KR101433377B1 - Heat transfer enhancing system and method for fabricating heat transfer device - Google Patents

Heat transfer enhancing system and method for fabricating heat transfer device Download PDF

Info

Publication number
KR101433377B1
KR101433377B1 KR1020070108824A KR20070108824A KR101433377B1 KR 101433377 B1 KR101433377 B1 KR 101433377B1 KR 1020070108824 A KR1020070108824 A KR 1020070108824A KR 20070108824 A KR20070108824 A KR 20070108824A KR 101433377 B1 KR101433377 B1 KR 101433377B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat transfer
micro
particles
turbulent
wall
Prior art date
Application number
KR1020070108824A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20090043134A (en
Inventor
로날드 스콧 벙커
웨인 찰스 헤이즈
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
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 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority to KR1020070108824A priority Critical patent/KR101433377B1/en
Publication of KR20090043134A publication Critical patent/KR20090043134A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101433377B1 publication Critical patent/KR101433377B1/en

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
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • 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
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys

Abstract

열전달 장치(18)는 제 1 유체(19)와 제 2 유체(32)를 분리하도록 구성된 복수의 열전달 벽(46)을 포함한다. 열전달 증대 시스템(44)은 하나 이상의 열전달 벽(46)에 제공된다. 열전달 증대 시스템(44)은 결합 매체를 사용하여 하나 이상의 열전달 벽(46)에 결합되는 복수의 미세 난류성 입자(48)를 포함한다.The heat transfer device 18 includes a plurality of heat transfer walls 46 configured to separate the first fluid 19 and the second fluid 32. The heat transfer enhancement system 44 is provided in one or more heat transfer walls 46. The heat transfer enhancement system 44 includes a plurality of micro-turbulent particles 48 that are coupled to one or more heat transfer walls 46 using a bonding medium.

Description

열전달 증대 시스템 및 열전달 장치 제조 방법{HEAT TRANSFER ENHANCING SYSTEM AND METHOD FOR FABRICATING HEAT TRANSFER DEVICE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a heat transfer enhancing system,

본 발명은 일반적으로 열전달 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 상기 열전달 장치의 여러 표면 상의 열전달 특성을 개선하기 위한 열전달 증대 시스템에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to heat transfer devices, and more particularly to heat transfer enhancement systems for improving heat transfer characteristics on various surfaces of the heat transfer device.

열 교환기와 같은 열전달 장치는 고온 유체와 저온 유체 사이에서 열 에너지를 전달하는 장치이다. 열은 열전달 장치 내에서 고온 유체로부터 튜브나 패널과 같은 복수의 열전달 표면을 통해 저온 유체로 유동한다. 열 교환기는 평행 유동형, 역류형, 교차 유동형, 단일 경로형 또는 다중 경로형과 같은 여러 유형으로 분류될 수 있다. 예를 들어 액체 천연 가스 기화기 또는 천연 가스 액화장치와 같은 유체 처리 설비에 사용되는 열 교환기는 처리 유체(예를 들어, 액화 천연 가스) 측과 상기 열 교환기의 열 공급원 또는 열 발산원(heat sink) 사이에서의 열 효율 또는 그 외 다른 열전달 특성을 증대시키기 위해 다수의 종래 열전달 기술에 의존한다.Heat transfer devices, such as heat exchangers, are devices that transfer thermal energy between hot and cold fluids. Heat flows from the hot fluid in the heat transfer device to the cold fluid through a plurality of heat transfer surfaces, such as tubes or panels. Heat exchangers can be classified into several types, such as parallel flow, counter flow, cross flow, single path, or multipass type. For example, a heat exchanger for use in a fluid treatment facility, such as a liquid natural gas vaporizer or a natural gas liquefier, is provided with a heat source or heat sink of the heat exchanger and a treatment fluid (e.g., liquefied natural gas) To increase the thermal efficiency or other heat transfer characteristics between the heat transfer surface and the heat transfer surface.

열 효율을 개선하기 위한 하나의 종래 기술은 열전달 표면의 표면적을 증가시키는 단계를 수반한다. 표면적의 증가는 열전달 장치의 단위 면적(기초 표면적) 당 총 열속(heat flux)을 증가시키는 예를 들어, 열전달 표면에 복수의 핀, 돌출부 또는 홈부를 제공하여, 결과적으로 열전달 장치의 크기 및 비용에 있어서의 감소나 상기 장치의 총 용량의 증가를 달성하게 된다.One prior art technique for improving thermal efficiency involves increasing the surface area of the heat transfer surface. The increase in surface area can be achieved by providing a plurality of fins, protrusions or grooves on the heat transfer surface, for example increasing the total heat flux per unit area (basis surface area) of the heat transfer device, And an increase in the total capacity of the device.

열 효율을 개선하기 위한 또 다른 하나의 종래 기술은 열전달 표면에 대한 유동 난류발생기 또는 배플(baffle)을 제공함으로써 열전달 계수를 증가시키는 것이다. 그러나 유동 난류발생기 또는 배플의 제공은 열전달 장치에 있어서의 압력 손실의 증가를 야기한다.Another prior art technique for improving thermal efficiency is to increase the heat transfer coefficient by providing a flow turbulence generator or baffle to the heat transfer surface. However, the provision of a flow turbulence generator or baffle causes an increase in pressure loss in the heat transfer apparatus.

따라서, 소형화 및 허용치 내의 압력 손실을 유지하면서 열전달 장치의 열 효율을 증가시키는 시스템 및 방법에 대한 필요성이 대두된다.Accordingly, there is a need for a system and method for increasing the thermal efficiency of heat transfer devices while maintaining miniaturization and pressure losses within tolerances.

본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 열전달 장치는 제 1 유체와 제 2 유체를 분리하도록 구성된 적어도 하나의 열전달 벽을 포함한다. 열전달 증대 시스템이 적어도 하나의 열전달 벽에 제공된다. 열전달 증대 시스템은 결합 매체를 사용하여 적어도 하나의 열전달 벽 또는 상기 벽의 일부에 결합되는 복수의 미세 난류성 입자를 포함한다. 열전달 증대 시스템은 입자 크기 또는 입자 분포 밀도 또는 입자 간격 또는 이들의 조합에 있어서의 선택된 변형을 포함한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a heat transfer apparatus includes at least one heat transfer wall configured to separate a first fluid and a second fluid. A heat transfer enhancement system is provided on at least one heat transfer wall. The heat transfer enhancement system includes a plurality of micro-turbulent particles that are coupled to at least one heat transfer wall or a portion of the wall using a bonding medium. The heat transfer enhancement system includes selected variations in particle size or particle distribution density or particle spacing or combinations thereof.

본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라, 천연 가스 열 교환기는 제 1 유체와 제 2 유체를 분리하도록 구성된 적어도 하나의 열전달 벽을 포함하며, 상기 제 1 유체는 천연 가스 처리 유체를 포함한다. 복수의 미세 난류성 입자는 결합 매체를 사용하여 적어도 하나의 열전달 벽 또는 상기 벽의 일부에 결합된다.According to another exemplary embodiment of the present invention, a natural gas heat exchanger includes at least one heat transfer wall configured to separate a first fluid and a second fluid, wherein the first fluid comprises a natural gas treatment fluid. The plurality of micro-turbulent particles are bonded to at least one heat transfer wall or a portion of the wall using a bonding medium.

본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따라, 열전달 장치를 제조하는 방법은 제 1 유체와 제 2 유체를 분리하도록 구성된 적어도 하나의 열전달 벽을 제공하는 단계를 포함한다. 열전달 증대 시스템이 적어도 하나의 열전달 벽에 제공된다. 복수의 미세 난류성 입자는 결합 매체를 사용하여 적어도 하나의 열전달 벽 또는 상기 벽의 일부에 결합된다.According to another exemplary embodiment of the present invention, a method of manufacturing a heat transfer device includes providing at least one heat transfer wall configured to separate a first fluid and a second fluid. A heat transfer enhancement system is provided on at least one heat transfer wall. The plurality of micro-turbulent particles are bonded to at least one heat transfer wall or a portion of the wall using a bonding medium.

