f) 發明領域 本發明大體上關於加強-與能作為熱源或散熱器之 複數個熱交換導管的導熱外殼接觸之橫向流動流體的熱 傳遞的方法及相關裝置。經利用開槽或穿孔板、擋板或 周圍套筒引導該橫向流體逆流、順流且/或圍繞或橫傍於 該等熱交換導管，實現該流動流體與導熱表面間之一更 有效且更有效率之熱傳遞。 發明背景 10 t知藉由工作流體（pr〇cess f luids〕（其可為液體 或氣體一維持在與逆流工作流體不同溫度之傳熱表 面接觸使熱傳入或傳出該工作流體（視該傳熱表面所維 持溫度高於或低於該流體）之方式加熱或冷卻工作流 體。在此技術之-種常見版本中，作為—熱源或散孰器 15之傳熱表面舉例來說為—傳熱管之導熱罩殼的外部，該 傳熱管#由軸向流經該管内部之一液體得到加埶或A 卻。在此技術之一種變型中，可如美國專利第5'，2557 742 號和5, 404, 952號所揭示藉由氣體燃料（例如氫氣或碳 20 氫化合物）之無焰燃燒在一熱交換導管内直接供應熱 月b ’ 4 一專利在此併入參考。 25 業界亦習知使-工作流體相對於傳熱管内之液體流 方向順流或逆流地沿一傳熱表面軸向流動，或是使工作 W體^對於傳熱官之軸線橫向流動，或是二者之某種組 合。杈向流動流體與熱交換導管之間之熱傳遞的典型應 用見於氣冷機’與火培加熱器或溶爐配合使用之節熱 | __ 3 本紙張尺錢时關家鮮（CNS)A4 512219 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（» °°以及官喊式換熱器。習知有多種 项 徑向流動反應器用於不同應用 ：二:戈轴向/ -部分在某些點 & “體至少有 方向或向外到向内方==向（亦即從向内到向外 c 士 方向）通過該反應器，盥較常男 5流（亦即從一端到另…、孕乂吊見之輛 , 知）反應态没計形成對比。實施 :作流體至少局部相對於軸向配置傳熱管徑向橫流之反 應器設計的實例揭示於以下美國專利：4 23G 669;之反4,321,234, 4,594,227； 4,714,592； 4,909,808； 5, 250, 270及5, 585, 074;以上各專利在此併入參考。 雖然一工作流體對一傳熱表面之橫流接觸對許多應 用而言會是-個有吸引力的選擇，在工業應用使用橫流 接觸受限於在實務上已經歷到的某些熱傳遞低效率。通 Φ在k流β又计中，工作流體之一給定部分與傳熱表面接 觸的時間短於一相當軸流（axial fl〇w)設計。此外， 橫向流動工作流體與傳熱表面之間的接觸因工作流體分 離和重複循環而不均勻。短時間表面接觸，不均勻接觸 以及有限流體混合均會導致低效率、不充分及/或不一致 之熱能傳遞。 因此，在 Int· J· Heat Mass Transfer 卷 27 第 12 號弟 2297-2306 頁（1984)中發表之、、impingement heat transfer at a circular cylinder due to an offset of non-offset slot jet’’一文中，作者 Sparrow 和 Alhomoud 報告藉由將一開槽表面定位在一傳熱管上游一段距離處 以產生一氣體喷流之方式改變有關一工作氣體相對於該 傳熱管橫流之傳熱係數。Sparrow和Alhomoud改變喷流 先 閱 讀 背 © 之 注 項 ίο 15 20 25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 寺 裝 訂 線 ^12219 A7 五 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 25 發明說明（>) 誘發槽之寬度，槽與管間的距離，雷諾數（ReynQlds number，流體紊流度），以及槽縫喷流是否與管對正咬偏 移。該文之作者總結傳熱係數隨槽縫寬度和雷諾數_ 加，但隨槽縫與管之間距和偏移量降低。 由於Sparrow和Alhomoud的論文總結為傳熱係數 隨槽縫寬度增加，廣泛使用一上游槽縫以增加熱傳遞為 以這些成果為基礎的最曖昧之處。僅能總結為在 Sparrow和Alhomoud所用實驗性設計中，一較寬样縫比 一較窄槽縫導致一較高傳熱係數，且根本沒有上游槽縫 可能產生最高值。並未利用複數個傳熱管進行測試，亦 未使用逆流和順流對、或圍繞或並排於限流機構以適宜 造型（preferentially contour)與複數個傳熱管中每 一傳熱管之外表面接觸的橫向流動流徑，且無法對以文 中所示極有限資料為基礎之此等非常不一樣的設計和構 造做出合理推論。 4述及其他習知技藝橫流熱交換設計之缺點和限制 由本發明之加強橫向流動熱傳遞方法及設計完全或八 克服。 °刀 發明目的 口此本發明之一主要目的為提出加強一工作流體 與傳熱表面間之橫向流動熱傳遞的方法和設計。 夕本發明之一整體性目的為提出特殊導向及造型與一 或夕個傳熱表面接觸之流體橫流路徑的方法和設計藉以 加強該流體與傳熱表面間之熱傳遞。 — — — — — — — — — — — — 1· · 11 (請先閱讀背面之注意事項再本頁} ί丨訂- --線. 木紙張尺度適財 (210x297 公釐） A7 " -------^ ___ 五、發明朗（& ) 一 ： "— 本發明之一特定目的為提供與一傳熱表面逆流、順 f及^或圍繞或並排之流體限流機構，藉以適宜造型橫向 机經5亥傳熱表面之一工作流體流以加強該流體與傳熱表 面間之熱傳遞。 