KR20110033198A - Method for manufacturing tube and fin heat exchanger with reduced tube diameter and optimized fin produced thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 열교환기의 강도 및 강성을 증가시키는 공정을 포함하는 튜브와 핀형 열교환기를 제조하는 개선된 방법이 개시된다. 보다 강성의 핀은 핀의 스택 내에 적절한 정렬을 유지하는 경향이 더 커지고, 이는 작은(예컨대, 5 mm) 직경의 배관으로 핀의 긴 스택을 레이싱하는 데에 도움을 준다. 바람직하게는, 핀 강성은 핀 스탬핑 공정 중에 핀 내에 복수 개의 종방향 리브를 형성함으로써 증가된다. 보다 바람직하게는, 칼라형 홀의 각 종방향 열을 위해 2개의 리브가 마련된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 또한 작은 직경의 배관과 함께 사용될 때에 최적의 열역학 성능을 위해 치수가 정해지고 배치되어, 소정의 열교환기 시스템에 필요한 공간을 감소시킨다.In accordance with a preferred embodiment of the present invention an improved method of manufacturing a tube and fin heat exchanger is disclosed which comprises a process of increasing the strength and stiffness of a heat exchanger. More rigid fins have a greater tendency to maintain proper alignment within the stack of fins, which helps to race long stacks of fins with small (eg 5 mm) diameter tubing. Preferably, fin stiffness is increased by forming a plurality of longitudinal ribs in the fin during the fin stamping process. More preferably, two ribs are provided for each longitudinal row of collared holes. Preferred embodiments of the present invention are also dimensioned and arranged for optimal thermodynamic performance when used with small diameter tubing, reducing the space required for a given heat exchanger system.
Description
본 발명은 전반적으로 튜브와 핀형 열교환기, 보다 구체적으로 튜브와 핀형 열교환기를 위한 신규한 핀 설계에 관한 것이다.The present invention relates generally to novel fin design for tube and fin heat exchangers, and more particularly for tube and fin heat exchangers.
도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 튜브와 핀형 열교환기(10)는 상부 단부 플레이트(14)와 바닥 단부 플레이트(16) 사이에 샌드위치된 대체로 면형의 금속 핀(12)의 스택으로 이루어진다. 열교환기의 단부 플레이트를 가리키도록 사용된 "상부"와 "바닥"이라는 용어는 수직 헤어핀 익스팬더 프레스에서 팽창 중에 열교환기의 배향을 기초로 하여 유도되며 반드시 임의의 특정한 설비에서 열교환기의 배향을 지시하는 것은 아니다.As shown in FIG. 1, a conventional tube and fin heat exchanger 10 consists of a stack of generally
핀(12)은 관통 형성된 다수의 칼라형 홀(18)을 갖고, 상부 단부 플레이트(14)와 바닥 단부 플레이트(16)는 관통 형성된 대응하는 홀(20)을 갖는다. 핀(12)과 단부 플레이트(14, 16)가 적층되면, 홀(18, 20)은 스택을 통해 다수의 U형 헤어핀 튜브("헤어핀")(22)를 수용하도록 축방향으로 정렬된다. 헤어핀(22)은 작은 튜브, 통상적으로 구리, 알루미늄, 강 또는 티타늄의 길이를 작은 직경의 맨드릴 둘레에서 180도 벤딩함으로써 형성된다. 헤어핀 튜브(22)는 헤어핀 튜브(22)의 개방 단부(26)가 상부 단부 플레이트(14)를 지나서 연장되도록 바닥 단부 플레이트(16)로부터 느슨하게 적층된 핀들의 조립체를 통과하거나 레이싱된다(laced). 상부 단부 플레이트(14)는 헤어핀(22)의 개방 단부(26) 위로 미끄러져 들어가고, 헤어핀(22)은 내측으로부터 기계적으로 팽창되어 핀(12)과 타이트한 끼워맞춤을 생성한다. 최종적으로, 리턴 벤드 피팅(24; return bend fitting)이 헤어핀 튜브(22)의 개방 단부(26)에 솔더링 또는 브레이징되어 핀(12)의 스택을 통해 사형(蛇形)의 유체 순환계를 생성한다.The
소정의 열교환기 크기 및 기하학적 형태 내에서 열전달 면적을 최대화하기 위하여 매우 작은 직경의 헤어핀 배관을 사용하는 것이 유리하다. 보다 작은 튜브는 열교환기의 냉각측에서 전체 열전달 면적 및 열전달 계수를 증가시키고, 이는 시스템 효율을 크게 향상시킨다. 또한, 보다 작은 배관 직경은 열 튜브 후방에서 기류 반류(wake) 효과를 감소시키고, 이는 유입하는 공기와 대면하는 튜브의 존재로 인해 압력 손실을 감소시킨다. 공기측에서 낮은 압력 손실은 팬 모터 동력 요건을 감소시키고 핀 면적을 증가시켜 시스템 열전달 효율을 더욱 향상시킨다. 또한, 튜브 직경이 클수록, 소정의 압력차를 지탱하기 위하여 튜브 벽 두께가 두꺼워져야 한다. 따라서, 보다 작은 튜브 직경은 소정의 냉각 압력을 위해 보다 얇은 튜브 벽을 허용하고, 이는 재료 비용을 감소시킨다. It is advantageous to use very small diameter hairpin tubing to maximize the heat transfer area within a given heat exchanger size and geometry. Smaller tubes increase the total heat transfer area and heat transfer coefficient at the cooling side of the heat exchanger, which greatly improves system efficiency. In addition, smaller tubing diameters reduce the airflow wake effect behind the heat tubes, which reduces the pressure loss due to the presence of the tubes facing the incoming air. Low pressure losses on the air side further reduce fan motor power requirements and increase fin area, further improving system heat transfer efficiency. In addition, the larger the tube diameter, the thicker the tube wall thickness must be in order to sustain a certain pressure differential. Thus, smaller tube diameters allow thinner tube walls for a given cooling pressure, which reduces material costs.