이하 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 제 1 유체와 제 2 유체를 분리하도록 구성된 복수의 열전달 벽을 갖는 열전달 장치를 제공한다. 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따라, 예시적인 열전달 증대 시스템이 하나 이상의 열전달 벽에 제공된다. 열전달 증대 시스템은 결합 매체를 사용하여 하나 이상의 열전달 벽에 결합되는 복수의 미세 난류성 입자(micro turbulating particle)를 포함한다. 미세 난류성 입자는 필요에 따라 구형 입자 또는 그 외 다른 형상의 입자를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 기술은 미세 난류성 입자를 임의로 또는 소정의 정해진 패턴으로 열전달 표면에 결합하기 위해 사용된다. 열전달 증대 시스템은 예를 들어, 액화 천연 가스 열 교환기의 복수의 튜브 또는 패널과 같은 열전달 표면의 열 효율을 증대시키기 위해 미세 난류성 입자를 사용한다. 입자 크기, 분포 밀도, 간격 및 패턴은 요구되는 열적 증대를 얻기 위해 변경될 수 있다. "미세 난류성 입자 분포 밀도"는 미세 난류성 입자로 인해 젖음 표면적의 평균 증가로 언급될 수 있다. 일 예에서, 평균 증가는 50%이다. 미세 난류성 입자는 열전달 벽을 통해 제 1 유체와 제 2 유체 사이의 열전달을 증대하도록 작용한다. 열전달 장치에 있어서의 추가 압력 손실은 최소이다. 본 발명의 특정 실시예가 도 1 내지 도 12를 참조하여 이하 설명된다.As described in detail below, embodiments of the present invention provide a heat transfer device having a plurality of heat transfer walls configured to separate a first fluid and a second fluid. According to one exemplary embodiment of the present invention, an exemplary heat transfer enhancement system is provided in one or more heat transfer walls. The heat transfer enhancement system includes a plurality of micro turbulating particles that are coupled to one or more heat transfer walls using a bonding medium. The micro-turbulent particles may include spherical particles or other shaped particles as needed. Exemplary techniques in accordance with embodiments of the present invention are used to bond the micro-turbulent particles to the heat transfer surface, optionally or in a predetermined pattern. Heat transfer enhancement systems use micro turbulent particles to increase the thermal efficiency of heat transfer surfaces such as, for example, a plurality of tubes or panels of a liquefied natural gas heat exchanger. The particle size, distribution density, spacing, and pattern can be varied to obtain the required thermal buildup. "Fine turbulent particle distribution density" can be referred to as an average increase in wet surface area due to micro turbulent particles. In one example, the average increase is 50%. The micro-turbulent particles serve to increase the heat transfer between the first fluid and the second fluid through the heat transfer wall. The additional pressure loss in the heat transfer device is minimal. Specific embodiments of the present invention are described below with reference to Figs.

본 발명의 전술한, 그리고 그 외 다른 특징, 관점 및 장점들은 전체적으로 유사한 구성에 유사한 도면부호가 표시된 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 통해 보다 잘 이해될 것이다.The foregoing and other features, aspects, and advantages of the present invention will be better understood by reference to the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to refer to like parts throughout.

도 1을 참조하면, 예시적인 시스템(10)[예를 들어, 액화 천연 가스(LNG) 시스템]이 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따라 도시된다. 도시된 실시예에서, 상기 시스템(10)은 오픈 랙(open rack) 기화기 시스템이다. 도시된 시스템(10)은 LNG 탱크(14)에 연결된 LNG 펌프(12)를 포함한다. 또한, LNG 펌프(12)는 파이프(16)를 통해 패널(열 교환기; 18)에 결합된다.Referring to Figure 1, an exemplary system 10 (e.g., a liquefied natural gas (LNG) system) is illustrated in accordance with one exemplary embodiment of the present invention. In the illustrated embodiment, the system 10 is an open rack vaporizer system. The illustrated system 10 includes an LNG pump 12 connected to an LNG tank 14. In addition, the LNG pump 12 is coupled to the panel (heat exchanger) 18 via a pipe 16.

패널(18)은 서로 근접하여 배열되는 복수의 열전달 튜브(20)를 포함한다. LNG 펌프(12)는 LNG 탱크(14)로부터 파이프(16)를 통해 패널(18)로 제 1 유체 또는 처리 액체(19; 즉, 액화 천연 가스)를 공급하도록 구성된다. 밸브(22)가 파이프(16)에 제공되고, 상기 파이프(16)를 통해 유동하는 액화 천연 가스의 양을 제어하도록 구성된다. 시스템(10)은 흡입 탱크(26)에 연결되는 또 다른 펌프(24)를 더 포함한다. 또한, 펌프(24)는 파이프(30)를 통해 헤더(28)에 연결된다. 펌프(24)는 흡입 탱크(26)로부터 파이프(30)를 통해 헤더(28)로 제 2 액체[즉, 해수(32)]를 제공하도록 구성된다. 헤더(28)는 패널(18)의 복수의 튜브(20) 상에 해수(32)를 분사하기 위해 제공된다. 따뜻한 해수는 튜브(20)의 외측면을 따라 유동하며, 액화 천연 가스는 튜브(20)를 통해 유동하여 증발된다.The panel 18 includes a plurality of heat transfer tubes 20 arranged in close proximity to one another. The LNG pump 12 is configured to supply the first fluid or treatment liquid 19 (i.e., liquefied natural gas) from the LNG tank 14 via the pipe 16 to the panel 18. A valve 22 is provided in the pipe 16 and is configured to control the amount of liquefied natural gas flowing through the pipe 16. The system 10 further includes another pump 24 connected to the suction tank 26. In addition, the pump 24 is connected to the header 28 via a pipe 30. The pump 24 is configured to provide a second liquid (i.e., seawater 32) from the suction tank 26 via the pipe 30 to the header 28. The header 28 is provided for spraying the seawater 32 onto the plurality of tubes 20 of the panel 18. The warm seawater flows along the outer surface of the tube 20, and the liquefied natural gas flows through the tube 20 and evaporates.

패널(18)은 액화 천연 가스(19)를 흡입하도록 구성된 흡입측(34) 및 공급 파이프(38)를 통해 천연 가스를 배출하도록 구성된 출구측(36)을 포함한다. 흡입측(34)은 증발 영역(40)을 포함하고, 출구측(36)은 가열 영역(42)을 포함한다. 예시적인 시스템(10)은 저온 유체(액화 천연 가스)를 대기 온도의 가스로 증발 또는 가열하기 위한 가열원으로서 대기압의 해수(32)를 사용한다. 액화 천연 가스는 패널(18)의 증발 영역(40)에서 해수를 사용하여 증발된다. 그 후, 증발된 천연 가스는 공급 파이프(38)를 통해 배기되기 전에 가열 영역(42)에서 보다 높은 온도까지 추가로 가열된다. 소정의 예시적인 실시예에서, 알루미늄-아연 합금은 해수(32)에 의한 부식으로부터 패널(18)을 보호하기 위해 상기 패널(18) 상에 용사(thermal sprayed)된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 열전달 증대 시스템(44)은 패널(18)의 복수의 튜브(20)의 복수의 열전달 벽(46)에 제공된다. 소정의 예시적인 실시예에서, 열전달 증대 시스템(44)은 결합 매체를 사용하여 튜브(20)의 하나 이상의 열전달 벽(46)에 결합된 복수의 미세 난류성 금속성 입자를 포함한다. 예시적인 실시예에 따라, "미세 난류성 입자"는 단일 미세 난류성 입자로 언급될 수도 있으며, 또는 액체 유동이 응집체 내부로 침입하지 않는 하나의 복합 미세 난류성 입자로의 하나 이상의 단일 입자의 응집체로 언급될 수도 있다. 또한, "미세 난류성 입자 크기"는 단일 또는 응집된 미세 난류성 입자의 평균 높이 또는 직경으로 언급될 수도 있음을 이해하여야 한다. "입자 간격"은 입자 크기의 비로서 표현되는, 하나의 입자 중심으로부터 인접한 입자 중심까지의 국부적 또는 지역적 평균 거리로 언급될 수도 있다.The panel 18 includes a suction side 34 configured to draw liquefied natural gas 19 and an outlet side 36 configured to discharge natural gas through a supply pipe 38. The suction side 34 comprises an evaporation zone 40 and the outlet side 36 comprises a heating zone 42. The exemplary system 10 uses atmospheric seawater 32 as a heating source for vaporizing or heating a low temperature fluid (liquefied natural gas) to a gas at ambient temperature. The liquefied natural gas is evaporated using seawater in the evaporation zone 40 of the panel 18. The evaporated natural gas is then further heated to a higher temperature in the heating zone 42 before being exhausted through the feed pipe 38. In certain exemplary embodiments, the aluminum-zinc alloy is thermally sprayed on the panel 18 to protect the panel 18 from corrosion by seawater 32. A heat transfer enhancement system 44 in accordance with an exemplary embodiment of the present invention is provided in a plurality of heat transfer walls 46 of a plurality of tubes 20 of panel 18. In certain exemplary embodiments, the heat transfer enhancement system 44 includes a plurality of micro-turbulent metallic particles that are coupled to one or more heat transfer walls 46 of the tube 20 using a bonding medium. According to an exemplary embodiment, "micro turbulent particles" may be referred to as single micro turbulent particles, or as aggregates of one or more single particles into one complex micro turbulent particle in which the liquid flow does not penetrate into the aggregate It is possible. It should also be understood that "micro turbulent particle size" may be referred to as the average height or diameter of single or aggregated micro turbulent particles. "Particle spacing" may be referred to as a local or regional average distance from one particle center to an adjacent particle center, expressed as a ratio of particle sizes.