本發明之另一特定目的為提出相對於一熱交換導管 :列内之每-導官配置的弧形或平坦穿孔板或穿孔套 匈，藉以適宜造型橫向流經每一導管外側之流體流徑以 實現加強的熱傳遞。 本發明之另一目的為提出變化尺寸和構造之傳熱導 10管陣列，其中該陣列之每一導管與其本身之逆流、順流 及/或圍繞或並排於導管的流體限流機構結合，藉以適宜 造型橫向流經該導管外側之流體流部分以實現加強的熱 傳遞。 本發明之其他目的和優點部分為明顯且部分在下文 15中展蕗。因此，本發明包含但不侷限於方法和相關裝置， 涉及數項步驟和各組件，以及一或多項此等步驟和組件 相互間的個別相對關係和順序，如下文說明和所附圖式 中所例不。習於此技藝者明顯可知本說明書所示方法和 裝置之各種修改和變型，所有此等修改和變型均在本發 20 明之範圍以内。 發明概述 在本發明中’限流機構係用於適宜造型一工作流體 橫向流動或大致橫向流動與一傳熱表面接觸之流徑以加 25 強邊流體與傳熱表面之間的熱傳遞。該裝置設計為大致 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------1-------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 訂- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 512219 A7 消 五、發明說明（f) 該工作流體之—主要部分受迫流經該 表面通常為一個熱交換導管或熱交換 導管陣列，母-熱交換導管為軸向配置、大致垂直於流 體流動方向且有一導熱罩殼。每一主 ,^ ^ t ，丄 导官之罩殼的外表面 工作流體不同之溫度，如此在工作流體 I〜、、、又換¥官之外表面並接觸時藉由傳導、對流、輻 射或以上之組合的仙將熱能傳人或傳出該工作流體。 轉明之熱交換導管可廣泛地包含封端管（tube)、 開私管（pipe)，或是具傷熱源或散熱器之任何 件。熱交換導管之外表面可為裸露，或如下文所述可i 有鰭片或二者之任意組合。導管之戴面可為圓形、橢圓 形或任何其他封閉形狀。當使用複數個此等熱交換導管 時，該等導管會排列成某種預定構造如成三角形陣列、 方形陣列、圓形陣列、環形陣列或其他此等圖案，端視 设计選擇及/或特定應用之需求而定。相對於流體流動方 向’相鄰導管可為對正、交錯或以其他方式定位，端視 設計選擇及/或特定應用之需求而定。 熱交換導管的尺寸至少局部由傳熱率之工作需求指 定。整體而言，具有較大截面之導管（任何給定導管形 狀）會提供較大表面積並因而提供較大傳熱能力。可在 部分或所有熱交換導管的外側上提供鰭片、擋板或其他 加強傳熱結構物以更為提高表面積並提升傳熱特性。一 較佳實施例利用#導管長度成螺㈣配置之緊密間隔外 周縛片。A種配置增加暴露於橫流之傳熱表面積而不會 阻礙流動。應了解到工作流體之本質和流率以及在熱交 10 15 20 25 層 / 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 裝 (請先閱讀背面之注意事項再mr本頁) ί丨訂· 線· A7 B7 五、發明說明（& ) 換導官上下游間之期望流體溫度變化量亦會影響該等設 計選擇。 用^造型工作流體橫向流動之流體限流機構可包含 位在熱交換導管上游、下游及/或圍繞或與其並排之不同 結構形狀和尺寸之人σ、出口和開口。在另—較佳實施 ϋ中’、每—熱交換導管具有自身之相伴上下游流體限流 ~對或自身之圍繞或並排限流器，如下文所述。作為流 體限流機構之穿孔結構物可包含板件、套筒或檔板，其 1〇為大致平坦表®，或為弧形表®，或為平i旦表面與弧形 表面之組合。經發現此類成對定位於熱交換導管陣列上 下游之牙孔結構物加強熱傳遞約一又二分之一倍或約二 =。在一對特定應用特別有利之實施例中，該流體限流 結構為一較大之大致共心套筒結構，此結構至少局部環 繞一管狀熱交換導管陣列内之每一導管，每一此等套筒 Μ結構物具有纟中央定位熱交換管之上下游的孔隙。經發 現此類局部環繞導管陣列内個別熱交換導管之穿孔套筒 加強熱傳遞約五倍或更多。 流體限流結構内之孔隙較佳包含穿孔洞口或軸向槽 縫（亦即有一較長軸線大致平行於熱交換導管軸線方向 2〇之長形孔隙）之任意組合。在裝置之不同部分内的洞口 或槽縫在曲率、尺寸和形狀方面可為相同或不同。圍繞 入口和出口之邊緣可為平直、修圓、鋸齒狀、或以上之 組合。 該流體限流結構較佳相對於一相伴熱交換導管定位 25成一上游或下游孔隙之中心線與該相伴熱交換導管之質 8 512219 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五 5 10 15 ο 2 5 2 A7

