KR910003073B1 - Shell and tube heat transfer apparatus and process therefor - Google Patents
Shell and tube heat transfer apparatus and process therefor Download PDFInfo
- Publication number
- KR910003073B1 KR910003073B1 KR1019850700070A KR850700070A KR910003073B1 KR 910003073 B1 KR910003073 B1 KR 910003073B1 KR 1019850700070 A KR1019850700070 A KR 1019850700070A KR 850700070 A KR850700070 A KR 850700070A KR 910003073 B1 KR910003073 B1 KR 910003073B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- tube
- shell
- heat exchanger
- boundary layer
- flow
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- F28F13/02—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by influencing fluid boundary
-
- 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
- F28F13/003—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Central Heating Systems (AREA)
- Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
Abstract
내용 없음.No content.
Description
[발명의 명칭][Name of invention]
셸 및 튜브형 열전달 장치 및 그 공정Shell and Tubular Heat Transfer Devices and Their Processes
[도면의 간단한 설명][Brief Description of Drawings]
본 발명의 양호한 실시예인 장치 및 공정은 예를 들어서 첨부된 도면을 참고하여 기술한다.Apparatuses and processes which are preferred embodiments of the invention are described, for example, with reference to the accompanying drawings.
제1도는 장치내를 흐르는 유체로부터 장치를 에워싸는 대기로 열전달이 이루어지는 열전달장치의 사시도.1 is a perspective view of a heat transfer device in which heat is transferred from a fluid flowing in the device to an atmosphere surrounding the device.
제2도는 내부에 있는 유체흐름차단기 구조물의 양호한 형태를 도시하기 위하여 떼낸 핀, 측변 및 단부벽이 있는 제1도와 유사한 사시도.FIG. 2 is a perspective view similar to FIG. 1 with a pin, side and end wall removed to show the preferred shape of the fluid blocker structure therein; FIG.
제3도는 장치내에서 얻어지는 유체흐름을 도시한 제2도의 선3-3을 따라 취한 단면도.FIG. 3 is a cross sectional view taken along line 3-3 of FIG. 2 showing the flow of fluid obtained within the apparatus.
제4a도, 제4b도, 제4c도 및 제4d도는 취할 수 있는 각각의 형태를 도시하기 위한 다른 차단구조물의 작은 부분의 평면도.4A, 4B, 4C and 4D are top views of small portions of other barrier structures to illustrate the respective shapes that may be taken.
제5도는 차단기 구조물의 양호한 형태를 도시한 개략 단면도.5 is a schematic cross-sectional view showing a preferred form of the breaker structure.
제6도는 본 발명의 단일 튜브 및 셸형 열교환기의 횡단면도.6 is a cross-sectional view of a single tube and shell heat exchanger of the present invention.
제7도는 제6도 선7-7을 따라 취한 종단면도.FIG. 7 is a longitudinal sectional view taken along line 7-7 of FIG.
제8도는 열교환기 튜브의 내부에서 사용하기 위한 단일화 형태의 차단기 구조물의 사시도.8 is a perspective view of a unitary breaker structure for use in the interior of a heat exchanger tube.
제9도는 튜브가 원형단면인 본 발명의 다수의 튜브 셸 및 튜브 열교환기의 제10도 선9-9에 따른 종단면도.9 is a longitudinal sectional view taken along line 9-9 of FIG. 10 of a plurality of tube shells and tube heat exchangers of the present invention wherein the tube is a circular cross section.
제10도는 제9도 선10-10에 따른 횡단면도.10 is a cross sectional view along line 10-10 of FIG.
제11도는 종래기술의 관형 및 판형 열교환기면과 본 발명 열교환기면의 상대적인 성능순위를 비교한 그래프.Figure 11 is a graph comparing the relative performance ranking of the prior art tubular and plate heat exchanger face and the heat exchanger face of the present invention.
[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention
[발명의 분야][Field of Invention]
본 발명은 열전달을 위한 신규의 셸 및 튜브형 장치와, 이와같은 장치에 이용되는 신규한 열전달 공정에 관한 것이다.The present invention relates to novel shell and tubular devices for heat transfer and new heat transfer processes used in such devices.
[종래기술의 검토][Review of the prior art]
열전달 분야에 있어서 효율을 향상시키고 또 가능한한 향상된 공정에 사용되는 장치의 경비를 저감시키기 위하여 열전달 공정의 효율을 향상시키는 계속적인 노력을 하고 있다. 이러한 목적을 위하여 종래의 여러 가지 제안된 것으로서, 가) 유체흐름에서 난류의 조장, 예를들어 흐름 통로벽을 거칠게 하거나 또는 통로에 난류 촉진제를 제공함으로써 통로에 흐르는 유체의 경계층 두께를 감소시키고, 나) 곡면 또는 파형의 열전달면의 사용으로 열전달면으로부터 경계층 분리의 유도나, 다) 소위 "분할-핀" 장치로 열전달면의 차단이있다.In the field of heat transfer, continuous efforts are being made to improve the efficiency of the heat transfer process in order to improve the efficiency and to reduce the cost of the apparatus used in the improved process as much as possible. Various conventional proposals for this purpose include: (a) reducing the thickness of the boundary layer of fluid flowing in a passage by promoting turbulence in the fluid flow, for example by roughening the flow passage wall or by providing a turbulence promoter in the passage; A) the induction of boundary layer separation from the heat transfer surface by the use of curved or corrugated heat transfer surfaces; or c) the blocking of the heat transfer surface with so-called "split-pin" devices.