대안적 예시적인 실시예에서, 패널(18)은 평행 배열로 배치된 복수의 패널을 포함할 수 있다. 따뜻한 해수는 패널의 외측면을 따라 유동하며, 액화 천연 가스는 패널을 통해 유동하여 증발된다. 비록, LNG 기화기가 도시되지만, 소정의 다른 실시예에서, 열전달 증대 시스템(44)은 증대된 열전달 속도가 요구되는 액화장치, 인터쿨러, 전기 및 전자식 열관리 장치 등에 적용할 수도 있다. 유사하게, 소정의 다른 실시예에서는, 상기 시스템(44)은 평행 유동형, 역류형, 교차유동형 및 혼합식 유동형 열 교환기와 같은 다양한 유형의 열 교환기에 적용할 수 있다. 본 발명 의 예시적인 실시예에 따른 난류는 연소기 라이너, 연소기 돔, 베인 또는 블레이드 또는 가스 터빈의 슈라우드를 포함하는 다양한 구성요소를 처리하도록 사용될 수도 있다. 예시적인 난류 기술은 플랜지, 케이싱 및 링을 포함하는 슈라우드 공급 제어 영역을 처리하도록 사용될 수도 있다.In an alternate exemplary embodiment, panel 18 may comprise a plurality of panels arranged in a parallel arrangement. Warm seawater flows along the outer surface of the panel, and liquefied natural gas flows through the panel and evaporates. Although an LNG vaporizer is shown, in some other embodiments, the heat transfer enhancement system 44 may be applied to a liquefier, an intercooler, an electrical and electronic thermal management device, etc., where an increased heat transfer rate is required. Similarly, in certain other embodiments, the system 44 is applicable to various types of heat exchangers, such as parallel flow, counter flow, cross flow, and mixed flow heat exchangers. Turbulence in accordance with exemplary embodiments of the present invention may be used to treat various components, including a combustor liner, a combustor dome, a vane or a blade, or a shroud of a gas turbine. Exemplary turbulence techniques may be used to handle shroud feed control areas including flanges, casings, and rings.

미세 난류성 입자는 다른 증대 방법에 비해 상대적으로 감소된 압력 손실 및 증가된 열전달 속도를 야기하는 열전달 벽(46)의 열전달 계수 및 표면적을 증가시킨다. 열전달 벽의 처리공정은 요구되는 열적 증대의 상이한 레벨 및 요구사항에 따라 이에 맞춰 이루어질 수도 있다. 본 발명의 특정 실시예는 도 1 내지 도 12를 참조하여 이해에서 설명된다.The micro turbulent particles increase the heat transfer coefficient and surface area of the heat transfer wall 46 resulting in a relatively reduced pressure loss and increased heat transfer rate compared to other enhancement methods. The processing of the heat transfer walls may be tailored accordingly to different levels and requirements of the required thermal buildup. Certain embodiments of the invention are described in the context of an understanding with reference to Figs.

도 2를 참조하면, 도 1의 관점에 따른 열전달 튜브(20)가 도시된다. 도시된 실시예에서, 열전달 증대 시스템(44)은 튜브(20)의 열전달 벽(46)의 외측면(41)과 내측면(43)에 제공된다. 전술된 바와 같이, 상기 시스템(44)은 결합 매체를 사용하여 튜브(20)의 표면(41, 43)에 결합된 복수의 미세 난류성 입자를 포함한다. 소정의 예시적인 실시예에서, 복수의 미세 난류성 입자는 니켈, 코발트, 알루미늄, 실리콘 또는 철, 또는 이들의 합금이나 이들 중 어느 하나를 포함하는 복합물을 포함할 수 있다. 결합 매체는 에폭시, 금속박, 땜납 또는 땜질 재료, 또는 용접 재료 또는 이들의 복합물을 포함할 수 있다. 미세 난류성 입자 및 결합 매체에 대한 전술한 재료의 목록은 배타적인 것은 아니며, 열전달 특성을 증대시키기 위해 적합한 다른 금속성 재료 또는 금속성 합금이 고려될 수 있음을 이해할 것이다. 결합체의 양 및 유형은 일반적으로 시스템(44) 내의 열전달 벽에 대한 미세 난류성 입 자의 충분한 접착 강도를 보장한다.Referring to Figure 2, a heat transfer tube 20 according to the view of Figure 1 is shown. In the illustrated embodiment, a heat transfer enhancement system 44 is provided on the outer side 41 and inner side 43 of the heat transfer wall 46 of the tube 20. As described above, the system 44 includes a plurality of micro-turbulent particles that are coupled to the surfaces 41, 43 of the tube 20 using a bonding medium. In certain exemplary embodiments, the plurality of micro-turbulent particles may comprise a composite comprising nickel, cobalt, aluminum, silicon or iron, or alloys thereof, or any of these. The bonding medium may comprise epoxy, metal foil, solder or brazing material, or a welding material or a composite thereof. It will be appreciated that the list of materials described above for fine turbulent particles and bonding media is not exclusive and that other metallic materials or metallic alloys suitable for enhancing the heat transfer properties may be contemplated. The amount and type of combination generally assures sufficient adhesion strength of the micro-turbulent particles to the heat transfer wall within system 44.

도시된 실시예에서, 미세 난류성 입자는 튜브(20)의 표면(41, 43)에 임의적으로 적용된다. 소정의 다른 실시예에서, 미세 난류성 입자는 패널의 증발 영역 및 가열 영역의 열전달 벽에 임의적으로 또는 부분적으로 제공될 수 있다. 소정의 다른 실시예에서, 미세 난류성 입자는 튜브(20)의 하나 이상의 열전달 벽에 균일하게 결합된다. 소정의 다른 실시예에서, 미세 난류성 입자는 튜브(20)의 하나 이상의 열전달 벽에 소정의 패턴으로 결합된다. 미세 난류성 입자의 제공은 열 교환기의 상이한 영역의 열적 포텐셜에 따라 상기 상이한 영역에서 변경될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 열전달에 있어서의 증가는 튜브의 증가된 미세 난류성 표면적에 크게 기인된다. 미세 난류성 입자는 층류로부터 열전달 표면을 따라 난류에 이르는 등 유체 유동 특성을 보정함으로써 열전달을 증대시킬 수 있다. 증대된 열전달 특성을 갖는 열전달 표면을 따른 유체 유동은 채널형 유체 유동 및 충돌형 유체 유동을 포함할 수 있다.In the illustrated embodiment, the micro-turbulent particles are applied arbitrarily to the surfaces 41, 43 of the tube 20. In certain other embodiments, the micro-turbulent particles may be provided to the evaporation zone of the panel and to the heat transfer wall of the heating zone, optionally or in part. In some other embodiments, the micro-turbulent particles are uniformly bonded to one or more heat transfer walls of the tube (20). In certain other embodiments, the micro-turbulent particles are bonded to the one or more heat transfer walls of the tube 20 in a predetermined pattern. The provision of the micro-turbulent particles can be varied in the different regions depending on the thermal potentials of different regions of the heat exchanger. According to an exemplary embodiment of the present invention, the increase in heat transfer is largely due to the increased micro-turbulent surface area of the tube. Fine turbulent particles can enhance heat transfer by correcting fluid flow characteristics, such as from laminar flow to turbulent flow along a heat transfer surface. Fluid flow along a heat transfer surface with increased heat transfer characteristics can include channeled fluid flow and impingement fluid flow.