發明說明（9) 心的之間的距離約為〇至2 (較佳為約。. 乘導管外徑（或-非圓形導管之最大截面尺寸^ 情況中’孔隙與導管之間的間隔必須夠近以 何 強的熱傳遞。-長形限流孔隙之寬度（最短邊）或：。 致圓形限流孔隙之直徑較佳約為0· 02 : 0.05至G.25)乘導管外徑（或—非圓形導管之最大截= 尺寸>流體限流結構較佳相對於—相伴熱交換導管定位 為使孔隙中^與熱交換導管質心之間的偏移量約為〇至 0.5 (較佳為0)乘導管外徑（或一非圓形導管之最 面尺寸）。 本發明之加強橫流熱交換裝置藉由一或多個下列機 構加強橫向流動流體與複數個熱交換導管之間的熱交 換：（a)提高在熱交換導管周圍之流體流速=宜 將流體導向為密切依循熱交換導管之外表面；（c)約束 流體不流入或流經遠離一熱交換導管外表面之區域；（d ) 減少在熱父換導管周圍之、'死（dead )〃區域和重複循環 流動；（e)加強流體紊流；以及（f)加強流體之較冷部 分與較熱部分之間的混合。 圖式簡單說明 圖1為一依據本發明之具熱傳遞加強能力橫流熱交 換裝置之第一實施例的頂視斷面簡圖，其中一大致圓形 之軸向配置熱父換導管陣列定位於一流體限流環内側。 圖2A為一依據本發明之具熱傳遞加強能力橫流熱 父換裝置之第二實施例的平面簡圖，圖中顯示一大致圓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G x 297公髮） -------1-------裝--- (請先閱讀背面之注音？事項再 11^本頁) A7 A7 B7 5 10 15 20 25 五、發明說明（汶） 形之軸向配置熱交換導管陣列，每一導管受一 2限流管狀套筒環繞，圖t亦顯示數個流體限以 連、〜在一起成一第一環形結構，且 β 錯偏移槽縫構造之一導管-套筒組合的側視；出-較佳》 圖3為圖2結構之—變型，圖中顯示具请徑向相鄰 总s之雙排共心熱交換導管圓形陣列，圖_所示雙排 吕為對正使得相伴於此等徑向對正導管之個別限流 的流體限流孔隙亦成徑向對正。 壯圖4為依據本發明之具熱傳遞加強能力橫流熱交換 衣置之另-實施例的頂視斷面簡圖，圖中顯示雙排 配置熱父換導管排列成一大致矩形陣列，其中有一第一 上游流體限流擋板和一第二中間流體限流搶板分隔第一 排和第二排導管，且在第二排導管之後有一第三下游流 體限流擋板，其’第一、第二和第三擋板之相應孔隙顯 示為大致與相應導管及相互對正。 圖5繪出依據本發明之加強橫流熱傳遞裝置的另一 實施例，圖中顯示多排（亦即三排或更多）熱交換導管 排列成三角形節距陣列且顯示兩道穿過該陣列之可選擇 流體流徑。 圖6繪出依據本發明之加強橫流熱傳遞裝置的另一 實施例，圖中顯示多排（亦即三排或更多）熱交換導管 排列成一矩形節距陣列且顯示兩道穿過該陣列之可選擇 流體流徑。 圖7繪出依據本發明之加強橫流熱傳遞裝置的另一 實施例，圖中顯示如何將一或多個板件靠著每一熱交換 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規；i (210 X 297公爱丁

ί讀先閱讀背面之注意事項 專利申請案第89 1144 8^ ROC Patent Appln. No. 89 If '…a目各秦‘ 頁-ms _ Ί 叫· ·· ty· I·，·· J|__ △HLg_Pded Pages of the Chinese Specifi< (民國 9 1 年 4/月 I (Submitted on J , 2〇〇2) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明（J 道 々斤 \.........— ~ nyrf , f J ^ Z.) &之兩側定位導致一橫向流動流體流適宜造型達 強的熱傳遞特性。 ϋ —Α圖8 %出依據本發明之加強橫流熱傳遞裝置的另一 貝％例圖中顯不藉由將弧形板圍繞每一熱交換導管之 兩側疋位形成另一種套筒結構導致一橫向流動流體流谪 且U型達到加強的熱傳遞特性。 較佳貫施例詳細說明 圖1顯不—依據本發明之橫流熱交換裝.置10,其具 有圍、ά環死"區2 8之内部分佈之軸向配置熱交換導管 1 2的大致圓形陣列，該環形區由一内圓壁20和一外圓 壁22定義，每-圓壁有-共同中心點14。如圖1所示， 導管12大致為等直徑（小於該環形區之徑向寬度），且 相互大致等距間隔。 每熱父換導管12伴有在内壁20内之一上游孔隙 24及在外壁22内之一下游孔隙26。如圖1所示，各對 上游孔隙24和下游孔隙26大致與相伴導 :對正。因此:在圖1中-工作氣體-轴二= 衣置1 0之内圓柱區丨6内然後徑向向外穿過上游孔隙 24，橫向流;動與熱交換導管12接觸，如圖ί之流體流箭 頭所不，藉以加熱或冷卻該工作流體形成一熱調節流體 流3 2通過下游孔隙2 6離開環形區2 8。 應了解到儘管圖1所緣為—徑向向外流體流徑，相 同裝置可用於對一徑向向内流到中央區丨6之工作流體 作熱處理然後自中央區16軸向抽出。在此變型中，外壁 11 本紙張尺錢财闕家鮮（CNS)A4祕（21()7^^y 91. 3. 2,000 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 訂： •線· 512219 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（〖〇) 22内之孔隙26會成為上游孔隙且内壁2〇内之孔隙 會成為下游孔隙。 ’、 圖2A和2B繪出一依據本發明之特別較佳橫流熱交 換裝置lio,其具有軸向配置熱交換導管112之大致圓 5形陣列，每一導管受一穿孔套筒120環繞，每一套筒有 一上游孔隙124和一下游孔隙126或是如下文所述具有 偏移孔隙對174、176和184、ι86。各套筒12〇藉由、連 接壁122連結在一起成一較大環形或圓柱形結構。