이와같은 제안에서 자주 일어나는 중대한 문제로는, 난류의 촉진이나 층류에서의 열전달면의 차단이 단위면적당의 열전달을 증가시키지만, 증가된 난류와 비효율적인 층류 확산 혼합 때문에 소요의 비로 유체유량을 유지하는데 요하는 단위면적당의 펌핑 능력상의 불균형한 증가와, 상용시 제조경비의 상당한 증가를 일으키고 따라서 바람직하지 못한 결과로 예를 들어 소형화가 필수적으로 요하지 않는다면 대부분의 경우 그와같은 제안을 채택 못하게 된다는 것이다.A major problem often encountered in this proposal is that the promotion of turbulence or the blocking of heat transfer surfaces in laminar flow increases the heat transfer per unit area, but it is necessary to maintain the fluid flow at the required rate due to the increased turbulence and inefficient laminar diffusion mixing. This results in an unbalanced increase in pumping capacity per unit area, and a significant increase in manufacturing costs in commercial use and thus, in the unfavorable case, such proposals are not adopted in most cases unless miniaturization is not essential.
제안의 한 예로서, 휴 에도우즈 및 피터어네스트 고스의 영국 특허 제1,172,247호에는, 흐름에서 난류를 촉진하기 위하여 평행판 사이에 형성된 흐름통로에는 십자로드 또는 와이어로 짜진 망으로 이루어진 구조물이 구비되어 있는 열교환기장치가 기술되어 있다. 제이. 엠. 해리슨의 미합중국 특허 제1,862,291호에는 경계층을 약화시키기 위하여 팽창된 금속은 유체 전향장치로서 사용되는 다른 구조가 기술되어 있다. 소위 다른 상당수의 "난류 촉진제"는 이러한 목적을 위해 지금까지 제안되어 왔다.As an example of the proposal, U.S. Patent No. 1,172,247 to Hugh Douz and Peter Ernest Goss, a flow passage formed between parallel plates to facilitate turbulent flow in a flow, is provided with a structure consisting of a cross woven rod or wire mesh. A heat exchanger device is described. second. M. Harrison, US Pat. No. 1,862,291, describes another structure in which expanded metal is used as a fluid deflector to weaken the boundary layer. Many other so-called "turbulence promoters" have been proposed so far for this purpose.
또 제안의 한 예로서, 뉴욕, 토나완다에 소재하는 에이. 피. 브이. 캄파니 인코포레이티드의 "열전달 핸드북" 간행물에는, 열전달대 펌핑능력 데이터가 제공되어 있고, 비록 낮은 레이놀즈수에서도 난류 유체흐름의 유도로 열전달에서의 향상이 달성되고, 상기 유도는 소위 "판 및 프레임"형 교환기를 구성하도록 끼워진 가스켓과 함께 쌓여진 곡면 또는 파형의 열전달판의 사용으로 이루어지는 방법이 기술되어 있다. 다른 예는 더블유. 엠. 케이즈 및 에이. 엘. 런던의 1964년 뉴욕 맥그로 힐 기계공학시리즈 제2판 "소형 열교환기" 간행물 제216페이지 및 217페이지에 기술되어 있다.Another example of a proposal is A. A., located in Towana, New York. blood. V. The Company's "Heat Transfer Handbook" publication provides heat transfer pumping capability data, although improvements in heat transfer are achieved by induction of turbulent fluid flow, even at low Reynolds numbers, the induction being called "plate and A method is described which consists in the use of curved or corrugated heat transfer plates stacked with gaskets fitted to constitute a frame " exchanger. Another example is W. M. Kayes and A. L. It is described in London's 1964 New York McGraw Hill Mechanical Engineering Series 2nd Edition, "Small Heat Exchanger", pages 216 and 217.
제안의 예로서, 죠지 더블유. 게르스퉁 및 히람 워커의 미합중국 특허 제2,360,123 호 에는, 상술된 "소형 열교환기" 212페이지에 기술된 바와같이, 분할 주름형 핀을 사용한 열교환장치가 기술되어 있다. 이러한 장치로서 대단히 높은 열전달계수가 얻어지고 스릿팅 및 오프셋팅을 통해 핀길이를 대단히 짧게 유지시킴으로써 흐름은 층류로 된다. 이것은 대단히 얇고 분할핀의 선두 가장자리에 가까이 하기 때문에 진전하는 경계층내에서 열전달의 최대화를 허용하고, 분할 및 오프셋팅은 얇은 경계층의 진전을 방해한다. 코어층과의 혼합은 주로 유체를 통해 전도에 의해 일어나고 따라서 대단히 작은 수력 반경이 적절한 혼합 효율을 위해 필요하다. 핀을 전달할 때 약간의 버어가 자주 생기고 관련되는 마찰저항으로 대단히 낮은 레이놀즈수에서 흐름을 난류로 만든다. 그결과 양 경우에서 열전달면의 단위당 펌핑능력의 요구조건이 높게되고 제조경비가 매우 고가로 된다.As an example of the proposal, George W. In US Pat. No. 2,360,123 to Gersung and Hiram Walker, a heat exchanger using split corrugated fins is described, as described above in " Small Heat Exchanger " With this device a very high heat transfer coefficient is obtained and the flow becomes laminar by keeping the pin length very short through splitting and offsetting. This is very thin and close to the leading edge of the split pin, allowing for maximum heat transfer in the advancing boundary layer, and splitting and offsetting hinder the progress of the thin boundary layer. Mixing with the core layer takes place primarily by conduction through the fluid and therefore very small hydraulic radii are required for proper mixing efficiency. Some burrs are often present when transferring pins and the associated frictional resistance makes the flow turbulent at very low Reynolds numbers. As a result, the pumping capacity requirement per unit of heat transfer surface becomes high in both cases and the manufacturing cost becomes very expensive.
