TWI792414B - 渦流熱交換裝置 - Google Patents

Abstract

本創作係一種渦流熱交換裝置，其包含複合管組件及設於復合管組件之渦流導引結構，複合管組件包含具有外管以及設於外管內的內管，外管與內管之間形成有沿著內管軸向延伸的渦流通道，外管於渦流通道的二端分別形成流體出口及封閉端，內管形成有與流體出口同一端之流體入口，流體通道與渦流通道於封閉端處相互連通，渦流導引結構位於渦流通道鄰近外管之封閉端，高壓流體能自流體入口導入，高壓流體於通過渦流導引結構時能產生環繞內管外圍的渦流，藉此能增加高壓流體在渦流通道內的流動路徑，不但能有效簡化結構，降低製造及維護成本，此外，能有效增加高壓流體與外管或是內管之間的熱傳面積，能有效提高熱交換效率。

Description

渦流熱交換裝置

本創作係一種渦流熱交換裝置，尤指利用渦流的方式進行流體熱交換之渦流熱交換裝置。

熱交換器主要係透過流體的流動以進行熱量的傳遞的裝置，藉此達到冷卻以及升溫之效果，現今的熱交換器主要係透過在一殼體內設置迂迴有一熱流通道以及一冷卻通道，所述熱流通道予所述冷卻通道係相互交錯且互不連通，所述熱交換器之熱流通道能供一熱流體通過，而所述冷卻通道能通一冷流體通過。

當在進行熱交換時，所述熱流體及所述冷流體能分別在通過所述熱流通道及所述冷卻通道的過程中，透過所述熱流通道、冷卻通道的管壁進行熱交換，並藉由迂迴設計之熱流通道及冷卻通道，以提高熱流體與冷流體通過時之熱傳面積，進而達到提高熱交換效率之效果。

然而現今之熱交換器必須設計複雜的迂迴流道以提高熱傳導的效率，不但結構複雜，且在製造及維護的成本較高，故仍有待改善之必要。

本創作之主要目的在於提供一渦流熱交換裝置，希藉此改善現今之熱交換器結構複雜，且在製造及維護的成本較高之問題。

為達成前揭目的，本創作之渦流熱交換裝置包含： 一複合管組件，其包含一外管以及設置於該外管內的一內管，所述外管與所述內管之間形成有沿著該內管軸向延伸的一渦流通道，且所述外管於所述渦流通道的相對兩端分別形成一流體出口及一封閉端，所述內管內形成一流體通道，所述流體通道於鄰近該外管之封閉端處連通該渦流通道，且所述內管於所述流體通道鄰近該流體出口處形成一流體入口；以及至少一渦流導引結構，其係設置於該複合管組件，並位於所述渦流通道鄰近封閉端處，所述內管之流體入口能導入一高壓流體進入所述流體通道，且所述高壓流體能於流動至所述渦流通道的封閉端處後回流進入該渦流通道中，並於通過該渦流導引結構後形成渦流，所述高壓流體能對所述外管進行熱交換後從所述流體出口導出。

本創作渦流熱交換裝置能藉由在所述流體入口處連接外部的高壓流體供應源，其中，所述渦流熱交換裝置具備有下列優點：

1.簡化結構並降低成本：本創作渦流熱交換裝置主要係藉由所述複合管組件及渦流導引結構之流道設計，使所述高壓流體自所述流體通道進入後，能藉由接觸所述渦流通道的封閉端後回流通過所述渦流導引結構，使高壓流體能產生環繞內管外圍的渦流，並通過所述渦流通道，藉此不但能增加所述高壓流體在渦流通道內的流動路徑，且無需設計複雜的迂迴流道，能有效簡化結構，降低製造及維護成本。

2.提高熱交換效率：如前述，本創作渦流熱交換裝置主要係透過所述渦流導引結構，使所述高壓流體以渦流流動的方式通過所述渦流通道，藉此能有效增加所述高壓流體在所述渦流通道內部的流動路徑，藉此能有效增加所述高壓流體與外管之間的熱傳面積，能有效提高熱交換效率。