당업계의 현재 상태에 따르면, 가열, 환기 및 공조("HVAC") 산업은 통상적으로 7.0 mm 내지 9.5 mm(3/8 인치)의 직경을 갖는 헤어핀 튜브를 이용하는 튜브와 핀형 열교환기를 제조한다. 업계에서는 보다 작은 직경의 열교환기 코일을 제조하기를 바라지만, 종래 기술의 제조 기법은 그러한 코일을 짧은 길이로 제한하였고, 그 결과 작은 직경의 코일의 상업적 성공이 제한되었다. 문제의 근원은 헤어핀 배관이 매우 작게 될 때에, 레이싱 공정이 매우 어렵게 되어, 임의의 그렇지만 가장 짧은 열교환기의 상업적 실행 가능한 제조를 방해한다는 것이다. 예컨대, 길이가 6 피트 이상인 열교환기가 3/8 인치 구리 배관을 이용하여 쉽게 제조된다. 그러나, 5 mm의 구리 배관이 사용되면, 다수의 핀의 "중국 수갑(chinese handcuff)"의 효과 때문에 약 36 인치보다 긴 열교환기를 레이싱하는 것은 상업적으로 실행할 수 없다. 따라서, 작은 직경, 예컨대 5 mm 이하의 코일의 레이싱 공정을 용이하게 하도록 생성되는 보다 강성의 열교환기 핀을 생산하는 제조 공정을 제공하는 것이 요망된다. According to the state of the art, the heating, ventilation and air conditioning (“HVAC”) industry typically manufactures tube and fin heat exchangers using hairpin tubes having a diameter of 7.0 mm to 9.5 mm (3/8 inch). Although the industry wishes to manufacture smaller diameter heat exchanger coils, prior art manufacturing techniques have limited such coils to short lengths, which in turn limited the commercial success of small diameter coils. The source of the problem is that when the hairpin tubing becomes very small, the racing process becomes very difficult, hindering the commercially viable manufacture of any but the shortest heat exchanger. For example, a heat exchanger of 6 feet or more in length is easily manufactured using 3/8 inch copper tubing. However, if 5 mm copper tubing is used, racing a heat exchanger longer than about 36 inches is not commercially feasible due to the effect of the "chinese handcuff" of many fins. Accordingly, it is desirable to provide a manufacturing process that produces a more rigid heat exchanger fin that is produced to facilitate the lacing process of coils of small diameter, such as 5 mm or less.
종래 기술의 튜브-핀형 열교환기는 7 mm 내지 3/8 인치의 배관을 특징으로 하고, 일반적으로 19 mm 내지 22 mm의 핀 폭과 19 mm 내지 25.4 mm의 횡방향 튜브 피치를 갖는 핀을 채용한다. 종래 기술의 핀 치수를 갖는 핀은 보다 작은 직경, 예컨대 5 mm의 튜브에 최적의 성능을 전달하지 못한다. 따라서, 작은 직경의 배관에 최적화된 향상된 열역학 성능을 갖고 이로 인해 열교환기 시스템이 적은 공간을 차지하는 열교환기 핀을 제공하는 것이 요망된다.Tube-finned heat exchangers of the prior art feature 7 to 3/8 inch tubing and generally employ fins having a fin width of 19 mm to 22 mm and a transverse tube pitch of 19 mm to 25.4 mm. Fins with fin dimensions of the prior art do not deliver optimal performance to tubes of smaller diameters, such as 5 mm. Therefore, it is desirable to provide heat exchanger fins with improved thermodynamic performance optimized for small diameter piping and whereby the heat exchanger system takes up less space.
본 발명의 주 목적은 5 mm 이하의 배관으로 대형 크기의 튜브와 핀형 열교환기의 레이싱을 촉진하도록 보다 강성의 핀을 제조하는 제조 공정을 제공하는 것이다. It is a primary object of the present invention to provide a manufacturing process for producing rigid fins to facilitate the racing of large size tubes and fin heat exchangers with pipes of 5 mm or less.
본 발명의 다른 목적은 복수 개의 종방향 리브를 갖는 열교환기 핀이 레이싱 공정을 향상시키도록 사용되는 열교환기 제조 공정을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a heat exchanger manufacturing process in which heat exchanger fins having a plurality of longitudinal ribs are used to enhance the racing process.
본 발명의 다른 목적은 열역학 열전달을 최대화하기 위하여 5 mm 이하의 배관과 함께 사용하도록 설계 및 배치된 열교환기 핀을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide heat exchanger fins designed and arranged for use with pipes of 5 mm or less in order to maximize thermodynamic heat transfer.
본 발명의 다른 목적은 핀으로부터 응축 유동을 촉진시키는 열교환기 핀을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a heat exchanger fin that promotes condensation flow from the fin.
본 발명의 상기 목적 뿐만 아니라 다른 목적은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 열교환기의 강도 및 강성을 증가시키는 공정을 포함하는 튜브와 핀형 열교환기를 제조하는 개선된 방법에서 실현된다. 보다 강성의 핀은 핀의 스택 내에 적절한 정렬을 유지하는 경향이 더 커지고, 이는 작은(예컨대, 5 mm) 직경의 배관으로 핀의 긴 스택을 레이싱하는 데에 도움을 준다. 바람직하게는, 핀 강성은 핀 스탬핑 공정 중에 핀 내에 복수 개의 종방향 리브를 형성함으로써 증가된다. 보다 바람직하게는, 칼라형 홀의 각 종방향 열을 위해 2개의 리브가 마련된다.The above as well as other objects of the present invention are realized in an improved method of manufacturing a tube and fin heat exchanger comprising a process for increasing the strength and stiffness of the heat exchanger according to a preferred embodiment of the invention. More rigid fins have a greater tendency to maintain proper alignment within the stack of fins, which helps to race long stacks of fins with small (eg 5 mm) diameter tubing. Preferably, fin stiffness is increased by forming a plurality of longitudinal ribs in the fin during the fin stamping process. More preferably, two ribs are provided for each longitudinal row of collared holes.
