KR102202321B1 - 피보나치 최적화 방사형 열 교환기(fibonacci optimized radial heat exchanger) - Google Patents

피보나치 최적화 방사형 열 교환기(fibonacci optimized radial heat exchanger) Download PDF

Info

Publication number
KR102202321B1
KR102202321B1 KR1020197000367A KR20197000367A KR102202321B1 KR 102202321 B1 KR102202321 B1 KR 102202321B1 KR 1020197000367 A KR1020197000367 A KR 1020197000367A KR 20197000367 A KR20197000367 A KR 20197000367A KR 102202321 B1 KR102202321 B1 KR 102202321B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tubes
posts
heat transfer
heat
transfer device
Prior art date
Application number
KR1020197000367A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190016542A (ko
Inventor
제랄드 에이. 피오리티
카일 티. 모르간
Original Assignee
에어코 인터내셔날 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에어코 인터내셔날 인코포레이티드 filed Critical 에어코 인터내셔날 인코포레이티드
Publication of KR20190016542A publication Critical patent/KR20190016542A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102202321B1 publication Critical patent/KR102202321B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/103—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of more than two coaxial conduits or modules of more than two coaxial conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1607—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/185—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/022—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being wires or pins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677—Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/467—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0028—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cooling heat generating elements, e.g. for cooling electronic components or electric devices
    • F28D2021/0029—Heat sinks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2210/00—Heat exchange conduits
    • F28F2210/10—Particular layout, e.g. for uniform temperature distribution
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2245/00—Coatings; Surface treatments

Abstract

복수의 포스트들 또는 튜브들을 통해 방사형으로 흐르는 유체 또는 가스로의 또는 이들로부터의 열 에너지를 전달하기 위한 열 전달 디바이스는 플레이트 표면을 가지는 플레이트를 포함한다. 복수의 포스트들 또는 튜브들은 플레이트 표면 상에 배치되고 그리고 실질적으로 수직으로 돌출한다. 복수의 포스트들 또는 튜브들 중 적어도 약 50%는 잎차례 레이아웃(phyllotaxis layout)에 따라 배치된다. 잎차례 배치의 복수의 잎차례 나선형 원호(phyllotaxis spiral arc)들의 각각의 원호는 둘레 반경(perimeter radius) 보다 작은 잎차례 원호 종단 반경(phyllotaxis arc termination radius)으로 플레이트 상의 원호 반경을 따라 상이한 위치들에서 끝난다.

