TWI672471B - 熱交換裝置 - Google Patents

Abstract

一種熱交換裝置，用以解決習知熱交換裝置之熱交換效果不佳的問題。係包含：一中空管體，具有相對的一入氣口及一出氣口，該入氣口與該出氣口之間具有一入液口及一出液口；及一導熱組，位於該中空管體內，該導熱組具有數個熱媒板件及數個翅片，各該熱媒板件的數個液體流道連通該入液口與該出液口，該數個翅片位於該相鄰的二熱媒板件之間，各該翅片分別具有相連接的數個凹部及數個凸部，且各該翅片的外表面具有粗糙度，該相鄰的二翅片之間形成一氣體流道，該數個氣體流道連通該入氣口與該出氣口。

Description

熱交換裝置

本發明係關於一種熱交換裝置，尤其是一種用於氣液熱交換的熱交換裝置。

一般的鍋爐、焚化爐……等因運作而產生大量的高溫廢氣，而這些高溫廢氣通常還必須經過適當的降溫處理，才能排放於大氣環境中，如此才能符合環保的要求。而在前述高溫廢氣的降溫處理過程中，有些業者為了能充分地再利用該高溫廢氣，會應用於熱交換裝置的設施。習知的熱交換裝置具有一中空管體及位於該中空管體內的數個導熱管，該導熱管的外周具有數個鰭片，該數個導熱管的一端凸伸於一儲水槽內；據此，當高溫廢氣進入該中空管體後，其高溫熱能可以經由該數個導熱管傳導至該儲水槽，以期可以提升該儲水槽內的水液溫度。類似於該習知的熱交換裝置的一實施例已揭露於中華民國公告第472864號「廢棄氣體的熱能回收裝置(二)」專利案當中。

上述習知的熱交換裝置，該導熱管大多係以銅或鋁...等高傳熱性的材質所製成，且該導熱管的外表面較為平整，使得高溫廢氣與該導熱管的接觸面積較小。然而，為了使其熱交換效果提昇，通常會使高溫廢氣停留在該導熱管處的時間拉長，如此，將會減緩該中空管體內之高溫廢氣的流動速度，使高溫廢氣進入該中空管體時容易形成堵塞，進而導致熱交換效果不 佳。

有鑑於此，習知的熱交換裝置確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種熱交換裝置，係可以避免高溫廢氣進入中空管體時形成堵塞者。

本發明的次一目的是提供一種熱交換裝置，係可以提升該熱交換裝置之結構強度者。

本發明的又一目的是提供一種熱交換裝置，係可以增加導流順暢性者。

本發明的再一目的是提供一種熱交換裝置，係可以避免冷水體與熱水體相互混合者。

本發明以下所述方向性或其近似用語，例如「前」、「後」、「左」、「右」、「上(頂)」、「下(底)」、「內」、「外」、「側面」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性或其近似用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例，非用以限制本發明。

本發明的熱交換裝置，包含：一中空管體，具有相對的一入氣口及一出氣口，該入氣口與該出氣口之間具有一入液口及一出液口；及一導熱組，位於該中空管體內，該導熱組具有數個熱媒板件及數個翅片，各該等熱媒板件包含數個液體流道，各該等熱媒板件的數個液體流道連通該入液口與該出液口，該等數個翅片位於該等相鄰的二熱媒板件之間，各該翅片分別具有相連接的數個凹部及數個凸部，且各該翅片的外表面具有粗糙度，該等相鄰的二翅片之間形成一氣體流道，該數個氣體流道連通該入氣口與該出氣口。

據此，本發明的熱交換裝置，利用各該翅片的數個凹部及數個凸部，以及各該翅片的外表面具有粗糙度，係可以增加高溫廢氣的接觸面積，使得高溫廢氣停不需停留在各該氣體流道的時間太久，即可以提升熱傳性能，以避免高溫廢氣進入該中空管體時形成堵塞，藉此，係具有提昇整體熱交換效率的功效。