본 발명의 바람직한 실시예는 또한 작은 직경의 배관과 함께 사용될 때에 최적의 열역학 성능을 위해 치수가 정해지고 배치되어, 소정의 열교환기 시스템에 필요한 공간을 감소시킨다.Preferred embodiments of the present invention are also dimensioned and arranged for optimal thermodynamic performance when used with small diameter tubing, reducing the space required for a given heat exchanger system.
핀은 바람직하게는 기류에 대해 30도 입사 각도를 갖는 단부를 구비한 슬릿을 포함하고, 이는 칼라형 홀을 통과하는 튜브로부터 기류를 재지향시키는 데에 일조하여 튜브 후방에 반류 구역을 회피하고 평행한 슬릿에서 보다 효율적인 공기 혼합을 제공한다. 소정 각도의 슬릿 단부는 또한 인접한 튜브에 대해 가장 큰 거리를 갖는 핀의 영역에서 와류를 생성하고, 이는 그 영역에 걸쳐 열전달을 향상시킨다. The pin preferably comprises a slit with an end having an angle of incidence of 30 degrees to the airflow, which assists in redirecting the airflow from the tube passing through the collared hole, avoiding the reflux zone behind the tube and being parallel Provides more efficient air mixing in the slits. The slit end at an angle also creates a vortex in the region of the fin with the largest distance to the adjacent tube, which improves heat transfer across that region.
본 발명에 따르면, 5 mm 이하의 배관으로 대형 크기의 튜브와 핀형 열교환기의 레이싱을 촉진하도록 보다 강성의 핀을 제조하는 제조 공정을 제공 할 수 있고, 복수 개의 종방향 리브를 갖는 열교환기 핀이 레이싱 공정을 향상시키도록 사용되는 열교환기 제조 공정을 제공할 수 있으며, 열역학 열전달을 최대화하기 위하여 5 mm 이하의 배관과 함께 사용하도록 설계 및 배치된 열교환기 핀을 제공할 수 있고, 핀으로부터 응축 유동을 촉진시키는 열교환기 핀을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a manufacturing process for manufacturing rigid fins to facilitate the racing of large size tubes and fin heat exchangers with pipes of 5 mm or less, and a heat exchanger fin having a plurality of longitudinal ribs is provided. Provide heat exchanger manufacturing processes used to improve the racing process, provide heat exchanger fins designed and arranged for use with pipes of 5 mm or less to maximize thermodynamic heat transfer, and condensate flow from fins It is possible to provide a heat exchanger fin to promote the heat.
이하, 첨부 도면에 나타낸 실시예를 기초로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 종래 기술의 통상적인 튜브와 핀형 열교환기의 분해 사시도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 5 mm의 헤어핀 튜브의 단일의 종방향 열을 위해 배치된 열교환기 핀의 일부의 사시도로서, 칼라형 홀의 쌍들 사이에 반복되는 바람직한 슬롯 패턴과, 핀에 형성되고 칼라형 홀과 접해 있는 한쌍의 종방향 리브를 보여주고 있으며,
도 3은 도 2의 단일의 헤어핀 열의 열교환기 핀의 일부의 평면도이고,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 5 mm 헤어핀 튜브의 2개의 종방향 열을 위해 배치된 열교환기 핀의 일부의 사시도로서, 칼라형 홀의 쌍들 사이에서 반복되는 바람직한 슬롯 패턴과, 핀에 형성되고 칼라형 홀의 2개의 종방향 열과 접해 있는 2쌍의 종방향 리브를 보여주고 있으며,
도 5는 도 4의 열교환기 핀의 일부의 평면도이고,
도 6은 도 4의 열교환기 핀의 일부의 저면도이며,
도 7은 도 5의 선 7-7을 따라 취한 도 4의 열교환기 핀의 확대 단면도로서, 상승된 슬롯의 상세를 보이도록 칼라형 홀은 점선으로 도시되어 있으며.
도 8은 도 4의 열교환기 핀의 일부의 좌측면도(핀의 전방은 입사 기류에 의해 정해짐)이며,
도 9는 도 5의 선 9-9를 따라 취한 도 4의 열교환기 핀의 일부의 종방향 리브의 확대 단면도이고,
도 10은 5 mm 헤어핀 튜브에 의해 열역학 성능을 최적화하기 위하여 상승된 슬롯 패턴의 상세와 바람직한 치수를 보여주는 도 4의 열교환기 핀의 일부의 평면도이며,
도 11은 도 10의 선 11-11을 따라 취한 상승된 베인의 확대 단면도이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail based on the Example shown in an accompanying drawing.
1 is an exploded perspective view of a conventional tube and fin heat exchanger of the prior art,
FIG. 2 is a perspective view of a portion of heat exchanger fins arranged for a single longitudinal row of a 5 mm hairpin tube according to a first embodiment of the present invention, with a preferred slot pattern repeated between pairs of collared holes, Shows a pair of longitudinal ribs formed in the wall and adjoining the colored holes,
3 is a plan view of a portion of the heat exchanger fins of the single hairpin row of FIG. 2,
4 is a perspective view of a portion of a heat exchanger fin arranged for two longitudinal rows of a 5 mm hairpin tube according to a second embodiment of the present invention, with a preferred slot pattern repeated between pairs of collared holes, Shows two pairs of longitudinal ribs formed and adjoining two longitudinal rows of colored holes,
5 is a plan view of a portion of the heat exchanger fin of FIG. 4,
6 is a bottom view of a portion of the heat exchanger fin of FIG. 4,
7 is an enlarged cross-sectional view of the heat exchanger fin of FIG. 4 taken along line 7-7 of FIG. 5, with the colored holes shown in dashed lines to show the details of the raised slots.