[발명의 목적][Purpose of invention]
따라서, 본 발명의 목적은 펌핑능력에서의 해당하는 불균형한 증가없이 열전달이 증가될 수 있는 신규의 열전달 공정을 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a novel heat transfer process in which heat transfer can be increased without a corresponding unbalanced increase in pumping capacity.
본 발명의 또 다른 목적은 펌핑능력에서의 해당하는 불균형한 증가없이 열전달이 증가될 수 있는 신규한 형의 셸 및 튜브 열전달장치를 제공하는데 있다.It is a further object of the present invention to provide a novel shell and tube heat transfer apparatus in which heat transfer can be increased without a corresponding unbalanced increase in pumping capacity.
더 특수한 목적은 층류 웨이크 간섭류의 존재하에 난류를 피하면서 열전달을 증가시키는 신규의 셸 및 튜브형 열전달장치 및 공정을 제공 하는데 있다.A more specific object is to provide novel shell and tubular heat transfer devices and processes which increase heat transfer while avoiding turbulence in the presence of laminar wake interferences.
본 발명에 의하면 두 유체간의 열교환을 위한 셸 및 튜브형 열교환장치가 제공되며, 즉 셸은 셸내부의 셸 공간을 통해 각 유체의 통로를 위한 내벽, 내부로의 입구 및 출구를 가지며, 적어도 하나의 튜브는 내면 및 외면을 가지고 각 유체의 튜브내부를 통한 통로용의 그 내부로의 입구 및 출구를 가지는 셸내에 설치되고, 각 튜브벽은 셸내부 및 튜브내부에 있는 두 유체사이의 열교환벽을 구성하며, 튜브내부의 유체흐름은 튜브 내면에 바로 인접하는 비난류 경계층과, 경계층과 접촉하는 코어층의 형태를 취하며, 각 튜브내의 튜브측 유체흐름차단기 구조물은 통로 내벽과 접촉하는 다수의 종방향 연장 구체의 열을 구성하고, 구조는 다수의 이격된 차단점에서 튜브내면에서의 적어도 경계층의 완전한 진전을 비난류적으로 차단하고, 따라서 차단된 경계층의 부분은 차단점 사이의 튜브내면으로부터 비난류적으로 분리되고 튜브내면, 그 각각의 경계층, 및 코어층사이의 열전달을 효율화하기 위해 코어층과 혼합하며, 튜브내면으로부터 떨어진 튜브내부에서 쓸모없는 유체흐름을 방지하기 위하여 종방향으로 연장하는 열사이의 공간에는 공간 충전제로 채워진다.According to the invention there is provided a shell and tube heat exchanger for heat exchange between two fluids, ie the shell has an inner wall, an inlet and an outlet for the passage of each fluid through the shell space inside the shell, at least one tube Is installed in a shell having an inner surface and an outer surface and having an inlet and an outlet therein for passage through an inner tube of each fluid, and each tube wall constitutes a heat exchange wall between two fluids in the inner shell and the inner tube. The fluid flow inside the tube takes the form of a non-flow boundary layer immediately adjacent the inner surface of the tube and a core layer in contact with the boundary layer, and the tube-side fluid flow blocker structure within each tube has a plurality of longitudinal extensions in contact with the passage inner wall. Comprising the rows of spheres, the structure non-disruptively blocks the complete development of at least the boundary layer at the inner surface of the tube at a number of spaced breaks, thus preventing Portions of the layer are non-disruptively separated from the inner surface of the tube between the break points and mixed with the core layer to streamline heat transfer between the inner surface of the tube, its respective boundary layer, and the core layer, and useless fluid within the tube away from the inner surface of the tube. The space between the longitudinally extending rows is filled with space filler to prevent flow.
또, 본 발명에 의하면 두 유체간의 열교환을 위한 셸 및 튜브형 열교환장치가 제공되며, 즉 셸은 셸내부의 셸공간을 통해 각 유체의 통로를 위한 내벽, 내부로의 입구 및 출구를 가지며, 적어도 하나의 튜브는 내면 및 외면을 가지고 각 유체의 튜브내벽을 통한 통로용의 그 내부로의 입구 및 출구를 가지는 셸내에 설치되고, 각 튜브벽은 셸내부 및 튜브내부에 있는 두 유체사이의 열교환벽을 구성하며, 셸공간내의 유체흐름은 튜브내면에 바로 인접하는 비난류 경계층과, 경계층과 접촉하는 코어층의 형태를 취하며, 셸공간내 셸측 유체흐름차단기 구조물은 튜브 외벽을 둘러싸고 접촉하는 다수의 구체를 구성하고, 구조는 다수의 이격된 차단점에서 튜브외면에서의 적어도 경계층의 완전한 진전을 비난류적으로 차단하고, 따라서 차단된 경계층의 부분은 차단점 사이의 튜브외면으로부터 비난류적으로 분리되고 튜브외면, 그 각각의 경계층 및 코어층 사이의 열전달을 효율화하기 위해 코어층과 혼합하며, 튜브외면으로부터 떨어진 셸내부 공간부에서 쓸모없는 유체흐름을 방지하기 위하여 셸측 차단기 주조 구체와 셸내벽 사이의 공간에는 공간 충전제로 채워진다.In addition, according to the present invention there is provided a shell and tube heat exchanger for heat exchange between two fluids, that is, the shell has an inner wall, an inlet and an outlet for the passage of each fluid through the shell space inside the shell, at least one Tube is installed in a shell having an inner surface and an outer surface and having an inlet and an outlet into and through the inner wall of each fluid for passage therein, each tube wall forming a heat exchange wall between two fluids in the inner shell and the inner tube. The fluid flow in the shell space takes the form of a non-flow boundary layer immediately adjacent the inner surface of the tube and a core layer in contact with the boundary layer, and the shell-side fluid flow blocker structure in the shell space surrounds and contacts the outer wall of the tube. And the structure non-disruptively blocks the complete development of at least the boundary layer at the outer surface of the tube at a number of spaced break points, thus part of the blocked boundary layer. Non-disruptively separated from the tube outer surface between the break points and mixed with the core layer to streamline heat transfer between the tube outer surface, its respective boundary layer and core layer, preventing unwanted fluid flow in the shell inner space away from the tube outer surface In order to achieve this, the space between the shell side breaker casting sphere and the shell inner wall is filled with a space filler.