其中，該中空管體具有一第一導流道及一第二導流道，該第一導流道連通該入液口，該第二導流道連通該出液口，且該第一導流道與該第二導流道藉由該數個液體流道相連通。如此，係具有避免冷水體與熱水體相互混合的功效。

其中，該導熱組與該中空管體為一體成型所製成。如此，係具有提升該熱交換裝置之結構強度的功效。

其中，該導熱組與該中空管體係以3D列印技術所製成。如此，係具有降低組裝成本的功效。

其中，該熱媒板件的外表面及該數個液體流道的內表面具有粗糙度。如此，係具有增加接觸面積以提升熱傳性能的功效。

其中，該粗糙度Ra<50um。如此，係具有提供較佳熱傳性能的功效。

其中，各該熱媒板件分別具有相對的二導流削部，該二導流削部之其中一個自該中空管體內部朝該入氣口之方向漸縮延伸，該二導流削部之其中另一個自該中空管體內部朝該出氣口之方向漸縮延伸。如此，係具有可以增加導流效果以提升氣流流動順暢性的功效。

其中，各該液體流道與各該氣體流道形成交叉設置，使氣體由該入氣口進入該數個氣體流道並由該出氣口排出，及使液體由該入液口進入該數個液體流道並由該出液口排出。如此，係具有提升熱交換之整體效率的 功效。

其中，各該翅片係形成波浪狀。如此，係具有增加氣流接觸面積以提升熱傳性能的功效。

其中，該中空管體使用多層蓄熱材料製成。如此，係具有使該中空管體可以吸收並儲存可能散逸熱能的功效。

其中，該數個翅片的外表面具有相間隔的數個附著部。如此，係具有增加氣流接觸面積以提升熱傳性能的功效。

〔本發明〕

1‧‧‧中空管體

11‧‧‧入氣口

12‧‧‧出氣口

13‧‧‧入液口

14‧‧‧出液口

15‧‧‧第一導流道

16‧‧‧第二導流道

2‧‧‧導熱組

2a‧‧‧熱媒板件

2b‧‧‧翅片

21‧‧‧液體流道

22‧‧‧導流削部

23‧‧‧氣體流道

24‧‧‧凹部

25‧‧‧凸部

26‧‧‧附著部

H‧‧‧儲水槽

M‧‧‧微渦輪發電裝置

P‧‧‧泵浦

〔第1圖〕本發明一較佳實施例的立體圖。

〔第2圖〕沿第1圖的A-A線剖面圖。

〔第3圖〕沿第2圖的B-B線剖面圖。

〔第4圖〕本發明一較佳實施例導熱組的局部放大圖。

〔第5圖〕如第2圖所示C的局部放大圖。

〔第6圖〕如第3圖所示D的局部放大圖。

〔第7圖〕本發明一較佳實施例於實際應用的流程圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1圖所示，其係本發明熱交換裝置的一較佳實施例，係包含一中空管體1及一導熱組2，該導熱組2位於該中空管體1內部。

該中空管體1可以為各種形狀的管體，在本實施例中，該中空 管體1為圓管，然而，該中空管體1亦可為方管或其它各式管柱，本發明並不以此為限。該中空管體1具有相對的一入氣口11及一出氣口12，該入氣口11供高溫廢氣進入，該出氣口12供低溫廢氣排出。

此外，該中空管體1外周面具有一入液口13及一出液口14，該入液口13與該出液口14位於該入氣口11與該出氣口12之間，該入液口13供低溫液體進入，該出液口14供高溫液體排出，該入液口13、該出液口14與該中空管體1的內部相連通。

請參照第2、3圖所示，在本實施例中，該中空管體1可以選擇另具有一第一導流道15及一第二導流道16，該第一導流道15連通該入液口13，使該入液口13可以藉由該第一導流道15與該中空管體1的內部相連通，該第二導流道16連通該出液口14，使該出液口14可以藉由該第二導流道16與該中空管體1的內部相連通。特別說明的是，該中空管體1可使用多層蓄熱材料製成，例如：玻璃纖維或氧化鋁等材料，使該中空管體1可以吸收並儲存可能散逸熱能。