Description

피보나치 최적화 방사형 열 교환기(FIBONACCI OPTIMIZED RADIAL HEAT EXCHANGER)
본 출원은 열 교환기들에 관한 것으로 특히 방사형(radial) 열 교환기를 위한 열 교환기 튜브(tube) 또는 로드(rod) 배치에 관한 것이다.
물을 가열하기 위한 효율적인 수단은 온수 히터의 열 교환기를 통해 버너로부터의 고온 가스를 흐르게 하는 것이다. 고온 가스의 열 에너지는 일반적으로 복수의 튜브들을 통해 물 또는 가열된 가스(예를 들어, 연도 가스(flue gas))를 통과시키거나, 튜브들의 외부 상에 다른 물 또는 가열된 가스를 통과시킴으로써 물로 전달된다. 일반적인 유형의 원통형 열 교환기는 실린더 내에 복수의 튜브들을 지지하는 두 개 이상의 튜브 시트들을 가진다. 실린더를 통해 길이 방향(lengthwise)으로 연장하는(run) 튜브들은 튜브 시트들을 따라 배치된다.
본 출원은 공동 계류 중인 2016년 6월 6일자로 출원된 미국 가출원 번호 제62/346,085호 "FIBONACCI OPTIMIZED RADIAL HEAT EXCHANGER", 및 미국 가출원 번호 제15/609,331호에 우선권의 이익을 주장한다.
일 양상에 따라, 복수의 포스트(post)들 또는 튜브들을 통해 방사형으로 흐르는 유체 또는 가스로부터의 또는 이들로의 열 에너지를 전달하기 위한 열 전달 디바이스는 플레이트 표면을 가지는 플레이트를 포함한다. 복수의 포스트들 또는 튜브들은 상기 플레이트 표면 상에 배치되고 그리고 실질적으로 수직으로 돌출한다. 복수의 포스트들 또는 튜브들 중 적어도 약 50%는 잎차례 레이아웃(phyllotaxis layout)에 따라 배치된다. 상기 잎차례 레이아웃의 복수의 잎차례 나선형 원호(phyllotaxis spiral arc)들의 각각의 원호(arc)는 둘레 반경(perimeter radius)보다 작은 잎차례 원호 종단 반경(phyllotaxis arc termination radius)으로 상기 플레이트 상의 원호 반경을 따라 상이한 위치들에서 끝난다.
일 실시예에서, 상기 복수의 포스트들 또는 튜브들 중 적어도 하나의 포스트들 또는 튜브들은 열 파이프를 포함한다.
다른 일 실시예에서, 상기 복수의 포스트들 또는 튜브들 중 적어도 하나의 포스트들 또는 튜브들의 표면은 나노 텍스쳐(nano texture) 또는 반-다공성 표면 처리(semi-porous surface treatment) 또는 재료 증착(material deposit)을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 상기 복수의 포스트들 또는 튜브들 중 적어도 하나의 포스트들 또는 튜브들의 표면은 표면 처리 또는 가변 밀도 표면 처리(variable density surface treatment)를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 상기 잎차례 레이아웃은 피보나치 최적화 방사형 열 전달(Fibonacci optimized radial heat transfer, FORHT) 패턴을 포함하고, 그리고 복수의 잎차례 나선형 원호들은 제 1 개수의 시계방향 나선형 원호들 및 상이한 제 2 개수의 반시계방향 나선형 원호들을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 상기 제 1 개수의 시계방향 나선형 원호들은 제 1 피보나치 수를 포함하고 그리고 상기 상이한 제 2 개수의 반시계방향 나선형 원호들은 제 2 피보나치 수를 포함하고, 그리고 상기 제 1 피보나치 수 및 상기 제 2 피보나치 수는 연속적인 피보나치 수들이다.
또 다른 실시예에서, 상기 플레이트는 홀 패턴을 가지는 제 1 튜브 시트를 포함하고, 복수의 튜브들의 각각의 튜브는 상기 홀 패턴의 각각의 홀에 기계적으로 부착된다(affixed).
또 다른 실시예에서, 상기 제 1 튜브 시트와 실질적으로 동일한 홀 패턴을 가지는 제 2 튜브 시트를 더 포함한다. 복수의 튜브들의 각각의 튜브는 상기 제 1 튜브 시트에 대향하는 각각의 튜브의 단부에서 상기 홀 패턴의 각각의 홀에 기계적으로 부착된다.
또 다른 실시예에서, 상기 제 1 튜브 시트 및 상기 복수의 튜브는 원통형 인클로저(enclosure)에 배치된다.
또 다른 실시예에서, 상기 열 전달 디바이스는 온수 히터의 열 교환기를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 가스는 각각의 튜브들을 통해 흐르고 그리고 유체는 상기 가스와 상기 유체 간에 열 에너지를 교환하기 위해 복수의 외부 튜브 벽들을 따라 상기 원통형 인클로저에서 거의 방사형으로 흐른다.
또 다른 실시예에서, 상기 열 전달 디바이스는 상기 열 교환기로 들어가는 냉수를 거의 방사형으로 흐르도록 하기 위해 적어도 하나의 도넛형 배플(donut baffle)을 더 포함한다.
또 다른 실시예에서, 상기 열 전달 디바이스는 상기 원통형 인클로저의 내부 벽면으로부터 상기 열 교환기의 상기 원통형 인클로저의 중심 장축(center long axis)을 향하는 방향으로 물의 거의 방사형인 흐름을 일으키기 위해 적어도 하나의 디스크 배플(disc baffle)을 더 포함한다.
또 다른 실시예에서, 상기 열 전달 디바이스는 상기 원통형 인클로저의 내부 벽 표면으로부터 인접한 도넛형 배플의 중앙 개구로 향하는 방향으로 물의 거의 방사형인 흐름을 일으키기 위해 적어도 하나의 디스크 배플 및 적어도 하나의 인접한 도넛형 배플을 더 포함한다.
또 다른 실시예에서, 상기 포스트들 또는 튜브들은 열 싱크(heat sink)의 포스트들 또는 튜브들을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 상기 열 전달 디바이스는 상기 복수의 포스트들 또는 튜브들의 각각의 포스트들 또는 튜브들의 거의 장축의 방향으로 냉각 공기를 상기 복수의 포스트들 또는 튜브들로 불어 보내기(blow) 위한 팬(fan)을 더 포함하여, 상기 플레이트 위의 상기 복수의 포스트들 또는 튜브들을 통하여 실질적으로 균일한 방사형 공기 흐름을 일으키기 위해 공기 흐름이 실질적으로 대칭인 방사형 흐름 패턴으로 변한다.
또 다른 실시예에서, 상기 열 싱크는 상기 복수의 포스트들에 거의 수직으로 거의 방사형인 공기 흐름을 일으키기 위해 적어도 하나의 배플을 포함한다.
본 출원의 전술한 그리고 다른 측면들, 특징들 및 장점들은 이하의 기술 및 청구항들로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 출원의 특징들은 이하에 기술되는 도면들, 및 청구항들을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다. 도면은 반드시 스케일된 것은 아니며, 대신 여기에서 기술된 원리들을 설명하는 경우 강조가 된다. 도면들에서, 동일한 번호들은 다양한 도면들에서 동일한 부분들을 나타내기 위해 사용된다.
도 1은 예시적인 직각 좌표계의 튜브시트 레이아웃의 도면을 도시한다.
도 2a는 다른 예시적인 방사형 튜브시트 레이아웃의 도면이다.
도 2b는 도 2a의 튜브시트 레이아웃의 확대도이다
도 3a는 새로운 피보나치 최적화 방사형 열 전달(FORHT) 튜브시트 레이아웃 튜브시트 시스템 및 방법에 따라 홀(hole)의 위치들을 계산하기 위한 예시적인 워크시트의 표를 도시한다.
도 3b는 도 3의 계산된 FORHT 튜브시트 레이아웃의 그래프를 도시한다.
도 4a는 예시적인 FORHT 튜브시트 패턴을 도시한다.
도 4b는 더 큰 FORHT 튜브시트의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 5는 N=0으로 시작하고, N = 1-9를 생략하는 FORHT 튜브시트의 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 6은 배플들을 가지는 예시적인 FORHT 열 싱크의 개략적인 흐름도를 도시한다.
도 7은 배플들을 가지는 예시적인 FORHT 열 교환기의 개략적인 흐름도를 도시한다.
도 8은 8 개의 반시계방향 나선형 원호들 및 13 개의 시계방향 나선형 원호들을 정의하는 예시적인 FORHT 패턴의 도면이다.
도 9는 실질적으로 바람직한 흐름 경로를 가지지 않는 화살표로 나타낸 열 에너지의 방사형 흐름을 제공하는 예시적인 FORHT 패턴 솔루션을 도시한다.
도 10은, 대조적으로, 종래 기술의 예시적인 HEX 패턴을 도시한다.
도 11은 종래 기술의 다른 예시적인 동심 링 패턴을 도시한다.
도 12a는 예시적인 두 개의 플레이트의 잎차례 열 교환기의 FORHT 흐름 패턴의 개략도를 도시한다.
도 12b는 도 12a의 잎차례 열 교환기의 단면도들 도시한다.
도 12c는 도 12a의 잎차례 열 교환기의 등각도를 도시한다.
도 13a는 단일 플레이트의 잎차례 열 싱크의 예시적인 실시예의 등각도를 도시한다.
도 13b는 도 13a의 단일 플레이트의 잎차례 열 싱크에 대한 공기 흐름도를 도시한다.
정의
히트 교환기(Heat Exchanger): 이하에서 사용되는 열 교환기는 고체, 액체 또는 기체로부터의 열을 고체 구조(solid structure)의 사용에 의해 다른 상이한 고체, 액체 또는 기체로부터 또는 이들로 전달하거나 또는 교환한다. 예를 들어, 전자 제품들에 사용되는 열싱크와 같은, 열 싱크는 일반적으로 고체 열싱크 구조를 통해 하나 이상의 전자기기 패키지(package)들의 고체 케이스로부터 공기로 열을 전달한다. 또는, 예를 들어, 물 히터들에서, 열 교환기는 일반적으로 냉수를 가열하기 위해 고온의 연도 가스(flue gas)로부터의 열 에너지를 전달하는 복수의 튜브들을 포함한다. 연도 가스는 열 교환 인클로저(enclosure)에서의 튜브들의 외부의 물을 가열하기 위해 튜브들을 통과할 수 있다. 또는, 가열되는 물은 가열되는 물을 흘러 보내는 열 교환기 튜브들의 외부를 따라 통과하는 연도 가스와 함께 튜브들을 통해 흘러 보내질 수 있다.