孔隙 124和126可包含數列與導管112徑向對正之軸向定向 穿孔洞口或長形槽縫。另一種選擇，在一亦繪於圖2八 之一部分内的較佳實施例中，孔隙對174、176和i84 186以一交錯槽縫排列略微偏移徑向對正。孔隙對丄μ 176和184、186之交錯槽縫排列繪於圖2Α中，細部繪 於圖2Β中，其中偏移槽縫對Π4、176和184、186 (曰取 代孔隙對124和126)在高度上交錯排列且以等角0略 微偏離中心點114之徑向線。圖2β顯示沿圖2Α中線 2Β-2Β取得之熱交換導管112的側視圖，該熱交換導管 有一圓形套筒1 20具備較佳之交錯槽縫排列。圖2α所示 交錯開槽導管/套筒組合為沿圖2Β中線2Α—2Α取得。交' 錯偏移槽縫對之槽縫末端得略有重疊或處於同等高度使 沿該熱父換裝置之軸線方向的流動不致中斷。此種具備 偏移槽縫之分離和重疊的設計亦留下連接區，在圖2β 中整體由參考數字190代表，使套筒12〇具備較佳外周 機械整體性而不阻擋任何流體流動。簡單來說，圖2八 顯示一穿孔套筒120具有兩對偏移孔隙構造同時其他套 10 15 20 25 12 表紙張尺度適用中國國家鮮（CNS)A4規格（210 X 297公釐— (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 1219 A7 B7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（） 筒具有單對對正孔隙構造。不過在實務上一特定裝置 11 0之所有穿孔套筒通常會具有相同之孔隙構造。 因此’在圖2A中，一工作流體1 30軸向地流入具有 中心點114之熱交換裝置丨丨〇内圓柱形區丨丨6内然後徑 向向外牙過上游孔隙124，橫向流動與熱交換導管丨丄2 接觸，如圖2A之流體流箭頭所示，藉以加熱或冷卻該工 作流體形成一熱調節流體流132通過下游孔隙126離開 套筒12 0定義之内區。在該交錯開槽實施例中，徑向向 外流動之流體可能穿過上游孔隙i 74、與導管i丨2接觸 並自下游孔隙17 6離開，或者視軸向高度而定通過孔隙 對184和1 86。應了解到儘管圖2A所緣為一徑向向外流 體流徑，相同裝置可用於對一徑向向内流到中央區116 之工作流體作熱處理然後自區域丨ί6軸向抽出。在此種 變型中，孔隙126 (或是176和1 86 )會成為上游孔隙且 孔隙12 4 (或是17 4和i 8 4 )會成為下游孔隙。 圖3顯示一橫流熱交換裝置16〇，其為圖2所示橫 飢熱父換裝置Π0之一變型。裝置16〇與裝置之差 別在於使用雙排共心熱交換導管圓形陣列取代圖2之單 排圓形陣列。如圖3所示，具有熱交換導管142之第二 圓形陣列，每一導管與第一圓形陣列内之一相應導管成 徑向對正。每一導管丨42受一穿孔套筒15〇環繞，每一 套筒有一上游孔隙1 64和一下游孔隙} 66。圖中所示與 一特定導管142搭配之一給定套筒15〇的孔隙164和166 與相應徑向相鄰導管112之套管12〇内的孔隙124和126 大致成徑向對正。各套筒150藉由壁152連結在一起成 13 (清先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) II: -丨線- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 91. 3. 2,000 512219 A7 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 25 發明說明（丨方 一較大環形或圓柱形結構。雖然圖3僅顯示熱交換導管 之第二圓形陣列的單一個導管142，應了解到第一圓形 陣列之每一導管112伴隨著第二圓形陣列之一相應導管 142。 因此，在圖3中，在套筒120内離開第一下游孔隙 12 6之部分熱調節流體流13 2徑向向外穿過第二上游孔 隙164，橫向流動與第二陣列熱交換導管ι42接觸，藉 以進一步加熱或冷卻工作流體形成一完全熱調節流體流 162穿過第二下游孔隙166離開套筒15〇定義之内區。 應了解到儘管圖3所繪為一徑向向外流體流徑，相同裝 置可用於對一徑向向内流到中央區丨丨6之工作流體作熱 處理然後自區域116軸向抽出。在此種變型中，孔隙1 6 6 和126會分別成為第一和第二上游孔隙且孔隙164和 124會分別成為第一和第二下游孔隙。 圖4顯示依據本發明之另一橫流熱交換裝置21 〇的 局部。在圖4中，雙排軸向配置熱交換導管（包含第一 排上游導管212和第二排下游導管216)配置成一大致 矩形陣列，該陣列搭配：一第一上游穿孔板22〇，其具 有孔隙226 ; —第二中間穿孔板222，其具有孔隙228， 板222分隔第一排和第二排導管；及一第三下游穿孔板 224 ’其具有孔隙230。圖中顯示伴隨一相鄰導管對212 和216之每一組孔隙22 6、228和230大致相互成線性對 正且分別與相伴上游導管212和下游導管216對對正。 因此，在圖4中，一工作流體232如圖4之流體流 前頭所示穿過孔隙226且橫向流動與第一上游熱交換導 I------------装--- (請先閱讀背面之注咅？事項再本頁) ί線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 -------— Β7___ 五、^明說明（〇) 管212接觸，藉以局部加熱或冷卻工作流體形成一部分 熱调節流體流234。