請參照第1、4圖所示，該導熱組2位於該中空管體1內部，該導熱組2連接該中空管體1的內壁面，該導熱組2與該中空管體1較佳為一體成型所製成，例如，可選擇以3D列印技術所製成，本發明不加以限制。該導熱組2具有數個熱媒板件2a及數個翅片2b，該數個熱媒板件2a是各別沿軸向設置，彼此係沿徑向相間隔排列，該數個翅片2b則位於該相鄰的二熱媒板件2a之間。

請參照第3、4圖所示，詳言之，各該熱媒板件2a分別具有數個液體流道21，該數個液體流道21可以為相互平行設置，該數個液體流道21一端連通該入液口13，使該入液口13可以藉由該第一導流道15與該數個液體流道21相連通；該數個液體流道21另一端連通該出液口14，使該出液 口14可以藉由該第二導流道16與該數個液體流道21相連通，且該第一導流道15與該第二導流道16較佳藉由該數個液體流道21相連通。特別說明的是，該熱媒板件2a的外表面及該數個液體流道21的內表面可以經過粗糙化處理，例如：可以使用酸蝕的方式，使該數個液體流道21的內表面可以如第6圖所示形成不規則的態樣，本發明不加以限制。較佳地，該熱媒板件2a外表面及該數個液體流道21內表面的粗糙度Ra<50um。

請參照第1、4圖所示，各該熱媒板件2a分別還可以具有相對的二導流削部22，該二導流削部22之其中一個自該中空管體1內部朝該入氣口11之方向漸縮延伸，使高溫廢氣由該入氣口11進入時可以較為順暢，該二導流削部22之其中另一個自該中空管體1內部朝該出氣口12之方向漸縮延伸，使低溫廢氣由該出氣口12排出時可以較為順暢。

請參照第2、4、5圖所示，該數個翅片2b係位於該相鄰的二熱媒板件2a之間，該數個翅片2b可以為相互平行設置，使該相鄰的二翅片2b之間形成一氣體流道23，該數個氣體流道23一端連通該入氣口11，該數個氣體流道22另一端連通該出氣口12，且各該液體流道21與各該氣體流道23較佳如第2圖所示形成交叉設置的態樣，使氣體由該入氣口11進入該數個氣體流道23並由該出氣口12排出，及使液體由該入液口13進入該數個液體流道21並由該出液口14排出。詳言之，各該翅片2b分別具有相連接的數個凹部24及數個凸部25，使各該翅片2b係形成非平直狀的態樣，例如：各該翅片2b可以選擇形成波浪狀或鋸齒狀，在本實施例中，各該翅片2b係以形成波浪狀來做說明。在另外的實施方式中，該翅片2b亦可選擇為「非連續面」。

請參照第4、5圖所示。特別說明的是，該翅片2b的外表面係可以經過粗糙化處理，例如：可以使用3D列印的方式，使該數個翅片2b的 外表面如第5圖所示可以具有相間隔的數個附著部26，該附著部26的形狀係以能使該數個翅片2b的外表面形成凹凸不平的態樣為原則，本發明不加以限制，亦不以本實施例所揭露之圖式為限。較佳地，該翅片2b外表面的粗糙度Ra<50um，使氣流經由該二相鄰翅片2b之間的各該氣體流道23時，可以增加氣流的接觸面積、造成局部加速氣體速度，以及產生明顯局部紊流效果(增加氣流擾動)，使進入該氣體流道23的高溫氣體能更有效的傳導至翅片2b表面，提高廢氣熱傳效率。

請參照第3、4、7圖所示，據由前述結構，本發明的熱交換裝置可應用於食品工業、醫藥工業、冷熱空調、石油化工…等等領域，在本實施例中，係以電力領域中的一微渦輪發電裝置M來做說明，該熱交換裝置可以設置於該微渦輪發電裝置M的一側，該微渦輪發電裝置M所排出的高溫廢氣可以由該中空管體1的入氣口11進入，並經由該導熱組2的數個氣體流道23往該出氣口12方向流動；另外，欲加熱的冷水體可以經由該入液口13進入，並經由該導熱組2的數個液體流道21往該出液口14方向流動。

