CN217383879U - 降低压损的热交换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种降低压损的热交换装置，至少包括一密闭壳体以及在该密闭壳体内的一个或一个以上的低温通道与高温通道，各低温通道具有一低温狭窄端与一低温宽扩端，该低温宽扩端可提供较大或足够的空间来容纳随热量接收使体积变大的冷流体，进而降低压损并减低流动阻力。

Description

降低压损的热交换装置

技术领域

本实用新型涉及一种降低压损的热交换装置，用于让冷、热流体于内部进行热交换的装置。

背景技术

现有技术中，热交换装置俗称换热器，用于制冷、散热用途，其用途广泛, 热交换装置也具有许多不同型式，其中一种“平板式换热器”采用多个金属板平行的设置于一个密闭的箱体内，在各金属板中形成有密封的流道，且每个该流道与相邻的该流道分别错开的与一流体入口及一流体出口相通，使得冷或热流体得交错的于各流道流通，并通过金属板导热进行热交换。

由于流体在进行热交换时产生相变化，使得流体体积产生变化，现有技术“平板式换热器”的各金属板为平行设置，因此当流体产生相变化时，尤其受热时（蒸发）所产生的气泡会随着热量接收而膨胀，且在该流道内部挤压形成压损，进而形成阻力，影响热交换效益。

压损大，驱动源所耗费的动力相对提升，在流体有相变化的情况下，压力损失将更明显，所需电量更大，热功转换统效率便显著降低。

因此，将该流道设计为渐扩式，被加热过程中，因为阻挡的力度减小了，流体受热膨胀会自然往较宽的地方流动，通过改善压损的问题，如此为本实用新型降低压损的热交换装置的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种降低压损的热交换装置，至少包括一密闭壳体以及在该密闭壳体内的一个或一个以上的低温通道与高温通道：各低温通道具有一低温狭窄端与一低温宽扩端，该低温通道呈锥状，各低温通道分别与一低温入口以及一低温出口相通，该低温入口相通于该低温狭窄端，该低温出口相通于该低温宽扩端，一受热后膨胀的冷流体通过在该低温入口吸收热量后进入该低温宽扩端，该低温宽扩端能够容纳这些受热膨胀的该冷流体；各高温通道分别与一高温入口以及一高温出口相通。

一个优选的方案是，该密闭壳体为方矩形。

一个优选的方案是，各低温通道与各高温通道交错设置在该密闭壳体内。

一个优选的方案是，各高温通道具有一高温狭窄端与一高温宽扩端，该高温通道呈锥状，该高温入口相通于该高温宽扩端，该高温出口相通于该高温狭窄端，一热流体通过该高温入口进入各高温通道释出热量后成一冷凝的热流体，该热流体通过该高温出口排出。

一个优选的方案是，该密闭壳体为圆筒形，各低温通道被包覆在一个该高温通道内。

一个优选的方案是，各低温通道的壁面与各高温通道的壁面采用一具有热导率的材质所制成的分隔元件，该分隔元件能够分隔并封闭各低温通道与各高温通道，且该分隔元件能够作为介质用于该冷流体与一热流体循环的进行热交换，而该热导率的材质为铜、铝、石墨或不锈钢。

一个优选的方案是，该分隔元件上为粗糙表面。

一个优选的方案是，该分隔元件上设置了多个凹凸结构，该凹凸结构为球窝形或波浪条纹形。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1本实用新型降低压损的热交换装置的立体示意图；

图2本实用新型降低压损的热交换装置的第一实施例剖面示意图；

图3本实用新型降低压损的热交换装置的第一实施例剖面示意图；

图4本实用新型降低压损的热交换装置的第一实施例实施热交换剖面示意图；

图5本实用新型降低压损的热交换装置的第一实施例实施热交换剖面示意图；

图6本实用新型降低压损的热交换装置的第二实施例剖面示意图；

图7本实用新型降低压损的热交换装置的第二实施例剖面示意图；

图8本实用新型降低压损的热交换装置的第二实施例实施热交换剖面示意图；

图9本实用新型降低压损的热交换装置的第三实施例剖面示意图；

图10本实用新型降低压损的热交换装置的分隔元件局部剖面示意图；

图11本实用新型降低压损的热交换装置的分隔元件立体示意图；

图12本实用新型降低压损的热交换装置的分隔元件立体示意图。

附图标记说明

1:密闭壳体

11:低温通道

111:低温狭窄端

112:低温宽扩端

12:高温通道

121:高温狭窄端

122:高温宽扩端

13:低温入口

14:低温出口

15:高温入口

16:高温出口

2:分隔元件

21:凹凸结构

A:冷流体

A1:气泡

B: 被加热的冷流体

C:热流体

C1:气泡

D: 冷凝的热流体。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

本实用新型说明书的内容所公开用于描述结构位置的“上”的用语，指结构的任一表面位置，并非俗称具有方向性的“上方”或“上面”。用于描述结构位置的“上方”、“下方”的用语，指常规采用下结构位置的方向性。

本实用新型说明书的内容所公开用于描述结构组合关的“相通”的用语，泛指多个孔洞、通道或不同的空间通过打孔或接管等方式相互贯通，使得物质得以在贯通的两个空间内移动或流通者。

各图式仅是公开结构与状态，并不限制本实用新型物实际摆设的方向性以及流体流动的方向性。

如图1、图2、图3所示，为第一实施例，分别为本实用新型降低压损的热交换装置的立体示意图以及内部结构剖面示意图，如图1所示，至少包括一方矩形的密闭壳体1以及交错设置在该密闭壳体1内的一个或一个以上的低温通道11与高温通道12；

各低温通道11具有一低温狭窄端111与一低温宽扩端112，该低温通道11呈锥状，各低温通道11分别与一低温入口13以及一低温出口14相通，该低温入口13相通于该低温狭窄端111，该低温出口14相通于该低温宽扩端112；

各高温通道12分别与一高温入口15以及一高温出口16相通；

如图4所示，冷流体A进行热交换的状态，该冷流体A由该低温入口13进入各低温通道11吸收热量成被加热的冷流体B后通过该低温出口14排出；

由于该冷流体A进入该低温入口13吸收热量，该被加热的冷流体B到达的饱和温度体积会膨胀，而该低温宽扩端112则提供较大或足够的空间来容纳这些受热膨胀的该被加热的冷流体B，进而减低流动阻力，在本实施例中，该冷流体A与该被加热的冷流体B分别可以是不同的分子型态；

假设进入该低温入口13的该冷流体A以及由该低温出口14排出的该被加热的冷流体B皆为单相液态（如冷水），由于水的密度变化不大，液体传热效果好，因此，在该低温通道11不论截面积变化如何，可维持良好的传导效果；

假设进入该低温入口13的该冷流体A为单相液态（如冷水）或双相（包括液态、气态，如蒸气比例较小的水蒸气），在吸收热量转变成蒸气比例较大的水蒸气，同时会形成许多气泡A1，且各气泡A1体积会急速膨胀，而该低温宽扩端112则提供较大或足够的空间来容纳这些受热膨胀的该被加热的冷流体B，因此，通过该低温宽扩端112使该低温通道11靠近该低温出口14的截面积变大，可减低流动阻力，维持良好的传导效果，另外，该被加热的冷流体B中维持在液态的分子会被气态分子向外推，因此会接触于各低温通道11的壁面上，通过各低温通道11的壁面快速的进行热交换，用以维持良好的热传输；

假设进入该低温入口13的该冷流体A以及由该低温出口14排出的该被加热的冷流体B皆为单相气态（如冷空气），由于气体的密度变化会随着温度升高而变小，密度变小后使得该被加热的冷流体B体积变大，因此，通过该低温宽扩端112使该低温通道11靠近该低温出口14的截面积变大，可减低流动阻力，维持良好的传导效果；

其中，如图4所示，锥状的该低温通道11所设定的锥度会根据出入口的压力变化（如受温度、流量等影响）而有所差异，假设该低温入口13以及该低温出口14两个出入口的压差越大，相对的在产生该冷流体A时各气泡A1的变化加剧，使得各气泡A1更大，相对的锥度需要更大，即使如此，该低温通道11有些细微锥度变化仍能有效的减低流动阻力。

如图5所示，热流体C进行热交换的状态，该热流体C由该高温入口15进入各高温通道12释出热量成冷凝的热流体D后通过该高温出口16排出；

如图4、图5所示，该冷流体A与该热流体C之间的热量通过交错设置的各低温通道11与各高温通道12进行交换。

其中，如图2、图3所示，各低温通道11的壁面与各高温通道12的壁面采用一热导率的材质（如：铜、铝、石墨、不锈钢或其他金属）所制成的分隔元件2，该分隔元件2能够的分隔并封闭各低温通道11与各高温通道12，且能够作为介质用于流体循环的进行热交换。

本实用新型的降低压损的热交换装置，如图6、图7所示，为第二实施例，依据第一实施例的技术基础再进行改良，在本实施例中，各高温通道12具有一高温狭窄端121与一高温宽扩端122，该高温通道12呈锥状，各高温通道12分别与一高温入口15以及一高温出口16相通，该高温入口15相通于该高温宽扩端122，该高温出口16相通于该高温狭窄端121；

如图8所示，由于该热流体C进入该高温入口15释出热量，而该冷凝的热流体D体积会缩减，该高温狭窄端121更能让体积缩减的该冷凝的热流体D更容易地贴附各高温通道12的壁面上，通过各高温通道12的壁面快速的进行热交换，在本实施例中，该热流体C与该冷凝的热流体D分别可以是不同的分子型态；

假设进入该高温入口15的该热流体C以及由该高温出口16排出的该冷凝的热流体D为单相液态（如热水），由于水的密度变化不大，液体传热效果好，因此，在该高温通道12不论截面积变化如何（如图2、图6皆可），可维持良好的传导效果；

假设进入该高温入口15的该热流体C为双相（包括液态、气态，如蒸气比例较大的水蒸气），在释出热量转变成蒸气比例较小的水蒸气，同时会缩减所含的气泡C1，因此与该高温通道12的壁面接触面积缩小，而该高温狭窄端121则随着缩小的体积渐缩，因此，让体积缩减的该冷凝的热流体D更容易地贴附各高温通道12的壁面上，通过各高温通道12的壁面快速的进行热交换，用以维持良好的热传输；

假设进入该高温入口15的该热流体C以及由该高温出口16排出的该冷凝的热流体D皆为单相气态（如热空气），由于气体的密度变化会随着热量释放而变大，密度变大后使得该冷凝的热流体D体积变小，因此，让体积缩减的该冷凝的热流体D更容易地贴附各高温通道12的壁面上，通过各高温通道12的壁面快速的进行热交换，用以维持良好的热传输。

本实用新型的降低压损的热交换装置，如图9所示，为第三实施例，依据第一实施例的技术基础再进行改良，在本实施例中，该密闭壳体1设计为圆筒形，在该密闭壳体1内设置一个以上的低温通道11与一个高温通道12，各低温通道11为圆锥管状，且各低温通道11在该密闭壳体1内被包覆在该高温通道12内；此一实施例可反向设置流体通行的方向，便可将该低温通道11与该高温通道12互换(因结构相同，只是元件互换，故不再另外附图)；

其中，各低温通道11具有一低温狭窄端111与一低温宽扩端112，该低温通道11呈锥状，各低温通道11分别与一低温入口13以及一低温出口14相通，该低温入口13相通于该低温狭窄端111，该高温出口16则相通于该低温宽扩端112，此一实施例与第一实施例差别是在于该密闭壳体1为圆筒形，并该高温通道12连通成一个较大的管道。

本实用新型的降低压损的热交换装置，如图2所示，该分隔元件2上为粗糙表面，如10所示，为该分隔元件2的另一实施例，该分隔元件2上设置了多个凹凸结构21，各分隔元件2不论是粗糙表面或是设有各凹凸结构21具有扰流效果，所述扰流效果提升流体于内部流动的混乱度，进而增加更多的表面接触，因此能提升流体进行热交换的效益，如图11、图12所示，各凹凸结构21为球窝形或波浪条纹，或是目前现有技术中其他各式造型或提供扰流效果的结构变化皆能合理的形成于本实用新型的各分隔元件2上，因为相当成熟的技术，且造型变化难以逐一举列，故不对此加以赘述。

显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种降低压损的热交换装置，其特征在于：至少包括一密闭壳体以及在该密闭壳体内的一个或一个以上的低温通道与高温通道；

各低温通道，具有一低温狭窄端与一低温宽扩端，该低温通道呈锥状，各低温通道分别与一低温入口以及一低温出口相通，该低温入口相通于该低温狭窄端，该低温出口相通于该低温宽扩端，一受热后膨胀的冷流体通过在该低温入口吸收热量后进入该低温宽扩端，该低温宽扩端能够容纳这些受热膨胀的该冷流体；

各高温通道，分别与一高温入口以及一高温出口相通。

2.根据权利要求1所述的降低压损的热交换装置，其特征在于：该密闭壳体为方矩形。

3.根据权利要求1所述的降低压损的热交换装置，其特征在于：各低温通道与各高温通道交错设置在该密闭壳体内。

4.根据权利要求1所述的降低压损的热交换装置，其特征在于：各高温通道具有一高温狭窄端与一高温宽扩端，该高温通道呈锥状，该高温入口相通于该高温宽扩端，该高温出口相通于该高温狭窄端，一热流体通过该高温入口进入各高温通道释出热量后成一冷凝的热流体，该热流体通过该高温出口排出。

5.根据权利要求1所述的降低压损的热交换装置，其特征在于：该密闭壳体为圆筒形，而各低温通道被包覆在一个该高温通道内。

6.根据权利要求1所述的降低压损的热交换装置，其特征在于：各低温通道的壁面与各高温通道的壁面采用一具有热导率的材质所制成的分隔元件，该分隔元件能够分隔并封闭各低温通道与各高温通道，且该分隔元件能够作为介质用于该冷流体与一热流体循环的进行热交换。

7.根据权利要求6所述的降低压损的热交换装置，其特征在于：该具有热导率的材质为铜、铝、石墨或不锈钢。

8.根据权利要求6所述的降低压损的热交换装置，其特征在于：该分隔元件上为粗糙表面。

9.根据权利要求6所述的降低压损的热交换装置，其特征在于：该分隔元件上设置了多个凹凸结构。

10.根据权利要求9所述的降低压损的热交换装置，其特征在于：该凹凸结构为球窝形或波浪条纹形。

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