TWI595207B - Heat exchanger - Google Patents

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TWI595207B TW104138488A TW104138488A TWI595207B TW I595207 B TWI595207 B TW I595207B TW 104138488 A TW104138488 A TW 104138488A TW 104138488 A TW104138488 A TW 104138488A TW I595207 B TWI595207 B TW I595207B
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Description

熱交換器
本創作係有關於一種熱交換器，特別是有關於一種可防止高溫流道的高溫氣體漏洩至低溫流道的熱交換器。
在工業產業領域中有著許多高溫的應用，對於高溫的廢氣問題而言，由於排出的氣體溫度很高，若直接排入大氣中，不僅提升大氣中碳濃度，更會對環境產生不良的熱島效應，使空氣污濁、能見度惡劣；且高溫熱能直接排放於大氣之中也是一種資源浪費。因此，目前對高溫廢氣有一種慣用的處理方式，就是在高溫廢氣排放前利用一種熱交換器進行降溫處理，同時截取熱源再利用。
按，習知應用於處理廢熱氣體之熱交換器，其係利用一流體迴路，並在該迴路內添加液體媒介，該迴路橫跨於高溫流道與低溫流道，二流道之間藉由隔板分隔，使其形成二獨立之氣體通道。上述熱交換器常將其應用於工業上煙道廢氣之廢熱回收，於此一操作中，煙道之高溫廢氣係流通於高溫流道，使其藉熱傳導及對流作用輸送至流體迴路，流體迴路中的液態媒介吸收熱源後汽化，上升至迴路之低溫流道中，迴路的管壁內因低溫而冷凝回復成液態再回流至迴路下方的高溫流道中。惟查，目前隔板設計皆為實心隔板，在二流道間的冷熱空氣會因熱管慣穿隔板處的隙縫流通過，引 響冷熱流道間的溫度。
本創作的目的在於提供一種熱交換器，藉由設置在熱交換器中間的分隔板具有中空結構，中空結構用以輸入大於高低溫流道的氣壓，藉此，因中空結構的氣壓大於高低溫流道的氣壓，可使高低溫流道的氣體不會由熱管慣穿分隔板處的隙縫流通過，互相引響高低溫流道的溫度。
本創作一種熱交換器，包括：框架；分隔板，為中空結構，設置於框架內，使框架分為低溫流道及高溫流道；以及複數個熱管，併列並設置於框架內，並貫穿分隔板，使每一熱管分為蒸發區及凝結區，蒸發區位在該框架之高溫流道，凝結區位在框架之低溫流道，其中分隔板的中空結構內用以輸入氣壓，氣壓大於低溫流道及高溫流道的氣壓。
本創作中所述的熱交換器藉由設置於框架中的分隔板具有中空結構，其中空結構用以輸入大於高低溫流道的氣壓，可使高低溫流道的氣體不會由熱管慣穿分隔板處的隙縫流通過，此可以穩定控制高低溫流道的溫度，提升熱交換效率。
100‧‧‧熱交換器
110‧‧‧框架
111‧‧‧低溫流道
112‧‧‧高溫流道
120‧‧‧分隔板
121‧‧‧氣壓
123‧‧‧分隔板表面
130‧‧‧熱管
131‧‧‧蒸發區
132‧‧‧凝結區
133‧‧‧熱管外表面
140、142‧‧‧水液
141‧‧‧水蒸氣
150‧‧‧鰭片
160‧‧‧高分子材料
910‧‧‧冷空氣
920‧‧‧熱空氣
圖1為本創作之一實施例之熱交換器立體示意圖。
圖2為本創作之分隔板之剖面示意圖。
圖3為本創作之熱交換器之使用示意圖。
茲配合圖式將本案實施例詳細說明如下，其所附圖僅以示意方式說明本案之基本結構。因此在該等圖示中僅標示與本案有關之元件，且所顯示之元件非以實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，閤先述明。
圖1為本創作之一實施例之熱交換器立體示意圖。圖2為本創作之分隔板之剖面示意圖。
熱交換器100包括框架110、分隔板120以及複數個熱管130。分隔板120設置於框架110內，使框架110分為低溫流道111及高溫流道112。低溫流道111用以通過一冷空氣910。高溫流道112用以通過熱空氣920。該些熱管130為一封閉之金屬管，且內部有適量之水液140。該些熱管130併列並設置於該框架110內，並貫穿該分隔板120，使每一該熱管130分為蒸發區131及凝結區132。蒸發區131位在框架110之高溫流道112。凝結區132位在該框架110之低溫流道111。上述低溫流道111與高溫流道112為二獨立之流體通道，低溫流道111包括分隔板120以上之框架110及熱管130之凝結區132部份，而高溫流道112則包括分隔板120以下之框架110及熱管130之蒸發區131部份。
分隔板120為中空結構，中空結構內用以輸入氣壓121，氣壓121大於低溫流道111及高溫流道112的氣壓，因氣壓121大於高低溫流道的氣壓，可使高低溫流道間的氣體不會由熱管慣穿分隔板處的隙縫流通過。
如上述，更進一步說明，當熱管130慣穿分隔板 120時，此時貫穿處會有微小細縫，此時分隔板120的中空結構內輸入氣壓大於高低溫流道111、112氣壓時，高低溫流道的氣體為因氣壓121阻隔，而無法透過隙縫流通而相互影響。
且進一步地，為了密封該隙縫，可利用高分子材料160密封該些熱管130慣穿該分隔板120處，高分子材料160為聚四氟乙烯，且為了加強高分子材料160能夠更緊密密封熱管130慣穿分隔板120處，該些熱管130慣穿該分隔板120處的熱管外表面133及分隔板表面123皆具有粗糙表面，粗糙表面能提高高分子材料密封該熱管慣穿該分隔板處的強度，因高分子材料能進一步密封隙縫，因此可以有效降低氣壓灌輸至隔板中空結構內的氣體量，以減少氣壓灌輸成本消耗，並且可穩定維持中空結構內的氣壓壓力。