此時，該冷水體與該高溫廢氣分別位於該液體流道21與該氣體流道23，該數個翅片2b可以吸收該高溫廢氣之熱能，並將該熱能傳遞至該數個熱媒板件2a，使得由該入液口13流入該數個熱媒板件2a之數個液體流道21的冷水體，被逐漸加熱成熱水體，並經由該出液口14流出後存放於一儲水槽H，使該儲水槽H內的熱水體可作其他需求使用，例如：工廠宿舍盥洗用水。而當該儲水槽H內的水體冷卻後，可經由一泵浦P加壓使該水體再流入該入液口13，以便可以做水體加熱的循環，而該高溫廢氣經降溫後形成低溫廢氣，該低溫廢氣則可經由該出氣口12排出。

另外，由於該熱媒板件2a的外表面及該數個液體流道21的內表面可以經過粗糙化處理以形成不規則的態樣，以及各該翅片2b係以形成波 浪狀，且各該翅片2b的外表面係經過粗糙化處理以形成凹凸不平的態樣，藉此，係可以分別增加氣流及水體的接觸面積，以提升熱傳性能，使得高溫廢氣不需停留在各該氣體流道23的時間太久，除了可以避免高溫廢氣進入該中空管體1時形成堵塞之外，還可以使該水體被加熱後的溫度可以更為提升。

綜上所述，本發明的熱交換裝置，利用各該翅片的數個凹部及數個凸部，以及各該翅片的外表面具有粗糙度，係可以增加高溫廢氣的接觸面積，使得高溫廢氣不需停留在各該氣體流道的時間太久，即可以提升熱傳性能，以避免高溫廢氣進入該中空管體時形成堵塞，藉此，係具有提昇整體熱交換效率的功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

1. 一種熱交換裝置，包含：一中空管體，具有相對的一入氣口及一出氣口，該入氣口與該出氣口之間具有一入液口及一出液口；及一導熱組，位於該中空管體內，該導熱組具有數個熱媒板件及數個翅片，各該等熱媒板件包含數個液體流道，各該等熱媒板件的數個液體流道連通該入液口與該出液口，該等數個翅片位於該等相鄰的二熱媒板件之間，各該翅片分別具有相連接的數個凹部及數個凸部，且各該翅片的外表面具有粗糙度，該等相鄰的二翅片之間形成一氣體流道，該數個氣體流道連通該入氣口與該出氣口。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱交換裝置，其中，該中空管體具有一第一導流道及一第二導流道，該第一導流道連通該入液口，該第二導流道連通該出液口，且該第一導流道與該第二導流道藉由該數個液體流道相連通。
3. 如申請專利範圍第1項所述之熱交換裝置，其中，該導熱組與該中空管體為一體成型所製成。
4. 如申請專利範圍第3項所述之熱交換裝置，其中，該導熱組與該中空管體係以3D列印技術所製成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之熱交換裝置，其中，該熱媒板件的外表面及該數個液體流道的內表面具有粗糙度。
6. 如申請專利範圍第1或5項所述之熱交換裝置，其中，該粗糙度Ra<50um。
7. 如申請專利範圍第1項所述之熱交換裝置，其中，各該熱媒板件分別具有相對的二導流削部，該二導流削部之其中一個自該中空管體內部 朝該入氣口之方向漸縮延伸，該二導流削部之其中另一個自該中空管體內部朝該出氣口之方向漸縮延伸。
8. 如申請專利範圍第1項所述之熱交換裝置，其中，各該液體流道與各該氣體流道形成交叉設置，使氣體由該入氣口進入該數個氣體流道並由該出氣口排出，及使液體由該入液口進入該數個液體流道並由該出液口排出。
9. 如申請專利範圍第1項所述之熱交換裝置，其中，各該翅片係形成波浪狀。
10. 如申請專利範圍第1項所述之熱交換裝置，其中，該中空管體使用多層蓄熱材料製成。
11. 如申請專利範圍第1項所述之熱交換裝置，其中，該數個翅片的外表面具有相間隔的數個附著部。