然後流體流234穿過孔隙228且橫 向流動與第二下游熱交換導管216接觸，藉以進一步加 熱或冷卻工作流體形成一完全熱調節流體流236經由出 5 口孔隙230離開裝置210。 圖5顯示在依據本發明另一實施例之一橫流熱交換 裝置310中通過排列成一偏移或三角形陣列之多排熱交 換導管312的兩道可選擇可行流體流徑。因此，在圖5 中，交替排熱交換導管偏離相鄰排導管而非如圖4和6 10所示之相鄰排導管大致成線性對正。在此構造中，兩相 鄰排之三個相鄰導管的中心點形成一等邊三角形340。 雖然圖5中並未顯示，應了解到圖5裝置包括上游穿孔 板和下游穿孔板分別定位在第一排導管之前和最後排導 管之後，且包括中間穿孔板對分隔鄰排導管。另一種選 15擇’每一導管312可如前述受一穿孔套筒環繞。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 --------------裝--- {請先閱讀背面之注意事項再本頁} 線· 圖5之流體流箭頭332繪出可應用於裝置310之三 角形導管陣列的第一可行流體流動方向。圖5之流體流 箭頭334繪出可應用於裝置31〇之三角形導管陣列的第 二可行流體流動方向。雖然圖5顯示四排熱交換導管成 20三角形陣列，可在此構造中使用適當之較少或較多導管 排數。 圖6顯示在依據本發明另一實施例之一橫流熱交換 裝置410中通過排列成一矩形陣列之多排熱交換導管 412的兩道可選擇可行流體流徑。因此，在圖6中，鄰 25近排導管412大致成線性排列。在此構造中，兩相鄰排 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) A7 B7 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 25 發明說明（¥) 之四個相鄰導管的中心點形成一矩形44〇。雖然圖6中 並未顯示，應了解到圖6裝置包括上游穿孔板和下游穿 孔板分別定位在第一排導管之前和最後排導管之後，且 包括中間穿孔板分隔鄰排導管。另一種選擇，每一導管 412可如前述受一穿孔套筒環繞。 圖6之流體流箭頭432繪出可應用於裝置41〇之矩 形導管陣列的第-可行流體流動方向。圖6之流體流箭 頭434繪出可應用於裝置41〇之矩形導管陣列的第二可 行流體流動方向。雖然圖6顯示五排熱交換導管成矩形 陣列，可在此構造中使用適當之較少或較多導管棑數。 圖7緣出依據本發明之加強橫流熱交換裝置$ 1 〇之 另一變型。在圖7中，每一熱交換導管512伴隨著一或 多個橫置限流板52G、522、524、526和⑽，該等橫置 阡机定位為罪著導官5丨2且定向為大致垂直於流體流動 方向（如箭頭530和532所示）。橫置限流板52〇、522、 =526和528最靠近導管512之邊緣與導管512的外 壁有所間隔以在板件邊緣與管壁之間產生二個流體開口 2 L ^ /口著每一導管512之每一邊各一個流體開口。 件邊緣與管壁的間隔可藉由例行試驗加以調整以使流 體:乙這型最佳化達到最大熱傳遞。當每一導管$ 12使 用一個或更多橫置限流板時，板件邊緣與管壁的間隔可 為相同或不同以最佳化地造型流體流徑。 如圖7所不，橫置限流板可定位為靠著導管512使 # ^ ^平面通過導管512的質心518(例如限流板524 )， 艺是定位為使板件之平面與導管512在質心518的上 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 t 本紙張尺度_ X 297公釐） 512219 A7

512219 A7 B7 五、發明說明（…） 留下橫置板622，相當於圖7構造僅有單一板件524。此 與圖1和4所示限流板構造的差別在於後者的孔隙與導 管質心之間距大於導管直徑的一半。 圖8中以每一對弧形板6 2 0圍繞每一導管612之側 5 邊的蚌殼狀構造與圖2開槽套筒構造的差別為在圖8中 連接上下游流體開口邊緣之一線或平面與導管612交 會，在圖2A所示之開槽套筒中並非如此。就某種意義來 說’圖8實施例可視為圖7實施例之一極端型版本，其 中定位為靠著熱交換導管之個別橫置限流板並未如圖7 10 所示有所間隔，而是定位為相互面對面使得板件之導管 側邊緣形成圖8之弧形板620。 習於此技藝者明顯可知可不脫離本發明之範圍對前 述加強橫流熱傳遞之裝置及方法做出其他改變和修改， 所有前述說明應當作範例來解釋且不具限制意義。 15 (請先閱讀背面之注意事項再本頁} Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公; 18 5*2219 B7 五、發明說明（） 圖示之代號說明： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 代表符號 名稱 10 橫流熱交換裝置 12 熱交換導管 14 共同中心點 16 内圓柱區（中央區） 20 内圓壁 22 外圓壁 24 上游孔隙 26 下游孔隙 28 壞形區 30 工作流體 32 熱調節流體流 110 橫流熱交換裝置 112 熱交換導管 114 . 