[양호한 실시예의 설명]DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
제1도의 단순 대류형 열전달장치(10)은 기름 또는 물과 같은 액체에 보유된 열을 가스성 분위기로 전달하도록 되어 있고, 그와같은 장치는 예를 들어 보통 기름 또는 물 냉각기로서 사용된다. 장치는 이하에 기술된 유체흐름차단기 구조물을 포함한 평행벽 유로를 제공하는 중공체(12)를 구성한다. 유체는 입구 파이프(14)를 통해 장치에 공급되고 출구파이프(16)를 통해 배출된다. 몸체의 외부는 주위공기로의 보다 효율적인 열전달을 위해서 평행하게 이격된 핀(18)으로 공지된 방식으로 구비되어 있다.The simple convection
몸체(12)의 내부는 벽(22)으로 구비된 2개의 평행하게 이격된 대향 열전달 벽면(20)(제3도)을 포함하는 비난류 유체 유로를 제공하고, 그 벽면 사이에는 유체가 흐른다. 통로는 2개의 측벽(24)으로 갖추어지고, 폐쇄부는 파이프(14, 16)의 원형단면을 유로의 직사각형 단면으로 점차 바꾸는 2개의 천이부(26)로 갖추어진다. 이러한 실시예에서 통로내에 배치된 유체흐름차단기 구조물 금속, 유리 또는 자기와 같은 유체에 영향 받지 않는 재료로된 복수개의 밀접하게 채워진 구체(28)를 구성하고, 팩킹은 구체가 서로 접촉하도록 되어 있다. 구체의 직경은 대향 열전달벽면(20)과 각각 점접촉하는 크기의 직경이다. 이 실시예에서 구체는 서로 접촉하기 때문에 단일화 구조를 취하도록 상호 접촉점에서 서로에 접하게 된다. 다른 실시예에서 구체는 서로 떨어져 있는 저밀집상태로 예를들어 구멍에 배치된 구체를 가지는 개재된 구멍 뚫린 판으로서 채워진다. 다른 변경은 이후에 기술한다.The interior of the
통로내를 흐르는 유체는 면(20)에 바로 인접하는 경계층(30)을 가지며, 상기 경계층은 코어층(32)에 흐르고 경계층(30)과 접촉하는 유체 본체로부터 벽면을 격리시키는 역할을 하고, 따라서 벽면(20)과 코어층(32)간의 열전달을 감소시킨다는 것은 본 기술 분야에 숙련된 자에게는 주지된 사실이다. 방해받지 않는 경계층은 유체흐름 방향으로 두께상 점차 증가하고, 그 차단효과를 증가시킨다는 것은 주지의 사실이다. 상술한 바와같이, 지금까지는 유체가 흐르는 면을 거칠게 하거나 파형으로 함으로써 경계층을 붕괴하도록 제안되어 왔으며, 그와같은 제안은 소요의 펌핑능력을 불균형한 크기로 증가시키는 효과를 가진다.The fluid flowing in the passageway has a
본 발명의 장치에서, 경계층(30)은 코어(32)에서의 비난류 유체흐름을 유지하면서, 열전달면 사이에 개재된 유체흐름차단기 구조물에 의해 이격된 점(34)에서 스폿식으로 차단된다. 본 발명 장치에서 열전달면(20)은 거칠게 되어있지 않을 뿐만 아니라, 반대로 많은 실시예에서 면(20)은 필요한 평활도로 연마될 정도로 가능한한 경제적으로 원할하게 되어있다. 다수의 이격된 점(34)에서의 경계층(30)붕괴는 얇은 채로 유치하는 것을 보장하고, 그 붕괴방식은 부적당하게 높은 마찰저항을 일으키는 난류를 피하게 해준다. 구체를 포함한 모든 면의 연마는 소요의 마찰 저항 최소화를 도운다.In the device of the present invention, the
이와같이, 본 발명은 총층류를 보장하는 수력 반경을 이용하여 원활한 열전달면에 바로 인접하는 저마찰저항의 특수 형상 차단 및 혼합 구조물을 제공함으로써 단위 열전달표면적당의 마찰 동력대 대류 열전달의 비를 향상시키는 유체흐름 시스템을 포함하는 것으로 되어있다. 혼합구조물은 세포형 공극을 포함하고, 상기 공극은 세로 연결되어 있으며, 그 각각에는 유체가 단일 층류 에디로서 나선식으로 회전한다. 상기 에디는 층류를 혼합하는 대단히 효율적인 수단이며, 양호하게는 가장 높은 효율을 제공하는 웨이크 간섭류를 생성하기 위하여 차단점의 웨이크 에디하류와 잇달은 차단점의 전진 에디상류를 일치시킴으로써 얻어진다. 혼합 구조물의 곡면상의 경계층(30)은 상당히 두껍고, 혼합 구조물면에 대향하여 위치하는 열전달면의 경계층은 평균적으로 대단히 얇은데, 이는 혼합 구조물의 면과 열전달면사이의 다수의 접촉점에서 일정하게 또 스폿식으로 감소하고, 게다가 평평한 열전달면에 매우 가까이서 현저하게 일어나는 가장높은 국부속도에 노출되기 때문이다. 이는 열전달면을 통해 급속한 열흐름을 허용한다.As such, the present invention improves the ratio of frictional power to convective heat transfer per unit heat transfer surface area by providing a low friction resistance special shape barrier and mixing structure directly adjacent to a smooth heat transfer surface using a hydraulic radius to ensure total laminar flow. It includes a fluid flow system. The mixed construct comprises cellular pores, the pores being longitudinally connected, in each of which fluid is helically rotated as a single laminar flow eddy. The eddy is a very efficient means of mixing laminar flow, and is preferably obtained by matching the wake eddy downstream of the break point and the advancing eddy upstream of the break point to produce a wake interference flow that provides the highest efficiency. The