포스트(post)들 또는 튜브(tube)들: 일반적으로, 튜브들은 원통형 튜브들이다. 그러나, 이하에서 사용되는 바와 같이, 튜브들은 임의의 적합한 형상의 임의의 길이 방향 구조를 포함하고, 이는 가스 또는 유체가 그 내부에서 길이 방향으로 흐르도록, 그리고 다른 가스 또는 유체가 외부 표면을 따라 흐르도록 허용하는데, 이는, 튜브 내부에서의 유체 또는 가스와 튜브의 외부 표면을 지나 흐르는 유체 또는 가스 사이에 열 에너지를 교환하기 위한 목적을 위해서이다. 예를 들어, 튜브들은 내부에 정사각형의 길이 방향 경로들을 가지는 정사각형 또는 직사각형 튜브들일 수 있다. 임의의 적합한 외부 기하학적 구조(external geometry)의 튜브들이 사용될 수 있다. 유사하게, 내부 길이 방향 통로들은 정사각형, 직사각형, 원형일 수 있거나 또는 임의의 다른 적합한 형상의 개구를 가질 수 있다. 열싱크의 포스트들과 같은, 포스트들은 일반적으로 복수의 포스트들의 각각의 포스트의 외부 표면들을 지나 그리고 이들 위로 흐르는 유체 또는 가스로 또는 이들로부터 고체 포스트들로의 또는 이들로부터의 전도(conduction)에 의해 열 에너지를 전달한다. 포스트들은 원형, 직사각형, 정사각형, 삼각형 또는 임의의 적합한 포스트 형상일 수 있다.
열 파이프(pipe)들: 이하의 포스트들 또는 튜브들 중 하나는 열 파이프들로 전체적으로 또는 부분적으로 대체될 수 있다. 열 파이프는 일반적으로 액체와 기체 사이의 상전이(phase transition)에 기초한 증발-응축 주기에 의해 일 단부에서 다른 대향하는 단부로 열을 전달한다.
둘레 반경(Perimeter radius): 포스트들 및/또는 튜브들은 이하에서 보다 상세히 설명되는 새로운 피보나치 최적화 방사형 열 전달(FORHT) 레이아웃에 따라 임의의 적합한 플레이트의 임의의 적합한 표면 상에 배치될 수 있다. FORHT 레이아웃은 패턴 반경 내에서 정의될 수 있는 원형의 대칭 패턴을 가진다. 또한, 패턴 반경은 열 전달 디바이스의 외부 엣지(edge)로부터 충분한 여유(clearance)를 가지기 위해 둘레 반경 내에 있을 수 있다. FORHT 레이아웃의 포스트들 및/또는 튜브들을 지지하는 플레이트의 형상은 중요하지 않다. 예를 들어, 플레이트는 원형 플레이트 일 수 있으며, 여기서 둘레 반경은 원형 플레이트의 반경이다. 또는, 다른 예시적인 실시예들에서, 플레이트는 비-원형 플레이트의 표면 상에 둘레 반경을 포함하는 정사각형 또는 직사각형 플레이트일 수 있다. 유사하게, 둘레 반경은 원형 또는 비-원형 플레이트 상에 또는 이들 위에 배치되는 원통형 인클로저의 내부 벽 표면에 의해 정의될 수 있다.
상술한 바와 같이, 물을 가열하는 효율적인 수단은 온수 히터의 열 교환기를 통해 버너로부터의 고온 가스를 흘러 보내는 것이다. 고온 가스의 열 에너지는 일반적으로 복수의 튜브들을 통해 가열된 가스(예를 들어, 연도 가스)를 통과시키거나, 튜브들의 외부 상에 가열된 가스 또는 물을 통과시킴으로써 물로 전달된다. 일반적인 유형의 원통형 열 교환기 중 하나는 실린더 내에 복수의 튜브들을 지지하는 2 개 이상의 튜브시트들을 가진다. 실린더를 통해 길이 방향으로 연장하는 튜브들은 튜브 시트들을 따라 배치된다.
예를 들어, Fiority에 의하고 또한 AERCO, International, Inc에 양도된, 미국 특허 출원번호 제13/892,920호, "WATER HEATING APPARATUS WITH PARALLEL HEAT EXCHANGERS"에서, 제 1 유체(바람직하게는 고온 가스)와 제 2 유체(바람직하게는 물) 간에 전달하는 이러한 열 교환기가 기술된다. 온수 열 교환기들은, 예를 들어, 직립(upright) 원통형 외부 하우징 및 두 개의 튜브시트들로 구성될 수 있다. 상부 튜브 시트는 연소 가스 입구/물 흐름 출구에 위치할 수 있고, 그리고 하부 튜브 시트는 연소 가스 출구/물 흐름 입구에 위치할 수 있다. 상부 튜브 시트 및 하부 튜브 시트는 일반적으로 하우징의 각각의 부분으로 이들의 주위에서 용접된다. '920 특허의 예시적인 열 교환기는 적어도 하나, 그러나 바람직하게는 복수 개의 열 교환 튜브들을 더 포함한다. 일 실시예에서, 튜브시트들은 일반적으로 열 교환 튜브들이 끼워지는 복수의 홀들을 가지는 편평한 디스크이다. 열 교환 튜브들은 두 개의 튜브시트들 사이에서 용접된다. 일 예에서, 하부 튜브 시트는 유입수가 흐르는 곳을 통해 그 외부 엣지를 따라 원형 패턴의 홀들 포함한다. '920 출원은 모든 목적들을 위해 그 전체로 참조로서 본 명세서에 통합된다.
Fioriti 등에 의한, 미국 특허번호 제 9,175,853 B2, "WATER HEATING SYSTEM WITH OXYGEN SENSOR"에서, 연소 챔버에 결합되는 열 교환기 시스템을 또한 포함하는 다른 물 가열 시스템이 기술되었다. 여기에서, 가스들의 연소는 열 교환기 시스템을 사용하여 물을 또한 가열하기 위해 연소 챔버에서 빠져 나간다. 예시적인 '853 특허의 열 교환기 시스템은 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 화염관(fire tube)들 또는 대안적인 수관(water tube)들을 포함할 수 있다. '853 특허는 모든 목적들을 위해 그 전체로 참조로서 본 명세서에 통합된다.
2 개 이상의 튜브 시트에서의 개구들의 패턴 또는 레이아웃은 원통형 열 교환기와 같은, 복수의 열 교환기 튜브들의 패턴을 형성한다. 개구들은 일반적으로 직교 좌표계에 적합한(convenient) 패턴, 또는 원통형으로 대칭인 레이아웃으로 제공되며, 이 경우 최대치의 튜브들이 설치될 수 있다. 설계의 관심사는 튜브들 사이의 적절한 간격(spacing) 및 체적 그리고 또한 열 교환기 인클로저(일반적으로 원통형 인클로저)의 내부 벽으로부터의 충분한 간격을 포함한다.
도 1은 AERCO 열 교환기에서 사용된 예시적인 직각 좌표계의 튜브시트 레이아웃의 도면을 도시한다. 하나의 예시적인 튜브시트에서, 튜브들 간에 7.5 mm의 웹 간격(web spacing)을 가지는 106 개의 튜브가 있다. 이러한 튜브 배열(arrangement)은 이동하는 냉각 유체에 대한 중심으로부터 주변으로의 바람직하지 않은 흐름 경로를 생성하여, 다른 위치들을 빈약하게 하고(starving)(보다 제한적인 흐름) 그리고 열 전달 및 온도에서의 불균형을 일으킨다.
도 2a는 다른 예시적인 원형 튜브 배치 튜브시트 (200) 레이아웃의 도면을 도시한다. 실질적으로 편평한 시트에서의 원통형 벽들 (201)은 열 교환기의 각각의 튜브 (도 2a에 미도시)에 대한 홀들 (203)을 정의한다. 도 2b는 도 2a의 원형 튜브 배치 튜브시트 레이아웃의 일부의 확대도로 몇몇의 튜브 홀들 사이에 가능한 불충분한 간격 (213)의 예를 도시한다. 3.68 mm의 최소 웹은 너무 가깝다. 이러한 원형 튜브 배치 튜브시트 레이아웃 설계의 잠재적인 문제점 중 하나는 튜브 대 튜브시트 용접점(tube to tubesheet weld)들이 서로 겹칠 수 있다는 것이다. 또한, 제조 동안에 튜브시트로 용접된 튜브들 사이에 용접 상호 작용(weld interaction)이 있을 수 있다. 다른 문제점은 가열에 의해 일어나는 팽창 동안에 불충분한 지지가 있을 수 있다는 것이다. 그러나, 반사형 배치의 문제점은 모든 시도되는 튜브들의 배열이 방사형으로 외측으로 이동하는 유체에 대한 적어도 하나의 바람직하지 않는 흐름 경로를 남겨(leave), 튜브들에서 유체로의 열 전달 및 흐름에서의 불균형을 일으킨다는 것이다.
요구되는 것은 방사형 열 전달 패턴에 대해 최적화된 새로운 유형의 열 전달 구조이다. 또한, 새로운 열 전달 구조는 보다 효율적이고 그리고 비용 효율적으로 동작하는 온수 열 교환기들을 구축하기 위한 튜브 시트 패턴에 적용될 수 있다.
온수 히터를 위해 열 교환기에서의 불균일한 방사형 흐름의 문제점을 해결하는 동안, 많은 유형들의 열 교환기들에서의 불균일한 방사형 흐름의 문제점을 해결하기 위해 적용될 수 있는 방사형 흐름에 대한 해결책들이 있다는 것이 인식되었다. 또한, 상기 해결책은 많은 유형들의 종래의 전기식 열싱크들을 대체하기 위해 사용될 수 있는 새로운 유형의 방사형 흐름 열싱크를 포함한다는 것이 인식되었다.
본 출원은 일반적으로 열 교환기의 주변으로 중심으로부터 외측으로 방사형으로 이동하는 유체로의 열 전달에 관한 것이다. 열은 고체 튜브 벽들 또는 포스트들과 외측으로 방사형으로 이동하는 유체 간에 전달된다. "잎차례 패턴"은 자연, 솔방울(pine cone)들, 버드나무 암수(pussy willows), 꽃잎(flower petal)들에서 발생한다. 열 교환기들로의 고체 부재들(예를 들어, 포스트들, 튜브들, 또는 열 파이프들)의 잎차례 패턴의 새로운 적용은 피보나치 최적화 방사형 열 전달(FORHT)로 지칭된다.
2015년 8월 5일 출원된 CN105070696A "Miniature radiator with columnar phyllotaxis configuration expanding structure"에서, Yushan 등은 잎차례 구성을 가지는 소형 라디에이터를 기술했다. '696 CN의 도 1의 파인애플 잎 및 솔방울 배열 시퀀스 구조 도형의 교차되는 선의 잎차례 배열 패턴이 Yushan의 마이크로 열 싱크에 대해 적응되었다. 본 발명자들은 패턴의 측면들 또는 외부 부분들로부터 발생하는 교차된 굴곡 선들의 패턴을 교시한다. 696 CN 특허 출원의 도 1 내지 8의 도면들의 모든 열 싱크 필러(pillar)들은 동일한 교차된 선 패턴을 따른다. 잎차례 나선들과 관련된 몇몇의 약간의 곡률의 선들이 있을 수 있지만, 열 싱크 필러들에는 심원의 나선형 구조(centered spiral structure)들은 없다.