8 is a left side view of a portion of the heat exchanger fin of FIG. 4 (the front of the fin being determined by the incident airflow),
9 is an enlarged cross-sectional view of a longitudinal rib of a portion of the heat exchanger fin of FIG. 4 taken along line 9-9 of FIG.
10 is a plan view of a portion of the heat exchanger fin of FIG. 4 showing the details and preferred dimensions of the raised slot pattern for optimizing thermodynamic performance by a 5 mm hairpin tube, FIG.
FIG. 11 is an enlarged cross sectional view of the raised vane taken along line 11-11 of FIG. 10.
도 2 내지 도 11은 종래의 공조기의 응축기나 증발기와 함께 사용하기에 최적화된 작은 배관(예컨대, 외경이 5 mm 이하)을 위해 치수가 정해진 핀(12')을 도시하고 있다. 도 2와 3은 단일열의 코일 조립체 사용하기 위한 칼라형 홀(18')의 단일의 종방향 열을 특징으로 하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열교환기 핀(12')을 도시하고 있다. 도 4 내지 도 8은 이중열 코일 조립체에 사용하기 위한 칼라형 홀(18')의 2개의 종방향 열을 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열교환기 핀(12')을 도시하고 있다. 그러나, 핀(12')은 본 발명에 따른 코일의 3개, 4개, 5개 및 6개 이상의 열을 위해 배치될 수 있다. 핀(12')의 선단 에지와 후단 에지는 바람직하게는 주름형 에지를 갖는다. 2-11 illustrate fins 12 ′ dimensioned for small tubing (eg, 5 mm or less in outer diameter) optimized for use with condensers or evaporators of conventional air conditioners. 2 and 3 illustrate a heat exchanger fin 12 'according to a first embodiment of the present invention characterized by a single longitudinal row of collared holes 18' for use in a single row of coil assemblies. 4 through 8 illustrate a
주로 도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 5 mm 이하의 튜브와 핀형 열교환기 제조 공정은 열교환기 핀을 형성하는 데에 있어서 신규하고 당연하지 않은 처리 단계를 포함한다. 종래 기술의 열교환기 핀에서처럼, 핀(12')은 미시간주 스터기스 소재의 Burr Oak Tool사에 의해 생산되는 것과 같은 핀 프레스에서 스탬핑 공정에 의해 형성된다. 핀 원료는 판금의 롤에서 프레스로 운반된다. 다양한 금속, 열처리 및 두께를 이용할 수 있지만, 일반적인 산업상 선택은 알루미늄이다. 핀 원료는 언코일러(uncoiler)로부터 풀려, 윤활된 다음, 프레스를 통해 이송되는데, 프레스에서 다이가 끌어당기며 세부를 형성하고 칼라형 홀을 펀칭하며 핀을 원하는 길이와 폭으로 절단한다. 스탬핑은 일반적으로 여러 단계로 일어난다. Referring mainly to FIGS. 2 to 6, according to a preferred embodiment of the present invention, a tube and fin heat exchanger manufacturing process of 5 mm or less includes a novel and non-obvious treatment step in forming heat exchanger fins. . As in the prior art heat exchanger fins, fins 12 'are formed by a stamping process in a fin press, such as produced by Burr Oak Tool, Stuggis, Michigan. The pin raw material is conveyed from the roll of sheet metal to the press. Various metals, heat treatments and thicknesses are available, but the general industrial choice is aluminum. The pin stock is released from the uncoiler, lubricated and then conveyed through the press where the die is pulled out of the press to form details, punching the colored holes and cutting the pin to the desired length and width. Stamping generally takes place in several stages.
그러나, 바람직한 제조 공정에 있어서, 핀 프레스는 칼라형 홀(18')의 각각의 종방향 열을 위해 2개의 종방향 리브(100)를 핀(12')에 형성하는 다이를 포함한다. 종방향 강화 리브(100)의 목적은 코일 조립체의 제조에 도움을 주기 위한 것이다. 보다 강성의 핀은 핀의 스택 내에서 레이싱 테이블 상에 적절한 정렬을 유지하는 경향이 보다 크고, 이는 작은(예컨대, 5 mm) 직경의 배관으로 핀의 스택을 따라 레이싱하는 데에 도움을 준다. However, in a preferred manufacturing process, the pin press includes a die that forms two
칼라형 홀(18')의 각 종방향 열은 종방향 리브의 자체 쌍 사이에 배치된다. 단일열 코일 구조의 경우에, 핀(12')은 2개의 리브(100; 도 2 및 도 3)를 갖고, 이중열 코일 구조의 경우에, 핀(12')은 4개의 리브(100; 도 4 내지 도 6)를 갖는다. 따라서, 종방향 칼라형 홀(18')의 인접한 열 사이에는 2개의 종방향 리브(100)가 존재한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 핀(12')의 표면(103) 위에서 리브(100)의 높이(hr; 도 9)는 0.05 내지 0.25 mm이다. 보다 바람직하게는, hr은 약 0.125 mm이다. Each longitudinal row of collared holes 18 'is disposed between its own pair of longitudinal ribs. In the case of a single row coil structure, the pin 12 'has two ribs 100 (FIGS. 2 and 3), and in the case of a double row coil structure, the pin 12' has four ribs 100 (FIG. 4). To FIG. 6). Thus, there are two