또, 차단 혼합 구조물의 곡면상보다 열전달면에 인접한 속도 구배가 더 크기 때문에 효율이 향상된다고 생각된다. 게다가, 혼합 구조물과 열전달면 사이의 다수의 접촉점에서 일어나는 일정하게 이격된 흐름차단부에 의해서 속도 구배는 열전달면에서 크게 유지된다. 상기 차단부 역시 흐름을 열전달면으로 높은 속도에서 소용돌이 치게 한다. 온도 구배는 속도 구배에 비례한다는 다수의 실험 및 이론 분석(1976년, 뉴욕, 하퍼 및 로우 출판사. 에프, 크레이스저 "열전달의 원리" 제3판 422페이지 내지 423페이지 참조)에서 잘 알려져 있기 때문에, 소위 "유입효과"와 유사한 급격한 반복속도 구배를 만드는 차단 혼합 구조물 역시 흐름이 층류로 유지되면서 증가된 열전달을 조장한다.It is also believed that the efficiency is improved because the velocity gradient adjacent to the heat transfer surface is larger than the curved surface of the barrier mixing structure. In addition, the velocity gradient is largely maintained at the heat transfer surface by the uniformly spaced flow barriers occurring at multiple points of contact between the mixing structure and the heat transfer surface. The block also swirls the flow at high speed into the heat transfer plane. Because it is well known in many experimental and theoretical analyzes that temperature gradients are proportional to velocity gradients (see New York, Harper and Rowe Press, 1976, F. Craser, "Principles of Heat Transfer," 3rd 422 pages 423). For example, a barrier mixing structure that produces a rapid repetition rate gradient similar to the so-called "influence effect" also promotes increased heat transfer while the flow remains laminar.
유체의 일반적인 흐름 방향은 화살표(36)로 표시되어 있고, 흐름차단기 구조물은 구조물의 기하에 의존하는 형상 및 회전수를 가진 층류 에디(38)의 생성을 일으킨다. 웨이크 에디는 흐름의 차단 하류 점둘레에서 생성되고, 진전 에디는 흐름의 상류에서 생성된다. 만일 차단점(34)의 간결이 바로 연속하는 점의 진전 및 웨이크 에디가 일치하도록 되어 있다면, 웨이크 간섭류가 얻어지고 따라서 난류 마찰 저항의 존재로 대단히 효율이 높은 비난류 혼합은 차단된 경계층(30)과 인접 코어층(32) 사이에서 얻어진다. 피해져야 할 층류는, 층류가 불규칙하고 에디로서의 관측될 수 있는 형태가 존재하지 않는다는 점에서 에디와 구별될 수 있다. 따라서 에디와 소용돌이는 난류를 이루지 않는다. 층류 에디 또는 와류는 실체 경계 또는 층류흐름에 의해 구정되고, 난류 에디 또는 와류는, 난류 에디 또는 와류와 상호작용하는 다른 에디 및 와류에 의해 둘러싸인다. 특수한 구조를 한 층류의 유지 조건은, 예를들어 실험적인 구조물에서 적절한 창을 제공하거나 필요시 눈에 보이는 유체를 유체흐름에 가함으로써 관측될 수 있다.The general flow direction of the fluid is indicated by
경계층을 필요한 크기의 차단을 제공하기 위하여 개재된 구조물은 충분히 가까이 있는 한 통로벽을 접촉할 필요는 없다. 따라서, 상술된 실시예에서 경계층에서 잠겨 있는 실 접촉점 둘레의 각 구체면의 부분은 이러한 차단작용에 유효하다. 따라서 차단기 구조물은 폐쇄부 내에서 현수되고, 실제로 벽과 접촉하지 아니하거나 또는 차단점이 존재하는 것보다 적은 점에서 벽과 접촉한다.The intervening structure does not need to contact the passage wall as long as it is close enough to provide the barrier layer with the required size. Thus, in the embodiments described above, the portion of each sphere around the seal contact that is submerged in the boundary layer is effective for this blocking action. Thus, the breaker structure is suspended in the closure and is in contact with the wall at a point that is not actually in contact with the wall or is less than where the break is present.
제4a도는 통로내의 유체흐름 방향에 따라 취한 제1도 내지 제3도 구조물의 구체 차단기 구조요소의 윤곽의 평면도 이고, 물론 윤곽은 원이다. 다른 윤곽도 사용될 수 있으며, 유체흐름에는 원활한 윤곽면을 제공하고, 마찰손실을 최소로 감소 시키고, 또 층류의 유지를 보장하도록 되어있다. 제4b도는 예를들어 타원체형 윤곽, 제4c도는 계란형 윤곽, 제4d도는 물방울형 윤곽을 나타낸 것으로서, 후자둘의 윤곽에서 가장 큰 반경면은 상류와 면한다.4A is a plan view of the contour of the concrete breaker structural element of FIGS. 1 to 3 taken along the direction of fluid flow in the passage, the contour being a circle. Other contours may be used, and the fluid flow is designed to provide a smooth contour surface, to minimize frictional losses and to ensure laminar flow. Figure 4b shows, for example, an ellipsoidal contour, Figure 4c shows an oval contour, and Figure 4d shows a droplet contour, with the largest radial plane in the latter contour facing upstream.