도 3을 참조하면, 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 열전달 증대 시스템(44)이 도시된다. 상기 시스템(44)은 소정의 패턴으로 열전달 튜브의 열전달 벽(46)에 제공되는 복수의 돌기부(48)를 포함한다. 상기 복수의 돌기부는 함께 "난류"를 형성하며, 이는 열전달 벽(46)을 통한 열전달을 증가시키기에 효과적인 울퉁불퉁한 표면으로 나타난다. 비록, 이러한 돌기부가 대략적으로 구형인 것으로 도시되지만, 요구되는 거칠기 및 표면적 특성을 충족하여 요구되는 열전달 증대를 얻기 위해 다른 형상이 고려될 수도 있다. 도시된 실시예에서는, 상기 돌기부(48)가 열전달 벽(46)에 대해 3횡렬(50, 52, 54) 및 4종렬(56, 58, 60, 62)을 따라 제공된다. 소정의 예시적인 실시예에서, 각각의 돌기부(48)의 높이(h)는 9밀(mils)(0.009인치)이다. 높이(h) 값은 제한값으로 해석되어서는 안되며, 열전달 요구사항에 따라 변경될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 각각의 돌기부(48)는 서로 근접하여 들어찬 하나 이상의 미세 난류성 입자를 포함한다. 돌기부(48)는 결합 매체를 사용하여 열전달 표면(46)에 결합된다. 또한, 도시된 예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 입자 크기, 분포 밀도, 간격 및 패턴은 요구되는 열적 증대를 달성하기 위해 변경될 수도 있음을 이해하여야 한다. 입자의 크기는 돌기부에 의해 제공될 표면적 및 표면 거칠기에 대한 요구 정도에 따라 결정된다. 미세 난류성 입자는 열전달 벽(46)을 통한 제 1 유체와 제 2 유체 사이의 열전달 증대를 용이하게 한다. 열전달 장치에 있어서의 추가적인 압력 손실은 시스템(44)이 설치되지 않은 장치에 비하여 최소이다.Referring to FIG. 3, a heat transfer enhancement system 44 in accordance with one exemplary embodiment of the present invention is shown. The system 44 includes a plurality of protrusions 48 provided in a heat transfer wall 46 of a heat transfer tube in a predetermined pattern. The plurality of protrusions together form "turbulence ", which appears as a rough surface effective to increase heat transfer through the heat transfer wall 46. Although such protrusions are shown as being roughly spherical, other shapes may be considered to meet the required roughness and surface area characteristics and to achieve the required heat transfer enhancement. In the illustrated embodiment, the protrusions 48 are provided along three rows 50, 52, 54 and four columns 56, 58, 60, 62 relative to the heat transfer wall 46. In certain exemplary embodiments, the height h of each protrusion 48 is 9 mils (0.009 inches). It should be understood that the height (h) value should not be construed as limiting and may vary depending on the heat transfer requirements. Each of the protrusions 48 includes one or more micro-turbulent particles that are close to each other. The protrusion 48 is coupled to the heat transfer surface 46 using a bonding medium. It should also be understood that the illustrated examples are merely illustrative and that the particle size, distribution density, spacing, and pattern may be varied to achieve the required thermal buildup. The size of the particles depends on the surface area to be provided by the projections and the degree of demand for surface roughness. The micro-turbulent particles facilitate heat transfer enhancement between the first fluid and the second fluid through the heat transfer wall (46). The additional pressure loss in the heat transfer apparatus is minimal compared to the apparatus in which the system 44 is not installed.

예시적인 실시예에 따라, 상기 패턴은 열전달 벽(46)에 적용된 미세 난류성 입자의 상대적인 크기/간격에 대한 소정의 제한을 포함할 수도 있다. 소정의 예시적인 실시예에서는, 만약 미세 난류성 입자의 평균 높이가 "H"로 표시된다면, 평균 미세 난류성 입자 직경은 "D"로 표시되고, 상호 인접한 미세 난류성 입자 사이의 간격은 평균 직경(D)에 2 내지 8배일 수 있다. 소정의 예에서, 미세 난류성 입자 높이(H)는 미세 난류성 입자의 평균 직경(D)에 1 내지 6배의 범위일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the pattern may include certain restrictions on the relative size / spacing of the micro-turbulent particles applied to the heat transfer wall 46. In some exemplary embodiments, if the mean height of the micro-turbulent particles is denoted by "H ", the average micro turbulent particle diameter is denoted by" D ", and the spacing between adjacent micro- To 2 to 8 times. In some examples, the micro-turbulent particle height (H) may range from 1 to 6 times the average diameter (D) of the micro-turbulent particles.

도 4를 참조하면, 오픈 랙 기화기의 돌출형 열전달 튜브(64)의 예시적인 실시예가 도시된다. 도시된 실시예에서, 열전달 튜브(64)는 열전달 벽(70)의 외측면 에 제공되는 복수의 핀(66)을 갖는 돌출형 튜브이다. 상기 핀(66)은 평탄형 핀 또는 천공형 핀 또는 헤링본형 핀 또는 톱니형 핀 또는 이들의 결합형을 포함할 수도 있다. 본 발명의 소정의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 열전달 증대 시스템(44)은 열전달 벽(70)의 외측면(68) 상에 제공되는 복수의 핀(66)에 제공된다. 열전달 증대 시스템(44)은 결합 매체를 사용하여 복수의 핀(66)에 결합되는 복수의 미세 난류성 입자를 포함한다. 미세 난류성 입자 및 결합 매체는 분사, 또는 슬러리 페인팅, 불꽃 분사 또는 도금이나 이들의 복합형태와 같은 기술을 사용하여 핀(66)에 적용된다. 일부 경우에서, 결합체는 결합 강도(예를 들어, 납땜, 브레이징)를 실현하기 위해 열적으로 성숙될 수 있다. 미세 난류성 입자는 열전달 벽(70)의 열전달 계수 및 미세 난류성 표면적을 증가시켜 결과적으로 열전달 속도의 증가 및 상대적으로 감소된 압력 손실을 야기한다.Referring to Fig. 4, an exemplary embodiment of a protruding heat transfer tube 64 of an open rack vaporizer is shown. In the illustrated embodiment, the heat transfer tube 64 is a protruding tube having a plurality of fins 66 provided on the outer surface of the heat transfer wall 70. The pin 66 may comprise a flat pin or perforated pin, or a herringbone pin or a serrated pin, or a combination thereof. An exemplary heat transfer enhancement system 44 in accordance with certain exemplary embodiments of the present invention is provided on a plurality of pins 66 provided on the outer surface 68 of the heat transfer wall 70. The heat transfer enhancement system 44 includes a plurality of micro-turbulent particles that are coupled to the plurality of fins 66 using a bonding medium. The micro-turbulent particles and binding medium are applied to the pin 66 using techniques such as spraying, or slurry painting, flame spraying or plating, or a combination thereof. In some cases, the assemblies can be thermally matched to achieve bond strength (e. G., Brazing, brazing). The micro-turbulent particles increase the heat transfer coefficient and the micro-turbulent surface area of the heat transfer wall 70, resulting in an increase in the heat transfer rate and a relatively reduced pressure loss.

도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 열전달 장치(76; 열 교환기)에 대한 사시도이다. 열전달 장치(76)는 처리 액체 및 가열/냉각 유체가 각각 교번하는 채널(80, 82) 내에서 유동하는 골진 패널(78)을 포함한다. 본 발명의 여러 관점에 따른 예시적인 열전달 증대 시스템(44)이 제공되며, 이는 결합 매체를 사용하여 골진 패널(78)의 일측 또는 양측에 결합되는 복수의 미세 난류성 입자(79)를 포함한다. 미세 난류성 입자(79) 및 결합 매체는 분사 또는 슬러리 또는 도금 또는 살포, 또는 불꽃 분사 또는 롤 코팅이나 이들의 결합 형태와 같은 기술을 사용하여 골진 패널(78)에 적용되고, 이후 열처리되어 경화된다. 미세 난류성 입자(79)는 골진 패널(78)의 열전달 계수 및 미세 난류성 표면적을 증가시켜, 열전달 속도를 증대시키고 상대적으로 압력 손실을 감소시킨다. 다시, 도시된 예는 단지 예시적인 실시예에 불과하고, 입자 크기, 간격 및 패턴은 요구되는 열적 증대를 달성하기 위해 변경될 수 있음을 이해하여야 한다.Figure 5 is a perspective view of a heat transfer device (heat exchanger) 76 according to another aspect of the present invention. The heat transfer device 76 includes a corrugated panel 78 through which the treatment liquid and the heating / cooling fluid flow in alternating channels 80 and 82, respectively. An exemplary heat transfer enhancement system 44 according to various aspects of the present invention is provided which includes a plurality of micro-turbulent particles 79 coupled to one or both sides of the corrugated panel 78 using a bonding medium. The micro-turbulent particles 79 and the binding medium are applied to the corrugated panel 78 using techniques such as spraying or slurry or plating or spraying, or flame spraying or roll coating or combination of these, and then heat treated and cured. The micro-turbulent particles 79 increase the heat transfer coefficient and the micro-turbulent surface area of the corrugated panel 78, thereby increasing the heat transfer rate and reducing the pressure loss relatively. Again, it should be understood that the illustrated examples are merely exemplary embodiments, and the particle size, spacing and pattern may be varied to achieve the required thermal buildup.