中心點 116 内0柱形區（中央區） 120 穿孔套筒 122 連接壁 124 上游孔隙 126 下游孔隙 130 工作流體 132 部分熱調節流體流 142 熱交換導管 150 穿孔套筒 152 壁 160 橫流熱交換裝置 162 完全熱調節流體流 164 上游孔隙 166 下游孔隙 174 偏移孔隙 176 偏移孔隙 184 偏移孔隙 186 偏移孔隙 19 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： •線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 91. 3. 2,000 512219 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（丨1) 代表符號 190 210 212 216 220 222 224 226 228 230 232 234 236 310 312 332 334 340 410 412 432 434 440 510 512 518 520 522 524 526 528 530 532 名稱 連接區 橫流熱交換裝置 第一排上游導管 第二排下游導管 第一上游穿孔板 第二中間穿孔板 第三下游穿孔板 孔隙 孔隙 孔隙 工作流體 部分熱調節流體流 完全熱調節流體流 熱交換裝置 熱交換導管 流體流前頭 流體流箭頭 等邊三角形 熱交換裝置 熱交換導管 流體流箭頭 流體流前頭 矩形 加強橫流熱傳遞裝置 熱交換導管 質心 橫置限流板 橫置限流板 橫置限流板 橫置限流板 橫置限流板 流體流動方向 流體流動方向 -------------裝—— (請先閱讀背面之注意事項本頁)

A 訂· 線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 512219 A7 B7 五、發明說明uf) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 代表符號 名稱 542 孔隙與導管質心 :之間距 544 導管直徑 610 加強橫流熱傳遞裝置61 0 612 熱交換導管 618 導管質心 620 弧形板 622 橫置板 630 流體流動方向 632 流體流動方向 642 孔隙與導管質心 〉之間距 644 導管直徑 ------------—裝--- (請先閱讀背面之注意事項再本頁) * --線- ΊΧ 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 512219 A8 R8 C8 D8 六、申請專利範圍 專利申請案第89114483號 ROC Patent Appln. No. 89114483 修正之申請專利範圍中文本-附件(一） Amended Claims in Chinese - Enel.(I) (民國91年斗月丨曰送呈） (Submitted 丨，2002) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1. 一種流體流造型裝置，其優先地造型一工作流體橫向流 過並接觸多數相隔熱傳遞導管之流徑，該裝置包括··多 數縱向連續之套筒狀擋板結構，各擋板結構包括至少一 對流體流孔隙組，其構成經過該流體流造型裝置之僅有 的上游至下游流體通路，各擋板結構實質上對稱地環繞 一熱傳遞導管以界定一環形流體流區，藉此使相關聯之 熱傳遞導管周圍之橫向流體流與橫向於流體流方向之 相鄰熱傳遞導管周圍之橫向流體流隔離，且其中一擋板 結構之流體流孔隙對稱地分別位在相關聯熱傳遞導管 之上游及下游，且彼此間及與相關聯熱傳遞導管間至少 局部上游及下游對齊，藉此各擋板結構造型該工作流體 之流徑以建立相關聯之熱傳遞導管輪廓周圍之實質均 勻的流體流模式。 2. 如申請專利範圍第1項之流體流造型裝置，其中該熱傳 遞導管包括一圓柱形熱傳遞導管陣列，該些導管被定向 成具有平行轴線。 3. 如申請專利範圍第2項之流體流造型裝置，其中各擋板 結構包括一套筒形元件，其實質上相對於相關聯之熱傳 遞導管呈同心的。 4. 如申請專利範圍第3項之流體流造型裝置，其中該成對 -22- 89373b -------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 參紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 90· 11. 2，_ 512219 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 H8 C8 D8 t、申請專利範圍 之流體流孔隙組包括在該套筒形元件中之上游及下游 孔隙。 5. 如申請專利範圍第1項之流體流造型裝置，其中至少兩 個該擋板結構互連成一更大之流體流造型裝置以造型 多數熱傳遞導管周圍之流體流。 6. 如申請專利範圍第2項之流體流造型裝置，其中該熱傳 遞導管被安置在一通常為圓形的陣列中。 7. 如申請專利範圍第6項之流體流造型裝置，其中與熱傳 遞導管相關聯之個別擋板結構互連以形成一更大的圓 柱形流體流造型裝置。 8. 如申請專利範圍第7項之流體流造型裝置，其中成對之 …流體流孔隙包括在個別擋板結構中為徑向對齊的上游 及下游孔隙。 9. 如申請專利範圍第7項之流體流造型裝置，其中成對之 流體流孔隙包括在個別擋板結構中偏離徑向線之上游 及下游孔隙。 