TWI530660B

TWI530660B - 熱交換器、熱交換器構造及製造供熱交換器構造用之非各向同性結構的方法

Info

Publication number: TWI530660B
Application number: TW101111891A
Authority: TW
Inventors: 約翰凱利
Original assignee: 艾而特科技公司
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2016-04-21
Also published as: HK1194805A1; EP2697590B1; WO2012141793A1; US10119771B2; TW201309998A; US20120261106A1; EP2697590A1

Description

熱交換器、熱交換器構造及製造供熱交換器構造用之非各向同性結構的方法

本申請案主張西元2011年4月13日提出申請之美國臨時專利申請案第61/475,116號(代理人檔案編號100842.5)的優先權。

本發明是有關於熱交換器及反應器。

鯺片式緊密熱交換器(Finned Compact Heat Exchanger)具有氣體流的熱交換器(Heat Exchanger,HEX)的大小及重量通常會受到氣體的低傳導係數的限制，並會造成較低的氣體側熱傳遞係數。在這些情形中，用以分隔流體或是限制熱源(例如電子零件)或冷源的板的表面積並不足以滿足於性能的需求。鯺片係加設至該等分隔板或主要表面區域上，以增加表面積，並伸展進入氣體流內。這有助於熱自該氣體流動至該等分隔板。鯺片可將暴露於氣體內的表面積增加數倍因數。事實上，在某些例子中，鯺片代表超過80%的可用表面積。雖然鯺片可提供較大的表面積及熱傳遞，但這些增加的面積亦會增加重量、體積、壓力降、以及成本。因此，鯺片結構必須要小心地選用，以便能使熱傳遞最佳化，而同時將體積、重量、壓力降、以及成本減至最小。

熱效率(Thermal Efficiency,TE)，係為熱傳遞係數與摩擦或壓力降、因數的比值，是熱交換器性能的一項重要度量，因為在熱傳遞功效與泵壓功率損耗之間一定要有所取捨。泵壓功率損耗在許多情形中是一項重大的限制。因此，相當需要有一種鯺片結構，能針對給定的熱傳遞將壓力降或泵壓功率減至最小。在這些情形中，該HEX可製成更緊密(較小體積及較大面速度的情形)，而不會造成額外的泵壓功率。表1列出數種傳統鯺片的熱效率，包括平板、開孔板、波浪板、以及百葉式鯺片。該表中的熱效率(TE)是定義為熱傳斯坦頓數(St)乘以普朗特數(Pr)三分之二次方，再除以摩擦係數(f)。該無因次的St及Pr組合是欲探討之鯺片結構熱傳遞的一項度量，而該無因次的f則針對壓力降扮演類似的角色。平板鯺片相當的簡單，且相當容易製作。開孔鯺片則需要在平板鯺片上開設小孔，這會使得此鯺片較為昂貴。波浪鯺片結構不需要孔，但需要特殊工具來形成必須套設在分隔板之間或套設在管子上波浪表面。最後，百葉式鯺片在製造上是最為複雜，可能也是最昂貴。

平坦鯺片僅能加大暴露於氣體內的表面積總量，並經由熱傳導至相鄰管子或通道內的流體來增進熱傳遞。一般知悉的公式可用來定義該加大之鯺片表面積的效能，或鯺片效率。在平坦鯺片中，在該板上會生成一邊界層，其在該板前端邊界層剛開始而非常薄之處會具有高熱傳遞係數。但是，該係數會因邊界層的增厚而大致上隨著距離降低。一般而言，該熱傳遞係數在整個板上是相對較低的。在開孔鯺片中，平坦鯺片中的平順邊界層會在孔處被截斷。當邊界層在每一孔處重新開始時，熱傳遞係數會再次達到區域性的較高位準。由於邊界層不斷地重新開始，平均的熱傳遞係數會增加而大於平坦鯺片。這是相當有利。但是，由於邊界層重新開始之故，摩擦或壓力降也會加大。但是淨整體效應是有利的，如可自表1中的TE值所可看到的。如所示，開孔板鯺片在所有的情形中具有最佳的熱效率(TE)。因此，對於給定的壓力降，開孔板可以產生最高的熱傳遞。

波浪壁及百葉式鯺片的熱效率不如開孔鯺片一樣高，如表1中所示。可以推測開孔鯺片的情形中，邊界層的阻斷是在適度的，而整體壓力降，包括形式(亦即流體分離區域)及表面摩擦的貢獻，相對於平板鯺片的情形而言，並未大幅度增加。淨結果是比平坦鯺片為高的熱傳遞及僅適度地高的壓力降，造成較佳的熱效率。相反的，百葉式鯺片具有突入氣流內的堅實突出部。這會造成實質上的氣流阻斷及氣流分離。熱傳遞會因這些阻斷而增加。但是，壓力降亦會實質上增加，造成淨熱效率減低。對於波浪壁的情形，亦會在氣流通過“波浪”時，造成氣流分離，造成較佳的熱傳遞，但相對於開孔板情形而言亦會減低熱效率。總結而言，開孔板會因邊界層崩解而非整體流動的阻斷而產生最佳的熱效率。此高熱效率對於在緊密式HEX中進行壓力降的控制而言是非常重要。

如前所述，為了最佳的熱效率，沿著鯺片的邊界層必須要崩解，但是應避免大尺度的流動阻斷。邊界層崩解的頻率愈高，對於近乎固定的熱效率而言，平均熱傳遞係數就愈高。因此，具有許多孔的板是取佳的。但是，要形成許多孔並不容易，鯺片成本會大幅度地增加。

泡棉基熱交換器(Foam-Based Heat Exchanger)如前所述，緊密鰭片式熱交換器己經充份地開發並實證，但他們無法提供能滿足於更高階之冷卻或加熱需求的熱傳遞及壓力降性能。在達成這些應用目標而言，熱交換器材料及架構必須要做實質的改進。至於與緊密鰭片式熱交換器間的主要差異，開穴式金屬及石墨泡棉係已被提出做為供例如融合反應器之類較具挑戰性應用使用的較先前熱量管理方案。開穴泡棉結構以特寫鏡頭來看會在該開穴泡棉內顯示出小型的結構體，其可增大熱傳遞用的實質表面積。雖然能對表面積及熱傳遞能力在大小上提供數個數量級(order of magnitude)增大，但這些材料對於許多的應用而言會相對應地造成比所希望的高許多的壓力降。另外，這些材料具有極薄的繫帶，連接於內含有熱傳遞流體的毗連管或通道。這會造成熱之流動至該流體上的瓶頸，因而限制該大表面積的效用。其結果具有比表1所列之鯺片結構為低的熱效率。另外，這些材料是相當的昂貴。