도 6을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 열전달 증대 시스템(44)이 도시된다. 도시된 실시예에서, 처리 유체 및/또는 가열/냉각 유체의 유동 방향은 평편한 열전달 플레이트(83)에 대해 화살표(81)로 표시된다. 열전달 플레이트(83)는 입구 영역(85), 중간 영역(89) 및 출구 영역(93)을 포함한다.Referring to Figure 6, a heat transfer enhancement system 44 in accordance with an exemplary embodiment of the present invention is shown. In the illustrated embodiment, the flow direction of the process fluid and / or the heating / cooling fluid is indicated by arrow 81 relative to the flat heat transfer plate 83. The heat transfer plate 83 includes an inlet region 85, a middle region 89 and an outlet region 93.

상기 시스템(44)은 결합 매체를 사용하여 열전달 플레이트(83)의 일측 또는 양측에 결합되는 복수의 미세 난류성 입자(79)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 미세 난류성 입자 분포는 입구 영역(85) 및 중간 영역(89)에 집중된다. 상기 플레이트(83)의 출구 영역(93)은 매끄럽게 유지된다. 미세 난류성 입자(79)는 입구 영역(85)에서 서로 조밀하게 들어차 있으며, 이에 반해 중간 영역(89)에서의 미세 난류성 입자 사이의 간격은 더 크다. 미세 난류성 입자(79)는 열전달 플레이트(83)의 열전달 계수 및 미세 난류성 표면적을 증가시켜, 결과적으로 열전달 속도의 증대 및 상대적인 압력 손실의 감소를 야기한다.The system 44 includes a plurality of micro-turbulent particles 79 coupled to one or both sides of the heat transfer plate 83 using a bonding medium. In the illustrated embodiment, the micro-turbulent particle distribution is concentrated in the inlet region 85 and the middle region 89. The exit area 93 of the plate 83 is kept smooth. The micro-turbulent particles 79 densely enter each other in the inlet region 85, while the gap between the micro-turbulent particles in the middle region 89 is larger. The micro-turbulent particles 79 increase the heat transfer coefficient and the micro-turbulent surface area of the heat transfer plate 83, resulting in an increase in heat transfer rate and a decrease in relative pressure loss.

도 7을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 열전달 증대 시스템(44)이 도시된다. 앞선 실시예에서 설명된 바와 같이, 열전달 플레이트(83)는 입구 영역(85), 중간 영역(89) 및 출구 영역(93)을 포함한다. 시스템(44)은 결합 매체를 사용하여 열전달 플레이트(83)의 일측 또는 양측에 결합되는 복수의 미세 난류성 입자(79)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 미세 난류성 입자 분포는 입구 영역(85) 및 중간 영역(89)에 집중된다. 플레이트(83)의 출구 영역(93)은 매끄럽게 유지된다. 도시된 실시예에서, 입구 영역(85)에서의 미세 난류성 입자(79)의 크기는 중간 영역(89)에서의 입자의 크기보다 크다.Referring to FIG. 7, a heat transfer enhancement system 44 in accordance with an exemplary embodiment of the present invention is shown. As described in the previous embodiment, the heat transfer plate 83 includes an inlet region 85, an intermediate region 89, and an outlet region 93. The system 44 includes a plurality of micro-turbulent particles 79 coupled to one or both sides of the heat transfer plate 83 using a bonding medium. In the illustrated embodiment, the micro-turbulent particle distribution is concentrated in the inlet region 85 and the middle region 89. The exit area 93 of the plate 83 is kept smooth. In the illustrated embodiment, the size of the micro-turbulent particles 79 in the inlet region 85 is greater than the size of the particles in the middle region 89.

도 8을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 열전달 증대 시스템(44)이 도시된다. 도시된 실시예에서, 열전달 플레이트(83)는 입구 영역(85), 중간 영역(89) 및 출구 영역(93)을 포함한다. 시스템(44)은 결합 매체를 사용하여 열전달 플레이트(83)의 일측 또는 양측에 결합되는 복수의 미세 난류성 입자(79)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 미세 난류성 입자 분포는 입구 영역(85) 및 출구 영역(93)에 집중된다. 중간 영역(87)은 매끈하게 유지된다. 도시된 실시예에서, 입구 영역(85)의 미세 난류성 입자(79)의 크기는 출구 영역(93)에서의 입자의 크기보다 크다. 출구 영역(93)에서의 입자 분포 밀도는 입구 영역(85)에서의 분포 밀도보다 크다[즉, 미세 난류성 입자(79)는 출구 영역(93)에서 빽빽하게 분포되고, 반면에 입구 영역(85)에서의 미세 난류성 입자 사이의 간격은 더 크다]. 또한, 입자 분포 밀도는 입자 형상, 또는 응집 크기 또는 크기 또는 이들의 결합 및 젖음 표면적/유동 난류의 생성에 의해 특징지어진다.Referring to FIG. 8, a heat transfer enhancement system 44 in accordance with an exemplary embodiment of the present invention is shown. In the illustrated embodiment, the heat transfer plate 83 includes an inlet region 85, an intermediate region 89, and an outlet region 93. The system 44 includes a plurality of micro-turbulent particles 79 coupled to one or both sides of the heat transfer plate 83 using a bonding medium. In the illustrated embodiment, the micro-turbulent particle distribution is concentrated in the inlet region 85 and the outlet region 93. The intermediate region 87 is kept smooth. In the illustrated embodiment, the size of the micro-turbulent particles 79 in the inlet region 85 is greater than the size of the particles in the outlet region 93. The particle distribution density in the outlet region 93 is greater than the distribution density in the inlet region 85 (i.e., the micro-turbulent particles 79 are tightly distributed in the outlet region 93, while in the inlet region 85 The spacing between the micro-turbulent particles is greater. In addition, the particle distribution density is characterized by particle shape, or cohesion size or size, or combination thereof, and wetting surface area / turbulent flow.

도 9를 참조하면, 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 열전달 증대 시스템(44)이 도시된다. 도시된 실시예에서, 열전달 플레이트(83)는 상단 영역(95), 중간 영역(97) 및 하단 영역(99)을 포함한다. 시스템(44)은 결합 매체를 사용하여 열전달 플레이트(83)의 일측 또는 양측에 결합되는 복수의 미세 난류성 입자(79)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 미세 난류성 입자 분포는 상단 영역(85) 및 하단 영역(99)에 집중된다. 중간 영역(97)은 매끈하게 유지된다. 도시된 실시예에서, 입구 영역(85)에서의 미세 난류성 입자(79)의 크기는 출구 영역(93)에서의 입자의 크기보다 크다. 도시된 실시예 및 앞선 실시예에서는 비록, 편평한 열전달 플레이트(83)가 도시되었지만, 시스템(44)은 3차원 만곡형, 볼록형, 오목형, 다중 만곡형 교차형상 또는 이들의 복합체를 포함하는 다른 형상에 대해서도 적합할 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 전술된 실시예는 사용된 열전달 장치의 유형 및 열역학적 분포에 따라 선택될 수 있음을 인식해야 한다.Referring to FIG. 9, a heat transfer enhancement system 44 in accordance with one exemplary embodiment of the present invention is shown. In the illustrated embodiment, the heat transfer plate 83 includes an upper region 95, a middle region 97, and a lower region 99. [ The system 44 includes a plurality of micro-turbulent particles 79 coupled to one or both sides of the heat transfer plate 83 using a bonding medium. In the illustrated embodiment, the micro-turbulent particle distribution is concentrated in the upper region 85 and the lower region 99. The intermediate region 97 is kept smooth. In the illustrated embodiment, the size of the micro-turbulent particles 79 in the inlet region 85 is greater than the size of the particles in the outlet region 93. Although shown in the illustrated and prior embodiments, a flat heat transfer plate 83 is shown, but the system 44 may include other shapes including a three-dimensional curved, convex, concave, multi-curved, As shown in FIG. It should be appreciated that the embodiments described above can be selected according to the type of heat transfer device used and the thermodynamic distribution.

도 10을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 충돌형 유체 유동에 대한 유체 제트 레이놀즈수(x축) 대 열전달 증대(y축)의 변화를 나타내는 그래프가 도시된다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 레이놀즈수는 점성력에 대한 관성력의 비이며, 유동이 층류일지 난류일지를 결정하기 위해 사용된다. 열전달 증대는 매끈한 표면용 열전달 계수에 대한 미세 난류성 표면용 열전달 계수의 비이다.Referring to FIG. 10, there is shown a graph illustrating changes in fluid jet Reynolds number (x-axis) versus heat transfer gain (y-axis) for a collision-like fluid flow in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. As is known to those skilled in the art, the Reynolds number is the ratio of the inertial force to the viscous force and is used to determine whether the flow is laminar or turbulent. Heat transfer enhancement is the ratio of the heat transfer coefficient for a microturbative surface to the heat transfer coefficient for a smooth surface.

도시된 그래프는 상이한 표면 거칠기를 갖는 2개의 열전달 벽에 대한 제트 레이놀즈수 대 열전달 증대의 변화를 도시한다. 곡선(84)은 0.35밀(즉, 0.00035 인치)인 평균 표면 거칠기(Ra)를 갖는 열전달 벽에 대한 제트 레이놀즈수 대 열전달 증대에 대한 변화를 나타낸다. 곡선(86)은 1.14밀(즉, 0.00114 인치)인 평균 표면 거칠기(Ra)를 갖는 열전달 벽에 대한 제트 레이놀즈수 대 열전달 증대에 대한 변화를 나타낸다. 열전달 벽을 지나는 열전달 속도는 평균 표면 거칠기에 있어서의 증가로 증가된다는 것을 알 수 있을 것이다. 도시된 그래프는 단지 예시일 뿐이며, 제트 레이놀즈수 대 열전달 증대의 변화는 요구되는 열적 증대를 얻기 위해 적용되는 입자 크기, 간격 및 패턴에 따라 변경될 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서, 평균 표면 거칠기값은 통상적으로 임의의 표면에 대한 실제 입자 크기보다 7 내지 12배이며, 비-임의의 표면에 대한 입자 간격에 의존한다.The graph shown shows the change in jet Reynolds number versus heat transfer enhancement for two heat transfer walls with different surface roughnesses. Curve 84 represents the change in jet Reynolds number versus heat transfer enhancement for a heat transfer wall having an average surface roughness (Ra) of 0.35 mil (i.e., 0.00035 inch). Curve 86 represents the change in jet Reynolds number versus heat transfer enhancement for a heat transfer wall having an average surface roughness (Ra) of 1.14 mil (i.e., 0.00114 inch). It can be seen that the heat transfer rate through the heat transfer wall increases with an increase in average surface roughness. The graphs shown are by way of example only, and variations in jet Reynolds number versus heat transfer can be varied depending on the particle size, spacing, and pattern applied to obtain the required thermal buildup. In certain exemplary embodiments, the average surface roughness value is typically 7 to 12 times the actual particle size for any surface, depending on the particle spacing for the non-arbitrary surface.

도 11을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 예시적인 기술이 예를 들어, 열 교환기와 같은 열전달 장치에 열전달 증대 시스템을 제공하기 위해 사용되었다. 도시된 예시적인 기술은 열 교환기의 열전달 튜브(88)에 결합 매체를 분사하는 단계를 포함한다. 결합 매체는 에폭시 또는 금속박, 또는 납땜 또는 브레이즈 재료 또는 용접 재료 또는 이들의 결합을 포함할 수 있다. 미세 난류성 입자(87)는 열전달 튜브(88)에 적용되는 결합 매체 위에 살포된다. 열전달 튜브(88)에 적용되는 결합 매체 위에 미세 난류성 입자를 적용하는 다른 예시적인 기술이 고려될 수도 있다는 점을 이해하여야 한다. 미세 난류성 입자(87)는 임의적으로 또는 소정의 패턴으로 열전달 튜브(88)의 열전달 표면에 결합된다. 복수의 미세 난류성 입자는 니켈, 또는 코발트 또는 알루미늄 또는 실리콘, 또는 철, 또는 구리 또는 이들의 결합을 포함할 수 있다. 또한, 입자 크기, 간격 및 패턴은 요구되는 열적 증대를 얻기 위해 변경될 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서, 열전달 튜브(88)는 열전달 튜브(88)에 적용되는 결합 매체 위에 미세 난류성 입자(87)를 적용하기 위해 회전될 수 있다. 소정의 다른 예시적인 실시예에서, 미세 난류성 입자(87)는 열전달 튜브(88)에 적용되는 결합 매체 위에 상이한 각도로 적용될 수 있다. 그 후, 열전달 튜브(88)는 미세 난류성 입자(87)를 경화하도록 열적 열처리를 위해 오븐(90)을 지나게 된다.Referring to FIG. 11, an exemplary technique in accordance with an exemplary embodiment of the present invention has been used to provide a heat transfer enhancement system in a heat transfer apparatus, such as, for example, a heat exchanger. Exemplary techniques shown include spraying a bonding medium to a heat transfer tube 88 of a heat exchanger. The bonding medium may comprise an epoxy or metal foil, or a braze or braze material or a welding material or a combination thereof. The micro-turbulent particles (87) are sprayed onto the bonding medium applied to the heat transfer tube (88). It should be understood that other exemplary techniques may be contemplated for applying micro-turbulent particles on the coupling medium applied to the heat transfer tube 88. The micro-turbulent particles 87 are bonded to the heat transfer surface of the heat transfer tube 88, either randomly or in a predetermined pattern. The plurality of micro-turbulent particles may comprise nickel, or cobalt or aluminum or silicon, or iron, or copper or a combination thereof. In addition, the particle size, spacing, and pattern can be varied to obtain the required thermal buildup. In certain exemplary embodiments, heat transfer tube 88 may be rotated to apply micro-turbulent particles 87 over a bonding medium that is applied to heat transfer tube 88. In some other exemplary embodiments, the micro-turbulent particles 87 can be applied at different angles over the coupling medium applied to the heat transfer tube 88. The heat transfer tube 88 then passes through the oven 90 for thermal thermal processing to cure the micro-turbulent particles 87.

도 12는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 예를 들어 인터쿨러와 같은 열전달 장치(94)에 열전달 증대 시스템을 제공하기 위해 사용되는 예시적인 기술을 도시한다. 예시적인 기술은 고 전도성 에폭시의 필름과 같은 결합 매체(91)를 인터쿨러(94)의 열전달 표면(92)에 분사하거나 적용하는 단계를 포함한다. 전술된 바와 같이, 복수의 미세 난류성 입자(96)는 인터쿨러(94)의 열전달 표면(92)에 적용되는 결합 매체 위에 임의로 또는 소정의 패턴으로 분사된다. 미세 난류성 입자(96)는 경화를 위해 열처리될 수 있다. 소정의 다른 예시적인 실시예에서, 알루미늄 포일 또는 납땜 호일과 같은 결합 매체는 인터쿨러의 열전달 표면(92)에 적용된다. 그 후, 복수의 미세 난류성 입자(96)는 열전달 표면(92)에 적용되는 알루미늄 호일 또는 납땜 호일 위에 임의적으로 또는 소정의 패턴으로 분사된다. 그 후, 포일 및 입자는 상기 입자를 열전달 표면(92)에 결합하기 위해 열처리된다. 소정의 예시적인 실시예에서, 브레이즈 합금과 같은 결합 매체는 인터쿨러(94)의 열전달 표면(92)에 딥-코팅(dip-coated)될 수도 있다. 그 후, 복수의 미세 난류성 입자(96)는 열전달 표면(92)에 적용되는 브레이즈 합금 위에 임의적으로 또는 소정의 패턴으로 분사된다. 그 후, 브레이즈 합금 및 입자는 상기 입자를 열전달 표면(92)에 결합하기 위해 열처리된다.Figure 12 illustrates an exemplary technique used to provide a heat transfer enhancement system to a heat transfer device 94, such as, for example, an intercooler, in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. Exemplary techniques include spraying or applying a bonding medium 91, such as a film of high conductivity epoxy, to the heat transfer surface 92 of the intercooler 94. As described above, the plurality of micro-turbulence particles 96 are injected randomly or in a predetermined pattern onto the coupling medium applied to the heat transfer surface 92 of the intercooler 94. The micro-turbulent particles 96 can be heat treated for curing. In some other exemplary embodiments, a bonding medium such as an aluminum foil or braze foil is applied to the heat transfer surface 92 of the intercooler. The plurality of micro-turbulent particles 96 are then injected, optionally or in a predetermined pattern, onto an aluminum foil or braze foil that is applied to the heat transfer surface 92. The foil and particles are then heat treated to bond the particles to the heat transfer surface 92. In some exemplary embodiments, a bonding medium, such as a braze alloy, may be dip-coated on the heat transfer surface 92 of the intercooler 94. The plurality of micro-turbulent particles 96 are then injected, optionally or in a predetermined pattern, onto a braze alloy that is applied to the heat transfer surface 92. The braze alloy and particles are then heat treated to bond the particles to the heat transfer surface 92.