10. 如申請專利範圍第1項之流體流造型裝置，其中該熱傳 遞導管包括由軸向對齊的圓柱形熱傳遞導管所形成的 至少一個實質呈圓形的陣列，至少某些熱傳遞導管實質 上是由實質同心之|有穿孔的套筒形結構所圍繞，該套筒 形結構具有在縱列中平行於相關聯導管之軸線的上游 及下游孔隙對，且其中一套筒形結構藉由一板構件緊固 到一相鄰之套筒形結構以形成一更夫的圓柱形結構。 11. 如申請專利範圍第10項之流體流造型裝置，其中孔隙 對包括長形槽缝，各槽縫有一長軸線，其通常平行於熱 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規埒（210 X 297公釐） 90. 11. 2,000 T -·ϋ ϋ— ϋ« Hi m in m m l Hi Hi · ϋ n ·ϋ ·ϋ an ·ϋ m—I —BBi 1_1 ϋ· n tju口 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟邹智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 '申凊專利範圍 傳遞導管轴線。 12·如申請專利範圍第11項之流體流造型裝置，其中成對 之長形槽縫係徑向對齊的。 13.如申請專利範圍第11項之流體流造型裝置，其中一熱 傳遞導管與兩對長形槽縫相關聯，各槽縫對偏離與該更 大圓柱形結構之軸線的徑向對齊。 14·如申請專利範圍第13項之流體流造型裝置，其中與各 熱傳遞導管相關聯之兩上游及兩下游長形槽縫係彼此 呈軸向偏移，但軸向對齊相反對之構件。 15·如申請專利範圍第1〇項之流體流造型裝置，其中該熱 $遞導管包括由目柱形熱傳遞導管所形成的至少兩通 常為圓形的陣列，這些熱傳遞導管被定向為具有平行軸 線，且其中一陣列係與另一陣列同心。 技如申请專利範圍第15項之流體流造型裝置，其中該孔 :隙對包括徑向對齊之長形槽縫，各槽縫有-長軸線f其 通^與熱傳遞導管之軸線平行。 H·如申料鄕_ 15項之流體流造型裝置，其中相鄰 f對之I向對背的熱傳遞導管之擋板結構係互連的，使 結構之間的—孔隙作為其中—導管之下游流體 /；，L ’及作為另一導管的上游流體流孔隙。 •如申請專利範圍第17項之流體流造型裝置，其中該孔 —Sit:向對齊之長形槽缝，各槽縫有-長軸線，其 .通㊆與熱傳遞導管之軸線平行。 19·= =範圍第丨項之流體流造型裝置， ^ 匕；實質矩形陣列，該陣列包括至少三個由圓 ) 90. 11. 2,〇〇〇 SIIIIIIII — -111!111 « ί I I I I _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i線 -24- A8 __ B8 ^^ C8 人^—茂_ — _ ^ 1靖專利範圍 挺形熱傳遞導管形成之軸向對齊列，這些導管被定向成 /、有平行轴線’且其中相關聯之播板結構包括具有上游 2〇及下游孔隙對之通常為同心的套筒形元件。 β如申明專利範圍第1項之流體流造型裝置，其中該熱傳 遞導官包括-實質矩形陣列，該陣列包括至少三列圓柱 %熱傳遞導管’且交替列係與相鄰之上游及下游列呈轴 向偏移這些導管被定向成具有平行轴線，且其中相關 %之擔板結構包括具有上游及下游孔隙對之通常為同 心的套筒形元件。 如申明專利fe圍第1項之流體流造型裝置，其中與一熱 傳遞導管相關聯之擋板結構包括一組實質為平坦之板 構件’該些構件係成對地呈邊朝前的方式與一熱傳遞表 面之兩側相傍，且是接近該熱傳遞表面而不接觸該表 面’該板構件之平面定向成通常與工作流體之流徑呈正 乂 ’以界定通常為環形的流體流區域，該流體流區域有 92 ^繞該熱傳遞導管之上游及下游孔隙對。 如申請專利範圍第1項之流體流造型裝置，其中與一熱 傳遞導官相關聯之擋板結構包括已造型的板構件，其係 成對地與熱傳遞導管之兩側相傍，且接近但不接觸導管 之表面，該板構件有一輪廓分別對應該熱傳遞導管之兩 侧’以界定通常為環形之流體流區域，該流體流區域有 …^繞該熱傳遞導管之上游及下游開孔，該板構件連結到 其它與鄰近的熱傳遞導管相關聯之板構·件。 23 • 種加強一流體橫向流動接觸複數個熱交換導管之外 表面之往來熱傳遞的方法，該方法包含以下步驟：藉由 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 90. 11. 2,000 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) TJ I el I 」=o、 緩濟邹智慧財產局員工消費合作社印製 512219 A8 R8 C8 D8 t、申請專利範圍 使該流體通過在與一熱交換導管相關聯之縱長連續套 筒形擋板結構中之至少一組成對的流體限流器的方 式，優先造型越過該等熱交換導管之橫向流體流，該擋 板結構為一擋板結構陣列之部份，各擋板結構實質對稱 地包圍其相關聯之熱交換導管以將該相關聯之熱交換 導管附近的橫向流體流與鄰近的熱交換導管附近的橫 向流體流隔離，該鄰近的熱交換導管位在橫向於流體流 方向的位置；其中各擋板結構之流體限流器構成通經擋 板結構陣列之僅有的上游及下游流體通路，且分別對稱 地位在相關聯之熱交換表面的上游及下游，且彼此及與 相關聯之熱交換導管至少局部呈上游及下游對齊，藉此 各擋板結構造型流體之流徑以建立該相關聯之熱交換 導管之輪廓附近的實質均勻的流體流模式。 