제5도는 차단기 구조물의 요소가 열교환면과 접촉할 필요가 없고, 일점쇄선 윤곽(40)은 이것은 해당하지는 않지만 윤곽의 정점은 면(20)으로부터 최소거리(d)로 떨어져 있고, 평면(20)으로부터 떨어진 볼록한 곡면의 경우에는 거리(d)는 곡면의 유효직경의 약 10%를 넘지 않아야 됨을 나타내고 있다.5 shows that the elements of the breaker structure do not need to contact the heat exchange surface, the dashed
피라밋형 면(42) 역시 접촉점(34)에서 끝나는 점선으로 도시되어 있고, 본 발명의 흐름차단 구조물에서 사용하는 데는 만족스럽지 못하며, 이는 주로 경계층에서 높은 유체흐름 속도의 설정기회가 급격히 줄어지고, 이어서 층의 붕괴가 적어지고, 면에서의 열교환이 유효하기 못하기 때문이다. 윤곽의 양호한 형태는 볼록한 곡면으로 특징지워지고, 층류를 유지하면서 평면의 원활한 열전달면에 가능한한 가까이서 최대 가능속도를 제공하도록 배치된다.The pyramidal face 42 is also shown as a dashed line ending at the
예를들어, 가열될 점성 기름과 같이 유체가 대단한 점성을 가질때는 특수한 상황이 제기된다. 유체가 고점도 일 때 통로의 평행벽(20)의 이격된 간격은 난류 설정 없이도 상당히 증가될 수 있고, 그러나 그와같은 유체는 통상 낮은 열전도성을 가지며, 열경계층은 각경계층보다 얇은 열전달면 바로 가까이서 설정된다. 개재된 구조물은 경계층의 두께에 관계 없이 상기 얇은 열 경계층을 차단하도록 배치되어져야 한다. 열경계층의 두께의 결정시 주요인자는, 점도가 높고 열전도도가 낮을 때 높게되는 프란틀수이다.For example, special situations arise when the fluid has great viscosity, such as viscous oil to be heated. The spaced spacing of the
특수 유체흐름의 층류 및 비난류인자를 결정하는데 고려될 주요 변수의 하나는 다음 관계식에서 얻어지는 레이놀즈수이다.One of the main variables to be considered in determining the laminar and non-flow factors of a special fluid stream is the Reynolds number obtained from
고전적으로 레이놀즈수가 약 4,000미만이면 층류, 약 6,000이상이면 난류가 된다고 생각되었다. 본 발명장치에서 차단기 구조에서의 유체속도를 결정하는 것은 가능하지 않지만 전속도일때는 가능하며, 유체가 층류로 된다는 유일한 증거는 난류 시작시 경사의 급격한 변화를 보이는 소위 J인자 곡선을 그리는 것이다.Classically, Reynolds numbers of less than 4,000 were thought to be laminar, and more than about 6,000. It is not possible to determine the fluid velocity in the breaker structure in the apparatus of the present invention, but it is possible at full speed, and the only evidence that the fluid is in laminar flow is to draw a so-called J factor curve that shows a sharp change in slope at the onset of turbulence.
따라서 일정한 경사의 J인자 곡선의 존재는 층류가 일어나고 있고 이것은 15,000정도의 레이놀즈수에서 생길 수 있다는 것을 증명하고 있다.Thus, the presence of a constant slope J factor curve demonstrates that laminar flow is occurring, which can occur at Reynolds numbers of around 15,000.
본 발명은 단일 튜브 및 셸 교환기를 도시하는 제10도 및 제11도에 나타나 있는 바와같이, 셸 및 튜브형 열교환기에 적용할 수 있으며, 여기서 각각 입구(14) 및 출구(16)를 가진 한 유체통로는 외부 셸(54)과 내부원형 튜브(22)간의 환형공간으로 형성되고, 입구(48) 및 출구(50)를 가진 다른 유체통로 역시 튜브(22)로 형성된다. 환형 셸 공간은 구체(28)를 수용하기에 충분한 반경치수를 갖고, 구체와 외부 셸의 내벽사이에는 적절한 시멘트성 재료(56)로 완전히 채워지며 이는 그곳을 통해 소비되는 유체흐름을 방치하기 위해서다. 튜브(22)내에서 사용되는 차단기 시스템은, 튜브의 길이를 따라 또 그 주위에서 충분한 수의 차단점(34)으로 필요한 흐름 능력을 제공하기 위하여 사용되는 작은 구체의 열로 구성되어 있다. 셸 측 차단기 시스템에서 열사이의 쓸모없는 공간에는 콘크리트 또는 세라믹 시멘트와 같은 시멘트성이나 다른 적절한 재료(58)로 채워진다.The invention is applicable to shell and tubular heat exchangers, as shown in FIGS. 10 and 11 showing a single tube and shell exchanger, where one fluid passage with
제8도의 사시도에 도시된 바와같이, 사이에 끼워진 개개의 구체(28)와 시멘트(58)는 예를들어 케이싱으로 형성된 단일화 구조(60)를 구성할 수 있으며, 따라서 중심 매트릭스로부터 돌출하는 구체(28)는 내부 튜브벽과 결합한다. 그와같은 단일화 구조물은 보다 쉽게 제조될 수 있고 보다 용이하게 장치에 조립 분해가 이루어질 수 있다. 구체의 열이 나선형으로 배치된 것처럼 동일 효과를 주면서, 구조물의 길이를 따라서 연속 구체는 주위로 배치된다는 점에 유의한다. 유사하게, 셸 내벽에 대해 배치된 공간충전제(56)와 구체의 실린더는 단위로서 미끄러지고 제거되는 원통형 단일화 구조를 구성할 수 있다.As shown in the perspective view of FIG. 8, the
