TWI672479B - 散熱盤管排列結構與具有散熱盤管排列結構的冷卻水塔 - Google Patents

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Abstract

本案係揭露一種散熱盤管排列結構，該散熱盤管排列結構具有一第一區域及一第二區域，該第一區域位於該第二區域之上，散熱盤管的縱向剖面包含複數橢圓截面，且該等橢圓截面由上而下交錯排列成複數列；其中位於該第一區域的各該橢圓截面之長軸平行於該等橢圓截面的一中心軸，而位於該第二區域的部分橢圓截面的長軸朝向該中心軸傾斜。藉此，由於本發明之散熱盤管排列結構係將散熱盤管的縱向剖面以前述方式排列，相較於先前技術之散熱盤管排列結構能具有更佳的熱傳導效率。

Description

散熱盤管排列結構與具有散熱盤管排列結構的冷卻水塔
本發明係關於一種散熱盤管排列結構與具有散熱盤管排列結構的冷卻水塔，更特別的是關於將散熱盤管的縱向剖面以特定方式排列的一種散熱盤管排列結構與具有該散熱盤管排列結構的冷卻水塔。
熱量排放無論在工業製程或民生用途中皆極為重要的一環，不良的熱排放裝置會造成熱傳遞的阻礙，造成散熱效果降低。目前使用的熱排放裝置，以冷卻水塔最具效果。
圖1係為一般冷卻水塔中的散熱盤管20’的示意圖。圖2係為一般冷卻水塔1’中的縱向剖面示意圖。一般冷卻水塔中1’可設計為具有大致上呈圓柱形的殼體90’，而散熱盤管20’設置於殼體90’中。欲散熱的流體(例如水)係在殼體90’內的散熱盤管20’中流動。
如圖1、圖2所示，散熱盤管20’的縱向剖面係由上而下交錯排列成複數列，而外部空氣(或冷卻氣體)由殼體90’側面靠近底部的入氣區域91’進入，通過散熱盤管20’的縱向剖面之間再由殼體90’頂部的出氣區域93’流出，同時帶走散熱盤管20’中流動之流體的熱量。因此，外部空氣(或冷卻氣體)的熱傳效果，即對冷卻水塔1’中的散熱效果產生關鍵性的影響。
為了避免散熱盤管20’影響外部空氣(或冷卻氣體)的流動，常將其縱向剖面設計為如圖2所示的橢圓形。然而，如圖2所示之散熱盤管20’的縱 向剖面的排列方式，仍會對外部空氣(或冷卻氣體)的流動產生負面影響，進而降低其熱傳導效率。
有鑑於此，如何提出一種能有效解決前述問題的散熱盤管排列結構與應用其的冷卻水塔，將是本發明所欲積極揭露之處。
本發明之一目的在於提出一種散熱盤管排列結構與具有散熱盤管排列結構的冷卻水塔，透過將散熱盤管的縱向剖面以特定方式排列，能有效解決先前技術所產生的問題。
為達上述目的及其他目的，本發明提出一種散熱盤管排列結構，該散熱盤管排列結構具有一第一區域及一第二區域，該第一區域位於該第二區域之上，散熱盤管的縱向剖面包含複數橢圓截面，且該等橢圓截面由上而下交錯排列成複數列；其中位於該第一區域的各該橢圓截面之長軸平行於該等橢圓截面的一中心軸，而位於該第二區域的部分橢圓截面的長軸朝向該中心軸傾斜。
於本發明之一實施例中，各列的橢圓截面之數量為雙數。
於本發明之一實施例中，該等橢圓截面由上而下依次為第1列至第Y列，各列以該中心軸為界，由外而內依次為第1個至第X個，X、Y為正整數，並且在該第二區域中，該等橢圓截面係以下列方式排列：各列中最靠近該中心軸的橢圓截面之長軸平行於該中心軸；最上方之列中最遠離該中心軸的兩個橢圓截面之長軸對準第1列的中心點；以及除了前述橢圓截面之外，第N列第 M個橢圓截面之長軸係對準第(N-M)列的中心點，M、N為正整數，MX，NY且MN/2。
為達上述目的及其他目的，本發明復提出一種冷卻水塔，包含：一殼體，具有一入氣區域與一出氣區域，該入氣區域位於該殼體的側表面接近底部之處，而該出氣區域位於該殼體的頂部；以及前述之散熱盤管排列結構，設置於該殼體內；其中該第一區域的頂部對應該出氣區域，而該第二區域的周圍對應該入氣區域。