예시적인 기술에 대한 소정의 예시적인 실시예에 있어서, 결합 매체 및 미세 난류성 입자가 동시에 열전달 표면(92)에 적용되고, 그 후에 상기 결합 매체 및 입자를 열전달 표면에 결합하기 위해 열처리된다. 결합 매체 및 미세 난류성 입자의 적용은 분사, 또는 스크린 프린팅 또는 롤 코팅 또는 이들의 결합과 같은 기술에 의해 실행될 수 있다. 열전달 표면 상의 결합 매체의 패턴화는 패턴화 마스킹 또는 스크린 프린팅 또는 롤 프린팅 또는 이들의 결합을 통해 실행될 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서, 미세 난류성 입자는 스크린 프린팅 기술에 의해 스크린을 통해 열전달 표면(92)에 패턴화된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 결합 매체는 스크린을 통해 열전달 표면에 적용된다. 스크린의 제거는 결과적으로 열전달 표면 상에 형성된 소정의 패턴을 이루게 된다. 본 발명의 관점에 따른 패턴은 입자(하나 이상의 입자)의 복수의 "클러스터"로서 형성될 수 있으며, 상기 클러스터는 일반적으로 스크린 내의 개구의 간격에 대응하는 피치만큼 서로 이격된다. 초과 입자는 제거되어 결국 요구되는 입자의 패턴을 형성한다. 결합 매체는 분무기, 또는 브러시 또는 고무롤러(squeegee) 또는 흙손(trowel) 또는 시트 또는 이들의 결합물을 사용하여 적용될 수 있다. 소정의 예시적인 실시예에서, 미세 난류성 입자는 스크린 프린팅에 의해 열전달 표면에 패턴화될 수 있다. 결합 매체 및 입자는 열적 열처리, 또는 자외선 또는 스프레이 활성체 또는 이들의 결합체에 의해 경화될 수 있다. 소정의 다른 예시적인 실시예에 있어서, 미세 난류성 입자 및 결합 매체를 갖는 예비-난류성 시트가 열전달 표면에 결합될 수 있다.In some exemplary embodiments of the exemplary technique, the bonding medium and the micro-turbulent particles are applied to the heat transfer surface 92 at the same time, and then heat treated to bond the bonding medium and the particles to the heat transfer surface. The application of the binding medium and the micro-turbulent particles can be carried out by techniques such as injection, screen printing or roll coating or combinations thereof. The patterning of the bonding medium on the heat transfer surface can be carried out through patterned masking or screen printing or roll printing or a combination thereof. In certain exemplary embodiments, the micro-turbulent particles are patterned on the heat transfer surface 92 through a screen by a screen printing technique. Alternatively or additionally, the bonding medium is applied to the heat transfer surface through the screen. The removal of the screen results in a predetermined pattern formed on the heat transfer surface. A pattern according to an aspect of the present invention may be formed as a plurality of "clusters" of particles (one or more particles), and the clusters are generally spaced from one another by a pitch corresponding to the spacing of the apertures in the screen. The excess particles are removed and eventually form the required pattern of particles. The bonding medium may be applied using a sprayer, or a brush or a rubber roller (squeegee) or a trowel or sheet, or a combination thereof. In certain exemplary embodiments, the micro-turbulent particles can be patterned on the heat transfer surface by screen printing. The binding medium and particles may be cured by thermal thermal treatment, or ultraviolet or spray activator, or a combination thereof. In some other exemplary embodiments, a pre-turbulent sheet having micro turbulent particles and a binding medium can be bonded to the heat transfer surface.

비록, 본 발명의 소정의 특징이 도시되고 설명되었지만, 많은 변형 및 변경이 당업자에게 고려될 수 있다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 진정한 범위를 충족하는 변형 및 변경 모두를 포함하려는 것임을 이해할 것이다.Although certain features of the present invention have been shown and described, many modifications and variations will occur to those skilled in the art. It is, therefore, to be understood that the appended claims are intended to cover all such modifications and changes as fall within the true scope of the invention.

도 1은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따라, 예를 들어 액화 천연 가스 열 교환기와 같은 열전달 장치를 갖는 시스템에 대한 개략도,1 is a schematic view of a system having a heat transfer device, such as, for example, a liquefied natural gas heat exchanger, according to one exemplary embodiment of the present invention;

도 2는 도 1의 실시예의 여러 관점에 따른 열전달 증대 시스템을 갖는 열 교환기 튜브의 사시도,Figure 2 is a perspective view of a heat exchanger tube having a heat transfer enhancement system according to various aspects of the embodiment of Figure 1;

도 3은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 열전달 증대 시스템에 대한 개략도,Figure 3 is a schematic diagram of a heat transfer enhancement system according to one exemplary embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 열전달 증대 시스템을 갖는 복수의 핀이 제공되는 열전달 장치에 대한 개략도,Figure 4 is a schematic view of a heat transfer device provided with a plurality of fins having a heat transfer enhancement system according to one exemplary embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 열전달 증대 시스템이 제공되는 골진 패널(corrugated panel)을 갖는 열전달 장치의 사시도,Figure 5 is a perspective view of a heat transfer device having a corrugated panel provided with a heat transfer enhancement system according to one exemplary embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 열전달 증대 시스템에 대한 개략도,Figure 6 is a schematic diagram of a heat transfer enhancement system according to one exemplary embodiment of the present invention;

도 7은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 열전달 증대 시스템에 대한 개략도,Figure 7 is a schematic view of a heat transfer enhancement system according to one exemplary embodiment of the present invention;

도 8은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 열전달 증대 시스템에 대한 개략도,Figure 8 is a schematic diagram of a heat transfer enhancement system according to one exemplary embodiment of the present invention;

도 9는 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 열전달 증대 시스템에 대한 개략도,Figure 9 is a schematic diagram of a heat transfer enhancement system according to one exemplary embodiment of the present invention;

도 10은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 제트 레이놀즈수 대 열전 달 증대의 변화를 나타내는 그래프,Figure 10 is a graph showing changes in jet Reynolds number versus heat transfer gain in accordance with one exemplary embodiment of the present invention;

도 11은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 열 교환기와 같은 열전달 장치에 열 교환 증대 시스템을 제공하기 위해 사용되는 하나의 예시적인 기술에 대한 개략도,Figure 11 is a schematic diagram of one exemplary technique used to provide a heat exchange enhancement system in a heat transfer device, such as a heat exchanger, according to one exemplary embodiment of the present invention;

도 12는 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따라, 예를 들어 인터쿨러와 같은 열전달 장치에 열전달 증대 시스템이 제공되도록 사용되는 하나의 예시적인 기술에 대한 개략도.Figure 12 is a schematic diagram of one exemplary technique used to provide a heat transfer enhancement system in a heat transfer apparatus, such as an intercooler, for example, in accordance with one exemplary embodiment of the present invention.

Claims (10)