另外，熱管130以等距的方式排列，且內部為真空狀。每一熱管130之表面設置有複數個鰭片150，並以輻射狀排列。每一熱管130之表面上的該些鰭片150交錯於相鄰之該些熱管130之表面上的該些鰭片150。藉由鰭片150的設置可幫助熱管130的溫度傳導效率，而且以交錯的方所設置的鰭片150也可以增加空間的使用效率。
圖3為本創作之熱交換器之使用示意圖。藉由上述結構之構成本案熱交換器100。當該熱空氣920流過該框架110之高溫流道112時，熱空氣920會因分隔板120中空結構氣壓大於高溫流道112氣壓，使熱空氣920無法透過隙縫進入低溫流道111處，反之，冷空氣910流過該框架110之低溫流道111時，冷空氣910會因分隔板120中空結構氣壓大 於低溫流道111氣壓，使冷空氣910無法透過隙縫進入高溫流道112處。因此可以有效穩定高低溫流道的溫度。
另外，在熱交換流程中，熱管130之蒸發區131內之水液140形成水蒸氣141，並蒸發至該些熱管130之凝結區132。當該低溫910流過該框架110之低溫流道111時，該些熱管130之凝結區132之水蒸氣141形成水液142，並流至該些熱管130之蒸發區131。
詳言之，本案熱交換器100於操作時，該待降溫的熱空氣920被引流於高溫流道112中，並流過熱管130之蒸發區131。而低溫流道111則輸入冷空氣910而流經熱管130之凝結區132。藉此，當待降溫的熱空氣920流經高溫流道112時，熱管130之蒸發區131受熱氣的高溫影響，使其將熱能藉熱傳導作用輸送至熱管130內。熱管130中之水液140吸收熱能後會產生汽化作用而轉變為水蒸氣141，使水蒸氣141上升至熱管130之凝結區132(亦即低溫流道111中)。由於低溫流道111中之熱管130管壁外的氣體為較低溫之冷空氣910，故藉該低溫作用使上升於凝結區132的水蒸氣141，凝結回復為水液142，該水液142即延熱管130管壁回流至下方之蒸發區131(亦即高溫流道112中)。
當高溫流道112之蒸發區131與熱管130進行熱交換而達到降溫的作用，熱管130內的水液140蒸發成水蒸氣141上升至凝結區132後，經冷卻而凝結回復成水液142沿熱管130管壁流下至蒸發區131，再被熱氣加熱而構成一反覆的熱交換循環。由此熱傳原理可明顯得知，其熱傳機制主 要是由相變化(兩相)熱傳，兩相熱傳熱管130內的水液140因吸熱而蒸發，快速流向壓力較低的凝結區132，並且在此釋放出熱能而凝結成水液142，該水液142經由毛細管力及重力流回原蒸發區131完成一次循環。熱管130內的水液140藉反覆循環來達到熱傳導之目的。值得一提的是，熱管130內部係呈真空狀並以水作為工作液，水在真空的狀態下將可以有效提高熱傳導效率。
本案熱交換器100結構中，分隔板120為中空結構，因中空結構內用以輸入氣壓121，且氣壓121大於該低溫流道及該高溫流道的氣壓，使冷熱流道間的氣體不會由熱管慣穿分隔板處的隙縫流通過，而不會使高溫流道的溫度引響低溫流道的溫度，且進一步地，利用高分子材料160密封該些熱管慣穿該分隔板處的隙縫，可以提升熱管慣穿該分隔板處的密封度，有效降低氣壓灌輸至隔板中空結構內，以減少氣壓灌輸成本消耗，並且可穩定維持中空結構內的氣壓壓力。
綜上所述，乃僅記載本創作為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本新型專利實施之範圍。即凡與本新型申請專利範圍文義相符，或依本新型申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本新型申請專利範圍所涵蓋。
110‧‧‧框架
111‧‧‧低溫流道
112‧‧‧高溫流道
120‧‧‧分隔板
121‧‧‧氣壓
123‧‧‧分隔板表面
130‧‧‧熱管
131‧‧‧蒸發區
132‧‧‧凝結區
133‧‧‧熱管外表面
140‧‧‧水液
150‧‧‧鰭片
160‧‧‧高分子材料

Claims (6)

  1. 一種熱交換器，包括：一框架；一分隔板，為一中空結構，設置於該框架內，使框架分為一低溫流道及一高溫流道；以及複數個熱管，併列設置於該框架內，並貫穿該分隔板，使每一該熱管分為一蒸發區及一凝結區，該蒸發區位在該框架之高溫流道，該凝結區位在該框架之低溫流道，其中該分隔板的中空結構內用以輸入一氣壓，該氣壓大於該低溫流道及該高溫流道的氣壓，其中一高分子材料密封該些熱管慣穿該分隔板處，該高分子材料為聚四氟乙烯，其中該些熱管慣穿該分隔板處的熱管外表面及分隔板表面皆具有一粗糙表面。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之熱交換器，其中該些熱管內部為真空狀。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之熱交換器，其中每一該熱管之表面設置有複數個鰭片。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述之熱交換器，其中每一該熱管之表面上的該些鰭片以輻射狀排列。
  5. 根據申請專利範圍第3項所述之熱交換器，其中每一該熱管之表面上的該些鰭片交錯於相鄰之該些熱管之表面上的該些鰭片。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之熱交換器，其中該些熱管以等距的方式排列。
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