藉此，由於本發明之散熱盤管排列結構與具有散熱盤管排列結構的冷卻水塔係將散熱盤管的縱向剖面以前述方式排列，相較於先前技術之散熱盤管排列結構與具有散熱盤管排列結構的冷卻水塔能具有更佳的熱傳導效率。
1‧‧‧冷卻水塔
100、101‧‧‧散熱盤管排列結構
11‧‧‧第一區域
12‧‧‧第二區域
20‧‧‧橢圓截面
21‧‧‧長軸
251‧‧‧橢圓截面
253‧‧‧橢圓截面
254‧‧‧橢圓截面
275‧‧‧橢圓截面
282‧‧‧橢圓截面
30‧‧‧中心軸
90‧‧‧殼體
91‧‧‧入氣區域
93‧‧‧出氣區域
1’‧‧‧冷卻水塔
20’‧‧‧散熱盤管
90’‧‧‧殼體
91’‧‧‧入氣區域
93’‧‧‧出氣區域
〔圖1〕係為一般冷卻水塔中的散熱盤管的示意圖。
〔圖2〕係為一般冷卻水塔中的縱向剖面示意圖。
〔圖3〕係為本發明一實施例之散熱盤管排列結構的縱向剖面示意圖。
〔圖4〕係為本發明另一實施例之散熱盤管排列結構的縱向剖面示意圖。
〔圖5〕係為本發明一實施例之冷卻水塔的縱向剖面示意圖。
〔圖6〕係為溫度分佈圖。
〔圖7〕係為壓力分佈圖。
〔圖8〕係為本發明另一實施例之冷卻水塔的縱向剖面示意圖。
〔圖9〕係為溫度分佈圖。
〔圖10〕係為壓力分佈圖。
為充分瞭解本發明，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明。本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的目的、特徵及功效。須注意的是，本發明可透過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。另外，本發明所附之圖式僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的申請專利範圍。說明如後：圖3係為本發明一實施例之散熱盤管排列結構100的縱向剖面示意圖。在本實施例中，該散熱盤管排列結構100具有一第一區域11及一第二區域12，該第一區域11位於該第二區域12之上，該散熱盤管的縱向剖面包含複數橢圓截面20，且該等橢圓截面20由上而下交錯排列成複數列(圖3中的實施例為8列)。
在本實施例中，各列的橢圓截面20之數量為雙數，例如在圖3所示之實施例中，各列的橢圓截面20之數量為8個。然而，本發明並未限定於此。在其他實施例中，各列的橢圓截面20之數量也可為單數。再者，雖然圖3(以及後續圖式)所示之實施例中，各列的橢圓截面20之數量皆相同，但本發 明並未限定於此。在其他實施例中，各列的橢圓截面20之數量也可設計為不同。在此不多加贅述。
在本發明實施例中，位於該第一區域11的各該橢圓截面之長軸21平行於該等橢圓截面的一中心軸30，而位於該第二區域12的部分橢圓截面20的長軸21朝向該中心軸30傾斜。
一般而言，外部空氣(或冷卻氣體)會先由圖3所示之該第二區域12周圍進入，再由該第一區域11的頂部流出，透過本發明實施例之散熱盤管排列結構100將使得外部空氣(或冷卻氣體)受到的阻力更小，並達到更佳的熱傳導效率。後方將詳細說明。
圖4係為本發明另一實施例之散熱盤管排列結構101的縱向剖面示意圖。圖4所示之散熱盤管排列結構101具有與圖3所示之散熱盤管排列結構100類似的結構特徵，這些特徵所對應之元件符號以及詳細說明可參考上述內容，在此將不再贅述。
在本實施例中，該等橢圓截面由上而下依次為第1列至第Y列，各列以該中心軸30為界，由外而內依次為第1個至第X個，其中X、Y為正整數。
此外，在該第二區域12中，該等橢圓截面係以下列方式排列：當一列的橢圓截面之數量為單數時，該列中最靠近該中心軸30的橢圓截面之長軸平行於該中心軸30；當一列的橢圓截面之數量為雙數時，該列中最靠近該中心軸30的兩個橢圓截面之長軸皆平行於該中心軸30；最上方之列中最遠離該中心軸30的兩個橢圓截面之長軸對準第1列的中心點；以及除了前述橢圓截面之 外，第N列第M個橢圓截面之長軸係對準第(N-M)列的中心點，M、N為正整數，MX，NY且MN/2。