其需要有一種新穎材料，具有開穴式泡棉的熱傳遞性能，每單位熱傳遞的壓力降遠低許多，以及較小的體積、重量，以及遠低許多的成本。

如前所述，高性能緊密式熱交換器及反應器需要相當的表面積來與流體接觸。這通常是由鯺片來提供的，該等鰭片係突伸進入流體流內，並提供能擴大流至或流出分隔板，或邊界，也就是散熱件(heat sink)或熱源的額外面積。雖然熱量流動可以擴大，但鯺片的設計會因傳導被限制要通過鯺片而對熱量的流動造成限制。這可由鯺片效能量化，其係等於流經鯺片表面之每一面積內的熱量流動除以到達鯺片與分隔板接觸面積者的比率。除非能夠將鯺片效能保持在高水平，否則會有多出來的鯺片面積，對於達成給定之熱傳遞會產生多餘的重量、壓力降、及成本。

有一種新穎而低成本的鯺片的製造方式已開發出來，稱為熱交換器之非各向同性(或各向異性)結構(NISHEX)，其係使用一非各向同性鯺片結構來同時最大化熱傳遞及重量，而同時最小化壓力降及成本。在此種方式中，具有高熱傳遞的小尺寸鯺片結構係設置成靠近該表面，其中距離該表面的距離是受到限制而鯺片效能高。隨著距離之遠離該表面，則使用較大的結構來保持整個結構的高效能。透過此種方式排配該結構，可以在最小壓力降及成本下得到最佳的的材料使用及最大的熱傳遞。由所需的非各向同性特點可以由多種的建構方法及材料來達成，該製程相當具有彈性並可滿足許多的應用。散熱件、散熱器、冷凝器、蒸發器、以及許多其他的應用均可考慮。另外，藉由結合薄塗膜及觸媒，則同時的熱傳遞及反應可考慮。

一NISHEX是一種具有非各向同性結構的鯺片，可最佳化熱輸送特性。NISHEX的鯺片是由一第一結構及連接至第一結構並配置成與之平行的一第二結構所構成。一NISHEX結構的特點，至少有一部份是在於頻繁的邊界層重新起動及跨越鯺片表面的低壓力差，以及避免掉靠近於散熱件、熱源或分隔板表面處的熱傳導瓶頸，同時能因為根據本發明構建之鯺片結構的新穎非各向同性性質之故而維持住最佳的鯺片效能。

在較佳實施例中，第一及第二長條狀鯺片結構是由可商業取得的編織線網格來提供，其例子係顯示於第3圖中(開孔或開槽板片可用來取代線材)。在某些實施例中會將複數個線網格結合來構成一“非各向同性”鯺片，其係指由數個層疊或堆疊的線網格所建構而成的鯺片，其中一層與另一層間的網格線材具有不同的直徑，且在組裝成NISHEX構造時是設置在距離一板表面不同長度處(在某些情形中是正比於線材直徑)。編織線網格內的各個線材是用來不斷地重新起動邊界層並達成HEX的高熱傳遞。此結構可將壓力降、體積、重量、及成本減至最小。

本說明書中所提及的所有出版品及專利申請案均透過引用而將其以如同個別出版物及專利申請案個別透過引用而併入本文內相同的方式併入本文內。對於在併入之出版物或專利與本說明書之間詞句的用法有所不一致的情形下，這些詞及/或句是視為具有和他們在本說明書中使用相同之方式一樣的意義。

下面將配合圖式來描述本發明的非限制性及非完全列舉的實施例，而在所有的圖式中，相同的參考編號代表相同的元件，除非另外註明。

理論

經由近年對於泡棉及其他改良型熱傳遞方法的研究，已瞭解到泡棉的主要限制是來自於其各向同性的本質。熱量自散熱件傳遞至空氣是透過熱量自該來源通過伸入至空氣流內的結構進行流動而達成的。這些結構可能會是熱傳遞的瓶頸，一般稱之為“低鯺片效能”。第1圖顯示出鯺片層的效能，Nr，是mL的函數(tanh(mL))，其中L是鯺片層的長度，而m定義為m=(4h/kd)^1/2，其中h是氣體熱傳遞係數，k是鯺片材料的熱傳導係數，而d是鯺片層的直徑。

如第1圖所示，當鯺片長度L增加時，效能會減低。這是鯺片表面積相對於熱量經由之傳送至分隔板及鄰接之熱傳遞流體的面積或主要表面積的效能的度量。整體而言，熱傳遞是等於該表面的熱傳遞係數乘以鯺片及主要表面二者的表面積、氣體及鯺片間的溫度差、以及最後的鯺片效能。自第1圖中可以看到當mL增加時，效能就會實質地減少，因此每一鯺片面積及重量的熱傳遞會減少。因此，當mL增加時，每單位熱傳遞的鯺片體積及重量會增加。另外，由於額外的表面會增加摩擦及壓力降，但減低每單位面積的熱傳遞量，因此每單位熱傳遞的壓力降會增加。這會對熱效率(TE)造成負面衝擊，並增加每單位熱傳遞的重量及材料成本。必須要有一種新方式來同時將重量、壓力降、及熱傳遞最佳化。

對於最佳空氣熱傳遞而言，小型結構在利用每單位體積較大的表面積及熱傳遞係數對於小尺度的反比關係而言，較為有利。第2圖顯示出平均熱傳遞係數隨著“針柱”鯺片之直徑的減小而增加。事實上，這項增加會相反於鯺片直徑而變化；但是，該結構的直徑愈小，熱量自熱源流出之流動的瓶頸就愈大。檢視該mL參數，對於一針柱鯺片而言，h在小型結構中是相反於直徑而增加的，或者h=(k_gN_u)/d，其中kg是空氣或流體的傳導係數，而Nu是熱傳遞的無因次紐塞數(Nusselt Number)。將此代入前述m的式子中，該乘積mL即成為(2L/d)(Nuk_g/k)^1/2，其中Nu在小線材及層流中是常數。因此，當HEX的鯺片結構變小時，根據第1圖，該長度，即L，必須要減小，以便能讓鯺片效能保持定值。

對於附著至內含有熱傳遞流體之毗鄰管或通道上的各向同性結構而言，熱量排除至空氣的最佳效果與熱量流動通過該結構的瓶頸作用之間有著基本的矛盾。將熱交換器鯺片結構(例如各向同性泡棉)高度縮減，因之而迫使空氣靠近於熱源的表面流動，可以較佳地平衡此項矛盾。但是，氣體通過該結構流速及做為速度之冪次函數的壓力降，會增大至超過可接受水準。相反的，使用高相當多的各向同性結構，若要保持在氣體流動之壓力降要求內，則會造成重要材料的增加，其對於熱傳遞只有較低的貢獻，但對於壓力降及重量則會有重大的貢獻。在這些限制下，有一種方法可以低成本製造非各向同性材料結構，其相對於例如泡棉之類的各向同性結構而言是重大進步。此方法可配合第2圖中所描述的板狀鯺片來使用，但在具有小型結構的線網格基鯺片上亦有價值。另外，此方法可使用其他的構造手段，包含泡棉，只要該非各向同性材料的本質能被引入即可，如下文所描述。

