CN108603728A - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热交换器。根据本发明的热交换器，其特征在于，包括：流体分配/集成单元，分配或整合流入或流出的流体；流体导管板，分别连接到所述流体分配/集成单元，在多个板的内部至少一个管道基于每单位面积的流量分支成多个管道，分支的分别管道形成基于每单位面积的流量至少一次以上再分支的流体管道；微导管板，在多个板的内部朝直线方向形成分支到所述流体导管板的最终步骤的分别管道对应的管道，所述流体分配/集成单元及所述流体导管板以微导管板为基准对称地形成。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及一种热交换器，更具体地，涉及一种能够通过大大降低热阻来最小化燃气或油等能量资源的使用量同时提高热水及加热效率的热交换器。
背景技术
通常，热交换器是通过具有高导热效率的热交换体将热量从高温流体传递到低温流体的装置，并且主要用于如空调、锅炉、冰箱、加热器等的产品中。
其中，锅炉是通过在容器内部或外部加热装入在密闭容器中的水来产生热水或高温高压蒸汽的装置，由于锅炉产生的热水或蒸汽处于高温状态，因此通过利用所产生的蒸汽的高温特性冬季采暖或利用所产生的蒸汽的高压特性操作火力发电厂的汽轮机，从而生产电力来用于各种领域。
特别是，相比其他化石燃料污染较少的天然气的消费量正在全球范围内增加，并且预计通过开采页岩气将进一步扩大使用天然气的供暖及热水。
目前，用于加热或热水的家用及工业燃气锅炉等热交换器被广泛使用，用于回收及再循环余热的冷凝技术的效率也提高了20％以上。然而，由于全球变暖引起的极端气候条件，冬季的平均温度逐渐降低，数天持续严寒，这增加了石油、天然气等能源的消耗。
因此，非常需要开发一种能够在最小化气体、石油、电等的能量消耗的同时提高热水及加热效率的热交换器。
【现有技术文献】
【专利文献】
(专利文献1)授权实用新案公报第20-0255210号(授权日期：2001.11.12)
发明内容
要解决的技术问题
本发明是鉴于所述诸多问题而提出的，其目的在于，提供一种能够通过大大降低热阻来最小化燃气、油、电的能量资源，同时提高热水及加热效率的热交换器。
技术方案
为了实现所述目的，本发明的热交换器，其特征在于，包括：流体分配/集成单元，分配或整合流入或流出的流体；流体导管板，分别连接到所述流体分配/集成单元，在多个板的内部至少一个管道基于每单位面积的流量分支成多个管道，分支的分别管道形成基于每单位面积的流量至少一次以上再分支的流体管道；微导管板，在多个板的内部朝直线方向形成分支到所述流体导管板的最终步骤的分别管道对应的管道，所述流体分配/集成单元及所述流体导管板以所述微导管板为基准对称地形成。
所述热交换器进一步包括中间导管板，中间导管板在多个板的内部形成对应于由所述流体导管板的最终步骤分支的分别管道的管道，分别管道基于每单位面积的流量形成至少一个步骤以上的分支为多个管道的中间流体管道。此时，微导管板在多个板的内部朝直线方向形成对应于由中间导管板的最终步骤分支的分别管道的管道，中间导管板以微导管板为基准对称地形成。
流体导管板、微导管板及中间导管板由预定的深度与幅度的凸面和凹面反复构成板形状。
在微导管板或微导管板的下方的中间导管板形成有多个着火点。
流体导管板及中间导管板分别分支为1:2或1:3的管道。
流体导管板使用压铸或切割形成圆形管道，并且中间导管板及微导管板通过蚀刻形成管道。
有益效果
根据本发明，可以大大降低如热水器、锅炉的热交换器的耐热性，并且可以在最小化如燃气、油、电的能量资源的同时提高热水及加热效率。
另外，根据本发明，流动流体的管道通过基于每单位面积的流量分支为多个步骤，从而从热交换器的入口流动到出口的流速顺畅地完成。
此外，根据本发明，由于管道的分支结构和微管形成为板结构，因此可以促进锅炉的生产并且可以大大降低制造成本。