10:複合管組件

11:外管

111:渦流通道

112:流體出口

113:封閉端

12:內管

121:流體通道

122:流體入口

20:渦流導引結構

21:導引流道

22:入口端

23:出口端

30:導流板

31:螺旋流道

40:熱交換設備

41:熱交換艙

42:熱交換流道

50:入口連通管

51:高壓流體輸入管

52:出口連通管

53:高壓流體輸出管

圖1：為本創作渦流熱交換裝置之一種較佳實施例之立體示意圖。

圖2：為圖1之另一角度之立體示意圖。

圖3：為本創作渦流熱交換裝置之一種較佳實施例之側視剖面示意圖。

圖4：為圖3之A-A剖面示意圖。

圖5：為本創作渦流熱交換裝置之應用於熱交換設備之立體外觀之示意圖。

圖6：為圖5之另一角度之立體外觀示意圖。

圖7：為圖5之渦流熱交換裝置之並聯方式示意圖。

圖8：為圖5之側視剖面示意圖。

圖9：為圖8之熱交換設備之出水端處的局部放大示意圖。

圖10：為圖8之熱交換設備之入水端處的局部放大示意圖。

圖11：為圖8之B-B剖面示意圖。

圖12：為圖8之C-C剖面示意圖。

請參閱圖1至圖4，為本創作渦流熱交換裝置之數種較佳實施例，其包含一複合管組件10及至少一渦流導引結構20。

如圖1至圖3所示，該複合管組件10包含一外管11以及設置於該外管11內的一內管12，所述外管11與所述內管12之間形成有沿著該內管12軸向延伸的一渦流通道111，且所述外管11於所述渦流通道111的相對兩端分別形成一流體出口112及一封閉端113，所述內管12內形成一流體通道121，所述流體通道121於鄰近該外管11之封閉端113處連通該渦流通道111，且所述內管12於 所述流體通道121鄰近該流體出口112處形成一流體入口122；其中，所述內管12的外圍能進一步包覆或塗布有一隔熱層(圖未示)。

如圖1至圖4所示，該渦流導引結構20係設置於該複合管組件10，並位於所述渦流通道111鄰近封閉端113處，所述內管12之流體入口122能導入一高壓流體進入所述流體通道121，且所述高壓流體能於流動至所述渦流通道111的封閉端113處後回流進入該渦流通道111中，並於通過該渦流導引結構20後形成渦流，所述高壓流體能對所述外管11進行熱交換後從所述流體出口112導出。

其中，如圖1至圖4所示，所述渦流導引結構20具有多數螺旋狀的導引流道21，該多數導引流道21係連通該渦流通道111，所述高壓流體能於通過該多數導引流道21產生渦流；此外，該渦流導引結構20之該多數導引流道21的相對二端形成有分別連通該渦流通道111之一入口端22及一出口端23，且該多數導引流道21的口徑係自該入口端22朝該出口端23方向尺寸漸縮；再者，所述渦流導引結構20之該多數導引流道21的出口端23係貼近所述外管11的內側壁。

如圖1至圖4所示，於本創作渦流熱交換裝置之較佳實施例中，所述渦流熱交換裝置能進一步包含複數個所述渦流導引結構20，該複數所述渦流導引結構20係間隔地設置於該外管11的渦流通道111內，所述高壓流體能藉由通過該複數渦流導引結構20保持渦流的狀態以及流速。

此外，如圖3所示，所述渦流熱交換裝置能進一步包含一導流板30，所述導流板30係設置於該複合管組件10之渦流通道111內，且所述導流板30係鄰近該外管11之流體出口112，所述導流板30內形成有連通該渦流通道111之一螺旋流道31，所述螺旋流道31能導引所述高壓流體自所述流體出口112流出。

如圖3所示，本創作渦流熱交換裝置之內管12之流體入口122能連接高壓流體供應源，當所述高壓流體流入所述渦流熱交換裝置，並進行熱交換動作時，所述高壓流體能自所述流體通道121進入，待所述高壓流體流動至所述渦流通道111的封閉端113時，因接觸所述渦流通道111之封閉端113而產生回流，並通過所述渦流導引結構20，使高壓流體能產生環繞內管12外圍的渦流通過所述渦流通道111，進而增加所述高壓流體在渦流通道111內的流動路徑，使所述高壓流體在所述渦流通道111內與所述外管11進行熱交換，因此，本創作渦流熱交換裝置能藉由所述複合管組件10及渦流導引結構20之流道設計，不但無需設計複雜的迂迴流道，能有效簡化結構，降低製造及維護成本，此外，能有效增加所述高壓流體與外管11之間的熱傳面積，能有效提高熱交換效率。

另外，如圖3所示，由於該多數導引流道21的口徑係自該入口端22朝該出口端23方向尺寸漸縮，因此，當高壓流體在通過所述渦流導引結構20時，能提高所述高壓流體通過時之流速；再者，所述渦流導引結構20之該多數導引流道21的出口端23係貼近所述外管11的內側壁，能使高壓流體在通過所述渦流導引結構20時，能順著該多數導引流道21流動並貼近所述外管11的內側壁流動，進而提高所述高壓流體對所述外管11的熱傳效率。

本創作渦流熱交換裝置能利用所述高壓流體與所述外管11外部的流體進行熱交換，並能應用於多種領域中；舉例來說，如圖5至圖8所示，本創作渦流熱交換裝置能應用設置於一熱交換設備40之熱交換艙41內，所述熱交換設備40之熱交換艙41具有一熱交換流道42，而所述熱交換艙41之熱交換流道42內能設置有複數個相互並連設置之所述渦流熱交換裝置，其中，如圖7、圖11、圖12所示，該複數個所述渦流熱交換裝置的流體入口122能透過複數入口連通管50相互連通，並連接一高壓流體輸入管51，而該複數個所述渦流熱交換 裝置之流體出口112能透過一出口連通管52相互連通，並連接一高壓流體輸出管53。

如圖8至圖12所示，所述熱交換艙41之熱交換流道42能供一作用流體通過，當在進行熱交換動作時，所述高壓流體輸入管51能連接高壓流體供應源，使高壓流體能自所述高壓流體輸入管51分別通過入口連通管50，並分流進入該複數渦流熱交換裝置之流體通道121內，藉此讓高壓流體能分別在通過該複數渦流熱交換裝置之渦流導引結構20後於渦流通道111內產生渦流，並透過外管11與所述熱交換流道42內的作用流體近行熱交換，最後所述高壓流體能自所述流體出口112進入出口連通管52後，從所述高壓流體輸出管53流出。

綜上所述，所述渦流熱交換裝置主要係藉由所述複合管組件10及渦流導引結構20之流道設計，使所述高壓流體自所述流體通道121進入後，能藉由接觸所述渦流通道111的封閉端113後回流通過所述渦流導引結構20，讓高壓流體能產生環繞內管12外圍的渦流，並通過所述渦流通道111，藉此不但能增加所述高壓流體在渦流通道111內的流動路徑，且無需設計複雜的迂迴流道，能有效簡化結構，降低製造及維護成本，並同時能有效增加所述高壓流體與外管11之間的熱傳面積，能有效提高熱交換效率。

10:複合管組件 11:外管 111:渦流通道 112:流體出口 113:封閉端 12:內管 121:流體通道 122:流體入口 20:渦流導引結構 21:導引流道 22:入口端 23:出口端 30:導流板 31:螺旋流道

Claims (5)

1. 一種渦流熱交換裝置，其包含：一複合管組件，其包含一外管以及設置於該外管內的一內管，所述外管與所述內管之間形成有沿著該內管軸向延伸的一渦流通道，且所述外管於所述渦流通道的相對兩端分別形成一流體出口及一封閉端，所述內管內形成一流體通道，所述流體通道於鄰近該外管之封閉端處連通該渦流通道，且所述內管於所述流體通道鄰近該流體出口處形成一流體入口；以及至少一渦流導引結構，其係設置於該複合管組件，並位於所述渦流通道鄰近封閉端處，所述內管之流體入口能導入一高壓流體進入所述流體通道，且所述高壓流體能於流動至所述渦流通道的封閉端處後回流進入該渦流通道中，並於通過該渦流導引結構後形成渦流，所述高壓流體能對所述外管進行熱交換後從所述流體出口導出，所述渦流導引結構具有多數螺旋狀的導引流道，該多數導引流道係連通該渦流通道，所述高壓流體能於通過該多數導引流道產生渦流，該渦流導引結構之該多數導引流道的相對二端形成有分別連通該渦流通道之一入口端及一出口端，且該多數導引流道的口徑係自該入口端朝該出口端方向尺寸漸縮。
2. 如請求項1所述之渦流熱交換裝置，其中所述渦流導引結構之該多數導引流道的出口端係貼近所述外管的內側壁。
3. 如請求項1或2所述之渦流熱交換裝置，其中所述渦流熱交換裝置包含複數個所述渦流導引結構，該複數所述渦流導引結構係間隔地設置於該外管的渦流通道內。
4. 如請求項1或2所述之渦流熱交換裝置，其中所述渦流熱交換裝置包含一導流板，所述導流板係設置於該複合管組件之渦流通道內，且所述 導流板係鄰近該外管之流體出口，所述導流板內形成有連通該渦流通道之一螺旋流道，所述螺旋流道能導引所述高壓流體自所述流體出口流出。
5. 如請求項3所述之渦流熱交換裝置，其中所述渦流熱交換裝置包含一導流板，所述導流板係設置於該複合管組件之渦流通道內，且所述導流板係鄰近該外管之流體出口，所述導流板內形成有連通該渦流通道之一螺旋流道，所述螺旋流道能導引所述高壓流體自所述流體出口流出。

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