제9도 및 제10도는 다수의 평행 튜브(22)가 단일 외부 셀(54)내에 배치되어 있는 셸형 열교환기에서의 튜브를 도시하고 있다. 각 튜브(22)는 열지어 구체(28)에 의해 둘러싸여 있고, 몇 구체에서의 원 및 나선은 두 인접 튜브와 접촉하며, 따라서 양 튜브의 경계층을 붕괴한다. 이와같은 튜브(22)는 제6도 및 제7도 구조의 시멘트(58)를 대신하고, 최외측 구체와 셸(54) 사이에는 시면트(56)만 요구된다.9 and 10 show the tubes in a shell type heat exchanger in which a number of
다수위 변수가 포함되기 때문에 열교환기면의 성능평가는 어려운 것이지만, 만족스럽게 얻어진 한 방법으로서, 1978년 8월 기계공학 협회 보고서 제100권종 제이. 지. 솔랜드, 더블유. 엠. 맥 2세 및 더블유. 엠. 로제노의 논문 "판형 핀 열교환기면의 선능 순위"에 기술되어 있다. 제11도는 상기 방법에 따라 면의 순위를 나타낸 것으로서, 본 발명의 면과 직경 1.2㎝ 튜브와 판피치 0.5㎝의 판형 열교환기의 면을 비교하고 있다. 따라서 수직축은 열교환기 코어와 단위체적(V)당의 열전달 유니트수(NTU)를 나타내고, 수평축은 열교환기 코어(V)의 단위 체적당 코어를 통해 유체를 이동시키는데 요하는 펌핑능력(E)을 나타낸다. 열교환기 성능상의 향상은 수직축상에서 높은 선에 의해 나타나고, 향상의 증가는 어떤 수직선을 따라 측정될 수 있다.Although it is difficult to evaluate the performance of the heat exchanger surface because of the large number of variables, it is a satisfactory method that was obtained in August 1978. G. Solland, W. M. Mac II and W. M. It is described in Roseno's paper, "Router Ranking of Plate Fin Heat Exchanger Faces." FIG. 11 shows the order of faces according to the above method, comparing the face of the present invention with the face of a 1.2 cm diameter tube and a 0.5 cm plate heat exchanger. The vertical axis thus represents the heat exchanger core and the number of heat transfer units (NTU) per unit volume (V), and the horizontal axis represents the pumping capacity (E) required to move the fluid through the core per unit volume of the heat exchanger core (V). . The improvement in heat exchanger performance is indicated by a high line on the vertical axis, and the increase in improvement can be measured along any vertical line.
시험유체는 물이며, 최하부 쇄선 A는 상기 솔랜드, 맥 및 로제노의 논문에서 얻어진 데이타를 사용하여 직경 1.2㎝의 튜브에서의 열전달이다. 점선 B는 미합중국, 뉴욕, 토나완다 소재의 에이 피 브이 인코포레이티드에서 발행된 APV 열전달 핸드북 제2판으로부터 얻어진 데이타를 사용하여 판피치 0.5㎝의 "APV" 판형 열교환기용이다. 선 B는 선A보다 성능상 28%의 향상을 보이고 있음을 알 수 있다. 하부실선 C는 공간의 판사이에 직경 6.35㎜의 빽빽히 채워진 구체를 사용한 본 발명 열교환기의 성능을 나타낸 것이고, 상부실선 D는 본 발명의 열교환기로서 얻어지는 한의 최대 성능을 나타낸 것이다. 선 C는 선 A와 선 B보다 각각 100% 및 52%의 향상을 나타내고, 선 D는 각 415% 및 290%의 향상을 나타냄을 알 수 있다.The test fluid is water and the bottom dashed line A is heat transfer in a 1.2 cm diameter tube using data obtained from the above papers from Solland, Mac and Roseno. Dotted line B is for an "APV" plate heat exchanger with a plate pitch of 0.5 cm using data obtained from the second edition of the APV Heat Transfer Handbook, published by AV V. Incorporated, Tonawanda, New York. It can be seen that Line B shows a 28% improvement in performance over Line A. The lower solid line C shows the performance of the heat exchanger of the present invention using a densely packed sphere having a diameter of 6.35 mm between the plates of the space, and the upper solid line D shows the maximum performance that can be obtained as the heat exchanger of the present invention. It can be seen that line C represents 100% and 52% improvement over line A and line B, respectively, and line D represents improvement of 415% and 290%, respectively.