열전달 장치(18)에 있어서,In the heat transfer device 18, 제 1 유체(19)와 제 2 유체(32)를 분리하도록 구성된 적어도 하나의 열전달 벽(46)과,At least one heat transfer wall (46) configured to separate the first fluid (19) and the second fluid (32) 상기 적어도 하나의 열전달 벽(46)에 마련되고, 결합 매체를 사용하여 상기 적어도 하나의 열전달 벽(46) 또는 상기 벽의 일부에 적용되는 복수의 난류성 미세 입자를 포함하는 열 전달 증대 시스템(44)을 포함하며,A heat transfer enhancement system (44) provided in the at least one heat transfer wall (46) and comprising a plurality of turbulent fine particles applied to the at least one heat transfer wall (46) or a portion of the wall using a bonding medium, / RTI > 적어도 몇몇의 미세 난류성 입자(48)는 미세 난류성 입자(48)의 하나 이상의 응집체를 형성하기 위해서 서로 결합되며, 미세 난류성 입자(48)의 하나 이상의 응집체 각각은 액체 유동이 응집체 내부로 침입하지 않게 하며, 상기 미세 난류성 입자는 미세 난류성 표면적을 증가시키며,At least some of the micro-turbulence particles 48 are bonded together to form one or more aggregates of the micro-turbulence particles 48, and each of the one or more aggregates of the micro-turbulence particles 48 prevents the liquid flow from intruding into the aggregate , The fine turbulent particles increase the micro turbulent surface area, 상기 열전달 증대 시스템(44)은 입자 크기, 또는 입자 분포 밀도, 또는 입자 영역 간격 또는 이들의 조합에 있어서의 선택된 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는The heat transfer enhancement system 44 is characterized in that it comprises selected changes in particle size, or particle distribution density, or particle area spacing, or combinations thereof 열전달 장치.Heat transfer device. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 복수의 미세 난류성 입자(48)는 니켈, 코발트, 알루미늄, 실리콘 또는 철, 또는 구리, 또는 이들의 합금 또는 이들 중 어느 하나를 포함하는 복합물을 포함하는The plurality of micro-turbulence particles (48) comprise a composite comprising nickel, cobalt, aluminum, silicon or iron, or copper, or alloys thereof, 열전달 장치.Heat transfer device. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 결합 매체는 에폭시, 또는 금속박, 또는 솔더, 또는 땜납 재료, 또는 용접 재료 또는 이들의 복합물을 포함하는The bonding medium comprises an epoxy, or a metal foil, or a solder, or a solder material, or a welding material, or a composite thereof 열전달 장치.Heat transfer device. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 복수의 미세 난류성 입자(48)는 상기 결합 매체를 사용하여 상기 적어도 하나의 열전달 벽(46)에 임의적으로 또는 균일하게 결합되는The plurality of micro-turbulence particles (48) are optionally or uniformly bonded to the at least one heat transfer wall (46) using the bonding medium 열전달 장치.Heat transfer device. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 복수의 미세 난류성 입자(48)는 상기 결합 매체를 사용하여 상기 적어도 하나의 열전달 벽(46) 또는 상기 벽의 일부에 소정의 패턴으로 결합되는The plurality of micro-turbulence particles (48) are coupled in a predetermined pattern to the at least one heat transfer wall (46) or a portion of the wall using the bonding medium 열전달 장치.Heat transfer device. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 복수의 미세 난류성 입자(48)는 상기 결합 매체를 사용하여 상기 적어 도 하나의 열전달 벽(46) 상의 복수의 핀 또는 돌기부(66)에 접합되는The plurality of micro-turbulence particles (48) are bonded to a plurality of fins or protrusions (66) on the at least one heat transfer wall (46) using the bonding medium 열전달 장치.Heat transfer device. 열전달 장치(18)를 제조하는 방법에 있어서,A method of manufacturing a heat transfer device (18) 제 1 유체(19)와 제 2 유체(32)를 분리하도록 구성된 적어도 하나의 열전달 벽(46)을 마련하는 단계와,Providing at least one heat transfer wall (46) configured to separate the first fluid (19) and the second fluid (32) 상기 적어도 하나의 열전달 벽(46) 또는 상기 벽의 일부에 결합 매체를 사용하여 복수의 미세 난류성 입자(48)를 접합하는 단계를 포함하는, 상기 적어도 하나의 열전달 벽(46)에 열전달 증대 시스템(44)을 마련하는 단계를 포함하며,(48) to said at least one heat transfer wall (46), comprising bonding said plurality of micro-turbulent particles (48) using a bonding medium to said at least one heat transfer wall (46) 44, 적어도 몇몇의 미세 난류성 입자(48)는 미세 난류성 입자(48)의 하나 이상의 응집체를 형성하기 위해서 서로 결합되며, 미세 난류성 입자(48)의 하나 이상의 응집체 각각은 액체 유동이 응집체 내부로 침입하지 않게 하며, 상기 미세 난류성 입자는 미세 난류성 표면적을 증가시키며,At least some of the micro-turbulence particles 48 are bonded together to form one or more aggregates of the micro-turbulence particles 48, and each of the one or more aggregates of the micro-turbulence particles 48 prevents the liquid flow from intruding into the aggregate , The fine turbulent particles increase the micro turbulent surface area, 상기 방법은 미세 난류성 입자(48)의 입자 크기, 또는 입자 분포 밀도, 또는 입자 영역 간격 또는 이들의 조합에 있어서의 변화를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는The method further comprises selecting a change in particle size, or particle distribution density, or particle area spacing, or combinations thereof, of the micro-turbulent particles (48) 열전달 장치 제조 방법.Method of manufacturing a heat transfer device. 제 8 항에 있어서,9. The method of claim 8, 상기 결합 매체를 사용하여 상기 적어도 하나의 열전달 벽(46) 또는 상기 벽의 일부에 소정의 패턴으로 복수의 미세 난류성 입자(48)를 접합하는 단계를 더 포함하는Further comprising bonding the plurality of micro-turbulent particles (48) in a predetermined pattern to the at least one heat transfer wall (46) or a portion of the wall using the bonding medium 열전달 장치 제조 방법.Method of manufacturing a heat transfer device. 제 8 항에 있어서,9. The method of claim 8, 상기 결합 매체를 사용하여 상기 적어도 하나의 열전달 벽(46)에 상기 복수의 미세 난류성 입자(48)를 부분적으로 접합하는 단계를 더 포함하는Partially bonding the plurality of micro-turbulent particles (48) to the at least one heat transfer wall (46) using the bonding medium 열전달 장치 제조 방법.Method of manufacturing a heat transfer device.
KR1020070108824A 2007-10-29 2007-10-29 Heat transfer enhancing system and method for fabricating heat transfer device KR101433377B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070108824A KR101433377B1 (en) 2007-10-29 2007-10-29 Heat transfer enhancing system and method for fabricating heat transfer device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070108824A KR101433377B1 (en) 2007-10-29 2007-10-29 Heat transfer enhancing system and method for fabricating heat transfer device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090043134A KR20090043134A (en) 2009-05-06
KR101433377B1 true KR101433377B1 (en) 2014-08-26

Family

ID=40854020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070108824A KR101433377B1 (en) 2007-10-29 2007-10-29 Heat transfer enhancing system and method for fabricating heat transfer device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101433377B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002277104A (en) * 2001-03-16 2002-09-25 Kobe Steel Ltd Heat exchanger tube for flow down liquid film type evaporator
US6468669B1 (en) * 1999-05-03 2002-10-22 General Electric Company Article having turbulation and method of providing turbulation on an article

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6468669B1 (en) * 1999-05-03 2002-10-22 General Electric Company Article having turbulation and method of providing turbulation on an article
JP2002277104A (en) * 2001-03-16 2002-09-25 Kobe Steel Ltd Heat exchanger tube for flow down liquid film type evaporator

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090043134A (en) 2009-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8356658B2 (en) Heat transfer enhancing system and method for fabricating heat transfer device
EP3803252B1 (en) Additively manufactured structures for gradient thermal conductivity
Huang et al. Review of nature-inspired heat exchanger technology
US20200298652A1 (en) Thermal management system and method
US20090020266A1 (en) System and Method of Boiling Heat Transfer Using Self-Induced Coolant Transport and Impingements
WO2016119365A1 (en) Compound heat exchange evaporative condenser of board pipe
US20150197858A1 (en) Fabrication of three-dimensional heat transfer enhancing features on a substrate
US10422588B2 (en) Heat exchanger coil with offset fins
JPWO2018116408A1 (en) Heat exchanger, method for manufacturing the same, and refrigeration cycle apparatus
JP6391969B2 (en) Heat exchanger and air conditioner
US20200370840A1 (en) On-demand Sweating-Boosted Air Cooled Heat-Pipe Condensers
Jo et al. Supersonically sprayed, triangular copper lines for pool boiling enhancement
WO2016119364A1 (en) Tube-and-plate type compound heat exchange sheet and manufacturing method therefor
JP2009109037A (en) Heat transfer promoting system and manufacturing method of heat transfer device
KR101433377B1 (en) Heat transfer enhancing system and method for fabricating heat transfer device
EP2053334B1 (en) Heat transfer enhancing system and method for fabricating heat transfer device
US20170234629A1 (en) Coated heat exchanger
EP1860695A2 (en) System and method of jet impingement cooling with extended surfaces
Assaad et al. Novel stacked wire mesh compact heat exchangers produced using cold spray
US3396782A (en) Heating unit
JP2017083042A (en) Leaf-shaped heat pipe
CN101424495A (en) Heat transmission strengthening system and method for manufacturing heat transfer equipment
Pungaiya et al. A review of surface coating technology to increase the heat transfer
CA2607688C (en) Heat transfer enhancing system and method for fabricating heat transfer device
RU2447386C2 (en) Device for heat transfer increase and method for this device manufacturing

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170809

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180801

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190801

Year of fee payment: 6