舉例來說，如圖4所示，第5列的橢圓截面之數量為雙數(8個)，第5列中最靠近該中心軸30的兩個橢圓截面254之長軸皆平行於該中心軸30；類似地，第7列的橢圓截面之數量為雙數(8個)，第7列中最靠近該中心軸30的兩個橢圓截面274之長軸皆平行於該中心軸30。在圖4之第二區域12中，最上方之列為第5列，第5列中最遠離該中心軸30的兩個橢圓截面251之長軸對準第1列的中心點。此外，第5列第3個橢圓截面253之長軸係對準第2列的中心點，而第8列第2個橢圓截面282之長軸係對準第6列的中心點。依此類推。
圖5係為本發明一實施例之冷卻水塔1的縱向剖面示意圖。在本實施例中，該冷卻水塔1包含一殼體90以及圖4所示之散熱盤管排列結構101。該殼體90具有一入氣區域91與一出氣區域93，該入氣區域91位於該殼體90的側表面接近底部之處，而該出氣區域93位於該殼體的頂部。該散熱盤管排列結構101設置於該殼體90內。該散熱盤管排列結構101之第一區域11的頂部對應該出氣區域93，而該散熱盤管排列結構101之第二區域12對應該入氣區域91。
以下將以圖2所示之習知的冷卻水塔1’(Case 1)與圖5所示之本發明實施例的冷卻水塔1(Case 2)進行比較，透過k-epsilon RNG model(enhanced wall treatment)模擬與SIMPLEC演算法，比較兩者的熱傳導性。下表一為模擬結果數據，圖6、圖7分別為溫度分佈圖及壓力分佈圖。
在此，j係定義為對流熱傳係數的無因次化參數，f係定義為壓損的無因次化參數。在熱交換器分析中，j/f通常為越高越好。如表一的結果，本發明實施例的冷卻水塔1(Case 2)的j/f比一般冷卻水塔1’(Case 1)高約31.9%，同時參照圖6所示之溫度分佈圖及圖7所示之壓力分佈圖可知，本發明實施例的冷卻水塔1相較於習知的冷卻水塔1’具有更佳的熱傳導性。
圖8係為本發明另一實施例之冷卻水塔2的縱向剖面示意圖。在本實施例中，該冷卻水塔2包含一殼體90以及一散熱盤管排列結構102。與圖5所示之冷卻水塔1的差異，係在於該散熱盤管排列結構102，其他相同之處在此不多加贅述。
類似地，該散熱盤管排列結構102設置於該殼體90內，且該散熱盤管排列結構102具有一第一區域11及一第二區域12，該第一區域11位於該第二區域12之上，該散熱盤管的縱向剖面包含複數橢圓截面，且該等橢圓截面由上而下交錯排列成複數列(圖8中的實施例為8列)。該散熱盤管排列結構102 之第一區域11的頂部對應該出氣區域93，而該散熱盤管排列結構102之第二區域12對應該入氣區域91。
在本實施例中，各列的橢圓截面之數量為單數(9個)，位於該第一區域11的各該橢圓截面之長軸平行於該等橢圓截面的一中心軸30，而位於該第二區域12的部分橢圓截面的長軸朝向該中心軸30傾斜。該等橢圓截面由上而下依次為第1列至第Y列，各列以該中心軸30為界，由外而內依次為第1個至第X個，其中X、Y為正整數。
此外，在該第二區域12中，該等橢圓截面同樣以下列方式排列：當一列的橢圓截面之數量為單數時，該列中最靠近該中心軸30的橢圓截面之長軸平行於該中心軸30；當一列的橢圓截面之數量為雙數時，該列中最靠近該中心軸30的兩個橢圓截面之長軸皆平行於該中心軸30；最上方之列中最遠離該中心軸30的兩個橢圓截面之長軸對準第1列的中心點；以及除了前述橢圓截面之外，第N列第M個橢圓截面之長軸係對準第(N-M)列的中心點，M、N為正整數，MX，NY且MN/2。
舉例來說，如圖8所示，第5列的橢圓截面之數量為單數(9個)，第5列中最靠近該中心軸30的橢圓截面255之長軸平行於該中心軸30；類似地，第7列的橢圓截面之數量為單數(9個)，第7列中最靠近該中心軸30的橢圓截面275之長軸平行於該中心軸30。在圖8之第二區域12中，最上方之列為第5列，第5列中最遠離該中心軸30的兩個橢圓截面251之長軸對準第1列的中心點。此外，第5列第3個橢圓截面253之長軸係對準第2列的中心點，而第8列第2個橢圓截面282之長軸係對準第6列的中心點。依此類推。