리브(100)는 또한 냉각 증발 공정 중에 핀에 형성되는 응축물의 제거에 유리하다. 리브(100)는 다중 코일 구조에서 응축물이 배관 열들 사이를 따라가는 경로를 제공하는 기능을 한다. 단일열 코일 구조에 있어서, 리브(100)는 (핀 위의 기류에 관하여) 핀의 선단 에지와 후단 에지 양자에서 응축물의 유동 경로를 제공한다. 리브(100)는 핀(12')으로부터 응축물의 배출을 촉진시키고, 이에 따라 응축물의 동반 배출 가능성, 즉 응축물이 핀으로부터 날려서 핀(12')을 가로질러 유동하는 공기의 스트림에 혼입되는 것을 최소화한다. The
열교환기 용량 및 효율은 핀 면적 및 튜브 면적 양자에 의해 결정된다. 최적화된 열교환기는 비용 효율적인 방식으로 냉각측과 공기측 간에 최상의 열전달을 생성하도록 핀과 튜브 면적의 사용을 적절한 균형을 이루게 해야 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핀(12')과 보다 작은 직경의 튜브(예컨대, 5 mm 이하)의 조합은 최적의 열전달 효율과 비용 효율성을 제공한다.Heat exchanger capacity and efficiency are determined by both fin area and tube area. An optimized heat exchanger must balance the use of fin and tube area to produce the best heat transfer between the cooling and air sides in a cost effective manner. The combination of
도 2 및 도 4의 사시도에 의해 가장 잘 도시된 바와 같이, 소정의 종방향 열 내에서 칼라형 홀(18') 사이의 공간에는 복수 개의 슬릿(110)이 배치된다. 각 슬릿(110)은 돌출 또는 상승된 리본형 세그먼트 또는 베인(112)을 형성하고, 이 베인은 핀 표면(103)에 평행하고 2개의 종방향 단부(113)에서 핀(12')의 표면에 결합된다. 세그먼트(112)는 상승된 베인(112)과 핀 표면(103) 사이에 유입 기류를 분리하는 개방부(114)를 형성한다. (기류의 방향을 따른) 슬릿의 깊이 치수(dv; 도 8, 9)는 세그먼트(112)에서 경계층 형성을 감소시키도록 최적화되고, 이는 열전달 능력을 향상시킨다. 바람직하게는, dv는 0.5 내지 1.5 mm이다. 보다 바람직하게는, dv는 약 1.0 mm이다. 인접한 베인(112) 사이에서 핀의 간격 깊이(di)는 또한 베인 깊이(dv)와 동일한 것이 바람직하다. As best shown by the perspective view of FIGS. 2 and 4, a plurality of
도 10을 참조하면, 슬릿(110)은 X형 패턴(105)으로 배치되고, 슬릿(110)의 각 패턴(105)은 소정의 종방향 열 내에서 칼라형 홀(18')의 각 쌍 사이에서 반복한다. 패턴(105)에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 슬릿(110)은 5개의 종방향 열(120, 122, 124, 126, 128)에 의해 각각 이상적으로 군집을 이룬다. (기류의 방향을 기초로 하여) 선단의 2개의 열(120, 122)과, 후단의 2개의 열(126, 128)은 각각 2개의 슬릿(110)을 채용하는 것이 가능하고, 이를 위해 결합 단부(113)는 기류(기류는 핀의 종방향에 대해 수직인 것으로 추정됨)의 법선 방향에 대해 15 내지 45도의 각도(α)로 형성되는 것이 바람직하다. 이상적으로, α는 30도이다. 중앙 열(124)은 입사 기류에 평행하게 형성된 단부(113)를 갖는 단일의 슬릿(110)을 채용하는 것이 바람직하다. 튜브와 핀형 열교환기의 물성에 의해, 인접한 튜브에 대해 가장 큰 거리를 갖는 핀(12')의 중앙부는 최저의 열전달 효율을 갖는다. 패턴(105)은 기류를 안내하도록 설계되어 면적에 걸쳐 열전달을 향상시키는 보다 양호한 난류를 생성한다. 제1열(120), 제2열(122), 제4열(126) 및 제5열(128)에 있는 슬릿(110)의 소정 각도의 단부(113)는 와동 및 대응하는 난류를 생성한다.Referring to FIG. 10, the
도 5를 참조하면, 핀(12')은 또한 5 mm 배관에 대해 최적화되고 균형을 이룬 튜브 거리 및 핀 폭을 제공한다. 7 mm 내지 3/8 인치 직경의 배관을 위해 배치된 종래 기술의 튜브-핀형 열교환기는 통상적으로 19 mm 내지 22 mm의 핀 폭과 19 mm 내지 25.4 mm의 횡방향 튜브 피치를 갖는다. 이들 종래 기술의 핀(12)은 보다 작은 튜브 크기에 최적의 성능을 전달하지 못하고, 그 결과, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핀(12')을 이용하는 데에 필요한 것보다 열교환기에 보다 큰 공간을 필요로 한다. 다른 한편으로, 핀(12')은 핀과 열 튜브 재료를 최소로 사용하면서 최적화된 열전달 용량 및 효율을 제공하도록 12 내지 18 mm의 감소된 핀 폭 치수[pw; 즉, 단일의 종방향 열 내에서 2개의 인접한 칼라형 홀(18') 사이에 중앙 간 거리]와 10 내지 15 mm의 횡방향 튜브 피치 치수(pt; 즉, 칼라형 홀(18')의 2개의 인접한 종방향 열들의 중앙선 간의 수직 고리)를 갖는다. 보다 바람직하게는, pw는 16 mm이고 pt는 13.86 mm이다. Referring to FIG. 5,
도 9를 참조하면, 베인(112')의 상부면에서 핀(12')의 상부면까지의 높이(hv)는 0.25 내지 0.75 mm가 바람직하다. 보다 바람직하게는, hv는 약 0.5 mm이다. 9, the height h v from the top surface of the
본 개시의 요약은 기술 개시의 종류와 요지를 슬쩍 읽어서 신속하게 결정하도록 미국 특허청 및 일반에게 충분히 일례를 제공하기 위해서만 기록된 것이고, 요약은 오직 바람직한 실시예를 나타내고 본 발명의 종류를 총괄적으로 지시하는 것은 아니다. The summary of the present disclosure has been recorded only to provide a sufficient number of examples to the US Patent and Trademark Office and to quickly determine the type and gist of the technical disclosure, and the summary only indicates preferred embodiments and collectively indicates the type of the present invention. It is not.
본 발명의 몇몇 실시예를 상세히 예시하였지만, 본 발명은 도시된 실시예로 제한되지 않고, 상기 실시예의 수정 및 변경이 당업자에게 명백할 것이다. 그러한 수정 및 변경은 여기에 기술한 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다. While some embodiments of the invention have been illustrated in detail, the invention is not limited to the embodiments shown, and modifications and variations of the embodiments will be apparent to those skilled in the art. Such modifications and variations are within the spirit and scope of the invention as described herein.
12': 핀 18': 칼라형 홀
100: 종방향 리브 103: 상부면(표면)
105: X형 패턴 110: 슬릿
112: 베인 113: 종방향 단부
114: 개방부12 ': Pin 18': Collar hole
100: longitudinal rib 103: upper surface (surface)
105: X-shaped pattern 110: Slit
112: vane 113: longitudinal end
114: opening
Claims (17)
대체로 면형의 판금과,
상기 판금을 통해 형성되고 구멍(18')의 제1 종방향 열을 획정하는 복수 개의 제1 구멍(18')과,
판금의 전체를 따라 연속적으로 형성된 제1 및 제2 종방향 리브(100)로서, 상기 구멍(18')의 제1 종방향 열은 제1 및 제2 종방향 리브(100) 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 종방향 리브(100) 각각은 상기 판금에 의해 획정되는 상부면(103)을 넘어서 돌출되는 상부면을 갖고 상기 판금에 의해 획정되는 하부면을 넘어서 돌출되는 표면은 없는 것인 제1 및 제2 종방향 리브(100)와,
상기 판금을 통해 형성되고 구멍(18)의 제2 종방향 열을 획정하는 복수 개의 제2 구멍(18')과,
판금의 전체를 따라 연속적으로 형성된 제3 및 제4 종방향 리브(100)로서, 상기 구멍(18')의 제2 종방향 열은 제3 및 제4 종방향 리브(100) 사이에 배치되고, 상기 제2 및 제3 종방향 리브(100) 각각은 구멍(18')의 제1 및 제2 종방향 열들 사이에 배치되며, 상기 제3 및 제4 리브 각각은 상기 판금에 의해 획정되는 상부면(103)을 넘어서 돌출되는 상부면을 갖고 상기 판금에 의해 획정되는 하부면을 넘어서 돌출되는 하부면은 없는 것인 제3 및 제4 종방향 리브(100)
를 구비하는 튜브와 핀형 열교환기용 핀.As fin 12 'for tube and fin heat exchanger 10,
Generally sheet metal,
A plurality of first holes 18 'formed through the sheet metal and defining a first longitudinal row of holes 18',
First and second longitudinal ribs 100 continuously formed along the entirety of the sheet metal, wherein a first longitudinal row of holes 18 ′ is disposed between the first and second longitudinal ribs 100, Each of the first and second longitudinal ribs 100 has an upper surface protruding beyond the upper surface 103 defined by the sheet metal and no surface protruding beyond the lower surface defined by the sheet metal. The first and second longitudinal ribs 100,
A plurality of second holes 18 ′ formed through the sheet metal and defining a second longitudinal row of holes 18;
A third and fourth longitudinal rib 100 formed continuously along the entirety of the sheet metal, wherein a second longitudinal row of holes 18 ′ is disposed between the third and fourth longitudinal ribs 100, Each of the second and third longitudinal ribs 100 is disposed between first and second longitudinal rows of holes 18 ′, each of the third and fourth ribs defining an upper surface defined by the sheet metal. Third and fourth longitudinal ribs 100 having an upper surface protruding beyond 103 and no lower surface protruding beyond the lower surface defined by the sheet metal.
Finned tube and fin type heat exchanger having a.
상기 9개의 상승된 베인(112) 각각은 상기 상승된 베인(112)과 상기 판금의 표면(103) 사이에 개구(114)가 형성되도록 상기 판금에서 제1 및 제2 종방향 슬릿(110) 사이에 형성되며,
상기 9개의 상승된 베인(112) 각각은 상기 면형의 판금에 평행한 중간 섹션으로 구성되고, 중간 섹션은 대체로 면형의 제1 및 제2 단부(113) 사이에서 연결되고, 제1 및 제2 단부는 면형의 판금에 대해 연결되어 예각으로 배향되고,
상기 9개의 상승된 베인(112)의 제1 및 제2 베인(112)은 상기 제1 종방향 리브(100)에 대해 평행한 베인(112)의 제1열(120)에 배치되고, 상기 9개의 상승된 베인(112)의 제3 및 제4 베인(112)은 상기 제1 종방향 리브(100)에 대해 평행한 베인(112)의 제2열(122)에 배치되며, 상기 9개의 상승된 베인(112)의 제5 베인(112)은 상기 제1 종방향 리브(100)에 대해 평행한 베인(112)의 제3열(124)에 배치되고, 베인(112)의 제2열(122)은 베인(112)의 제1열(120)과 제3열(124) 사이에서 제1열 및 제3열과 인접하게 배치되며, 상기 9개의 상승된 베인(112)의 제6 및 제7 베인(112)은 상기 제1 종방향 리브(100)에 평행한 베인(112)의 제4열(126)에 배치되고, 베인(112)의 제3열(124)은 베인(112)의 제2열(122)과 제4열(126) 사이에 배치되어 제2열 및 제4열과 인접하게 배치되며, 상기 9개의 상승된 베인(112)의 제8 및 제9 베인(112)은 상기 제1 종방향 리브(100)에 대해 평행한 베인(112)의 제5열(128)에 배치되고, 베인(112)의 제4열(126)은 베인(112)의 제3열(124)과 제5열(128) 사이에 배치되어 제3열 및 제5열과 인접하게 배치되는 것인 튜브와 핀형 열교환기용 핀.9. The nine raised vanes (112) of claim 1, wherein a generally X-shaped pattern (105) is formed in said sheet metal between first and second holes (18 ') of said plurality of first holes (18'). More,
Each of the nine raised vanes 112 is formed between the first and second longitudinal slits 110 in the sheet metal such that an opening 114 is formed between the raised vanes 112 and the surface 103 of the sheet metal. Formed on,
Each of the nine raised vanes 112 consists of a middle section parallel to the faceted sheet metal, the middle section being generally connected between the faceted first and second ends 113 and the first and second ends. Is connected to the sheet metal and oriented at an acute angle,
The first and second vanes 112 of the nine raised vanes 112 are disposed in a first row 120 of vanes 112 parallel to the first longitudinal rib 100, and the nine The third and fourth vanes 112 of the two raised vanes 112 are disposed in the second row 122 of the vanes 112 parallel to the first longitudinal rib 100, and the nine lifts The fifth vane 112 of the vane 112 is disposed in the third row 124 of the vanes 112 parallel to the first longitudinal rib 100, and the second row of vanes 112 ( 122 is disposed adjacent to the first and third rows between the first row 120 and the third row 124 of the vanes 112 and the sixth and seventh of the nine raised vanes 112. The vanes 112 are disposed in the fourth row 126 of the vanes 112 parallel to the first longitudinal ribs 100, and the third row 124 of the vanes 112 is formed of the vanes 112. Disposed between the second row 122 and the fourth row 126 and adjacent to the second and fourth rows, the eighth and ninth vanes of the nine raised vanes 112. 112 is disposed in a fifth row 128 of vanes 112 parallel to the first longitudinal rib 100, and a fourth row 126 of vanes 112 is formed in the vanes 112. Fins for tubes and fin heat exchangers disposed between the third row and the fifth row and adjacent to the third row and the fifth row.
대체로 면형의 판금과,
상기 판금을 통해 형성되고 구멍(18')의 제1 종방향 열을 획정하는 복수 개의 제1 구멍(18')과,
상기 복수 개의 제1 구멍(18')의 제1 및 제2 구멍(18') 사이에서 상기 판금에 대체로 X형 패턴(105)을 형성하는 복수 개의 상승된 베인(112)
을 구비하고, 상기 복수 개의 상승된 베인(112) 각각은 상기 상승된 베인(112)과 상기 판금의 표면(103) 사이에 개구(114)가 형성되도록 상기 판금에서 제1 및 제2 평행 슬릿(110) 사이에 형성되며,
상기 복수 개의 상승된 베인(112) 각각은 상기 면형의 판금에 평행한 중간 섹션으로 구성되고, 중간 섹션은 대체로 면형의 제1 및 제2 말단부(113) 사이에서 연결되고, 제1 및 제2 말단부는 면형의 판금에 대해 연결되어 예각으로 배향되는 것인 튜브와 핀형 열교환기용 핀.As fin 12 'for tube and fin heat exchanger 10,
Generally sheet metal,
A plurality of first holes 18 'formed through the sheet metal and defining a first longitudinal row of holes 18',
A plurality of raised vanes 112 forming an X-shaped pattern 105 generally in the sheet metal between the first and second holes 18 'of the plurality of first holes 18'.
And each of the plurality of raised vanes 112 includes first and second parallel slits in the sheet metal such that an opening 114 is formed between the raised vanes 112 and the surface 103 of the sheet metal. Between 110),
Each of the plurality of raised vanes 112 is composed of an intermediate section parallel to the faceted sheet metal, the intermediate section being generally connected between the planar first and second end portions 113 and the first and second end portions. Fins for tube and fin heat exchanger, wherein the fins are connected to the sheet metal and oriented at an acute angle.
상기 복수 개의 상승된 베인(112)의 제3 및 제4 베인(112)은 상기 구멍(18')의 제1 종방향 열에 대해 평행한 베인(112)의 제2열(122)에 배치되며,
상기 복수 개의 상승된 베인(112)의 제5 베인(112)은 상기 구멍(18)의 제1 종방향 열에 대해 평행한 베인(112)의 제3열(124)에 배치되고,
상기 복수 개의 상승된 베인(112)의 제6 및 제7 베인(112)은 상기 구멍(18')의 제1 종방향 열에 대해 평행한 베인(112)의 제4열(126)에 배치되며,
상기 복수 개의 상승된 베인(112)의 제8 및 제9 베인(112)은 상기 구멍(18')의 제1 종방향 열에 대해 평행한 베인(112)의 제5열(128)에 배치되고,
상기 베인(112)의 제2열(122)은 베인(112)의 제1열(120)과 제3열(124) 사이에서 제1열 및 제3열과 인접하게 배치되며,
베인(112)의 제3열(124)은 베인(112)의 제2열(122)과 제4열(126) 사이에 배치되어 제2열 및 제4열과 인접하게 배치되며,
베인(112)의 제4열(126)은 베인(112)의 제3열(124)과 제5열(128) 사이에 배치되어 제3열 및 제5열과 인접하게 배치되는 것인 튜브와 핀형 열교환기용 핀.The first and second vanes 112 of the plurality of raised vanes 112 are arranged in a first row of vanes 112 parallel to the first longitudinal rows of the holes 18 '. 120)
Third and fourth vanes 112 of the plurality of raised vanes 112 are disposed in a second row 122 of vanes 112 parallel to the first longitudinal row of holes 18 ',
The fifth vanes 112 of the plurality of raised vanes 112 are disposed in the third row 124 of the vanes 112 parallel to the first longitudinal rows of the holes 18,
Sixth and seventh vanes 112 of the plurality of raised vanes 112 are disposed in a fourth row 126 of vanes 112 parallel to the first longitudinal row of holes 18 ',
Eighth and ninth vanes 112 of the plurality of raised vanes 112 are disposed in a fifth row 128 of vanes 112 parallel to the first longitudinal row of holes 18 ',
The second row 122 of the vanes 112 is disposed adjacent to the first row and the third row between the first row 120 and the third row 124 of the vane 112.
The third row 124 of the vanes 112 is disposed between the second row 122 and the fourth row 126 of the vanes 112 and is disposed adjacent to the second row and the fourth row.
The fourth row 126 of the vanes 112 is disposed between the third row and the fifth row 128 of the vanes 112 and is disposed adjacent to the third and fifth rows. Fin for heat exchanger.
스택으로 배치된 복수 개의 핀(12')과, 상기 스택을 통해 수용되고 상기 복수 개의 핀(12) 각각과 물리적으로 접촉하는 튜브(22)를 포함하고, 상기 복수 개의 핀(12') 각각은,
대체로 면형의 판금과,
상기 판금을 통해 형성되고 구멍(18')의 제1 및 제2 종방향 열을 각각 획정하는 복수 개의 제l 및 제2 구멍(18')과,
판금의 전체를 따라 연속적으로 형성된 제1 및 제2 종방향 리브(100)로서, 상기 구멍(18')의 제1 종방향 열은 제1 및 제2 종방향 리브(100) 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 종방향 리브(100) 각각은 상기 판금에 의해 획정되는 상부면(103)을 넘어서 돌출되는 상부면을 갖고 상기 판금에 의해 획정되는 하부면을 넘어서 돌출되는 표면은 없는 것인 제1 및 제2 종방향 리브(100)와,
판금의 전체를 따라 연속적으로 형성된 제3 및 제4 종방향 리브(100)로서, 상기 구멍(18')의 제2 종방향 열은 제3 및 제4 종방향 리브(100) 사이에 배치되고, 상기 제2 및 제3 종방향 리브(100) 각각은 구멍(18')의 제1 및 제2 종방향 열들 사이에 배치되며, 상기 제3 및 제4 리브 각각은 상기 판금에 의해 획정되는 상부면(103)을 넘어서 돌출되는 상부면을 갖고 상기 판금에 의해 획정되는 하부면을 넘어서 돌출되는 하부면은 없는 것인 제3 및 제4 종방향 리브(100)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브와 핀형 열교환기.Tube and fin heat exchanger (10),
A plurality of fins 12 'disposed in a stack, and a tube 22 received through the stack and in physical contact with each of the plurality of fins 12, each of the plurality of fins 12' ,
Generally sheet metal,
A plurality of first and second holes 18 'formed through the sheet metal and defining first and second longitudinal rows of holes 18', respectively;
First and second longitudinal ribs 100 continuously formed along the entirety of the sheet metal, wherein a first longitudinal row of holes 18 ′ is disposed between the first and second longitudinal ribs 100, Each of the first and second longitudinal ribs 100 has an upper surface protruding beyond the upper surface 103 defined by the sheet metal and no surface protruding beyond the lower surface defined by the sheet metal. The first and second longitudinal ribs 100,
A third and fourth longitudinal rib 100 formed continuously along the entirety of the sheet metal, wherein a second longitudinal row of holes 18 ′ is disposed between the third and fourth longitudinal ribs 100, Each of the second and third longitudinal ribs 100 is disposed between first and second longitudinal rows of holes 18 ′, each of the third and fourth ribs defining an upper surface defined by the sheet metal. Third and fourth longitudinal ribs 100 having an upper surface protruding beyond 103 and no lower surface protruding beyond the lower surface defined by the sheet metal.
Tube and fin heat exchanger comprising a.
스택으로 배치된 복수 개의 핀(12')과, 상기 스택을 통해 수용되고 상기 복수 개의 핀(12) 각각과 물리적으로 접촉하는 튜브(22)를 포함하고, 상기 복수 개의 핀(12') 각각은,
대체로 면형의 판금과,
상기 판금을 통해 형성되고 구멍(18')의 제1 종방향 열을 획정하는 복수 개의 제1 구멍(18')과,
상기 복수 개의 제1 구멍(18')의 제1 및 제2 구멍(18') 사이에서 상기 판금에 대체로 X형 패턴(105)을 형성하는 복수 개의 상승된 베인(112)
을 구비하고, 상기 복수 개의 상승된 베인(112) 각각은 상기 상승된 베인(112)과 상기 판금의 표면(103) 사이에 개구(114)가 형성되도록 상기 판금에서 제1 및 제2 평행 슬릿(110) 사이에 형성되며,
상기 복수 개의 상승된 베인(112) 각각은 상기 면형의 판금에 평행한 중간 섹션으로 구성되고, 중간 섹션은 대체로 면형의 제1 및 제2 말단부(113) 사이에서 연결되고, 제1 및 제2 말단부는 면형의 판금에 대해 연결되어 예각으로 배향되는 것을 특징으로 하는 튜브와 핀형 열교환기.Tube and fin heat exchanger (10),
A plurality of fins 12 'disposed in a stack, and a tube 22 received through the stack and in physical contact with each of the plurality of fins 12, each of the plurality of fins 12' ,
Generally sheet metal,
A plurality of first holes 18 'formed through the sheet metal and defining a first longitudinal row of holes 18',
A plurality of raised vanes 112 forming an X-shaped pattern 105 generally in the sheet metal between the first and second holes 18 'of the plurality of first holes 18'.
And each of the plurality of raised vanes 112 includes first and second parallel slits in the sheet metal such that an opening 114 is formed between the raised vanes 112 and the surface 103 of the sheet metal. Between 110),
Each of the plurality of raised vanes 112 is composed of an intermediate section parallel to the faceted sheet metal, the intermediate section being generally connected between the planar first and second end portions 113 and the first and second end portions. And the fin-type heat exchanger is connected to the sheet metal of the face and oriented at an acute angle.
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