非各向同性線網格的鯺片

要以低成本達到高度開孔板鯺片的相同效果，鯺片可以使用編織線材來製作。此種型式之材料的例子顯示在第3圖圖中，其中顯示出由可輕易購得之便宜線材所製作成的各種型式的網格。第3圖中顯示出六種型式的線網格編織物。他們是雙織(double weave)1、刮織(scalping weave)2、雙鎖卷(double lock crimp)3、平頂(flat top)4、三投(three top)5、以及中卷(intermediate crimp)6。這些編織物型式是此技術中所已知的。例如參見美國專利第2002/0134709號。如自下面NISHEX實施例的說明中可更充份理解的，在製作NISHEX時，線網格1-6中的一者或多者可以下列的方式來配置。做為雙織1的一例，線材之一，例如線材1a，係配置成大致上平行於流經HEX的平均流方向(或是沿著熱源/散熱板分隔之表面)，而線材中其他者，例如線材1b，則是配置成約略垂直於流經HEX的平均流方向。該等線材之一，例如線材1b，接著則成形、製作、或彎折成所需的通道形狀，而該等線材中的其他者則用來將該等成形的線材繫綁或固持住在一起，以使得他們可輕易成形成該等鯺片並固定在該板上。

另外，第3圖中所示的編織物內的線材直徑可以是不相同的，例如線材1a可具有比線材1b大的直徑。因此，沿著一方向延伸的線材可構造成具有比沿著其他方向延伸的線材更高熱輸送能力。此種非各向同性或各向異性性質可以有利地應用於加大垂直流經過HEX之平均流方向，相對於平行該方向，的熱傳遞。相對於開孔或平坦鯺片，此種特性是有用的，其中平行於平均流方向的熱傳導是與垂直流經過HEX的平均流方向上的一様的高，亦即為各向同性鯺片。在非各向同性NISHEX上，整體熱交換器效能或達到理論值的最大熱傳遞方法，可針對逆向流熱傳遞流體架構改善。

線網格材料可彎折成通道，其等接著黏合至其內含有流體的平坦狀的管或通道上，或是黏合至其上附著一熱產生組件(例如電子組件)的邊界板。在一實施例中一NISHEX 10使用高度各向異性線網格，如第4圖中所示。該線網格是沿著垂直於流經過HEX之平均流方向的方向彎折，而後黏合至平坦管或通道或一邊界板15上。第4圖標示出流經通道的平均流方向。該線網格具有有著第一直徑的第一線材型式12，由具有比第一直徑小相當多之第二直徑的第二線材型式14沿著平均流方向連接至相鄰的第一線材型式12。

用來製作NISHEX 10的線網格的幾乎全部的質量都是在於延伸垂直於流體分隔、熱源、來源板或邊界板15而具有較少數量的線材12，以及平行於平均流方向並且可在黏合至分隔板之前適度地將線材12固定在一起的較細線材14。這些較小而平行的線材14的作用是如同鯺片上之鯺片，並可提供結構穩定性，這是有其益的。但是，如果線材14在數量上是等於垂直的線材12並具有和線材12相同的直徑，亦即對於給定之熱傳遞的重量及壓力降將不會是最佳的。因此，使用較少數量之連接線材及/或較小直徑之線材(相對於該等垂直的線材)的各向異性方式會比均勻網格具有較佳的熱傳遞、壓力降、及體積與重量特性。另外，此結構優於開穴式各向同性金屬泡沫基鯺片。繫帶，或金屬泡棉內的線材，在三維空間內是各向同性；也就是說，他們在三個方向上具有相似的熱輸送能力。因此，相對於第4圖所示的結構，泡棉具有許多的“鯺片上之鯺片”。事實上，一泡棉的一半的鯺片上之鯺片的方向是與流動相交叉並平行於分隔板。這些繫帶，或線材，對於壓力降會有重大貢獻，但對於熱傳遞則僅會遞增，拉低熱效率。因此，就有效使用鯺片體積及質量來增進熱傳遞而言，在不提升壓力降的情形下，第4圖所示的概念是較佳的。透過使用多層具有正比於線材直徑d之不同長度L的線網格可以提供一種更佳的方法，以使鯺片效能最佳化，如先前所說明的；也就是說，線材自該表面至一散熱件、熱源或分隔板的長度愈大，用以構成一鯺片的線網格的直徑就會大。

根據本文，一NISHEX使用一非各向同性材料架構，其可產生比傳統鯺片或泡棉更高水準的性能。第5A圖顯示出一黏合至一分隔、散熱件或來源板15(板15)上之NISHEX 20第一實施例的部份立體圖。其具有五個層疊、或堆疊及疊套的鯺片，構成一鯺片元件21a，相對於NISHEX 10的單層鯺片。二層、三層、四層、或任何其他數量的層均可考慮。第5B圖顯示出鯺片元件21a的前視圖。線網格中延伸於鯺片元件21a與相鄰鯺片元件間的部份21b是黏合或連接至板15上。該等部份21b基本上在黏合後是直接接觸於板15的表面。NISHEX 20具有五個(形式上為堆疊的)線網格鯺片層(以下稱為「鯺片層」)22、24、26、28、及30，直徑愈小的線材鯺片愈靠近於邊界板15。鯺片層22-30每一者在垂直於流動方向的方向呈現波紋狀，如第4圖所示。較小直徑的鯺片層具有相對較小的長度(“長度”是垂直於來源板15的表面測量的)。參閱第5B圖，使用最大直徑線材的外側鯺片層30的長度L30因此會具有比使用較小直徑線材的鯺片層28的長度L28為大的長度。同樣的，鯺片層22的線材直徑及長度是小於鯺片層24內的線材直徑及長度，而鯺片層24的線材直徑及長度則小於鯺片層26內的線材直徑及長度，以此類推。因此，最外側鯺片層30的線材直徑及長度是最高。換言之，鯺片層及構成各鯺片層之線材的安排是要使線材的直徑正比於其長度，亦即線材的直徑是自板15的表面起逐漸增加。

鯺片層22、24、26、28、30是互相設置於頂側上，並在部份21b處黏合至來源板15。連接至板15上的部份21b(第5B圖)可有效地提供熱路徑給延伸垂直於板15並構成鯺片元件21a的各線網格鯺片，但可避免與板15接觸之點處的瓶頸，該瓶頸在其他的鯺片上之鯺片型式的結構中，例如泡棉繫帶(ligament)，是常見的。這是因為部份21b與板15間表面接觸的量相對於形成鯺片元件21a之線材長度而造成的。如圖所示，在給定黏合材料，特別是使用平坦或有點平坦的線材時，則與該板的接觸面積會大於線材的截面積。

鯺片元件21a的鯺片層22、24、26、28、及30會將大部分的熱沿著垂直於來源板15傳導，而各線網格中的少數及/或較小直徑線材(未顯示)則將鯺片層22、24、 26、28、及30固定在一起，如同第4圖線網格中用來將線材12固定在一起的線材14。應注意到，第5A圖及第5B圖僅是一種可能的實施例，並不一定顯示出某一特定應用中的最佳數量的鯺片層或線材尺寸或截面形狀。

因此，NISHEX 20可各向異性線網格來建構，例如開槽線網格，其係彎折或呈現波紋狀而構成多數個平行而主要線材垂直於板15的通道，如前所述，以攜帶熱量至或將熱量移出流經該HEX之該通道的氣體(在第5B圖中標示出流動方向)。再者，如上所述，由細線材所製作之網格是設置靠近於板15，而較粗線網格則自板15延伸至更外側。此結構可將線材上之熱傳遞係數最大化與鯺片效能間的平衡最佳化。具體地說，靠近熱源的小線材結構具有非常高的熱傳遞係數及每一質量的表面積，二者反比於線材直徑，如前文中所說明及第2圖中所示。但是，當直徑縮減時，鯺片效能也會縮減，因為沿著線材進行的熱量流動會成為瓶頸。每一額外增加的線材長度都會變得更沒效能，加添線材質量及使壓力降快於熱傳遞能力的增加。用以構成NISHEX 20之每一直徑的線材長度會被限制為可讓熱傳遞及每一質量之表面積最大化的長度，而鯺片效能則高。如前所示，效能可以維持固定在高位準，如果在線材直徑縮減時，鯺片長度L能縮減。此種方式可造成第5A圖至第5B圖中所示的整齊結構，其中細線材結構，例如鯺片層22、24，在靠近該板處攔截流動，而後續較粗線材的鯺片層則更向外突出而進入流體流內。結果即成為一種非各向同性結構，可在最佳熱傳遞下使材料的量減至最少，同時也將壓力降及重量減至最小。亦應注意到，不同於泡沫基鯺片或線材網柵層合物，其中流動方向是通過該等網柵，NISHEX 20會產生平行於線網格所構成之通道的流動，以使熱傳遞及熱效率二者均最佳化。由於流動是沿著網柵進行，而非穿過網柵，因此可以避免顆粒的聚集及堵塞。相反的，小型開穴泡棉及具有穿過流動的各向同性網柵層合物會陷留住顆粒並堵塞住。在NISHEX的情形中，顆粒僅會堆積在鯺片元件21a前緣的前方，與傳統的鯺片一樣。

在前述的例子中，該等多個(形式上為開槽的線網格)鯺片層22、24、26、28、及30(如第5B圖所示)是互相設置在頂側上，並以部份21b黏合至來源板15。該板黏合材料會提供一熱傳導路徑，通過每一線網格，最終到達該來源板。在適當的線材及黏合材料下，其熱傳導即可使熱阻抗最小。但是，網格層堆疊在黏合線上會減少流動面積，因之而增大給定流速下的鯺片結構體積。為最小化流動阻礙及任何黏合區域的熱阻抗，線材可以配置成讓線材在黏合表面處以邊靠邊的方式交插，而非堆疊，如第6B圖至第6D圖所示，其等係為在分隔板100黏合點處的交插式線材配置的剖面圖。第6B圖至第6D圖所取的方向是垂直於流動方向106(第6A圖是第5B圖的側視圖，具有三個堆層的線材，不同於第5B圖中所示的五個)。第6B圖顯示出三層堆疊線網格配置101、102、103，具有相同的線材間距及完美的對齊。這是理想狀態，但並不一定能達成良好的性能，只是用來做示範之用而已。如圖所示，黏合材料會形成填角104及105，其等可擴大自線材101、102、103至分隔板100傳導路徑。在線材有相當長度接觸該板的情形下，即部份21b，如第5A圖及第5B圖所示，黏合處的熱阻抗應該會低。但是，如第6A圖所示，堆疊起來之線材距該板的高度是高於最厚之線材101的高度，會阻擋住某一部份沿著橫交方向106的流動。為更進一步減低流動阻礙及黏合熱阻抗，該等多個網格101、102可相對於網格103向右偏移，並交錯在一起，以形成相對於插分隔板100的配置，如第6B圖所示。在此種情形下，每一線材101、102、103均緊密接觸分隔板，並以黏合材料填角105及104提供額外的通向該板100的傳導路徑。該交插式情形中的流動阻礙會小於第6A圖中的堆疊式情形。交插式的對齊可以透過線網格(例如第3圖中的三投5)來達成，其中第4圖中的橫向線材14沿著第4圖中的第一線材型式12對齊，而使得他們位在第6B的所示的分隔板100及黏合區域外側。為進一步降低接觸阻抗及減少黏合材料及填角的量，第6B圖中的圓形線材可由平坦或橢圓線材取代，如第6C及第6D圖所示。這些可以具有不同的寬度對高度比，以供達成不同的黏合面積相對於線材截面面積。

與泡棉及壁鯺片的比較

雖然NISHEX可以最佳化邊界層重新起動，但此架構對於給定的熱傳遞亦可最佳化熱效率，或最小化壓力降。百葉式以及波浪壁鯺片也證明可造成高的熱傳遞。但是，由於他們會造成大尺度流動擾動，包括分離流區域，並會阻擋流動及增大局部速度，因此他們對於壓力降的增進遠大於熱傳遞。因此，熱效率較低。相反的，NISHEX的通道是平行於流動，可避免大尺度流動擾動及流動阻礙。另外，由於鯺片層所用的線網格在線材間具有許多開放空間，該等鯺片層無法支持跨越該材料平面的壓力差。因此，NISHEX 20內不會形成能造成高壓力降的大尺度分離區域。相反的，實心板形式的傳統鯺片在進入熱交換器流動是在攻角下時，會如同飛機翅膀一樣處於失速狀態，而產生大分離區域、流動阻礙、高速的區域流動、以及相關的壓力降。由於所有的實際流動狀態均具有一些非平行流，實心板鯺片中的壓力降會比較高。使用第5A圖至第5B圖或第4圖中的NISHEX 20的結構可以減低壓力降，因此可改善熱效率。

傳統的開穴泡棉因具有大量與氣體流接觸的穴胞繫帶而具有高的熱傳遞。但是，他們亦具有高壓力降及低熱效率。就一方面而言，泡棉可以視為具有均等分佈於三個維度內之繫帶圖各向同性結構，因為材料的架構在各方面上是相同的。只有有限數量的繫帶是接觸於散熱件。那些附著至該板者可輕易地輸送熱量至冷卻空氣內。自其上分枝出來的繫帶則可視為“鯺片上之鯺片”。雖然有些好處，但“鯺片上之鯺片”的效能會受到限制，因為板附著點處的熱傳遞瓶頸之故。不幸的是，除了增加每一熱傳遞的重量外，這些“鯺片上之鯺片”對於壓力降的貢獻是相同於附著至該板上的繫帶。因此，傳統的各向同性泡棉在每一熱傳遞具有高壓力降，或是低熱效率。

具有一個或多個構成鯺片元件之網格線材層的NISHEX透過讓每一鯺片元件21a直接接觸於邊界板15而使材料的使用最佳化，以最大化熱傳遞，而同時保持壓力降。此外，由於其代表每一熱傳遞的最佳材料使用，因此其可減少材料重量，因之而減低成本。例如，NISHEX 20可以由各向異性編織線網格所構成，其可利用傳統之便宜鯺片形成設施折疊成所需的形狀。因此，形成成本很低。相對於黏合，已經證實之類似的合鯺片銅焊技術可用來將所有的網格層黏合至板15上。在某些應用中，可以使用具有良好傳導性的非金屬黏合劑。線網格的黏合不會比典型傳統鯺片黏合成本更昂貴。再者，在編織金屬線網格被廣泛地應用於過濾及分隔式應用的情形下，網格製造成本會很低。例如，高製造容積的網格會比相同厚度的實心板便宜。例如，典型的不銹鋼線網格價錢為每平方呎$0.76元，相對於相同厚度薄板的每平方呎$0.85元。由於網格會具有比板多約50%的實際表面積，以及較高的熱傳遞係數，因此熱傳遞會優於板鯺片。再者，網格的材料重量是遠小於相同厚度的板。一網格鯺片的每一重量的熱傳遞因此會比板鯺片高許多倍。在僅需要少甚多之材料來達成給定的熱傳遞的情形下，NISHEX在成本是遠低於可提供等效熱傳遞的傳統鯺片。另外，相較於泡沫方式，成本是低數個級數大小。

前面的說明是以線材材料或線網格來構成鯺片元件。但是，本文亦考量到不同的情形中使用多層開孔或開槽板片材料。可以理解到，在板片材料上形成有適當之孔/槽縫可以達到和線網格情形相同的結果。此外，透過使用非各向同性模具及金屬鑄造，可以得到和線網格情形相似的結構及結果。最後，雖然是針對金屬結構說明，但可以輕易想見非金屬線材、網格、板、及黏合材料用於製作NISHEX物品。

範例及測試

次尺寸版本的NISHEX，包含單一多層層鯺片元件21a，被組裝及測試(NISHEX 1)。測試的物品是由五個線網格層所建構的，類似第5B圖中所示者。該等線網格是使用漸增尺寸之銅線材及漸減網格收量(或線材密度)製作，如下面表2中所列。這些網格包括自0.0045英吋至0.012英吋直徑的線材尺寸。這些網格層係黏合至一代表熱源的銅棒上。

可採用廣大範圍的線網格尺寸及/或線材密度來建構NISHEX。如此，表2中所示的線材尺寸及密度不應視為對於NISHEX之實施例的限制。再者，在其他的實施例中，NISHEX可以使用對於五層的層(例如可使用八層)或少於五層的層。

該等構成NISHEX測試物品(NISHEX1)的五層的網格線材通道是以模具形成的。這些模具可依線材直徑而製作出不同的網格鯺片形狀及高度，類似於第5A圖中所示。僅有單一片“鯺片”被製作出。但是，單一鯺片的性能結果可以輕易地外插至多片鯺片的情形，例如第5圖。不同線網格的分開的鯺片是黏合至一銅棒上。在將該等用以構成鯺片的五層網格層黏合至銅棒上，其係配合一高傳導係數銅焊材料使用一具有惰性氣體的電加熱爐。

該測試物品是使用所有線材方向相對於流動方向為45°的線網格織物所建構，對比於垂直/平行於平均流方向。該等熱傳導網格線材的方向並不是佳的。更佳的NISHEX 20具有線材分別垂直及平行於平均流方向配置。配置成平行於平均流方向的線材具有比配置成垂直於平均流方向之直徑更小的直徑及/或在數量上較少。但是，為方便之故，其係將一各向同性線網格使用於一多層非各向同性架構內，而線材以45度對齊於流動方向，以確保每一線材均接觸到第5a圖中的基板15。雖然不是最佳的，但45度及任何非垂直90度的線材方向可讓所有線材對於黏合板有某些直接的接觸，因之而有助於通過每一線材的直接傳導路徑。但是，要供熱量通過的線材長度L，其係自距分隔板一段給定垂直距離測量起，會增加，這則會增加前面所定義過的mL。這即會降低鯺片效能，如第1圖中所示。這可藉由增加線材直徑d來做某種程度的修正，因為mL是L/d的函數。

在NISHEX1的黏合作業過程中，爐具是在670C下作業，以確保良好的黏合。一旦冷卻後，該棒側邊上的網格材料會被修剪成總寬度0.5英吋，以供測試。在模擬電子熱負載上，是將一0.125英吋直徑的匣式加熱器插入至銅棒中心或散熱件板模擬器。

在小量熱量輸入的情形下，該測試物品必須要重度絕緣，以防止熱量損耗對於測試結果的影響。一個3英吋直徑微熱(Microtherm)絕緣物，再加上低密度纖維絕緣毯，用以將熱損耗效應減至最低。將流入該單一鯺片測試物品的空氣流，以及加熱器輸入，監控及控制。

在決定熱傳遞性能上，要測量輸入空氣、棒、及輸出空氣的溫度。另外要測量跨過熱交換器的壓力降。在測試過程中，是針對10至40瓦的單鯺片加熱器的輸入及0.33至1.42CFM空氣流進行測試。第7圖顯示出該測試物品之每一來源面積及每一度溫度升高的熱傳遞，其係為空氣流的函數關係。

第7圖所顯示的結果是針對0.28英吋流動高度的NISHEX1。如圖所示，熱傳遞會隨著空氣流而增加。更高的熱傳遞率可透過將空氣流增高至超過測試值而達成之。這些單鯺片的結果可以輕易地外插至四英吋長的多鯺片的情形，其中熱量的消散及流動是簡單地等於基本測試結果乘以鯺片的數量。

該測試物品的壓力降性能亦相當的良好，如第8圖所示，其中壓力降的範圍自0.2至2.25英吋，依特定的空氣流及熱量散發而定。取所傳遞的熱量除以驅動該流動所需的動力(亦即壓力降乘以流動)可以決定性能係數(COP)。如第9圖所示，在熱源溫度低於85C的情形中，COP是在515與30之間。這是一個高的比值，代表NISHEX1的高熱效率。

在NISHEX1能力的另一例子中，DARPA被認為是典型DOD 1000W散熱4英吋x 4英吋x 1英吋高空氣冷卻式熱交換器應用中的最先進(State-of-the-Art,SOA)及微技術空氣冷卻式交換器(Microtechnologies for Air Cooled Exchangers,MACE)性能目標。使用第7圖及第8圖(測試物品)的單鯺片結果，並考量具有2英吋長流動路徑之分離式流動歧管來估算此典型應用的熱傳遞及壓力降。這些針對1000瓦情形的熱阻抗及壓力降的結果是列於第10圖內。當空氣流增加時，熱阻抗會降低，這是真實系統中產生1000W的電子零件之溫度升高的度量。雖然希望能有較低的熱阻抗，但壓力降會增加。無論如何，具有NISHEX1型式構造的HEX的熱及壓力降性能是相當傑出的。第10圖中的90CFM空氣流的結果與DARPA SOA及MACE規劃目標的比較列於表3。雖然對於四個較高熱傳遞率的因數而言，壓力降接近於基準SOA水平，但所需的流動是小於SOA熱交換器所要求之水平的一半。因此，對於傳統的風扇，風扇的動力需求可以自100W減低至42瓦。但是，如果使用改良的羅動(Rotron)風扇，則針對相同的流率，動力可以減低至33W。此結果與MACE目標一致。表3中所給的這些結果顯示出具有NISHEX1型式構造的NISHEX可輕易地超越SOA熱交換器的目標，並輕易地滿足MACE野心勃勃的性能目標。對於NISHEX 20(第5A圖)而言，可以期待更好的結果。

NISHEX1相對於DARPA SOA及MACE目標的良好性能可進一步支持NISHEX在許多的應用中是有效的。很重要的，NISHEX是非常緊密的，熱交換器及歧管的高度是小於一英吋。NISHEX的概念使用2英吋長的部件，其係0.28英吋高，由一同樣為0.28英吋高用來將空氣分配至各部件的的歧管供料。該空氣接著經由該結構內的槽縫向上排出。該等2英吋的部件不太可能是最佳的。但無論如何，該4至8kW潛在的熱量發散，如上面所整理的，顯示出NISHEX可由一相當緊密的組件來輕易地抽取出所需的熱量，造成低阻抗及壓力降。

一較不緊密及較低壓力降(0.988英吋高度)的NISHEX測試物品由鋁線網格(NISHEX2)建構。三個層的線材特性顯示於表4中。如同銅線網格的情形(NISHEX1)一樣，這些網格可輕易取得，但可能不是最佳的。客製化的線網格，例如第3圖中所顯示者，可用來讓性能最佳化。但是，為方便起見，所使用的是簡易的各向同性線網格，設置成相對於流動方向呈45度，以進行測試。由於用於較緊密式NISHEX1銅測試物品中的銅具有較高的傳導係數，鯺片會具有較高的鯺片效能。但是，就鋁或銅而言，線材傳導係數較高，且鯺片效能亦高。

對於此複製的測試物品，NISHEX1作動如同一散熱件，其中高溫的板經由鯺片散熱至較冷的空氣。這是直接應用至散熱器及散熱件問題上。利用這些數據來定義一熱傳遞係數，該等測試結果可以輕易地適用於散熱器冷卻，或任何其他的熱管理方案。因此，該等散熱件熱傳遞係數結果可以直接應用至散熱器冷卻問題上。

第7圖中所示單鯺片性能可以外插至利用數個4”x 0.25”鯺片來覆蓋住欲探討之基底面積的多鯺片中。另外，加大的基底面積可乘以溫度差來得到總熱傳遞。但是，透過直接比較不同鯺片結構之間在相同表面速度下的體積熱傳遞係數，可以輕易地決定出不同架構的體積優勢。

對於密度較低的NISHEX2測試物品，其形成二個相鄰的鯺。在此測試情形中，熱空氣是平行於或垂直於由導引流動用的矩形通道所包覆的網格鯺片來流動。如同單鯺片NISHEX1銅質測試物品一樣，網格黏合至該板上的邊緣會在測試之前修剪。該鯺片附著板是以水流來冷卻。因此，NISHEX2的測試是讓熱量的流動相反於銅質NISHEX1的測試。但是，藉由標準的緊密式熱交換器設計方式，如果熱傳遞結果歸納出熱傳遞係數，則這些可以應用至不同溫度及熱量流動方向的情形中。

第11圖將銅質NISHEX(NISHEX1)及鋁質NISHEX(NISHEX2)就欲探討範圍的表面速度與傳統HEX的結果相比較。基於不同的尺寸及作業條件，針對每一種HEX產生體積熱傳遞係數。這是等於將熱傳遞除以HEX的體積及初始空氣條件與由液態冷媒或熱源所圍繞的金屬表面間的溫度差。

如前所述，藉由將熱傳遞結果歸納出熱傳遞係數，不同的緊密式HEX方式可以直接比較。第11圖所所顯示出之傳統的Navy DW62冷卻盤管結果是使用銅圓柱式冷媒管及波浪板式鯺片。這是已經充份證實且係目前所配置的散熱器設計，其已應用在海軍船艦上，雖然大部分的船艦仍使用較早期而低性能的版本。第11圖中用比比對的散熱件是鋁質而具有針柱式鯺片。此架構是一般用於電子冷卻應用中，其中該散熱件是直接黏合至電子零件上。由於 NISHEX1及NISHEX2亦可做此目的之用，該針柱式鯺片散熱件可做為一種良好的比較基礎。

如第11圖所示，所有的熱傳遞係數均隨著速度或雷諾數而增加。該海軍冷卻盤管具有最低的熱傳遞係數，因此需要有最大的體積，以滿足特定的熱管理的熱傳遞需求。該針柱式鯺片散熱件具有比海軍冷卻盤管情形為高的熱傳遞係數，因之會造成較低的體積。比較其結果，針柱式鯺片散熱件在750fpm表面速度時具有高87%的熱傳遞係數。如圖所示，低功率緊密式NISHEX2的熱傳遞係數結果優於傳統的海軍冷卻盤管及散熱件式HEX，如自第11圖中所可看到的。緊密式NISHEX2的熱傳遞係數在750fpm表面速度比傳統HEX結果高60%至400%。這可支持該NISHEX2的設計在傳遞相同熱量上僅需要傳統HEX體積63%至20%。這是相當大的減幅。最重要的，每一緊密式NISHEX1設計可提供比傳統HEX高767%至1525%的熱傳遞係數。這可支持該NISHEX1要達成和傳統HEX相同之熱傳遞僅需要11.5%至6.6%的體積。就NISHEX1相對於傳統HEX而言，這是非比尋常的體積縮減，可支持此方式之應用於欲探討的冷卻應用中。應注意到，該極緊密式NISHEX1每一體積具有超過緊密式NISHEX2 2.5倍的網格表面積。這是NISHEX1具有較佳性能的一項重大理由。NISHEX1明顯的體積及重量優勢是列於表5內。

除了較低的體積及重量，以NISHEX1為基礎的散熱器會具有較合理的壓力降。在表面速度為1000fpm及相同熱傳遞的情形下，表6中的結果顯示出NISHEX1的壓力降低，且相對於針柱式鯺片的情形具有遠高許多的體積。很重要的，NISHEX1的風扇功率需求僅為1.4kWe。

使用表5中的結果可以決定出NISHEX1相對於傳統散熱器的體積及重量優勢。這些結果強調於表7中。如所示，該NISHEX1散熱器核心相對於其他傳統的散熱器在體積及重量上低超過90%及超過80%。

製造熱交換器的方法

在第12圖中顯示出一NISHEX總成裝置的概念側視圖。使用此方式建構的NISHEX包含疊套、交插、或堆疊結構，該結構係黏合至一定界表面上，其可以是具有液態冷媒的平坦管或平板通道，或是一具有電子或其他零件黏合於其上的均溫板。多層構成的鯺片元件係由不同特性之線網格或是具有孔或槽縫的板片所建構，以供重新起動邊界層。

該總成裝置可以讓NISHEX結構利用材料配送滾輪在連續性的基礎上進行製造。該NISHEX總成在第12圖自左至右向前進。一機架50支撐網格/板片材料輥子52及滾輪57，用以彎折及配送材料，其等係朝向位在機架50下游側的的一整合導件60進給。圖中顯示出五個上輥子52，其等固持住要用來形成鯺片元件21a五個層的線材或板片材料。下輥子54固持住要用來形成做為例如分隔板之表面、冷媒通道之表面、或均熱板之板片的材料。滾輪57對齊於上輥子52，例如滾輪57a可以是一“鑲齒”輪(”cog”wheel)或線性致動模具，用以在線材或板片材料53自上輥子52配送出來時將其彎折成波紋狀。這些不同的鑲齒或線性模具能夠形成對應於不同層的不同形狀。波紋狀形狀的例子是顯示於標號53a及53b以及第5A圖至第5B圖。對齊於輥子54的滾輪可導引材料朝向整合導件60，其可將用以形成NISHEX的五層及板15的下表面靠在一起。

參閱由線網格構成NISHEX的情形，網格層線材的直徑對於最下方滾輪是最小的，並隨著較高的輥子而增加，最頂側的使用最粗的線材。這可製作出第5A圖至第5B圖中的各種鯺片形狀。對齊於最下方用來固持板片材料之滾輪54的滾輪可用以壓平該支撐用底板片55。供給輥子52可交替地固持住實心板片(具有不同厚度)，其接著可由形成輥子開孔或開槽，並形成為該“波紋狀”的形狀，如53a及53b所示。

在通過整合導件60後，該疊套結構56接著通過一具有加熱器的黏合裝置70，其中該結構會被陷留於位在滾輪72上的金屬帶之間。這使得該等層在被加熱後壓合在一起。在用來導引疊套結構56通過加熱器70的帶導件72的上方及下方都設有加熱元件74。

對於某些材料而言，平板片55具有一層銅焊或焊料化合物於其上，其會熔化並流入至該等層互相靠在一起的區域內。在其他的情形中，該黏合化合物是以箔片或膏料形式加設至板及網格互相接觸的黏合位置處。可依應用的不用的考慮金屬或非金屬黏合材。另外，一夾具可在該總成通過加熱器74時，在黏合區域70內的黏合位置處將板片55及波紋狀網格/板片53的層固持在一起。熱量會活化該黏合劑，其則能將該總成固定在一起。該等疊套層接著會被拉引通過一冷卻器區域76，其中該黏合劑會被冷卻，例如利用冷空氣或氣體鼓風機79，而製成一條具有支撐板或板片之NISHEX的架構。該條NISHEX構造在離開冷卻區域76後即被一切割器78利用雷射或類似型式的切割器來切割成所需的NISHEX 80。

第12圖中所顯示的機器適合用於散熱件的連續製造。依構造的材料，可能會需要惰性氣體或真空。在真空及惰性氣體的情形中，整個的連續作業必須要包覆在一腔室內。對於較具有挑戰性的材料，其需要較高的溫度及更多的處理時間，該連續製程可分解成個別的(1)疊套的成形及夾持、(2)爐具加溫、漏泡、以及冷卻、以及(3)切割成最終長度等步驟。對於某些應用而言，可以使用高傳導係數非金屬或複合材料黏著劑來將疊套板片或線網格材料黏合在一起。另一種NISHEX用的材料，非各向同性型式的泡棉，可以使用低成本模材料以鑄造法製作之。此非各向同性泡棉具有類似於疊套網格核心的特性。該非各向同性泡棉方式可在某些應用中，在增加一些成本的情形下達成。該泡棉可採用類似於前述的方法來黏合至分隔用的平坦管或板上。

用來形成鯺片的線材可配置成不同的格式，以達成各向異性鯺片元件的不同變化。例如，在NISHEX 10(第4圖)的情形中，用來連接線材12的線材14未觸碰到板15。此種構造可透過選用具有分隔開之線材14的網格來達成之，該等線材係對齊於一鑲齒或其他成形裝置，以使得該等連接線材14存在於由線材12所構成的鯺片元件上，但不在線材12中延伸於該等鯺片元件之間的部位上。

在另一例子中，可以使用在他們疊套或整合在一起時會交插的線網格。這些網格可配置成使彎折成為鯺片元件的所有線材直接連接至該板上。網格可整合成讓較小線材直徑的網格疊套於較大的網格線材之間。透過使用此種方式，所有的線材均會觸碰到該板，如第6B圖至第6D圖所示，而不會如第5A圖至第5B圖及第6A圖所示般堆疊在該板上。因此，應用於NISHEX 20內的鯺片層22、24、26、28、及30可沿著平均流方向以邊靠邊方式設置，以使得每一線材均能觸碰到板15。在此情形中，位於定界板上的銅焊或其他黏合材料會直接將所有的線材黏合至該板上。這可達成線材與該板間的良好熱接觸，並可減低流經該結構的流動阻礙。這些是優點，但其實施可能會需要客製化的線材織物方法。

NISHEX的應用

在前述的NISHEX的優點及彈性下，有數種的應用是可行的。

散熱件(Heat Sink)

如第12圖中所看到的，用以將熱量自電子零件上移除的散熱件可利用所強調的設施在連續的基礎上製備。另外，依材料及黏合化合物而定，該製程可以是批量式而不是連續式的方法。另外，依自然對流或風扇驅動流動而定，可以採用開放或緊密的線網格疊套。雖然空氣冷卻式散熱件是很顯而易知的應用，但亦可採用液體冷卻，而冷媒的圍限則可透過適當的歧管來達成。另外，沸騰或冷凝熱傳遞可透過冷凍劑式流體或水來實施之。該等疊套的高表面積有利用於騰或冷凝。具有“觸鬚”(”whisker”)的線材可做為更強烈沸騰的成核位置。

板及鯺片熱交換器以及反應器(Plate and Fin Exchangers and Reactors)使用第11圖之裝置製造的疊套結構亦可製作成第12圖所示之NISHEX 90的形式。在此情形中，線材92、94的疊套是自頂側及底側對稱的。這些結構可以沿著交替的方向堆疊而形成一橫流式板及鯺片熱交換器。至少需要二層，而許多層亦常見。不同的材料、尺寸、及數量的層均可考慮，依流體及欲探討之應用而定。接著可將歧管附著至這些核心上，以構成橫流式、逆流式、或同流式熱交換器。

除了應用NISHEX來構成板及鯺片式熱交換器以及，其亦可以製作反應器，其能同時增進化學反應及熱傳遞。這可藉由利用標準程序在NISHEX結構的一個或二通道內塗佈適當的薄塗層及觸媒來達成之。該高表面積NISHEX可增進良好的反應及熱傳遞。這對於吸熱或放熱且在反應中同時需要熱傳遞的反應是有利的。

散熱器及冷卻盤管(Radiators and Cooling Coils)除了板及鯺片熱交換器以外，NISHEX結構亦可用製作散熱器，其中有液態冷媒流經平坦管或薄通道，且NISHEX是應用於該等管或通道之間，以在空氣與冷媒間傳遞熱量。除了使用水/乙二醇式混合物做為冷媒的簡易型散熱器架構以外，使用NISHEX的結構亦用來做冷凍劑是位於該等管內的冷凍系統的冷凝器及蒸發器。一般而言，空氣側的熱傳遞會限制冷凝器及蒸發器的性能。透過使用NISHEX來實質增進空氣側熱傳遞，其可克服此種限制。整合於相變化材料(Integrated with Phase Change Materials)相變化材料(PCM)，例如石蠟，具有高的熔化熱，可用於管理由例如脈動式電子應用所產生的暫態熱量。當該單元脈動時，一極高的熱尖波會傳遞通過該冷卻系統，造成電子零件的過溫度，除非熱管理系統是針對該熱尖波設定大小的。但是，針對峰值設定系統的大小，會使得系統的重量、體積、及成本，相對於針對平均熱負載設定大小的系統，成為過大。透過將PCM材料包含於迴路內，該PCM可在近乎固定溫度處自固態轉換成液態時吸收相當的熱量。這可削剪峰值溫度升高量，並可得到整體較低小體積、重量、及成本的熱管理系統。

雖然PCM極為有用，但那些在欲探討之溫度範圍內有效者是極為不良的導體。在此種情形下，熱尖波在必需的時間尺度內並無法被吸收來防止零件的過溫度，因為熱傳遞通過低傳導係數之PCM的瓶頸效應之故。為消除此瓶頸，可以使用NISHEX，其中一組通道填充PCM，而其他組則包含冷媒流。就此情形而言，PCM內的熱傳導路徑會因接觸到PCM之NISHEX的存在之故而增強。這會大幅度地促進PCM質量的熱反應。藉由實施具有PCM之NISHEX，熱傳導係數及熱容量二者能夠在以PCM為基礎之熱管理系統內獲得平衡。最後，雖然考量實心PCM的有利情形，但NISHEX亦可用來最佳化泥漿式PCM的衝擊，其中流體熱容量可透過加設微膠囊PCM來增進之。

NISHEX的其他應用(Other NISHEX Applications)雖然前述的應用強調NISHEX的熱傳遞優點，此結構亦可應用於其他的非各向同性結構是有利的應用中。各向同性泡棉用來做為結構、過濾、及聲學材料。在結構的應用上，當用於解決衝擊或震波負載時，NISHEX的非各向同性本質可用以調整塌落的進程。這些可相關於意外的衝擊或做為裝甲屏蔽的一部份。對於過濾而言，橫向流動可將不同大小顆粒陷留於該結構內，依網格大小的等級而定。軸向流，可能結合脈波式反向流，可用來定期地清除陷留的顆粒及再生過濾效能。根據網格材料、層數量、以及疊套情形，該材料可吸收聲波，並造成破壞性干涉及聲音分散及衰減，以控制雜音。另外，NISHEX結構也能夠發散振動。總結而言，NISHEX可滿足所有使用各向同性泡棉的應用，額外的好處在於NISHEX的各向異性特性可提供額外的設計彈性，以供更佳地滿足於某些應用。

前述本發明例示性實施例的說明，包括摘要中所描述的，並不是全部或用來限制本發明於本文中所揭露的精準形式。雖然在本文中針對例示的目的而描述特定的實施例及範例，但在本發明的範圍內仍有多種可為熟知相關技術之人士所認知的變化是可行的。

本發明的這些變化可針對前述的詳細說明實施。申請專利範圍內所用的語詞不應解讀為將本發明限制於本說明書中所揭露的特定實施例。相反的，本發明的範圍是全部由申請專利範圍來決定的，其必須根據已建立的申請專利範圍解讀原則來解讀。

1‧‧‧雙織

1a‧‧‧線材

1b‧‧‧線材

2‧‧‧刮織

3‧‧‧雙鎖卷

4‧‧‧平頂

5‧‧‧三投

6‧‧‧中卷

10‧‧‧非各向同性結構熱交換器

12‧‧‧線材

14‧‧‧線材

15‧‧‧板

20‧‧‧非各向同性結構熱交換器

21a‧‧‧鯺片元件

21b‧‧‧部份

22‧‧‧(線網格)鯺片層

24‧‧‧(線網格)鯺片層

26‧‧‧(線網格)鯺片層

28‧‧‧(線網格)鯺片層

30‧‧‧(線網格)鯺片層

50‧‧‧機架

52‧‧‧上輥子

53‧‧‧線材

53a‧‧‧波紋狀形狀

53b‧‧‧波紋狀形狀

54‧‧‧下輥子

55‧‧‧底板片

56‧‧‧疊套結構

57‧‧‧滾輪

57a‧‧‧滾輪

60‧‧‧整合導件

70‧‧‧黏合裝置

72‧‧‧帶導件

74‧‧‧加熱元件

76‧‧‧冷卻器區域

78‧‧‧切割器

79‧‧‧鼓風機

80‧‧‧非各向同性結構熱交換器

90‧‧‧非各向同性結構熱交換器

92‧‧‧線材

94‧‧‧線材

101‧‧‧線網格配置

102‧‧‧線網格配置

103‧‧‧線網格配置

104‧‧‧填角

105‧‧‧填角

106‧‧‧流動方向

L28‧‧‧長度

L30‧‧‧長度

第1圖顯示出鯺片效能相對於鯺片長度L的變化。

第2圖顯示出鯺片之熱傳遞係數相對於線材直徑的變化。

第3圖顯示出可用以建構NISHEX的線網格的範例。

第4圖是具有單一鯺片之NISHEX第一實施例的立體圖。

第5A圖及第5B圖是具有多層狀鯺片之NISHEX第二實施例的立體圖及側視圖。

第6A圖至第6D圖是堆疊、交插、交插平坦線材、以及交插橢圓線材黏合架構的剖面圖。

第7圖顯示出流經根據本文建構之測試物品的熱傳遞相對空氣流的情形。

第8圖顯示出第6圖之測試物品的壓力降相對於空氣流的情形。

第9圖顯示出第6圖之測試物品的性能係數相對於空氣流的情形。

第10圖顯示出全尺寸熱交換器基於第6圖之測試物品的測試結果的壓力降及熱阻抗相對於空氣流的情形。

第11圖將銅質NISHEX測試物品及鋁質NISHEX測試物品在欲探討之空氣表面速度範圍內與傳統HEX結果相比較。

第12圖是NISHEX基散熱件的形成機的側視圖。

第13圖是NISHEX第三實施例的側視圖。