Claims (12)
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US53919883A | 1983-10-05 | 1983-10-05 | |
PCT/US1984/001505 WO1985001571A1 (en) | 1983-10-05 | 1984-09-19 | Shell and tube heat transfer apparatus and process therefor |
US539198 | 1990-05-11 | ||
US539,198 | 1990-05-11 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR850700066A KR850700066A (en) | 1985-10-21 |
KR910003073B1 true KR910003073B1 (en) | 1991-05-17 |
Family
ID=24150219
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1019850700070A KR910003073B1 (en) | 1983-10-05 | 1984-09-19 | Shell and tube heat transfer apparatus and process therefor |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0160662B1 (en) |
JP (1) | JPS61500132A (en) |
KR (1) | KR910003073B1 (en) |
AU (1) | AU585839B2 (en) |
BR (1) | BR8407108A (en) |
DE (1) | DE3471157D1 (en) |
DK (1) | DK247585D0 (en) |
IT (1) | IT1176887B (en) |
MX (1) | MX161055A (en) |
NO (1) | NO852255L (en) |
WO (1) | WO1985001571A1 (en) |
ZA (1) | ZA847652B (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110300050A1 (en) * | 2010-06-08 | 2011-12-08 | Memc Electronic Materials, Inc. | Trichlorosilane Vaporization System |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1015261A (en) * | 1910-12-03 | 1912-01-16 | William Arthur Bone | Steam generation-feed-water heating, and heating of liquids generally. |
FR535531A (en) * | 1920-07-07 | 1922-04-15 | Bristol Aeroplane Co Ltd | Improvements to water tube boilers, water heaters and steam generators |
GB531112A (en) * | 1939-07-12 | 1940-12-30 | Walter Engel | Improvement in or relating to the manufacture of heat exchange units |
FR1189249A (en) * | 1957-11-14 | 1959-10-01 | Boiling liquid nuclear reactor | |
US3170512A (en) * | 1963-03-29 | 1965-02-23 | Carrier Corp | Heat exchanger |
US3704748A (en) * | 1970-02-11 | 1972-12-05 | Ratheon Co | Heat transfer structure |
US3921712A (en) * | 1970-03-02 | 1975-11-25 | American Standard Inc | Heat exchanger structure for a compact boiler and the like |
US3921711A (en) * | 1972-05-30 | 1975-11-25 | American Standard Inc | Turbulator |
US4051891A (en) * | 1975-10-01 | 1977-10-04 | Halm Instrument Co., Inc. | Heat transfer block means |
EP0042613A3 (en) * | 1980-06-24 | 1982-08-11 | Richard Adolf Holl | Apparatus and process for heat transfer |
-
1984
- 1984-09-19 JP JP59503630A patent/JPS61500132A/en active Pending
- 1984-09-19 AU AU34363/84A patent/AU585839B2/en not_active Ceased
- 1984-09-19 BR BR8407108A patent/BR8407108A/en not_active IP Right Cessation
- 1984-09-19 KR KR1019850700070A patent/KR910003073B1/en not_active IP Right Cessation
- 1984-09-19 DE DE8484903691T patent/DE3471157D1/en not_active Expired
- 1984-09-19 WO PCT/US1984/001505 patent/WO1985001571A1/en active IP Right Grant
- 1984-09-19 EP EP84903691A patent/EP0160662B1/en not_active Expired
- 1984-09-28 ZA ZA847652A patent/ZA847652B/en unknown
- 1984-10-03 MX MX202927A patent/MX161055A/en unknown
- 1984-10-05 IT IT23041/84A patent/IT1176887B/en active
-
1985
- 1985-06-03 DK DK247585A patent/DK247585D0/en not_active Application Discontinuation
- 1985-06-04 NO NO852255A patent/NO852255L/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS61500132A (en) | 1986-01-23 |
MX161055A (en) | 1990-07-18 |
BR8407108A (en) | 1985-08-27 |
EP0160662B1 (en) | 1988-05-11 |
EP0160662A4 (en) | 1986-02-20 |
IT1176887B (en) | 1987-08-18 |
AU3436384A (en) | 1985-04-23 |
WO1985001571A1 (en) | 1985-04-11 |
IT8423041A0 (en) | 1984-10-05 |
AU585839B2 (en) | 1989-06-29 |
EP0160662A1 (en) | 1985-11-13 |
DE3471157D1 (en) | 1988-06-16 |
ZA847652B (en) | 1985-05-29 |
KR850700066A (en) | 1985-10-21 |
DK247585A (en) | 1985-06-03 |
DK247585D0 (en) | 1985-06-03 |
IT8423041A1 (en) | 1986-04-05 |
NO852255L (en) | 1985-06-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4593754A (en) | Shell and tube heat transfer apparatus and process therefor | |
US6533030B2 (en) | Heat transfer pipe with spiral internal ribs | |
EP0042613A2 (en) | Apparatus and process for heat transfer | |
US2663321A (en) | Tubular heat transfer apparatus | |
EP0572510A1 (en) | Optimized offset strip fin for use in compact heat exchangers. | |
JPS6151239B2 (en) | ||
US4881596A (en) | Heat exchange pipe for heat transfer | |
MX2010011346A (en) | Tube with fins having wings. | |
US20020088611A1 (en) | Heat exchanger for liquid and gaseous media | |
GB2220258A (en) | Heat exchanger | |
KR910003073B1 (en) | Shell and tube heat transfer apparatus and process therefor | |
AU574339B2 (en) | Device interupting boundary layer in heat exchanger tubes | |
Webb | The flow structure in the louvered fin heat exchanger geometry | |
CN113108923B (en) | Radiation blackbody cavity with micro-groove group structure and water-groove type blackbody radiation source | |
EP0654647A1 (en) | A finned tube for a heat exchanger device | |
US4397350A (en) | Flow guiding in tube bundle heat exchangers | |
US1992561A (en) | Method of heat transfer | |
JP2003515085A (en) | Improved tubing for heat exchange | |
CN212778759U (en) | Heat exchange tube, heat exchanger tube core and heat exchanger | |
SU1121579A1 (en) | Heat-exchanging surface | |
SU1674950A1 (en) | Mass-and-heat exchanger packing | |
RU2037119C1 (en) | Heat exchanging member | |
RU2041441C1 (en) | Finned heat exchanging pipe with insert | |
JPS6222992A (en) | Multi-tubular heat exchanger | |
RU2031346C1 (en) | Stack of plate heat exchanger |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
G160 | Decision to publish patent application | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |