热交换器的制作方法

1.本案有关于一种热交换器。


背景技术：

2.现在工业的工艺中，为了将工厂工艺中所排放出的废热重新利用，通常会加装热交换器将热能从废气中取出，并将热能转换至其他需要使用的地方。传统所使用的热交换器主要以铝挤(aluminum extrusion)的方式制造，并由热管、多个鳍片、中央隔板与壳体所组成。热交换器的设计通常是将多个鳍片及中央隔板等距设置，并在壳体的长边面开设冷水口及出水口，以达到解热的效果。
3.图1a是传统热交换器的内部流场分析，由此图可以看出，传统热交换器的流速较快的区域集中在靠近冷水口及出水口的区域，再由图1b的传统热交换器的内部温度分析可以知道，在远离冷水口及出水口的区域与靠近冷水口及出水口的区域有明显温差变化，此表示传统交换器的内部流体不均匀，进而会降低次系统内的模块的发电总量。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本案提供一种热交换器，热交换器包含：流体入口，其设置在热交换器的长侧边的一端；流体出口，其设置在热交换器的长侧边的另一端；多个隔板，其配置在热交换器的长侧边、另一长侧边，以及长侧边与另一长侧边之间；多个鳍片，配置在多个隔板之间；以及多个流体汇集结构，其沿着一流体的一流入方向以及流体的一流出方向形成在多个鳍片上以及多个隔板中配置在长侧边与另一长侧边之间的多个隔板。
5.其中，多个鳍片与多个隔板以等距排列设置。
6.其中，多个鳍片包含多个结构鳍片以及多个散热鳍片，多个结构鳍片的单一结构鳍片的高度大于多个散热鳍片的单一散热鳍片的高度。
7.其中，单一散热鳍片的高度至少高于单一结构鳍片的高度的一半。
8.其中，多个结构鳍片的单一结构鳍片的高度与多个隔板的单一隔板的高度相同。
9.其中，多个流体汇集结构包括多个前半部流体汇集结构以及多个后半部流体汇集结构，多个前半部流体汇集结构形成于热交换器的长侧边的多个隔板以及配置在热交换器的中间的多个隔板之间的多个鳍片，多个后半部流体汇集结构形成于热交换器之间的多个隔板以及配置在热交换器的另一长侧边的多个隔板与配置在热交换器的中间位置的多个隔板间的多个鳍片，多个后半部流体汇集结构中的单一流体汇集结构的孔径大于多个前半部流体汇集结构中的单一流体汇集结构的孔径。
10.其中，多个流体汇集结构是圆形或是椭圆形孔洞。
11.其中，多个后半部流体汇集结构以偏移扩孔的方式形成。
12.其中，多个前半部流体汇集结构中的单一流体汇集结构的孔径相同于流体入口的孔径。
13.其中，多个后半部流体汇集结构的孔径大于等于多个前半部流体汇集结构的孔径
的两倍，且小于等于多个前半部流体汇集结构的孔径的三倍。
14.因此，本案提供一种可透过简易加工程序制作的热交换器，并且此热交换器能够使内部流场达到均温化(homoeothermic)的效果。
15.为让本案能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
16.图1a是传统热交换器的内部流场分布图。
17.图1b是传统热交换器的内部温度分布图。
18.图2a是本案一实施例的热交换器的立体图。
19.图2b是本案一实施例的热交换器的立体图的a-a’剖面图。
20.图3a是本案热交换器的b-b’横切面图。
21.图3b是本案热交换器的b-b’横切面图的局部放大图。
22.图4a是本案另一实施例的热交换器的a-a’剖面图。
23.图4b-1及图4b-2分别为散热鳍片高度y＝16mm的流场分布图以及温度场分布图。
24.图4c-1及图4c-2分别为散热鳍片高度y＝0mm的流场分布图以及温度场分布图。
25.图4d-1及图4d-2分别为散热鳍片高度y＝11mm的流场分布图以及温度场分布图。
26.图4e图为散热鳍片高度与解热量的关系图。
27.图5a为图3b的上视图。
28.图5b-1及图5b-2分别为宽度差为0mm时的热交换器的流场分布图以及温度分布图。
29.图5c-1及图5c-2分别为宽度差为19.05mm时的热交换器的流场分布图以及温度分布图。
30.图5d-1及图5d-2分别为宽度差为6.35mm时的热交换器流场分布图以及温度分布图。
31.图5e为汇集口宽度差与解热量的关系图。
32.其中，附图标记：
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热交换器
[0034]
10a
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长侧边
[0035]
10b
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另一长侧边
[0036]
10e
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上表面
[0037]
10f
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下表面
[0038]
11
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流体入口
[0039]
12
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流体出口
[0040]
13
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隔板
[0041]
14
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鳍片
[0042]
14a
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结构鳍片
[0043]
14b
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散热鳍片
[0044]
15
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流体汇集结构
[0045]
15a
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前半部流体汇集结构
[0046]
15b
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后半部流体汇集结构
[0047]
l1
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流体的流入方向
[0048]
l2
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流体的流出方向
[0049]
x1
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前半部流体汇集结构的宽度
[0050]
x2
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后半部流体汇集结构的宽度
[0051]
y
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散热鳍片的高度
具体实施方式
[0052]
以下借由特定的具体实施例说明本案的实施方式，本领域普通技术人员可由本文所揭示的内容轻易地了解本案的其他优点及功效。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供本领域普通技术人员了解与阅读，并非用以限定本案可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小之调整，在不影响本案所能产生功效及所能达成目的下，均应仍落在本案所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
[0053]
请参阅图2a及图2b，图2a及图2b分别为本案一实施例的热交换器1的立体图以及该立体图的a-a’剖面图。热交换器1与一热源(未示于图式)贴合。此处虽叙述为贴合，但不局限于此，凡热交换器及热源间能够达成热量传递的连接方式皆适用于本案的热交换器。为了能够达成良好的热传导效应以及制造上简便，本案的热交换器选用的材质为铝材，但不局限于此材料。
[0054]
在一实施例中，本案的热交换器1包含：流体入口11，其设置在热交换器1的长侧边10a的一端。流体出口12，其设置在热交换器1的长侧边10a的另一端。热交换器1所使用的流体为冷水。热交换器1更包含有多个隔板13，其配置在热交换器1的该长侧边10a、另一长侧边10b，以及长侧边10a与另一长侧边10b之间。在一实施例中，多个隔板13间的间距相等。在一实施例中，流体入口11及流体出口12分别朝流体的流入方向l1以及流体的流出方向l2贯穿设置于长侧边10a的隔板13。
[0055]
请参阅图2a图及图2b图，在一实施例中，热交换器1包括多个鳍片14，多个鳍片14配置在多个隔板13之间。在一实施例中，隔板13与鳍片以及鳍片与鳍片之间的距离相等，并且鳍片14沿着流体的流入方向l1(或流体的流出方向l2)设置。多个隔板13的厚度大于该多个鳍片14的厚度。在一实施例中，多个隔板13与多个鳍片14一体成形。
[0056]
在一实施例中，多个鳍片14与多个隔板13以等距排列设置。
[0057]
请参照图2b，在一实施例中，多个鳍片14包含多个结构鳍片14a以及多个散热鳍片14b。多个结构鳍片14a间隔设置在多个隔板13之间，并且等距设置。在另一实施例中，多个结构鳍片14a与热交换器1的上表面10e以及下表面10f连接。多个散热鳍片14b中，有的散热鳍片14b设置于隔板13与结构鳍片14a之间，以及有的散热鳍片14b设置于两相邻结构鳍片14a之间。在另一实施例中，多个散热鳍片14b与热交换器1的上表面10e或下表面10f的一者连接。在一实施例中，单一结构鳍片14a的高度大于单一散热鳍片14b的高度。在另一实施例中，单一结构鳍片14a的高度与单一隔板13的高度相同。也就是说，这些结构鳍片14a给予热交换器1应有的高度及结构强度，这些散热鳍片14b使热交换器1的内部流场的内压力平衡，提升流场均匀性。
[0058]
请参照图3a及图3b的本案热交换器的b-b’横切面图，其中图3b是图3a的局部的一放大图。在一实施例中，热交换器包括多个流体汇集结构15，多个流体汇集结构15沿着一流体的流入方向l1以及该流体的流出方向l2形成在多个鳍片14上并且配置在长侧边10a与另一长侧边10b之间的隔板13。在一实施例中，流体汇集结构15贯穿多个鳍片14并且配置在长侧边10a与另一长侧边10b之间的该些隔板13的孔洞。
[0059]
请参照图3b，在一实施例中，多个流体汇集结构15包括多个前半部流体汇集结构15a以及多个后半部流体汇集结构15b。在一实施例中，多个前半部流体汇集结构15a形成于热交换器1的配置在长侧边10a的隔板13以及中间位置的该些隔板13之间的多个鳍片14。在一实施例中，多个后半部流体汇集结构15b形成于设置在热交换器1的中间位置的该些隔板13以及配置在热交换器1的另一长侧边10b的该些隔板13与配置在热交换器1的中间位置的该些隔板13间的多个鳍片14。在一实施例中，多个流体汇集结构15沿着流体流入方向l1以及流体流出方向l2形成。
[0060]
在另一实施例中，多个后半部流体汇集结构15b中的单一流体汇集结构15b的孔径大于多个前半部流体汇集结构15a中的单一流体汇集结构15的孔径。多个流体汇集结构15为圆形孔洞或是椭圆形孔洞。本案热交换器1的流体汇集结构15并不局限于圆形或椭圆形，亦可为其他形状的通孔。本案中，后半部与前半部流体汇集结构的孔径也可称为宽度。
[0061]
另一实施例中，多个后半部流体汇集结构15b根据多个前半部流体汇集结构15a的孔洞以偏移扩孔(offset reaming)的方式形成。多个前半部流体汇集结构15a中的单一流体汇集结构的孔径相同于流体入口11以及流体出口12的孔径。
[0062]
请参考图4a至图4e，图4a为本案热交换器的纵向切面图，其中y为散热鳍片的高度。图4b-1及图4b-2为本案不同高度的散热鳍片14b的流场及温度场仿真分析。当y＝16mm时，此时散热鳍片14b的高度与结构鳍片14a以及隔板13的高度相同，意即，散热鳍片14b与热交换器1的上表面10e以及下表面10f连接。此状态可视为散热鳍片将流道完全分隔。如图4b-1及图4b-2所示，流体进入热交换器1后，由于鳍片14的高度一致而导致流体无法顺畅地流入热交换器1的后半部，流体在热交换器1的前半部快速流通，因此热交换器1后半部的热量无法被有效地解除，高温显示在流体流入方向l1的深处；当y＝0mm时，此状态可视为没有设置散热鳍片14b。如图4c-1及图4c-2所示，流体进入热交换器1中后，由于没有散热鳍片14b，流体在热交换1的前半段呈现均匀的，但从温度图来看，热交换器1的后半部的热量仍无法被有效解除；当y＝11mm时，如图4d-1及图4d-2所示，流体均匀地流入各鳍片14之间以及鳍片14与隔板13之间，由温度分布图亦可发现流体在热交换器1中的温度较趋近于一致，没有过高的区域。在一实施例中，散热鳍片的高度至少高于结构鳍片的高度的一半。
[0063]
请参考图4e，图4e为散热鳍片高度与解热量的关系图。综上所述，当散热鳍片随高度增加时，其解热量也会跟着上升，均温的效果也会更明显；然而，在未装设散热鳍片以及完全分隔流道的状态下，解热量将明显地下降，且无法达到均温的效果。
[0064]
请参考图5a至图5e，图5a为图3b的上视图，x1为前半部流体汇集结构的宽度，x2为后半部流体汇集结构的宽度，当散热鳍片的高度在11mm时，根据不同的流体汇集结构的宽度差，即x2-x1，其解热效果也会有差异。请参考图5b-1及图5b-2，图5b-1及图5b-2在宽度差为0mm时，分别为热交换器1的流场分布图以及温度分布图。在宽度差为0mm的情况下，意即，前半部流体汇集结构的宽度与后半部流体汇集结构的宽度相同，由流场分布图可以发现，
流体无法有效地进入到热交换器1后半部的深处，由温度分布图亦可以发现相对高温集中在流体的流入方向的深处；请参照图5c-1及图5c-2，在宽度差为19.05mm的情况下，由于孔径差过大，可以发现流体进入后可以直接流通至热交换器1的后半部，但在热交换器1的中段出现相对较低的流速，由温度分布图也可得知在热交换器1中段的温度偏高；请参照图5d-1及图5d-2，在宽度差为6.35mm的情况下，从流场分布图中，可以发现流场在整体热交换器1的分布更为均匀，而在温度的分布上也趋为均匀。
[0065]
请参考图5e，图5e为流体汇集口的宽度差与解热量的关系图。在一实施例中，多个后半部流体汇集结构的孔径大于等于多个前半部流体汇集结构的孔径的两倍，且小于等于多个前半部流体汇集结构的孔径的三倍。综上所述，前半部流体汇集结构的宽度与后半部流体汇集结构的宽度相同或是在宽度差过大的情况下，以本实施例来说，在宽度差为15.87mm以上时，流场及温度场的分布分别在热交换器1的后半部及中段处较为不均匀，而在宽度差在上述两者之间时，流场及温度场的分布趋势也呈现更均匀，也因此可以得到较佳的解热量。
[0066]
本案热交换器借由散热鳍片与结构鳍片具有高度差的设计，并且搭配前半部流体汇集结构的宽度与后半部流体汇集结构的宽度具有宽度差的设计，来达成热交换器在操作时使内部流场以及温度场能够达成均匀的功效，因而使热交换器的内部的流体解热量提升。
[0067]
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。