此外，根据本发明，热交换器相对于微导管板形成为对称结构，并且形成基于分别管道的每单位面积的流量分支管道的结构，从而减少了流入内部的流体的压力损失，可以防止气泡的产生，并防止流体流动发生阻碍。
此外，根据本发明，通过使用电力通过电热线加热流体而不使用化石燃料作为燃料，从而可以减少化石燃料的使用，并且可以快速加热流体。
附图说明
图1是示出根据本发明的一实施例的热交换器的外壳的图，图1a是外壳的立体图，图1b是外壳的俯视图，图1c是外壳的侧视图。
图2是根据本发明的实施例的热交换器的结构的图。
图3是示意性地示出图2所示的热交换器的流体分配/集成单元的一例的示意图。
图4是示意性地示出图2中所示的热交换器的流体导管板的图。
图5是示意性地示出图2中所示的热交换器的微导管板的图。
图6是示意性地示出图2所示的热交换器的中间导管板的图。
图7是示出安装有图6所示的中间导管板的着火点的例子的图。
图8是示出结合有流体导管板，微导管板及中间导管板的热交换器的立体图。
图9是示出图2所示的热交换器的管道形成例的截面图。
图10是根据本发明的另一个实施例的热交换器的侧视图。
图11是图10所示的热交换器的俯视图。
具体实施方式
以下参照附图详细描述根据本发明的实施例的热交换器。
图1是示出根据本发明的一实施例的热交换器的外壳的图，图1a是外壳的立体图，图1b是外壳的俯视图，图1c是外壳的侧视图。
如图1所示，根据本发明的实施例的热交换器可以安装在外壳10的内部。此时，外壳10可以形成为长方体的形状，并且可以在上面和下面上形成用于流入及流出如燃气、油、水等流体并穿过管道的管开口12。
图2是根据本发明的实施例的热交换器的结构的图。
参照图2，根据本发明的实施例的热交换器可包括流体分配/集成单元110、流体导管板120、微导管板130及中间导管板140。
流体分配/集成单元110分别安装在热交换器的流体入口侧及流体出口侧，并分配或整合流入或流出流体。如图3所示，流体分配器110将引入到热交换器的流体分配到主分配器112中的多个管道114并流过分别的管道114将流体分配到多个板分配器116中。
流体集成单元110具有与流体分配器110相同的结构，并且与流体分配器110对称地安装，使得与流体分配器110标注相同的附图标记。此时，流体集成单元110使用多个板积分器116对流出热交换器的流体进行集成，并将流过分别板积分器116的流体再集成到多个管道114，并集成流出最终集成单元112中的分别管道114的流体后排出到外部。在下文中，将参考流体分配器110的描述来描述流体集成单元110。
流体导管板120分别连接到流体分配/集成单元110，并且在多个板的内部至少一个管道基于每单位面积的流量分支成多个管道，分支的分别管道形成基于每单位面积的流量至少一次以上再分支的流体管道。此时，如图4所示，流体导管板120可以由具有预定的深度和宽度的凸面和凹面重复构成板形状。另外，流体导管板120通过压铸或切割在一侧板上形成半圆形导管槽，并在另一侧板形成面向的半圆形导管槽后，可以通过钎焊或焊接来连接两个板。另外，如图4所示，流体导管板120根据分支的管道的步骤可以实施为多个层。即，在最上层的流体导管板122垂直地形成有从流体分配器110流入流体的流体流入孔125，并且在第二层的流体导管板124的上端垂直地形成有通过流体流入孔125的流体流过的上管126和分别流体流入孔125分支的分支流入孔126。根据管道的分支步骤可以实现多层结构。此时，分别管道可以分支成1：2或1：3的形态，并且分别分支管道的直径可以基于分支前的管道的每单位面积的流量来确定。即，假设A管道分支成三个B管道，可以如等式1所示建立每单位面积的流量。
【等式1】
(π/4)x(A管道直径)2x A管道的流速
＝3x(π/4)x(B管道直径)2x B管道的流速
此时，当分支之前的管道的流量和分支之后的管道的组合流速量彼此不同时，优选地，由于可能阻碍流体的流动，分别管之间的流量保持预定。因此，如等式1所示，可以基于每单位面积的流量确定分支的分别管道的直径。
微导管板130形成有对应于在多个板内部由流体导管板120的最终步骤分支的分别管道的直线方向的管道。即，如图5a所示，微导管板130由具有与流体导管板120相同形状的多个板形成，并且在分别板的内部朝直线方向形成有对应于由流体导管板120的最终步骤分支的管道的管道132。此时，微导管板130被蚀刻以在两个板上形成彼此相对的半圆形管道，并且可以通过钎焊或焊接连接。此时，流体分配/集成单元110及流体导管板120优选地相对于微导管板130对称地形成。
另一方面，蚀刻技术是通过使用酸或其他腐蚀剂进行化学蚀刻及去除以在材料表面的选定部分上产生所需图案的技术，并且用于半导体集成电路的制造工艺中。蚀刻方法有湿法蚀刻、干法蚀刻(等离子体蚀刻)及离子铣削等三种方法。湿法蚀刻使用蚀刻溶液，其成本低且选择性好，但是容易污染表面并削弱抗蚀剂。等离子蚀刻涉及使用中性等离子体和使用带电等离子体。底切显着降低(特别是在带电的等离子体的情况下)但选择性差。最后，离子铣削用离子束去除抗蚀剂，其具有良好的选择性和精度，但操作缓慢并且仅可用于两种抗蚀剂的情况(在负性抗蚀剂中，由于厚度变化，因此容易底切)。
硬钎焊或软钎焊是通过使用钎焊接合金属薄板的技术，也被称为硬钎焊，将铅青铜、银焊料等作为粘合剂加热粘合部，并通过溶解粘合薄金属板。此时，粘合剂被称为硬焊料，并且通常是粉末状或板状的。并使用相比粘合剂低熔点，助焊剂(溶剂)用于清洁粘合表面，其中通常是硼基的。加热和粘接的整个工作称为炉钎焊。
中间导管板140可以安装在流体导管板120和微导管板130之间。优选地，微导管板130的管道具有1mm以下的直径以产生毛细现象。为此，考虑到流体导管板120的上端处的管道的直径，需要多步骤分支工艺。
此时，毛细管现象是液体上升到具有非常窄的孔的管的现象，博雷利(GiovanniBorelli)证明液体上升到管内的高度与管的内径成反比。通常，管的直径为0.5mm时，水的高度约为50mm。
中间导管板140被实施为与流体导管板120及毛细板130相同类型的多个板，并在分别的板的内部形成对应于由流体导管板120的最终步骤分支的分别管道的管道，分别管道基于每单位面积的流量形成至少一个步骤以上的分支为多个管道的中间流体管道。此时，中间导管板140可以以蚀刻方式形成，使得分别管道以1：2或1：3分支，或如图6所示，根据分支步骤结合形成有垂直管道的多个层。在这种情况下，每层的形状类似于流体导管板120的层结构，因此将省略其详细描述。中间导管板140可以通过以与微导管板130相同的方式通过钎焊或焊接方法接合薄板来形成。而且，中间导管板140及微导管板130可以使用3D打印机形成为一体。此时，可以将各种公知技术应用于使用3D打印机的方法，并且将省略其详细描述。
此时，微导管板130在多个板的内部朝直线方向形成分支到中间导管板140的最终步骤的分别管道对应的管道，中间导管板140以微导管版130为基准形成对称。此时,如图7所示，以微导管板130为基准,下端的中间导管板140在多个层结构142、144中最下层144的分别的板之间具备多个着火点146。此时，着火点146用于提高流动管道的流体的温度，以不规则的形态设置在板与板之间。此外，虽然描述了着火点146形成在中间导管板130，着火点146可以形成在微导管板130的最下端的板和板之间。
图8是示出结合有流体导管板，微导管板及中间导管板的热交换器的立体图。
参照图8，根据本发明的实施例的热交换器将流体导管板120及中间导管板140分别形成为多个板，在分别的板内形成分支形态的管道，从而在微导管板130内形成毛细管。
图9是示出根据本发明的实施例的热交换器的管道形成例的截面图。
如图9所示，假设四个管道分支为1：2->1：2->1：3->1：3->1：3，在微导管板130设有432个管道。以这种方式，微导管板130形成直径为1mm以下的毛细管，并且可以防止流体速度的流动受到阻碍。
在一般锅炉设备的情况下，从外部供应热量以加热管道内的流体。在这种情况下，为了加热管内的水，外部热量必须通过管道传递到内部水中，在这个过程中，发生由管道的厚度引起热阻、管道导热性导致的热阻，由管道内部的空间体积引起的热阻等。
在本发明的实施例中，通过将直径为约20mm的管实施为1mm以下，可以使热阻最小化并且可以瞬间加热流体。即，直径为20mm的管具有约2mm的厚度的管壁，并且流体在管内移动的截面积为0.000314m2。假设管道直径为0.5mm，管壁厚度为0.15mm，内部流体的移动的截面积为0.000000196m2。简单地说，厚度的热阻是13倍，面积的热阻是减少了1600倍。这意味着当加由0.5mm的管组成的束型燃烧器中的热交换器时，几乎不发生热阻。若现有锅炉***加热到几百度以产生100度内的热水，则根据本发明实施例的热交换器可以通过加热到小于100度的温度来产生超过90度的热水。
图10是根据本发明的另一个实施例的热交换器的侧视图。图11是图10所示的热交换器的俯视图。
参照图10及图11，根据本发明实施例的热交换器由具有流体导管板120、微导管板130及中间导管板140的以预定深度和幅度的凹面和凸面反复构成为板形状，也可以扁平的板相互结合构成。此时，在微导管板130或微导管板130下方的中间导管板140朝水平方向安装有至少一个条电热线148。此时，流过微导管板130的微管或中间导管板140的流体和电热线148之间几乎没有热阻，因此，可以在短时间内加热流体。

Claims (9)

1.一种热交换器，其特征在于，包括：
流体分配/集成单元，分配或整合流入或流出的流体；
流体导管板，分别连接到所述流体分配/集成单元，在多个板的内部至少一个管道基于每单位面积的流量分支成多个管道，分支的分别管道形成基于每单位面积的流量至少一次以上再分支的流体管道；
中间导管板，在多个板的内部形成对应于由所述流体导管板的最终步骤分支的分别管道的管道，分别管道基于每单位面积的流量形成至少一个步骤以上的分支为多个管道的中间流体管道；以及
微导管板，在多个板的内部朝直线方向形成分支到所述中间导管板的最终步骤的分别管道对应的管道，所述流体分配/集成单元、所述流体导管板及所述中间导管板以所述微导管板为基准对称地形成。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述流体导管板、所述微导管板及所述中间导管板由预定的深度与幅度的凸面和凹面反复构成板形状。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，在所述微导管板或所述微导管板的下方的所述中间导管板形成有多个着火点。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述流体导管板及所述中间导管板分别分支为1:2或1:3的管道。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述流体导管板使用压铸或切割形成圆形管道，并且所述中间导管板及所述微导管板通过蚀刻形成管道。
6.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述流体导管板、所述中间导管板及所述微导管板通过钎焊或焊接设有管道的两个板形成。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述流体导管板及所述中间导管板分别通过结合对应于分支管道的步骤的多个层而形成。
8.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述流体导管板、所述微导管板及所述中间导管板分别形成为扁平的板并相互结合，在所述微导管板或所述微导管板的下方的所述中间导管板朝水平方向安装至少一条热线。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述中间导管板及所述微导管板利用3D打印机形成为一体。
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