24·如申請專利範圍第23項之方法，其中該熱交換導管包 括一圓柱形熱交換導管陣列，該些導管定向成具有平行 軸線。 25·如申請專利範圍第24項之方法，其中各擋板結構包括 一套筒形元件，其相對於該相關聯之熱交換導管呈實質 上同心。 丨 ! ί 2.6·如申請專利範圍第25項之方法，其中該成對之流體限 流器組包括在該套筒形元件中之上游及下游孔隙。 —27.如申請專利範圍第23項之方法，其中至少兩個擋板結 構互連成一更大的流體流造型裝置，以造型該複數熱交 換導管附近之流體流。 28.如申請專利範圍第25項之方法，其中該熱交換導管安 ! -26- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線J 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2W X 297公釐) 90. 11. 2,000 申Μ專利範圍 置在一通常為圓形的陣列中。 29·如申請專利範圍第找項 關聯之個別栲拓社描万、* ，、中舁熱父換導管相 造型裝置。° 柄成―更大的圓柱形流體流 3〇' , 哭勹紅—/ 万/去其中成對之流體限流 茲職板結構中之上游及下游孔隙’這些孔隙 32.=t專利^第23項之方法，其中該熱交換導管包 '通㊉為囫形的軸向對齊圓柱形熱 訂 二:少-些熱交換導管實質上為一呈實質同心之有穿車 :上3同形結構所環繞，該套筒形結構具有於縱列中之 下游孔隙對，其平行於相關聯導管之轴線，又1 姓構舞是藉由一板構件緊固至相鄰之套筒形 、、、口構以形成一更大的圓柱形結構。 線 开32項之方法’其中該孔隙對包括長 :曰·、'，D槽縫有-長軸線，其通f平行於熱交換 之軸線。 认=請專·圍第33項之方法，其中成對之長形槽縫 壬·授向對背。 疚如申請專利範圍第33項之方法，其中一熱交換導管虚 兩對長形槽縫相關聯，各槽縫對係偏離與該更大圓柱形 結構之軸線的徑向對齊。 36·如申請專利範圍第35項之方法，射與各熱交換導管 -27- 本紙張尺度翻巾®轉群（CNS)A4規格 (2]〇χ 297 公釐） 90· 11. 2,000 512219 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 R8 C8 D8六、申請專利範圍 相關聯之兩個上游及兩個下游的長形槽縫係彼此呈轴 向偏位，但與相反對之構件呈轴向對齊。 37. 如申請專利範圍第32項之方法，其中該熱交換導管包 括至少兩個通常為圓形的圓柱形熱交換導管陣列，該些 導管被定向成具有平行軸線，且一陣列係相對於另一陣 列呈同心狀態。 38. 如申請專利範圍第37項之方法，其中該孔隙對包括徑 向對齊之長形槽缝，各槽缝具有一長軸線，該長軸線通 常平行於熱交換導管之軸線。 39. 如申請專利範圍第37項之方法，其中鄰近成對之徑向 對齊的熱交換導管的擂板結構係互連的，而使擋板結構 - 間之一孔隙用作其中一導管的下游流體限流器，及用作 另一導管之上游流體限流器。 40·如申請專利範圍第39項之方法，其中該孔隙對包括徑 向對齊之長形槽縫，各槽缝具有一長軸線，該長轴線通 常平行於熱交換導管之軸線。 41·如申請專利範圍第23項之方法，其中該熱交換導管包 括一實質呈矩形之陣列，其包括至少三個轴向對齊的圓 柱形熱交換導管陣列，這些導管定向成具有平行軸線， 且其中相關聯之擋板結構包括通常為同心的套筒形元 件，該套筒形元件有上游及下游孔隙對。 42·如申請專利範圍第24項之方法，其中該熱交換導管包 括一實質呈矩形之陣列，其包括至少三列圓柱形熱交換 導管，且茭替列係與鄭近的上游及下游列呈軸向偏位， 這些熱交換導管被定向成具有平行軸線，且其中相關聯 -28- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,¾ 訂· _ -·線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】〇χ 297公釐） 90. 11. 2,000

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 '申請專利範圍 ^擋板結構包括通常為同叫套筒形元件，該套筒形元 1千具有上游及下游孔隙對。 43.如申請專利範圍第23項之方法，其中斑一執交換導管 相關聯之擋板結構包括一组...... 符、、且貝貝為平坦的板構件，這些 :!件係成對地呈邊朝前的方式與—熱交換導管之兩 咖方，且是接近而不翻導管之表面，該板構件之平 ，定向成通常與工作流叙赫呈正交，以界定通常為 %形的流體舰域，該流體流區域有環繞該熱交換導管 之上游及下游孔隙對。 4《如申請專利範圍第23項之方法，其中與一熱交換導管 相關聯之擋板結構包括已造型的板構件，其係成對地與 '熱父換導管之兩側相傍，且接近但不接觸導管之表面， 該板構件有一輪廓分別對應該熱交換導管之兩側，以界 定通常為環形之流體流區域，該流體流區域有環繞該熱 交換導管之上游及下游開孔，該板構件連結到其它與鄰' 近的熱交換導管相關聯之板構件。 -29- 本紙張尺度適用中國國束標準（CNS)A4規格（2K) χ 公爱 90. 11. 2,000