2015년 8월 5일 출원된 CN105161472A "Pin-column type mini-size radiator having end face with phyllotaxy structure"에서, 굴곡된 교차 선들의 유사한 교차되는 선 구조가 해바라기 조직의 잎차례 구조로부터 적응된다. 또한, 본 발명자들은 해바라기 조직의 잎차례 구조를 심원의 나선형 패턴이 아닌 미니-컬럼 라디에이터(mini-column radiator) 핀 말단면에 적용하는데 사용되는 특징으로서 교차되는 굴곡 선들의 대안적인 패턴을 교시하며, 이는 방사형 흐름이 아닌 교차 흐름을 가진다.
2003년 3월 18일 등록된 미국 특허번호 제6,533,684호 "Phyllotaxis-based dimple patterns"에서, Winfield 등은 골프공들에 대해 잎차례를 사용하여 딤플(dimple)들을 팩킹하는 방법을 기술했다. Winfiled의 도 1b는 도 1a의 잎차례형(phyllotactic) 패턴의 도면 중심을 상세하게 도시하고, 잎차례형 패턴의 정면도는 전체적으로 나선형 패턴을 나타낸다. Winfield에 의해 기술된 바와 같이, 잎차례는 대칭적인 패턴들 또는 배열들의 연구이다. 이는 자연적으로 발생하는 현상이다. 일반적으로 상기 패턴들은 원호들, 나선들 또는 소용돌이(whorl)들을 가진다. '684 특허는 수학 및 식물의 잎차례의 기술 분야에 또한 잘 알려진 관련된 수학 및 잎차례를 기술하기 위한 목적으로 그 전체로 참조로서 본 명세서에 통합된다. 많은 공기역학적 및 제조 상의 이유들로, Winfield는 다수의 홈(indent)들 중 적어도 일부가 잎차례형으로 생성된 원호에 의해 정의되고, 그리고 복수의 원호들이 골프공의 이퀘이더(equator) 근처에 위치하는 홈들로부터 연장하고, 그리고 복수의 원호들 중 적어도 하나는 다른 원호들과 상이한 위치에서 끝나는 골프공을 교시한다.
열 교환기의 튜브 시트 튜브 홀 패턴에 황금 비율의 잎차례 레이아웃과 같은, 잎차례 레이아웃을 적용함으로써 열 교환기는 항상 보다 효율적으로 구성될 수 있다는 것이 인식되었다. "황금 비율"에 기초하여 열 교환기 내의 튜브들의 위치를 결정하는 피보나치 최적화 방사형 열 전달(FORHT) 설계는 이하에서 보다 상세히 기술된다. 종래 기술의 핀-컬럼 유형의 작은 크기의 라디에이터의 잎차례 교차된 선들의 제한적인 사용에 대한 교시와 반대로, 열 교환기의 튜브시트 패턴으로 잎차례 패턴들의 새로운 적용에서, 나선형 패턴들은 새롭고 보다 효율적인 유형의 FORTH 설계의 열 교환기를 만들기 위해 사용될 수 있다는 것이 인식된다.
이러한 새로운 FORHT 적용(예를 들면, 방사형 흐름 열싱크들을 위한 또는 열 교환기 튜브 시트들을 위한)에 대해, 몇몇 실시예들에서, 튜브 시트 홀들의 패턴은 다음과 같이 결정될 수있다 :
Figure 112019001319884-pct00001
Figure 112019001319884-pct00002
여기서 원통 좌표계 시스템에서, r은 반지름, n은 튜브 시트 세타 상의 튜브 중심점 또는 튜브 홀 또는 열싱크의 특정한 포스트의 수이고,
Figure 112020034364275-pct00003
(파이)는 황금 비율 엘리먼트 0.618033988이다. n은 0 또는 1, 또는 임의의 다른 수(예를 들어, 처음의 9 튜브들을 생략한, 10)에서 시작할 수 있다.
Figure 112019001319884-pct00004
여기서 hn은 홀 번호이고, c는 스케일링 상수이다.
튜브 시트에서 각각의 튜브 홀들에 대한 대응하는 직각 좌표들은 종래의 원통 대 직각 좌표 변환 식들에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112019001319884-pct00005
Figure 112019001319884-pct00006
여기서 x 및 y는 튜브 시트의 각각의 홀에 대해 계산된 직각 좌표들이다.
가스들 및/또는 유체들을 위한 열 교환기들에 FORHT의 적용
이하의 기술에서, FORHT 레이아웃에 따른 복수의 튜브들을 포함하는 열 교환기에 대해 FORHT의 적용이 설명된다. 튜브들은 물 또는 액체의 흐름을 포함할 수 있다. 튜브들의 외부에 물 또는 액체의 흐름이 있을 수 있다. 그러므로, 열 교환기는 가스 대 가스 열 교환기, 가스 대 액체 열 교환기(튜브들에서의 액체 또는 가스), 또는 액체 대 액체 열 교환기일 수 있다. 온수 히터의 열 교환은 가스로부터 액체로 열을 전달할 수 있는 방사형 흐름 열 교환기의 하나의 예에 불과하다.
도 3a 및 도 3b는 몇몇의 컴퓨터 제어 제조 기계들 및 프로세스들에 유용할 수 있는, 직교 좌표계로의 변환을 위한 식 4 내지 5 및, 식 1 내지 3에 기초하여 상이한 스케일링 상수들에 대한 다양한 FORTH 튜브시트들의 그래프를 표시하고 그리고 계산하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 엑셀™ 모델을 도시한다. 도 3a 및 도 3b의 워크시트의 적용은 예를 들어 방사형 흐름 열 싱크와 같은, 다른 방사형 열 전달 구조들에도 동일하게 적용된다.
도 3a는 새로운 FORHT 튜브시트 레이아웃 튜브시트 시스템 및 방법에 따라 예시적인 계산된 홀 위치들의 엑셀 워크시트의 테이블을 도시한다. 도 3b는 도 3a의 계산된 FORHT 튜브시트 레이아웃의 그래프를 도시한다. 설계 변형들은, 예를 들어, 약 0.9 내지 1.2의 상대적으로 좁은 범위에 걸치는, 상수 c에서의 작은 변화에 대해 매우 민감하다는 것이 인식되었다. 도 3b의 예시적인 튜브 시트 홀 그래프는 모델링된(modeled) 수의 홀(모델 워크시트 상에 설정 가능)들의 배치 및 원통형 열 교환기 인클로저의 의도되는 원통형 인크로저 경계를 도시한다.
도 4a는 열 교환기를 위한 예시적인 FORHT 튜브시트 (400) 패턴을 도시한다. 상술한 바와 같이, 튜브시트 (400) 패턴의 홀들 (403)은 임의의 적합한 제조 수단에 의해 시트 (410) 내에 제조되는 원통 벽들 (401)에 의해 정의된다. 109 개의 튜브들이 사용될 수 있으나, 결과로서 생기는(resultant) 2mm의 웹 간격은 너무 작을 수 있어, 효율적인 열 교환기 작동에 바람직하지 않다. 3.3 mm 웹으로 가면, 보다 효율적인 작동이 가능하지만, 튜브 시트 상의 외부 튜브들이 열 교환기 원통형 인클로저의 내부 벽에 너무 가깝게 끝날 수 있다. 시트 (410)는 충분한 강도, 내열성, 및 튜브들에 기계적으로 결합할 수 있는 능력을 가지는 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 시트 (410)는, 예를 들어, 강철 튜브에 용접될 수 있는 임의의 적합한 유형의 강철과 같은, 금속으로 제조될 수 있다. 도 4b는 열 교환기의 내부 벽과 튜브들 사이의 간격 및 내부-튜브 간격의 양쪽 문제점들을 또한 해결하는 FORHT 튜브 시트의 다른 예시적인 더 큰 실시예를 도시한다. 도 4b는 더 큰 홀간(inter-hole) 간격을 가지는 3 개의 예시적인 나선들을 도시한다. 표시의 단순화 및 비교를 위해 도 4a로부터의 더 큰 홀간 간격에 대해 3 개의 나선들 만이 수정된다. 도 4b는 거의 동일한 크기의 홀들 사이의 간격이 더 큰 튜브시트 상에 도 4a의 FORHT 패턴에 비해 어떻게 증가될 수 있는지를 도시한다. 도 4b의 도시에서의 비교 및 단순화를 위해 3개의 나선들이 확장되었지만, 실제로, 다른 나선들은 일반적으로 3개의 예시적인 확장된 나선들과 유사하게 더 큰 홀간 간격에 대해 수정될 것이다.
예: 같은 수의 109 개의 튜브들에 대해, 스케일링 상수가 변경될 수 있고 그리고 튜브 시트는 624 mm에서 724 mm로 증가될 수 있으므로, 레이아웃은 현재 8.15mm 잎차례 튜브 홀 간격을 가지는 725 mm의 튜브시트 내에서 충분히 있게 된다. 더 큰 실시예들에서, 홀들 사이에 더 큰 공간을 가지는, 더 적은 홀들이 있을 수 있다.
도 5는 중심 튜브에 대해 N = 0이고, N = 1 내지 9를 생략하고 N = 10, 11, 12 ... 인 다른 예시적인 FORHT의 실시예를 도시하고, 이는 열 교환기의 중심으로 유체 전달을 위한 중심축 방향 흐름 채널을 생성하고, 이 지점으로부터 유체가 열 전달기 튜브들 또는 핀들을 통해 방사형으로 흐를 수 있다.
온수 히터의 외부 출입구(door)로 수정되는 기존의 30'' 인클로저는 이전의 624mm 레이아웃에 비해 100mm 직경이 증가된 약간 더 큰 튜브시트를 수용(house)할 수 있다. 624mm에서 724mm로 튜브시트를 증가시킴으로써, 우리는 다음과 같은 이점을 획득할 수 있다: 1. 고유한 잎차례 (특허 출원 중) 튜브 위치선정 패턴을 허용, 2. 튜브들 간의 최소 웹 간격을 AIC 카르테시안 레이아웃(AIC Cartesian layout)에 대한 3.68mm에서 새로운 잎차례 패턴 레이아웃에 대한 8.55mm로 증가시킴, 3. 튜브 확장 동안에 벽들을 지지하게 하는 튜브들 간의 더 넓은 웹을 제공, 4. 용접들이 겹치지 않고 응력 라이저 위치(stress riser location)들을 생성함, 5. 튜브 시트가 튜브 사이에서 더 차가워져, 신뢰성이 향상시킴(튜브 밀도(density)는 몇몇의 종래 기술의 레이아웃 설계를 사용하는 열 교환기의 좀 더 빈번한 고장 및 높은 열을 초래하다는 것이 인식되었다) 6. 튜브시트 하의 좀 더 균일한 열 전달 (이러한 패턴은 중심으로부터 주위로의 임의의 바람직하지 않는 흐름 경로들을 가지지 않기 때문임). 다른 카르테시안 패턴들은 중심으로부터 주위로의 다수의 낮은 압력 강하 경로들을 가진다. 이는 높은 흐름 및 낮은 흐름의 채널들을 생성하고, 튜브시트 하에 스케일 증착들(scale deposits) 및 보일링(boiling)에 좀 더 적합한 낮은 흐름 영역들을 가질 것이다 (7).
예: 열 교환기는 적어도 2 개의 튜브 시트들을 가진다. 열 교환기는 열 교환기 반경을 가지는 열 교환기 원통형 인클로저를 포함한다. 적어도 2 개의 튜브 시트들의 각각의 튜브 시트는 시트 (410)에서 원통형 벽들 (401)에 의해 정의되는 복수의 홀들 (403)을 정의하는 튜브 시트 (400) 패턴을 가진다. 각각의 홀 (403)은 열 교환기 원통형 인클로저의 장축을 따라 길이 방향으로 배치되는 열 교환 튜브를 지지한다. 홀들 (403)은 잎차례 레이아웃 또는 패턴에 따라 배치된다. 잎차례 레이아웃의 복수의 잎차례 원호들 각각은 튜브 시트 반경 보다 작은 잎차례 원호 종단 반경에서 튜브 시트 상의 원호 반경을 따라 상이한 위치들에서 끝난다.
종래 기술의 중심 공급(fed) 방사형 카르테시안 기반 흐름 패턴(center fed radial Cartesian based flow pattern)들은 열 교환 열 흐름 효율에 최적화되지 않도록 실현되었다. 이하에서 기술되는 새로운 FORHT 레이아웃에 따라 최적화 엘리먼트 개수(count) 및 최소화된 바이패스가 존재한다.
좀 더 효율적인고 비용 효과적인 열 교환 동작은 "황금 비율"에 기초하여 열 교환기 내의 튜브들의 위치를 결정하는 새로운 FORHT 레이아웃을 따르는 튜브 시트 패턴으로 종래의 튜브 시트 패턴들을 대체함으로써 달성될 수 있다.
열싱크들(heatsinks)
열싱크들은 일반적으로 정사각형 또는 직사각형이다. 열 싱크 기초(base) 구조의 형상에 관계없이, 종전의 열 싱크의 핀들 또는 포스트들은 행 및/또는 열로 가장 빈번하게 배치된다. 열싱크의 변형 중 하나는 선들이 잎차례의 외부 암(arm)들로부터 발생하는 교차선 패턴을 포함한다. 그러나, 이러한 해결책들 중 어느 것도 방사형 열 유출(outflow)에 직접적으로 관련되지 않고, 오히려 종래의 선형 공기 흐름(예를 들어 측면 장착 팬으로부터)을 사용하여 열 전달을 향상시키는 것에 관련된다.
열싱크들을 바라보는 새로운 방법은 방사형 열 전달을 따르는 것이라는 점이 인식되었다. 열의 효율적인 방사형 전달을 위해, 방사형 경로들은 실질적으로 균형을 이루어야한다. 종래의 열 싱크들과 같은, 최적화되지 않은 구조들로의 열 전달을 도입하는 것의 문제점은 방사형 또는 방사형 같은 열 흐름들이 형성될 수 있지만, 다양한 방사형 열 흐름들이 바람직하지 않는 방사형 또는 방사형 같은 흐름들을 제공하여(setting up) 불균일하다는 것이다. 이러한 바람직하지 않은 방사형 흐름들은 나머지 바람직하지 않는 방사형 경로들을 빈약하게 하고 그리고 열 싱크의 비효율을 초래한다.
예를 들어, 통상적으로 설계된 포스트 및/또는 핀드 (finned) 열 싱크의 포스트들 증기를 배출하는(blowing down) 종래의 열 싱크 위에 배치되는 팬은 다양한 방사형 또는 방사형 같은 열 흐름들을 설정할 수 있다. 그러나 바람직한 그리고 바람직하지 않은 경로들이 있을 수 있어, 비효율적인 전체 방사형 열 흐름을 초래하여, 비효율적인 방사형 방식의 열 싱크를 초래한다. 유사하게, 선형 흐름의 열싱크의 동작을 가능한 향상시키는 것과 동시에 잎차례의 엣지들 또는 교차된 측면 암들의 사용은 효율적인 방사형 흐름 열 싱크를 제공하지 못할 것이다.
종래 기술에서, 입사하는(incedent) 열싱크 공기 흐름 (또는 액체 흐름)의 각도 및 소스(source)에 관계없이, 실험적으로 충분한 열 전달을 제공하는 열 싱크들이 제공되어, 열 싱크를 거쳐 의도되는 또는 용인가능한 델타-T(delta-T)를 유지하거나(예를 들어, 인클로저 또는 팩키지와 주변 공기 사이의 온도 차이), 또는 특정한 인클로저 또는 패키지의 온도 상승을 제한한다(예를 들어, 반도체 또는 CPU 케이스 또는 패키지).
그러나, 선형 열 흐름에서 방사형 열 흐름으로 동작 방식을 변경함으로써, 온수 히터들의 열 교환기들을 위해 개발된(그리고, 일반적으로 열 교환기에 적용가능한) 새로운 FORHT 레이아웃은, 전자기기 쿨링 적용들에 사용되는 열싱크와 같은 새로운 FORHT 열싱크 구조에 적용될 수 있다.
가장 일반적인 예로서, 열 교환기의 튜브시트에서 홀들의 배치를 위해 상술한 동일한 식들이 포스트들, 핀들, 열 파이프들, 또는 임의의 다른 적합한 열 싱크의 고체 구조체를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 단, 이들 사이에 복수의 튜브들을 지지하는 한 쌍의 튜브시트들과 달리, 일반적으로 열 싱크는 포스트들, 핀들, 열 파이프들, 또는 임의의 다른 적합한 고체 구조들이 외부로 돌출하는 제 1 표면을 가진다. 일반적으로, 반드시 필수적인 것은 아닌, 포스트들 핀들, 열 파이프들, 또는 임의의 다른 적합한 고체 구조들이 열 싱크 표면에, 일반적으로 열싱크 플레이트의 편평한 표면에 거의 수직으로 돌출한다. 따라서, 튜브시트들에 대해 기술된 임의의 스케일링된 버전의 패턴들이 열싱크의 표면 상의 포스트들, 핀들, 열 파이프들, 또는 임의의 다른 적합한 고체 구조들의 배치를 위해 또한 사용될 수 있고, 이는 방사형 열 전달 방식의 동작 방식을 작동시킨다.
배플들(baffles)
새로운 FORHT 열 교환기가 FORHT 열 싱크 또는 열 교환기의 튜브들 또는 포스트들을 지나는 유체 또는 가스의 방사형 흐름을 추가적으로 향상시키기 위해 배플들을 포함할 수 있다는 것이 인식되었다.
도 6은 열 소스 (699)로부터 열을 제거하기 위한 배플들을 가지는 예시적인 FORHT 열 싱크의 개략적인 흐름도를 도시한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 2 가지 유형들의 배플들, 도넛형 배플 (627) 및 디스크 배플 (625)이 있다. 냉각 공기 (681)는, 팬 (689)과 같은 것에 의해 FORHT 열 싱크를 통해 송풍된다(blown). 방사형 공기 흐름 (622)은 도넛형 배플 (627) 및 디스크 배플 (625) 조합에 의해 FORHT 열 싱크의 기초 플레이트(base plate) (603)로부터 연장하여 이에 장착되는 포스트들 (601)를 통해 보다 효율적으로 지향된다. 디스크 배플 (625)은 원통형 인클로저 (638)의 벽과 같은 인클로저 벽들을 향해 방사형 공기 흐름 (622)을 지향시킨다. 디스크 배플 아래의 방사형 공기 흐름 (622)은 다음의 도넛형 배플 (627)의 중심 홀을 향해 안쪽으로 복귀한다. 따라서, 방사형 공기 흐름 (622)은 포스트들 (601)을 통해 실질적으로 수직인 흐름에 더 가깝게 지향되어 포스트들 (601) 거쳐 방사형 공기 흐름 (622)의 균일성을 더욱 향상시킨다. 원하는 만큼의 많은 수의 배플들을 통해 각각의 유형 중 하나의 배플, 어느 한 유형의 하나의 배플로부터 사용되는 임의의 수의 적합한 배플들이 있을 수 있다. 하나 이상의 배플을 통해 흐른 후에, 방사형의 따뜻한 공기 (683)는 FORHT 열 싱크를 빠져 나간다.
도 7은 배플들을 가지는 온수 히터를 위한 예시적인 FORHT 열 교환기의 개략적인 흐름도를 도시한다. 화염 (789)으로부터의 고온 가스 (799)는 상술한 바와 같이 FORHT 패턴으로 배열된 튜브들을 통해 흐른다. FORTH 열 교환기를 통해 고온 가스에서 냉수로 열 에너지를 전달한 이후, 결과로서 생기는 냉각 가스(797)는 각각의 튜브 (701)의 대향하는 단부에서 튜브들을 (701) 떠난다. 냉수 (781)는 냉수 입구 (751)를 통해 열 교환기 인클로저로 들어간다. 제 1 도넛형 배플 (727)은 원통형 열 교환기 인클로저 (738)로 흐르는 냉수가 열 교환기 튜브들 (701)을 지나 방사형으로 흐르는 유체 (722)로서 도넛형 배플 (727)에서의 중앙 개구로부터 흐르도록 한다. 도 7의 예시적인 FORHT 열 교환기의 하부 섹션에서 볼 수 있는 바와 같이, 단 하나의 도넛형 배플 (727)도 포스트들 (701)을 거쳐 방사형으로 흐르는 유체 (722)를 향상시킨다. 방사형으로 흐르는 유체 (722)가 포스트들의 긴 방향에 실질적으로 수직으로 흐르는 경우, 보다 나은 효율성이 달성될 수 있다. 이러한 배플 배열 중 하나는 열 교환기의 상부 근처에서 볼 수 있는데, 도 7의 예시적인 열 교환기에서 디스크 배플 (725) 위로 보이는 도넛형 배플 (727)의 중심 개구를 향해 인클로저의 내부 표면과 디스크 배플 (725) 사이의 원형 개구를 통해 방사형으로 흐르는 유체 (722)를 지향시키는 디스크 배플 (725)이 보여질 수 있다. 열 교환기의 상부에 의해, 냉수 (781)는 열 교환기에 의해 가열되어 온수 출구 (753)에서 열 교환기를 온수 (783)로서 빠져 나간다.
열 파이프들: 상술한 임의의 튜브들 또는 포스트들이 하나 이상의 열 파이프들로 대체될 수 있다. 열 파이프들을 포함하는 실시예들에서, 일반적으로 포스트들 또는 튜브들을 통한 방사형 흐름에 의해 일어나는 튜브들 또는 포스트들로의 또는 이들로부터의 열의 흐름 이외에, 각각의 열 파이프에서 단부에서 단부로의 열 에너지의 흐름이 있을 수 있다.
예: 도 8은 예시적인 FORHT 패턴의 도면을 도시한다. 예시적인 FORHT 패턴의 원들은 복수의 나선형 원호들을 정의한다. 예시적인 도 8에 도시된 바와 같이, 8 개의 반시계방향 나선형 원호 및 13 개의 시계방향 나선형 원호가 있다. 원들은 예를 들어 열 싱크의 표면과 같은, 표면으로부터 돌출하는 열 파이프들, 튜브들 또는 로드(rod)의 위치들, 또는 튜브 시트의 홀들을 나타낼 수 있다. 반시계방향 나선형 원호들 및 시계방향 나선형 원호들의 개수는 임의의 적절한 수 및 조합들, 예를 들어 각각 5, 8; 8, 13; 13, 21; 21, 34; 등 일 수 있다. FORHT 패턴의 반시계방향 나선형 원호의 개수 및 시계방향의 개수는 각각 연속적인 피보나치 수들이다.
방사형 흐름 패턴: 상술한 바와 같이, FORHT 패턴과 같은, 잎차례 패턴은 특히 튜브들, 포스트들, 및/또는 열 파이프들을 사용하는 열 전달 적용들에서, 방사형 열 흐름을 향상시킨다. 방사형 흐름 패턴의 방사형 열 전달은 예를 들어, 복수의 튜브들, 포스트들, 또는 열 파이프들을 통해 가스 또는 유체의 흐름에 의해, 달성될 수 있다. 기존의 패턴들 및 레이아웃들의 문제점은 거의 방사형 대칭으로 보이지만, 이들 종래 기술의 패턴들은 패턴의 다른 부분들을 빈약하게 하는 바람직하지 않은 영역들 및 흐름의 경로들을 가지는 불균일한 방사형 열 흐름을 실제로 일으킨다는 것이다. 요구되는 것은 방사형 대칭의 외관을 보이는 것을 넘어, 실제로 최적화하고 그리고 실질적으로 균일한 열 에너지의 방사형 흐름을 제공하는 것이다. FORHT 패턴들 같은 잎차례 패턴은 특히 튜브들, 포스트들 및/또는 열 파이프들을 사용하는 열 전달 적용들에서, 실질적으로 균일한 방사형 흐름 열 에너지를 제공할 수 있다는 것이 인식되었다.
도 9는 실질적으로 바람직하지 않은 흐름 경로들이 없는 화살표로 나타낸 열 에너지의 방사형 흐름을 제공하는 이러한 예시적인 FORHT 패턴 해결책 중 하나를 도시한다. 나타낸 열 에너지의 흐름은 임의의 적합한 패턴의 구조를 통한 예를 들어 온수 히터의 버너로부터의 연도 가스와 같은, 가스 또는 예를 들어, 고온 히터의 열 교환기의 경우의 물과 같은, 유체의 흐름에 의해 용이해질 수 있다.
대조적으로, 도 10은 종래 기술의 예시적인 HEX 패턴을 도시한다. 바람직하지 않은 열 에너지의 흐름 경로들은 상대적으로 큰 영역들의 낮은 흐름을 생성하는 것이 보여질 수 있다. 바람직하지 않은 경로들에 의해 빈약해지는 낮은 흐름의 영역들은 상당한 비효율성을 초래하는데, 이는 열 전달 계수는 직접적으로 유체 속도에 비례하기 때문에, 이러한 영역들의 포스트들 또는 튜브들이 열 전달에서 덜 효과적이기 때문이다.
도 11은 종래 기술의 다른 예시적인 동심(concentric) 링 패턴을 도시한다. 도 10의 HEX 패턴과 유사하게, 다시 잘 정의된 바람직하지 않은 경로들 및 빈약해진 낮은 흐름 영역들이 있다.
따라서, 복수의 포스트들 또는 튜브들을 통해 방사형으로 흐르는 유체 또는 가스로의 또는 이들로부터의 열 에너지를 전달하기 위한 열 전달 디바이스가 플레이트 표면 상에 배치되고 그리고 실질적으로 수직으로 돌출하는 복수의 포스트들 또는 튜브들을 포함하며, 여기서 복수의 포스트들 또는 튜브들 중 적어도 약 50 %는 잎차례 레이아웃에 따라 배치되고 잎차례 레이아웃의 복수의 잎차례 나선형 원호들의 각각의 원호는 둘레 반경 보다 작은 잎차례 원호 종단 반경으로 플레이트 상의 원호 반경을 따라 상이한 위치들에서 끝나는 경우, 예를 들어 열 교환기 또는 열 싱크와 같은, 열 전달 디바이스는 좀 더 효율적일 수 있다는 것이 이제 보다 잘 이해될 수 있다.
잎차례 패턴으로부터의 변형들: 몇몇의 실시예들에서, 튜브들, 포스트들, 열 파이프들, 및/또는 홀들의 적어도 약 85%는 예를 들어 FORHT 패턴과 같은, 잎차례 패턴에 따라 배치된다(laid out). 예를 들어, 몇몇 적용들에서, 장착(mounting), 용접, 또는 다른 일반적인 기계적 고려사항들과 같은, 중심 근처의 패턴을 변하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 실시예들에서, 복수의 포스트들 또는 튜브들의 약 50%(적어도 약 절반)이 잎차례 레이아웃에 따라 배치되는 경우 상술한 바와 같이 열 전달 디바이스들이 효율적일 수 있다는 것이 인식될 수 있다.
대안적인 유사한 시리즈들 및 패턴들: 본 기술 분야의 통상의 기술자들은 매우 유사하고 잘 알려진 루카스 시리즈들(lucas series)과 같은 다른 잎차례 패턴들이 존재함을 인식할 것이다. 루카스 시리즈들에 기초하는 다른 동등한 잎차례 패턴들이 적용의 범위 내에 있도록 의도된다.
예: 도 12a, 도 12b 및 도 12c는 상부 플레이트 및 중심 홀 배플 사이에 방사형 외부 흐름을 가지는 중심 홀 배플을 통한 FORHT (피보나치 최적화 방사형 열 전달)을 이용하는 예시적인 두 개의 플레이트 잎차례 열 교환기를 도시한다. 도 12b는 도 12a의 잎차례 열 교환기의 단면도를 도시한다. 중심 홀은 배플 플레이트에서 보여질 수 있다. 도 12c는 도 12a의 잎차례 열 교환기의 등각도를 도시한다.
도 12c를 참조하면, 잎차례 열 교환기 열 전달 디바이스는 복수의 포스트들 또는 튜브들 (120)을 통해 방사형으로 흐르는 유체 또는 가스로의 또는 이들로부터의 열 에너지를 전달한다. 플레이트 (1203)는 플레이트 표면 (1261)을 가진다. 제 2 플레이트 (1213)는 제 2 플레이트 표면 (1263)을 가진다. 복수의 포스트들 또는 튜브들 (1201)은 플레이트 표면 (1261) 상에 배치되고 그리고 실질적으로 수직으로 돌출한다. 복수의 포스트들 또는 튜브들 (1201) 중 적어도 약 50%는 잎차례 레이아웃에 따라 배치되고 잎차례 레이아웃의 복수의 잎차례 나선형 원호들의 각각의 원호는 둘레 반경 보다 작은 잎차례 원호 종단 반경으로 플레이트 상의 원호 반경을 따라 상이한 위치들에서 끝난다.
도 12a는 FORHT 흐름 패턴을 가지는 예시적인 두 개의 플레이트 잎차례 열 교환기 (1200)의 개략도를 도시한다. 도 12a의 개략적인 흐름도에서, 물은 고온 가스 흐름(예를 들어, 도 7, 799, 797)의 파이프들을 따라 이를 통해 원통형 탱크 (1238)로 흐른다. 파이프들 (1201)은 플레이트들 (1203, 1213)에 의해 지지된다. 화살표는 열 교환기로의 유체 흐름(예를 들어, 냉수) 및 열 교환기로부터의 유체 흐름(예를 들어, 온수)을 도시한다. 도넛형 배플 (1255)은 유입 냉수 (1221)로 도시되는 열 교환기로 들어가는 냉수가 파이프들 (1201)을 거쳐 도넛 배플 (1255)에서의 개구 (1211)를 통해 흐르도록 한다. 개구 (1211)를 통해 나가는 물은 방사형 유출수 (1223)로서 플레이트 (1213) 근처에서 거의 방사형으로 흐른다.
예: 도 13a 및 도 13b는 전자기기 컴포넌트들의 방사형 흐름 공기 냉각을 위한 단일 플레이트 잎차례 핀 열 싱크의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 13a는 단일 플레이트 (1303)에 장착되는 핀들 또는 포스트들 (1301)을 가지는 단일 판 잎차례 열 싱크 (1300)의 예시적인 실시예의 등각도를 도시한다. 도 13b는 도 13a의 단일 플레이트 잎차례 열 싱크에 대한 공기 흐름도를 도시한다. 도 13b를 참조하면, 예시적인 열 싱크 (1300)로의 공기 흐름은 예를 들어 열 교환기 (1321)로의 공기흐름에 의해 도시되는 바와 같이 핀들 또는 포스트들 (1301)를 따라 이들 사이에 중심으로 공급될 수 있다. 가열된 공기(이는 열 싱크를 냉각시킴)은 단일 플레이트 근처의 열 교환기 (1323)의 외부로 공기 흐름으로서 빠져 나간다.
도 13a에 도시된 바와 같이, 단일 플레이트 잎차례 핀 열 싱크 열 전달 디바이스는 복수의 포스트들 (1301)를 통해 방사형으로 흐르는 유체 또는 가스로의 또는 이들부터의 열 에너지를 전달한다. 플레이트 (1303)는 플레이트 표면 (1361)을 가진다. 복수의 포스트 (1301) 또는 튜브들은 플레이트 표면 (1361) 상에 배치되고 그리고 플레이트 표면 (1361)에서 실질적으로 수직으로 돌출한다. 복수의 포스트들 (1301) 또는 튜브들의 적어도 약 50%는 잎차례 레이아웃에 따라 배치되고, 여기서 잎차례 레이아웃의 복수의 나선형 원호들의 각각의 원호는 둘레 반경 보다 작은 잎차례 원호 종단 반경으로 플레이트 상에 원호 반경을 따라 상이한 위치들에서 끝난다. 적어도 하나의 핀들은 열파이프일 수 있다.
상술한 새로운 FORHT 열 전달 디바이스는 실질적으로 균일하고 그리고 실질적으로 최적인 열 전달 프로세스를 위한 열의 실질적으로 균일한 방사형 흐름을 제공한다. FORHT 열 전달 디바이스는 바람직하지 않은 열 흐름 경로들을 가지지 않는 방사형 흐름을 실질적으로 제공한다. 바람직한 경로가 없이, 임의의 방사상의 방향으로 중심으로부터의 방사형 유출(outflow)은 실질적으로 균일한 방사형 압력 강화를 가지는 동일한 외부로의 흐름을 정의한다.
표면 텍스처들 또는 처리들: 몇몇 실시예들에서, 복수의 포스트들 또는 튜브들 중 적어도 하나 이상의 포스트들 또는 튜브들의 표면은(nano texture) 또는 반-다공성 표면 처리(semi-porous surface treatment) 또는 재료 증착(material deposit)을 포함할 수 있다. 또한, 복수의 포스트들 또는 튜브들 중 적어도 하나 이상의 포스트들 또는 튜브들의 표면은 표면 처리 또는 가변 밀도 표면 처리를 포함할 수 있다.
이상 개시된 변형들, 또는 이의 대안들은 많은 다른 상이한 시스템들 또는 적용들로 결합될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 다양한 현재의 예기치 않은 또는 예상하지 못한 여기서의 개선들, 변형들, 수정들, 대안들은 본 기술 분야의 통상의 기술자들에 의해 이후에 이루어질 수 있고, 이들은 이하의 청구항에 의해 포함되는(encompassed) 것으로 의도된다.

Claims (17)

  1. 복수의 포스트(post)들 또는 튜브(tube)들을 통해 방사형으로(radially) 흐르는 가스 또는 유체로의 또는 이들로부터의 열 에너지를 전달하기 위한 열 전달 디바이스로, 상기 열 전달 디바이스는:
    플레이트 표면을 가지는 플레이트; 및
    상기 플레이트 표면 상에 배치되고 그리고 수직으로 돌출하는 복수의 포스트들 또는 튜브들-상기 복수의 포스트들 또는 튜브들 중 적어도 50%는 복수의 잎차례 나선형 원호(phyllotaxis spiral arc)들을 가지는 심원의 나선형 패턴(centered spiral pattern)을 가지는 잎차례 배치(phyllotaxis layout)에 따라 배치됨-;
    을 포함하고, 그리고
    상기 잎차례 배치의 상기 복수의 잎차례 나선형 원호들의 각각의 원호(arc)는 상기 심원의 나선형 패턴의 중심에서 시작하여 둘레 반경(perimeter radius) 보다 작은 잎차례 원호 종단 반경(phyllotaxis arc termination radius)으로 상기 플레이트 상의 원호 반경을 따라 상이한 위치들에서 끝나고, 상기 복수의 잎차례 나선형 원호들은:
    제 1 전체 개수의 시계방향 나선형 원호들 - 상기 제 1 전체 개수는 제 1 피보나치 수임 - 및 제 2 전체 개수의 반시계방향 나선형 원호들 - 상기 제 2 전체 개수는 상이한 제 2 피보나치 수임 - 을 포함하는,
    열 전달 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 포스트들 또는 튜브들 중 적어도 하나의 포스트들 또는 튜브들은 열 파이프를 포함하는,
    열 전달 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 포스트들 또는 튜브들 중 적어도 하나의 포스트들 또는 튜브들의 표면은 나노 텍스쳐(nano texture) 또는 반-다공성 표면 처리(semi-porous surface treatment) 또는 재료 증착(material deposit)을 포함하는,
    열 전달 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 포스트들 또는 튜브들 중 적어도 하나의 포스트들 또는 튜브들의 표면은 표면 처리 또는 가변 밀도 표면 처리(variable density surface treatment)를 포함하는,
    열 전달 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 잎차례 배치는 피보나치 최적화 방사형 열 전달 설계에 따라 설계되는 피보나치 최적화 방사형 열 전달(Fibonacci optimized radial heat transfer, FORHT) 패턴을 포함하고,
    열 전달 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피보나치 수 및 상기 제 2 피보나치 수는 연속적인 피보나치 수들인,
    열 전달 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트는 홀 패턴을 가지는 제 1 튜브 시트를 포함하고, 여기서 복수의 튜브들의 각각의 튜브는 상기 홀 패턴의 각각의 홀에 기계적으로 부착되는(affixed),
    열 전달 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 튜브 시트와 동일한 홀 패턴을 가지는 제 2 튜브 시트를 더 포함하고, 복수의 튜브들의 각각의 튜브는 상기 제 1 튜브 시트에 대향하는 각각의 튜브의 단부에서 상기 홀 패턴의 각각의 홀에 기계적으로 부착되는,
    열 전달 디바이스.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 튜브 시트 및 상기 복수의 튜브는 원통형 인클로저(enclosure)에 배치되는,
    열 전달 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열 전달 디바이스는 온수 히터의 열 교환기를 포함하는,
    열 전달 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    가스는 각각의 튜브들을 통해 흐르고 그리고 유체는 상기 가스 상기 유체 간에 열 에너지를 교환하기 위해 복수의 외부 튜브 벽들을 따라 상기 원통형 인클로저에서 방사형으로 흐르는,
    열 전달 디바이스.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 열 교환기로 들어가는 냉수를 방사형으로 흐르도록 하기 위해 적어도 하나의 도넛형 배플(donut baffle)을 더 포함하는,
    열 전달 디바이스.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 원통형 인클로저의 내부 벽면으로부터 상기 열 교환기의 상기 원통형 인클로저의 중심 장축(center long axis)을 향하는 방향으로 물의 방사형 흐름을 일으키기 위해 적어도 하나의 디스크 배플(disc baffle)을 더 포함하는,
    열 전달 디바이스.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 원통형 인클로저의 내부 벽 표면으로부터 인접한 도넛형 배플의 중앙 개구로 향하는 방향으로 물의 방사형 흐름을 일으키기 위해 적어도 하나의 디스크 배플 및 적어도 하나의 인접한 도넛형 배플을 더 포함하는,
    열 전달 디바이스.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 포스트들 또는 튜브들은 열 싱크(heat sink)의 포스트들 또는 튜브들을 포함하는,
    열 전달 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 포스트들 또는 튜브들의 각각의 포스트들 또는 튜브들의 장축의 방향으로 냉각 공기를 상기 복수의 포스트들 또는 튜브들로 불어 보내기(blow) 위한 팬(fan)을 더 포함하여, 상기 플레이트 위의 상기 복수의 포스트들 또는 튜브들을 통하여 균일한 방사형 공기 흐름을 일으키기 위해 공기 흐름이 대칭인 방사형 흐름 패턴으로 변하는,
    열 전달 디바이스.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 열 싱크는 상기 복수의 포스트들에 수직으로 방사형 공기 흐름을 일으키기 위해 적어도 하나의 배플을 포함하는,
    열 전달 디바이스.