以下將以另一種習知的冷卻水塔(Case 3)與圖8所示之本發明實施例的冷卻水塔2(Case 4)進行比較，透過k-epsilon RNG model(enhanced wall treatment)模擬與SIMPLEC演算法，比較兩者的熱傳導性。下表二為模擬結果數據，圖9、圖10分別為溫度分佈圖及壓力分佈圖。在Case 3之冷卻水塔中，所有的橢圓截面之長軸皆平行於這些橢圓截面的中心軸。
如表二的結果，本發明實施例的冷卻水塔2(Case 4)的j/f比習知的冷卻水塔(Case 3)高約41%，同時參照圖9所示之溫度分佈圖及圖10所示之壓力分佈圖可知，本發明實施例的冷卻水塔2相較於習知的冷卻水塔具有更佳的熱傳導性。
承上述說明，由於本發明之散熱盤管排列結構與具有散熱盤管排列結構的冷卻水塔係將散熱盤管的縱向剖面以前述方式排列，相較於先前技 術之散熱盤管排列結構與具有散熱盤管排列結構的冷卻水塔能具有更佳的熱傳導效率。
本發明在上文中已以實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

Claims (5)

  1. 一種散熱盤管排列結構，該散熱盤管排列結構具有一第一區域及一第二區域，該第一區域位於該第二區域之上，散熱盤管的縱向剖面包含複數橢圓截面，且該等橢圓截面由上而下交錯排列成複數列；其中位於該第一區域的各該橢圓截面之長軸平行於該等橢圓截面的一中心軸，而位於該第二區域的部分橢圓截面的長軸朝向該中心軸傾斜；其中該等橢圓截面由上而下依次為第1列至第Y列，各列以該中心軸為界，由外而內依次為第1個至第X個，X、Y為正整數，並且在該第二區域中，該等橢圓截面係以下列方式排列：當一列的橢圓截面之數量為單數時，該列中最靠近該中心軸的橢圓截面之長軸平行於該中心軸；當一列的橢圓截面之數量為雙數時，該列中最靠近該中心軸的兩個橢圓截面之長軸皆平行於該中心軸；最上方之列中最遠離該中心軸的兩個橢圓截面之長軸對準第1列的中心點；以及除了前述橢圓截面之外，第N列第M個橢圓截面之長軸係對準第(N-M)列的中心點，M、N為正整數，MX，NY且MN/2。
  2. 如請求項1所述之散熱盤管排列結構，其中各列的橢圓截面之數量為雙數。
  3. 一種冷卻水塔，包含： 一殼體，具有一入氣區域與一出氣區域，該入氣區域位於該殼體的側表面接近底部之處，而該出氣區域位於該殼體的頂部；以及散熱盤管排列結構，設置於該殼體內，該散熱盤管排列結構具有一第一區域及一第二區域，該第一區域位於該第二區域之上，散熱盤管的縱向剖面包含複數橢圓截面，且該等橢圓截面由上而下交錯排列成複數列；其中位於該第一區域的各該橢圓截面之長軸平行於該等橢圓截面的一中心軸，而位於該第二區域的部分橢圓截面的長軸朝向該中心軸傾斜；其中該第一區域的頂部對應該出氣區域，而該第二區域的周圍對應該入氣區域。
  4. 如請求項3所述之散熱盤管排列結構，其中各列的橢圓截面之數量為雙數。
  5. 如請求項3或4所述之散熱盤管排列結構，其中該等橢圓截面由上而下依次為第1列至第Y列，各列以該中心軸為界，由外而內依次為第1個至第X個，X、Y為正整數，並且在該第二區域中，該等橢圓截面係以下列方式排列：當一列的橢圓截面之數量為單數時，該列中最靠近該中心軸的橢圓截面之長軸平行於該中心軸；當一列的橢圓截面之數量為雙數時，該列中最靠近該中心軸的兩個橢圓截面之長軸皆平行於該中心軸； 最上方之列中最遠離該中心軸的兩個橢圓截面之長軸對準第1列的中心點；以及除了前述橢圓截面之外，第N列第M個橢圓截面之長軸係對準第(N-M)列的中心點，M、N為正整數，MX，NY且MN/2。
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