KR1020197000367A 2016-06-06 2017-06-01 피보나치 최적화 방사형 열 교환기(fibonacci optimized radial heat exchanger) KR102202321B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662346085P 2016-06-06 2016-06-06
US62/346,085 2016-06-06
US15/609,331 US10627170B2 (en) 2016-06-06 2017-05-31 Fibonacci optimized radial heat transfer
US15/609,331 2017-05-31
PCT/US2017/035383 WO2017213949A1 (en) 2016-06-06 2017-06-01 Fibonacci optimized radial heat exchanger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190016542A KR20190016542A (ko) 2019-02-18
KR102202321B1 true KR102202321B1 (ko) 2021-01-14

Family

ID=58778992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197000367A KR102202321B1 (ko) 2016-06-06 2017-06-01 피보나치 최적화 방사형 열 교환기(fibonacci optimized radial heat exchanger)

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10627170B2 (ko)
EP (1) EP3255370B1 (ko)
KR (1) KR102202321B1 (ko)
CN (1) CN109716054A (ko)
HK (1) HK1247270A1 (ko)
PL (1) PL3255370T3 (ko)
WO (1) WO2017213949A1 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK177774B1 (en) * 2013-04-11 2014-06-23 Spx Flow Technology Danmark As HYGIENIC HEAT EXCHANGE AND METHOD FOR PREPARING A HYGIENIC HEAT EXCHANGE
KR101659786B1 (ko) * 2014-12-24 2016-09-26 최명헌 핀리스 타입 이중관 열 교환장치
CN108106480B (zh) * 2017-12-29 2024-04-09 清华大学 一种具有热疏导及定向热聚集功能的热管理器件
KR102082895B1 (ko) * 2018-02-02 2020-04-20 엘에스엠트론 주식회사 유압트랜스미션용 냉각장치
KR102451346B1 (ko) * 2018-06-14 2022-10-05 엘에스엠트론 주식회사 유압 트랜스미션 오일 냉각구조
WO2020020619A1 (de) 2018-07-23 2020-01-30 Siemens Aktiengesellschaft Kühlung von bauteilen, stromrichter und luftfahrzeug
US11054198B2 (en) 2018-11-07 2021-07-06 Ls Mtron Ltd. Cooling apparatus for hydrostatic transmission
CN110662406A (zh) * 2019-11-04 2020-01-07 深圳航天东方红海特卫星有限公司 一种相变换热装置
US11090581B1 (en) 2020-06-25 2021-08-17 Saudi Arabian Oil Company Oil and water separation
US11691093B2 (en) 2020-07-29 2023-07-04 Saudi Arabian Oil Company Coalescer plate with phyllotaxis-derived pattern
CN115388697A (zh) * 2022-08-24 2022-11-25 北京建筑大学 基于互叉式蜂窝平板溢流换热的三相蓄能装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012093084A (ja) * 2005-04-15 2012-05-17 Rehact Ab アキシャル型熱交換器
US20130269912A1 (en) * 2012-03-17 2013-10-17 Econotherm Uk Limited Gas-to-water heat exchanger
US20150000881A1 (en) * 2013-06-28 2015-01-01 Hitachi, Ltd. Heat-Transfer Device
CN105161472A (zh) * 2015-08-05 2015-12-16 沈阳理工大学 一种端面叶序排布结构的针柱式微型散热器

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US721310A (en) * 1902-01-20 1903-02-24 Hugo Junkers Surface condenser.
US1454053A (en) 1920-02-18 1923-05-08 Griscom Russell Co Oil cooler
US1522866A (en) * 1922-04-19 1925-01-13 Griscom Russell Co Oil cooler
US4232729A (en) 1978-06-01 1980-11-11 South African Coal, Oil & Gas Corp., Limited Air-cooled heat exchanger for cooling industrial liquids
CA1122202A (en) 1979-11-23 1982-04-20 Gordon M. Cameron Heat exchanger having improved tube layout
US5477846A (en) * 1994-08-17 1995-12-26 Cameron; Gordon M. Furnace-heat exchanger preheating system
CN2210372Y (zh) 1994-12-08 1995-10-18 顾广瑞 旋流式波纹管换热器
CA2158673C (en) * 1995-09-20 2000-11-21 William Home Outdoor full function cooking appliance
US6338684B1 (en) * 1999-10-14 2002-01-15 Acushnet Company Phyllotaxis-based dimple patterns
DE10134330C1 (de) * 2001-07-14 2002-09-05 Roland Weidner Benetzungsvorrichtung
AUPR982502A0 (en) 2002-01-03 2002-01-31 Pax Fluid Systems Inc. A heat exchanger
DE102005049067A1 (de) * 2005-10-13 2007-04-19 Basf Ag Rohrbündelwärmeübertrager und Verfahren zur Entfernung von gelösten Stoffen aus einer Polymerlösung durch Entgasung in einem Rohrbündelwärmeübertrager
US9175853B2 (en) 2011-08-18 2015-11-03 Aerco International, Inc. Water heating system with oxygen sensor
CN104125876B (zh) * 2011-12-31 2018-07-20 圣戈班磨料磨具有限公司 具有开口的不均匀分布的研磨制品
CN103089815B (zh) * 2012-06-11 2015-12-16 沈阳理工大学 一种叶序排布润滑油点的端面滑动轴承的表面结构
CN105070696B (zh) 2015-08-05 2017-11-14 沈阳理工大学 一种柱状叶序排布展开结构的微型散热器
PL229328B1 (pl) * 2015-12-21 2018-07-31 Aic Spolka Akcyjna Opalany wymiennik ciepła
US20170211887A1 (en) * 2016-01-22 2017-07-27 Fulton Group N.A., Inc. Tube configuration for a heat exchanger, heat exchanger including the tube configuration, fluid heating system including the same, and methods of manufacture thereof
CN109312997A (zh) 2016-01-21 2019-02-05 杭州富尔顿热能设备有限公司 用于热交换器的挡板组合件、包括所述挡板组合件的热交换器、包括所述热交换器的流体加热系统及其制造方法
US10018424B2 (en) * 2016-02-05 2018-07-10 Hamilton Sundstrand Corporation Counter spiral tube and shell heat exchanger

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012093084A (ja) * 2005-04-15 2012-05-17 Rehact Ab アキシャル型熱交換器
US20130269912A1 (en) * 2012-03-17 2013-10-17 Econotherm Uk Limited Gas-to-water heat exchanger
US20150000881A1 (en) * 2013-06-28 2015-01-01 Hitachi, Ltd. Heat-Transfer Device
CN105161472A (zh) * 2015-08-05 2015-12-16 沈阳理工大学 一种端面叶序排布结构的针柱式微型散热器

Also Published As

Publication number Publication date
EP3255370A1 (en) 2017-12-13
EP3255370B1 (en) 2019-12-04
CN109716054A (zh) 2019-05-03
KR20190016542A (ko) 2019-02-18
US10627170B2 (en) 2020-04-21
PL3255370T3 (pl) 2020-05-18
US20170350662A1 (en) 2017-12-07
HK1247270A1 (zh) 2018-09-21
WO2017213949A1 (en) 2017-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102202321B1 (ko) 피보나치 최적화 방사형 열 교환기(fibonacci optimized radial heat exchanger)
US20100258286A1 (en) Fin, heat exchanger and heat exchanger assembly
WO2013150818A1 (ja) 伝熱管とそれを用いた熱交換器
KR20110083996A (ko) 이중 열교환기
KR102559356B1 (ko) 콤팩트형 가스-가스 열교환 튜브 및 이의 제조와 사용 방법
US20170356691A1 (en) Swimming Pool Heat Exchangers And Associated Systems And Methods
JP2016008767A (ja) 熱交換器
JP5207053B2 (ja) 熱交換器および温水装置
JP2016536551A (ja) 少なくとも部分的に可変の断面を有する熱交換器用チューブおよび該チューブを備える熱交換器
CA2379283C (en) Enhanced crossflow heat transfer
JP5234349B2 (ja) 熱交換器および温水装置
CN109654927B (zh) 一种加热药剂液体的环路热管的优化设计方法
JP5288169B2 (ja) 熱交換器および温水装置
US6772830B1 (en) Enhanced crossflow heat transfer
CN203687731U (zh) 内置多级喷流管式翅片换热管
WO2016075666A1 (en) Fin for a finned pack for heat exchangers, as well as heat exchanger
WO2018013415A1 (en) Corrugated tube-in-tube heat exchangers
KR100382492B1 (ko) 열교환기
KR20160015952A (ko) 저탕식 열교환기
KR102048518B1 (ko) 열교환 촉진 부재가 내부에 형성된 열교환기
RU2758119C1 (ru) Пластинчато-трубчатый теплообменник
CN213778699U (zh) 一种螺旋管柱散热片及散热器
TWI796774B (zh) 工業熱管鍋爐
JP6565426B2 (ja) 多重管式凝縮熱交換器
JPH04359702A (ja) 高速炉用蒸気発生器

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant