KR20060134864A - Heat exchange element and heat exchanger produced therewith - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 청구항 제 1 항의 전단 부분에 지시된 형태의 열 교환 요소와 열 교환 요소로 제조된 열 교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchange element made of a heat exchange element and a heat exchange element of the type indicated in the shear section of claim 1.
열 교환 요소는 인접하고 평활한 벽을 가지며, 상기 벽들 사이에서 범위가 형성된 흐름 채널은 핀 장치(fin arrangement) 또는 라멜라(주름잡힌 립)와 같은 형상으로 구성되고 및/또는 파이프, 플레이트 또는 이랑 모양의 열 교환기의 부품으로 사용하기 위한 용도를 가진다. 열 교환 요소는 예를 들어, 자동차, 압축기, 세탁-건조기, 에어컨 및 냉각 장치 또는 압축된 에어 플랜트(compressed air plant)용 냉각 건조기에서 사용되며, 건축업, 농업 및 임업을 위한 장치와 같은 수많은 장치에서 그리고 냉각 전자 부품용으로 사용된다. 이러한 타입의 열 교환 요소의 흐름 채널은 공기 물 또는 오일과 같은 유체가 흐르게 하기 위한 목적으로 평활하고, 편평한 벽이 형성되며, 각각의 유체로 열을 전달하거나 또는 열을 흡수하기 위한 목적으로 제공된다. 흐름 채널에 있어서, 벽에 인접한 영역에서 특정 경계 층으로 도달되게 하는 층 흐름(laminar flow) 또는 난류 흐름(turbulence flow)이 형성되며, 관통하여 흐르는 유체(throughflowing fluid)는 실질적으로 정지된 상태로 층 흐름의 이상적인 경우에 형성된다. 이와는 대조적으로, 유체는 최고의 속도로 흐름 채널의 중앙 코어 영역 내에서 전방을 향하여 이동한다. The heat exchange element has adjacent and smooth walls, the flow channels delimited between the walls being configured in the shape of a fin arrangement or lamellae (wrinkled ribs) and / or in the form of pipes, plates or ribs It is intended for use as a part of a heat exchanger. Heat exchange elements are used, for example, in automobiles, compressors, laundry-dryers, air conditioners and cooling devices or cooling dryers for compressed air plants, and in many devices such as devices for construction, agriculture and forestry. And for cooling electronic components. Flow channels of this type of heat exchange element are provided with a smooth, flat wall for the purpose of flowing a fluid, such as air water or oil, for the purpose of transferring heat to or absorbing heat into each fluid. . In a flow channel, a laminar flow or turbulence flow is formed in the region adjacent to the wall to reach a particular boundary layer, and the flowing fluid flows in a substantially stationary state. It is formed in the ideal case of flow. In contrast, the fluid moves forward in the central core region of the flow channel at the highest velocity.
경계층의 형성으로 인해 존재하는 벽 표면은 열 전달을 하는데 있어서 불완전하게 이용되며, 달성 가능한 열 교환 출력이 작게 형성된다. 따라서, 부각을 포함하는 흐름 채널의 벽이 벽 표면으로부터 형성되고, 이로 인해 난류를 발생시키도록 제공되는 것은 공지되었으며(DE-PS 596 871), 상기 부각은 흐름 축에 대해 평행하거나 예각으로 형성된다. 이러한 결과, 벽에 근접하게 흐르는 유체의 일부분은 국부적인 난류를 형성하도록 반복적으로 나눠지며, 게다가 경계층은 파열되고, 파괴된다. 이로 인하여 열 교환 출력에 있어서 괄목할만하게 개선된다. Due to the formation of the boundary layer, the existing wall surface is incompletely used for heat transfer, and the achievable heat exchange output is made small. Thus, it is known that a wall of a flow channel comprising an incidence is formed from the wall surface and thereby provided to generate turbulence (DE-PS 596 871), which incidence is formed parallel or acute with respect to the flow axis. . As a result, a portion of the fluid flowing close to the wall is repeatedly broken down to form local turbulence, in addition the boundary layer ruptures and breaks down. This significantly improves the heat exchange output.
그러나 난류를 발생시키는 상기 기술된 부각은 2가지의 문제점이 도출될 수 있다. 한편, 부각은 코어 영역의 방향으로 벽에 근접하게 흐름의 일부분을 편향시켜 결과적으로 열 교환 출력을 증가시킬 뿐만 아니라 흐름 횡단면을 감소시켜 흐름 채널을 따라 발생되는 압력 손실에 있어서 바람직하지 못한 증가를 야기된다. 이러한 결과 흐름 채널을 따라 이동하는 흐름량은 자연 순환에 따라 대응하도록 감소되고, 반면에 인위적인 순환, 보다 강력한 팬, 펌프 또는 이와 비슷한 것이 미리 선택된 흐름량을 유지시키기 위하여 요구된다. 다른 한편, 기술된 타입의 부각은 특히 농업용, 임업용 및 건축 기계 또는 차량용 쿨러(cooler)에서 또는 가정용 세탁-건조기에서 사용되고, 유체가 처리 공기 및/또는 냉각 공기라면, 횡단면의 형상으로 인해 저하되는(soil) 경향이 있다.However, the above described incidence of generating turbulence can lead to two problems. The incidence, on the other hand, deflects a portion of the flow close to the wall in the direction of the core region, resulting in an increase in heat exchange power as well as reducing the flow cross section resulting in an undesired increase in pressure loss occurring along the flow channel. do. As a result, the flow amount moving along the flow channel is reduced to correspond with natural circulation, while artificial circulation, more powerful fans, pumps or the like are required to maintain the preselected flow rate. On the other hand, the incidence of the described type is used in particular in agricultural, forestry and construction machinery or in vehicle coolers or in household laundry-dryers, and if the fluid is process air and / or cooling air, it is degraded due to the shape of the cross section. tends to soil.
상기 기술된 타입의 열 교환 요소는 미국 특허 제 US-PS 3 907 032호에 이미 공개되었으며, 흐름 채널을 형성하는 벽은 흐름 방향에 대해 가로 방향으로 연장된 언듈레이션이 제공되며, 연속적인 언듈레이션 형상으로 구성된다. 이러한 열 교환 요소로도, 오늘날까지 어떤 최적의 결과를 얻을 수 없었다. 왜냐하면, 만족스럽지 못한 출력/압력 손실비가 나타나거나, 이를 최적화시키려고 해도 저하되는 경향이 증가하기 때문이다. A heat exchange element of the type described above has already been disclosed in US Pat. No. US-PS 3 907 032, wherein the walls forming the flow channel are provided with unregulated extending transversely with respect to the flow direction, and in a continuous undulation shape. It is composed. Even with these heat exchange elements, no optimal result has been achieved to this day. This is because an unsatisfactory output / pressure loss ratio appears or tends to decrease even when trying to optimize it.
이는 언듈레이션이 정해진 치수 또는 비교적 복잡한 형태가 제공될 때(즉 DE 195 03 766 A1, EP 1 357 345 A2) 적용된다. 또한 공지된 열 교환 요소에 있어서, 인접 벽은 상기 문제점을 가지는, 다양한 구조의 언듈레이션(즉 DE 102 18 274 A1)이 제공되고, 모든 흐름 채널은 압력 손실을 감소시키는데 유용하지 못한 상당히 변화되는 횡단면을 가진다. This applies when the undulation is provided with defined dimensions or relatively complex shapes (ie DE 195 03 766 A1, EP 1 357 345 A2). Also in known heat exchange elements, adjacent walls are provided with the above-mentioned problems, in which various structures of undulation (i.e. DE 102 18 274 A1) are provided, and all flow channels have significantly varying cross sections which are not useful for reducing pressure losses. Have
특히, 기체형 유체와의 열 교환에 해당할 때, 압력 손실에 대한 열 교환 출력의 비율을 증가시키면서, 동시에 저하되어지는(soil) 경향을 감소시킬 수 있도록 앞서 언급한 종류의 열 교환 소자를 구성하는 것이 본 발명의 목적이다. In particular, when corresponding to heat exchange with a gaseous fluid, it is possible to configure the above-mentioned heat exchange element so as to increase the ratio of the heat exchange output to pressure loss while simultaneously reducing the tendency to soil. It is an object of the present invention.
청구항 제 1 항 및 제 22 항의 특징을 이러한 목적을 달성하기 위하여 제공된다. 본 발명에 의하여 증가된 열 교환 출력은 이에 대응하여 증가된 압력 손실을 고려하지 않고, 공기와 같은 기체형 유체와 함께 구현되어진다. 추가적으로 언듈레이션은 저하되어지는 경향이 낮도록 구성된다. 본 발명에 따르는 열 교환 요소와 이로써 장착된 열 교환기는 특히 농업용, 임업용 및 건축 기계용 쿨러의 분야 그리고 전자 부품을 냉각시키기 위한 장치, 차량의 차지 쿨러(charge cooler) 또는 세탁-건조기의 분야에 적합하다.The features of claims 1 and 22 are provided to achieve this object. The increased heat exchange output by the present invention is implemented with a gaseous fluid such as air, without taking into account the increased pressure loss correspondingly. In addition, the undulation is configured to have a low tendency to degrade. The heat exchange element and thus mounted heat exchanger according to the invention are in particular in the field of agricultural, forestry and construction machinery coolers and devices for cooling electronic components, charge coolers or laundry-dryers of vehicles. Suitable.
본 발명의 추가적인 특징은 종속항에서 공개된다. Further features of the invention are disclosed in the dependent claims.
도 1 내지 도 3은 지금까지 최상으로 여겨지는 실시예와 본 발명에 따르는 열 교환 요소(heat exchange element)를 도시한다. 열 교환 요소는 서로 평행하게 배열된, 복수의 인접한 열-전달 벽(heat-transferring wall, 1)을 포함한다. 벽(1)은 높이 D(도 1)와 두께 S(도 2)를 가지는 얇은 플레이트로 형성되며, 상부 및 하부 플레이트 형태의 연결 부분(2a, 2b)에 의하여 도 1에서의 상부 및 하부 종방향 변부에 구불구불한 형태(meandering shape)로 서로 연결된다. 화살표 3으로 표시된 열 교환 요소의 종방향에 있어서, U자 형태의 횡단면을 가지는, 유체를 위한 복수의 인접 흐름 채널(flow channel, 4)이 형성되고, 상기 흐름 채널(4)은 도 1에 추가적으로 상부 또는 하부 연결 부분(2a, 2b)과 2개의 인접 벽(1)에 의하여 각각 범위가 형성된다. 1 to 3 show a heat exchange element according to the invention and the embodiment which is considered to be the best so far. The heat exchange element comprises a plurality of adjacent heat-transferring walls 1 arranged parallel to one another. The wall 1 is formed of a thin plate having a height D (FIG. 1) and a thickness S (FIG. 2), with upper and lower longitudinal directions in FIG. 1 by connecting portions 2a and 2b in the form of upper and lower plates. It is connected to each other in a meandering shape on the edge. In the longitudinal direction of the heat exchange element indicated by arrow 3, a plurality of adjacent flow channels 4 for the fluid, having a U-shaped cross section, is formed, which flow channel 4 is additional to FIG. 1. The range is respectively defined by upper or lower connecting portions 2a, 2b and two adjacent walls 1.
흐름 채널(4)은 전방 및 후방 단부에서 종방향으로 개방된다. 종방향에 대하여 가로지르도록, 도 1에서의 상부 및 하부에서 개방된 흐름 채널(4)의 영역은 도 1에 따르는 열 교환 요소를 이용할 때, 도시되지 않은, 열 교환기 또는 이와 비슷한 것의 기능부에 의하여 역으로 밀폐된다. 흐름 채널(4)은 화살표 3의 방향 또는 이와 상반된 방향으로 유체(즉, 공기, 오일 또는 이와 비슷한 것)가 흐르도록 안내하기 위한 목적으로 제공되며, 이로 인해 상기 유체는 연결 부분(2a, 2b) 및 벽(1)과 열-교환 접촉을 하며, 따라서 케이스에 따라 가열되거나 또는 냉각되어진다. The flow channel 4 opens longitudinally at the front and rear ends. The area of the flow channel 4 which is open at the top and the bottom in FIG. 1 so as to transverse to the longitudinal direction is provided in the functional part of the heat exchanger or the like, which is not shown when using the heat exchange element according to FIG. 1. By reverse sealing. The flow channel 4 is provided for the purpose of guiding the flow of fluid (ie air, oil or the like) in the direction of arrow 3 or vice versa, whereby the fluid is connected to the connecting parts 2a and 2b. And a heat-exchange contact with the wall 1, thus being heated or cooled depending on the case.
벽(1)은 열교환기에서 수직하게 위치된 상태의 재료(즉, 알루미늄 또는 구리와 같은 금속, 흑연, 플라스틱 재료 또는 이와 비슷한 것)를 포함한다. 바람직하게, 추가적으로 벽들은 평활하며(smooth), 컷(cut), 구멍 또는 이와 비슷한 형태의 개구부를 가지지 않고, 노브(knob), 플레이크(flake), 스케일 또는 그 외의 부각(embossing)을 가지지 않으며, 상부 및 하부 변부 사이에 배열되고, 흐름 채널(4)을 향하여 방향 설정되며, 넓은 측부(broad side, 5a, 5b)가 제공된다. 결론적으로, 흐름 채널(4)에서 파열로 생긴 이물질 수집 코너(disruptive dirt-collecting corner) 또는 이와 비슷한 것은 매우 광범위거나 또는 전체적으로 방지된다.The wall 1 comprises a material (ie a metal such as aluminum or copper, graphite, plastic material or the like) positioned vertically in the heat exchanger. Preferably, the walls are additionally smooth, have no cuts, holes or similarly shaped openings, and have no knobs, flakes, scales or other embossings, Arranged between the upper and lower edges, oriented towards the flow channel 4, broad sides 5a, 5b are provided. In conclusion, a disruptive dirt-collecting corner or the like resulting from rupture in the flow channel 4 is very broadly or entirely prevented.
도 2는 4개의 인접 벽(1)의 평면도가 도시되며, 연결 부분(2a, 2b)(도 1)은 도 2에서 중요하지 않기 때문에 명확함의 저하를 방지하기 위하여 생략된다. 실시예에서, 모든 벽(1)은 실질적으로 동일한 형상을 가지며, 흐름 채널(4)을 형성하는 넓은 측부(5a, 5b)와 쌍을 이루는 상태로 서로 마주보게 위치된다. FIG. 2 shows a plan view of four adjacent walls 1, and the connecting parts 2a and 2b (FIG. 1) are omitted in order to avoid deterioration of clarity since they are not important in FIG. 2. In the embodiment, all the walls 1 have substantially the same shape and are located opposite each other in pairs with the wide sides 5a and 5b forming the flow channel 4.
천천히 이동되거나 또는 전체적으로 정지된 경계 층(boundary layer)에 의하여 감소된 유체와 벽(1)들 사이의 열 이동을 개선시키기 위하여, 벽(1)은 공지된 방법에 따라 언듈레이션(undulation) 또는 사인 곡선 형태의 언듈레이션(6)이 제공되며, 상기 언듈레이션(6)은 벽(1)의 넓은 측부(5a, 5b)에 실질적으로 평행하며, 높이 D의 방향으로 도 1에 따라서 연장된 선에 대하여 벽(1)을 형성하는 플레이트를 변형시킴으로써 형성된다. 추가적으로, 특히 도 3은 점선으로 표시된 가상의 중앙 평면(7)의 한 측부 또는 다른 측부 상에서 교대로 연장된 언듈레이션(6)이 도시되며, 상기 중앙 평면은 변형되지 않은 원래의 평행 평면 플레이트의 중앙 평면과 일치한다. 이러한 결과, 언듈레이션(6)은 흐름 방향(3)으로 뻗혀 있는 제 2 반-파동(second half-wave, 6b)과 흐름 방향(3)(도 3)으로 향해있는 제 1 반-파동(6a)을 각각 포함하고, 제 1 반-파동(6a)은 중앙 평면(7)의 한 측부에 배열되고, 제 2 반-파동(6b)은 중앙 평면(7)의 다른 측부에 배열되며, 양쪽의 반-파동(6a, 6b)은 중앙 평면(7)에 위치된 연결 선(8)을 따라 서로 연결되거나 또는 서로 인접한다. 이러한 결과 반-파동(6a)은 벽(1)의 중앙 평면(7)으로부터 한 방향으로 돌출된 부각을 각각 형성하고, 동시에 반-파동(6b)은 벽(1)의 중앙 평면(7)으로부터 상반된 방향으로 돌출된 부각을 각각 형성한다. 이러한 부각 또는 반-파동은 슬롯 또는 그 외의 방해물(interruption)을 제거하지않고(open) 연속적으로 밀폐된 표면을 형성한다.In order to improve the heat transfer between the fluid and the wall 1 reduced by a slowly moving or totally stopped boundary layer, the wall 1 is undulated or sinusoidal in accordance with known methods. Unduly 6 in the form is provided, which is substantially parallel to the wide sides 5a, 5b of the wall 1 and with respect to the line extending in accordance with FIG. 1 in the direction of height D. It is formed by deforming the plate forming 1). In addition, in particular FIG. 3 shows an unduration 6 extending alternately on one side or the other side of the imaginary central plane 7, indicated by dashed lines, which center plane of the original parallel plane plate undeformed. Matches As a result, the undulation 6 has a second half-wave 6b extending in the flow direction 3 and a first half-wave 6a directed in the flow direction 3 (FIG. 3). Each comprising a first half-wave 6a arranged on one side of the center plane 7, and a second half-wave 6b arranged on the other side of the center plane 7, both halves. The waves 6a, 6b are connected to each other or adjacent to each other along a connecting line 8 located in the central plane 7. As a result, the half-waves 6a each form an incidence protruding in one direction from the center plane 7 of the wall 1, while the half-waves 6b are simultaneously formed from the center plane 7 of the wall 1. Each of the reliefs protruding in opposite directions is formed. These incidences or half-waves form a continuously closed surface without opening the slots or other interruptions.
실시예에서, 도 1에 따르는 열 교환 요소의 모든 벽(1)에서 언듈레이션(6)은 동일한 방법으로 구성되고, 서로에 대해 연속적으로 형성된 빈 간격을 가지며, 흐름 방향(3)으로 오프셋 구성됨이 없이 평행하게 배열되고, 도 2에 따르는 흐름 채널(4)은 실질적으로 치수 B에 해당하는 동일한 채널 폭을 가진다. 도 2 및 도 3에 공개된 바와 같이, 언듈레이션(6)은 중앙 평면(7)에 위치된 선에 대하여 만곡된 상부 및 하부 선단(apex, 9a, 9b)을 가진다. 도 2 및 도 3 에 따라서, 중앙 평면(7)에 대하여 횡방향으로 측정된 선단 간격은 벽(1)의 가상선의 높은 지점과 낮은 지점 사이에서 측정된 치수 W를 가진다. 추가적으로, 도 2 및 도 3에서, 선단(9a, 9b)의 영역에서 언듈레이션(6)은 치수 R과 일치하는 곡률 반경을 각각 가진다.In the embodiment, the undulations 6 in all the walls 1 of the heat exchange element according to FIG. 1 are configured in the same way, have empty gaps formed successively with respect to each other, and are not configured to be offset in the flow direction 3. Arranged in parallel, the flow channels 4 according to FIG. 2 have the same channel width substantially corresponding to dimension B. FIG. As disclosed in FIGS. 2 and 3, the undulation 6 has upper and lower tips apex 9a, 9b that are curved with respect to the line located in the central plane 7. According to FIGS. 2 and 3, the tip spacing measured transversely with respect to the central plane 7 has a dimension W measured between the high and low points of the imaginary line of the wall 1. In addition, in FIGS. 2 and 3, in the region of the tips 9a, 9b the unduplex 6 has a radius of curvature, respectively, coinciding with the dimension R. FIG.
본 발명에 따라서, 열 교환 요소에서 출력(output)의 증가는 단위 체적 당 열 교환 표면을 증가시킴에 의해 구현되고, 흐름 채널(4)에 형성된 상당히 큰 곡률 반경으로 인하여 저하되는 경향과 압력 손실은 어느 한계 내에서 유지된다. According to the invention, the increase in output in the heat exchange element is realized by increasing the heat exchange surface per unit volume, and the tendency and pressure loss to decrease due to the significantly larger radius of curvature formed in the flow channel 4 Maintained within certain limits.
출력(output)을 증가시키기 위하여, 부등식 B ≤ 0.55 W에 부합되는 본 발명에 따르는 열 교환 요소의 채널 폭 B는 선단 간격 W보다 작게 선택되도록 제공되어진다. 바람직하게 B/W의 비율은 부등식 0.1 ≤ B/W ≤0.55, 특히 선호되게 0.35 ≤ B/W ≤ 0.50을 만족시킨다는 것이 입증되었다. 결론적으로, 화살표에 의해 도 2에 표시된 바와 같은 유체 흐름은 종래의 열 교환 요소에 적용함에 따라 실질적으로 흐름 채널(4)을 통하는 직선에서 편향됨이 없이 안내되어지는 대신에 각각의 반-파동(6a 6b)의 영역에서 편향되도록 구현되며, 여기서 채널 폭 B는 선단 간격 W보다 크거나 또는 이보다 약간 작다. 치수 B ≤ 0.55W를 만족시킨다면, 도 2에 대응하는 언듈레이션(6)은 중앙 평면(7)에 대한 가로 방향으로 상당히 크게 오버랩핑(overlapping)되며, 이는 각각의 반-파동(6a, 6b)은 상부 또는 하부에 위치된 인접 벽(1)의 반-파동(6a 6b)으로 깊숙하게 돌출되고, 이와 관련된 중앙 평면(7)의 대응하는 위치보다 다소 크게 형성된다. 벽(1)의 간격 T(도 1) 또는 결론적으로 형성된, 상대적으로 타이트(tight)한 패킹(packing) 또는 상대적으로 작은 피치(pitch)는 단위 체적 당 열 교환 요소의 아웃풋에서 상당히 증가된다.In order to increase the output, the channel width B of the heat exchange element according to the invention conforming to inequality B < 0.55 W is provided to be selected smaller than the tip spacing W. Preferably the ratio of B / W has proved to satisfy inequality 0.1 ≦ B / W ≦ 0.55, particularly preferably 0.35 ≦ B / W ≦ 0.50. In conclusion, the fluid flow as indicated by the arrow in FIG. 2 is applied to each semi-wave (instead of being guided without deflection in a straight line through the flow channel 4 as applied to a conventional heat exchange element). 6a 6b), wherein channel width B is greater than or slightly less than tip spacing W. If the dimension B ≤ 0.55W is satisfied, the undulation 6 corresponding to FIG. 2 overlaps significantly significantly in the transverse direction with respect to the center plane 7, with each half-wave 6a, 6b being It protrudes deep into the half-waves 6a 6b of the adjacent wall 1 located above or below, and is formed somewhat larger than the corresponding position of the central plane 7 with which it is associated. The spacing T of the wall 1 (FIG. 1) or, consequently, a relatively tight packing or a relatively small pitch, is significantly increased at the output of the heat exchange element per unit volume.
편평한 벽과는 대조적으로, 언듈레이션(6)에 의하여 형성된 출력에서 증가되는 퍼센트보다 작은, 상태 B ≤ 0.55 W 퍼센트의 압력 손실과 언듈레이션(6)을 얻기 위하여, 비교적 크게 형성되는 선단(9a, 9b)의 영역에서 곡률 반경 R을 선택하도록 제안되어진다. 본 발명에 따라서, R의 값은 부등식 R ≤ 1.3 B이 적용되는 것이 선호된다. 부등식 0 ≤ B/R ≤ 0.75 및 보다 바람직하게 부등식 0.2 ≤ B/R ≤ 0.55의 비율 B/R을 만족시키는 것이 특히 선호된다. 이러한 장점으로 인해 흐름 채널(4)에서 유체의 편향은 형상과는 대조적으로 비교적 완만하지만 두드러지게 형성되며, 곡률 반경은 거의 3 mm로 형성되거나 또는 실질적으로 이보다 작게 형성되고, 이로 인해 상대적으로 작은 압력 손실이 야기된다.In contrast to the flat wall, the tip 9a, 9b formed relatively large in order to obtain a pressure loss and an unregulation 6 of state B ≤ 0.55 W percent, which is less than the percentage increased at the output produced by the undulation 6. It is proposed to select the radius of curvature R in the region of. According to the invention, it is preferred that the value of R be applied with an inequality R ≦ 1.3 B. Particular preference is given to satisfying the ratio B / R of inequality 0 ≦ B / R ≦ 0.75 and more preferably inequality 0.2 ≦ B / R ≦ 0.55. Due to this advantage, the deflection of the fluid in the flow channel 4 is relatively gentle but prominent in contrast to the shape, and the radius of curvature is formed to be almost 3 mm or substantially smaller than this, resulting in a relatively small pressure. Loss is caused.
채널 폭 B와 언듈레이션(6)의 본 발명에 따르는 형상으로 인해 중앙 평면(7)로부터 개시되고 발생되거나 또는 중앙 평면(7)으로 안내되고, 경사를 형성하여 뻗어 있는 언듈레이션(6)의 부분에 대하여 상대적으로 큰 각도 α와 β(도 3)를 추가적으로 이용할 수 있다. 이러한 결과, 장점은 반-파동(6a 6b) 또는 언듈레이션(6)이 상대적으로 크게 오버랩핑(overlapping)되며, 채널 폭 B와 파장 λ이 동일한 경우에 가능하도록 구현되며, 이로 인하여 열-교환 표면이 확장될 수 있다. 그러나 각도 α와 β는 40°보다 작게 형성되는 것이 선호된다.Due to the shape according to the invention of the channel width B and the undulation 6, with respect to the part of the undulation 6 which is initiated and generated from the center plane 7 or is guided to the center plane 7 and which extends to form an inclination, Relatively large angles α and β (FIG. 3) may additionally be used. As a result, the advantage is realized that the half-waves 6a 6b or unduplication 6 are relatively largely overlapping and are possible when the channel width B and the wavelength λ are the same, so that the heat-exchange surface is Can be extended. However, the angles α and β are preferably formed smaller than 40 °.
게다가, 열 교환 요소는 λ≥ 15mm 또는 λ ≥ 4W 바람직하게 18mm 이며, 2.4 mm ≤ R ≤6.5 mm, α=β= 대략 30°, 0.08 mm ≤ S ≤ 5 mm 그리고 B < 2mm 로 제공되며, 코스의 이러한 치수는 단지 실례로서 표시되며, 편차는 각각의 경우 요구 사항에 따라 형성될 수 있다.In addition, the heat exchange element is provided with λ ≧ 15 mm or λ ≧ 4W, preferably 18 mm, provided with 2.4 mm ≦ R ≦ 6.5 mm, α = β = approximately 30 °, 0.08 mm ≦ S ≦ 5 mm and B <2mm. These dimensions are shown as examples only, and deviations may be formed in each case according to requirements.
결론적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 반-파동(6a, 6b)의 상승된 부분과 하강된 부분이 바람직하게 직선 또는 편평하게 형성되며, 반경 R을 가진 만곡된 부분에 의하여 선단(9a, 9b)의 영역에 연결된다. 이러한 결과, 사각형의 외관은 벽(1)을 위하여 형성되며, 오직 선단(9a, 9b)은 중앙 평면(7)을 향하여 만곡되도록, 볼록하게 형성된다.Consequently, as shown in FIG. 3, the raised and lowered portions of the half-waves 6a, 6b are preferably formed straight or flat, and the tip 9a, Connected to the area of 9b). As a result, the rectangular appearance is formed for the wall 1, and only the tips 9a, 9b are formed convex, so as to be curved toward the central plane 7.
도 4는 도 3에 따르는 실시예와 실질적으로 일치되는 벽이 도시된다. 선단에 위치된 만곡된 부분이 R1 내지 R4의 다양한 곡률 반경을 가진다는 점에서 차이점이 있다. 모든 반경 R1 내지 R4는 상기 지시된 영역내에 위치된다. 4 shows a wall substantially coincident with the embodiment according to FIG. 3. The difference is that the curved portion located at the tip has various radii of curvature of R1 to R4. All radii R1 to R4 are located within the indicated area.
도 5는 본 발명에 따르는 열 교환 요소의 벽(12)이 도시되며, 상기 벽은 직선과 편평한 부분을 가진다. 특히 언듈레이션(14)의 제 1 반-파동(14a)은 각 α를 형성하고, 직선을 형성하여 상승된 편평한 부분(15), 각 β를 형성하고 직선으로 형성된 하강된 편평한 섹션(16) 및 선단 영역에 배열되고 양쪽에 연결된 편평한 부분(17)을 가지며, 상기 부분(17)은 바람직하게 중앙 평면(7)에 평행하게 배열된다. 이와 같은 경우, 곡률 반경에 R= ∞ 가 적용될 수 있다. 상기 부분(17)의 치수 설정에 관하여, 상기 부분(17)은 상당히 긴 길이(즉 L1)를 가지며, 상기 부분(15, 16)과 관련된 2개의 단부는 점선으로 표시된 가상의 만곡된 부분(18)에 의하여 선택적으로 연결될 수 있으며, 곡률 반경은 상기 지시된 영역에 위치되도록 고려되어야 한다. 이러한 결과, 비교적 긴 부분(15, 16)은 견딜 수 없는 압력 손실이 발생되지 않고, 반-파동(14a, 14b)의 적당한 오버랩핑에 따라 달성될 수 있다. 직선 부분(17)의 길이는 모두 동일한 길이로 형성될 수 있으며, 또는 도 5에 도시된 바와 같이 L1 내지 L4의 다양한 길이로 형성될 수 있다.5 shows a wall 12 of a heat exchange element according to the invention, which wall has a straight and flat portion. In particular, the first half-wave 14a of the undulation 14 forms an angle α, forms a straight line to form an elevated flat portion 15, a lowered flat section 16 to form an angle β and is formed in a straight line and a tip. It has a flat part 17 arranged in the area and connected to both sides, which part 17 is preferably arranged parallel to the central plane 7. In this case, R = ∞ may be applied to the radius of curvature. With regard to the dimensioning of the part 17, the part 17 has a fairly long length (ie L 1 ), and the two ends associated with the parts 15, 16 are imaginary curved parts (indicated by dashed lines). 18), the radius of curvature should be considered to be located in the indicated area. As a result, the relatively long portions 15, 16 can be attained according to proper overlapping of the half-waves 14a, 14b without generating an unbearable pressure loss. The lengths of the straight portions 17 may all be formed in the same length, or may be formed in various lengths of L 1 to L 4 as shown in FIG. 5.
도시되지 않은 추가적인 실시예에 따라서, 도 5에서 점선으로 도시된 만곡된 부분(18)은 점선으로 도시된 부분(18)과 근사한 복수의 짧은 부분에 의해 다각형의 방으로 바꿀 수 있다. 도 3에서와 같이 동일한 치수(measurement)는 결론적으로 얻어진 가상의 곡률 반경으로 형성된다.According to a further embodiment, not shown, the curved portion 18 shown in dashed lines in FIG. 5 may be converted into a polygonal room by a plurality of short portions approximating the portion 18 shown in dashed lines. As in FIG. 3, the same measures are formed with the virtual radius of curvature obtained consequently.
도 6은 동일하거나 또는 다른 길이를 가질 수 있으며, 바람직하게 중앙 평면(7)에 위치된 직선의 편평한 부분(22)에 의하여 서로 연결되고, 상기 기술된 내용과 일치되는 형상으로 구성되는 반-파장(21a 21b)을 가지는 본 발명에 따르는 벽(20)의 실시예가 도시된다. 추가적으로 도 6에 도시된 바와 같이, 반-파장(21a, 21b)은 중앙 평면(7)에 대해 다양한 선단 높이 W1 과 W2를 가질 수 있으며, 선단 높이는 선단 간격 W로 합해진다. 대응하는 다양한 선단 높이 W1 과 W2 는 선단 간격 W로 표시된 치수로부터 벗어남이 없이 도 1 내지 5에 따르는 실시예에서 제공될 수 있다.6 are semi-wavelengths, which may have the same or different lengths, are connected to each other by a straight, flat portion 22, preferably located in the central plane 7, and which are configured in a shape consistent with the above description. An embodiment of a wall 20 according to the present invention having 21a 21b is shown. In addition, as shown in FIG. 6, the half-wavelengths 21a, 21b can have various tip heights W 1 and W 2 with respect to the center plane 7, and the tip heights are summed with the tip spacing W. Corresponding various tip heights W 1 and W 2 Can be provided in the embodiment according to FIGS. 1 to 5 without departing from the dimension indicated by the tip spacing W. FIG.
도 7은 본 발명에 따르는 4개의 열 교환 요소(23 내지 26)가 도시되며, 상기 열 교환 요소들은 흐름 방향 3으로 측정된 다양한 전체 길이에 의해 구별되며, 흐름 방향 3으로 순차 배열된 3개, 4개, 5개 또는 6개의 언듈레이션의 다양한 개수로 형성된다. 이로 인해 언듈레이션은 다양한 형태 및/또는 다양한 치수를 가질 수 있다. 추가적으로 도 7에 도시된 바와 같이, 흐름 채널(4)은 유체가 열 교환 요소(23 내지 27)로 유입되거나 또는 열 교환 요소로부터 배출될 때, 방향을 전환시키기 위하여 본 명세서에는 도시되지 않은 중앙 평면에 평행하게 배열된 입구 및/또는 출구 단부(27, 28)를 가지며, 이와 같은 방법으로 압력 손실을 돕는다. FIG. 7 shows four heat exchange elements 23 to 26 according to the invention, which are distinguished by various overall lengths measured in flow direction 3, three sequentially arranged in flow direction 3, It is formed in various numbers of four, five or six unduration. As a result, the undulation may have various shapes and / or various dimensions. In addition, as shown in FIG. 7, the flow channel 4 is a central plane, not shown herein, to divert the fluid as it enters or exits the heat exchange elements 23 to 27. It has inlet and / or outlet ends 27, 28 arranged parallel to and in this way assist in pressure loss.
게다가, 본 발명의 범위 내에서, 흐름 방향 3으로의 선단 간격 W 및/또는 파장 길이 λ는 점진적으로 증가될 수 있으며, 도 8에 따르는 실시예에 도시된 바와 같이, 파장 λ1, λ2, 및 λ3와 선단 간격 W3, W4 및 W5는 점진적으로 감소될 수 있다. 결론적으로 흐름 방향으로의 난류 형성(turbulence formation)은 점진적으로 강해지며, 열 교환 출력도 점진적으로 커진다. 추가적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 선단의 양 측부 상에서 반-파동은 비-대칭 형상을 가질 수 있다.In addition, within the scope of the present invention, the tip spacing W and / or the wavelength length λ in the flow direction 3 can be gradually increased, and as shown in the embodiment according to FIG. 8, the wavelengths λ 1 , λ 2 , And λ 3 and tip spacings W 3 , W 4 and W 5 can be gradually reduced. In conclusion, the turbulence formation in the flow direction is gradually stronger, and the heat exchange power is gradually increased. Additionally, as shown in FIG. 8, the semi-waves on both sides of the tip may have a non-symmetrical shape.
기술된 열 교환 요소는 다양한 방법으로 이용될 수 있다. 예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이, 도 1 내지 도 8에 따라 구성된 열 교환 요소들 사이에서 편평한 튜브(31)를 가지는 편평한 튜브 열 교환기는 라멜라(lamella, 32)(주름잡힌 립)의 형태로 배열된다. 라멜라(32)는 실질적으로 편평한 상부 또는 하부 연결 부분(34a, 34b)에 의하여 서로 연결된 측벽(33)이 제공되고, 도 1과 유사한 구불구불한 형태로 접혀진다. 본 발명에 따라서 측벽(33)은 도 3 내지 도 8과 유사하게 구성된 언듈레이션이 제공된다. 측벽(33)은 각각 흐름 채널의 범위를 형성하며, 예를 들어 가스 냉각 매체는 편평한 파이프(31)에서 흐르는 액체 유체를 냉각시키기 위하여 흐름 채널을 통하여 흐른다. 흐름 방향은 화살표 35, 36으로 도시된다.The heat exchange elements described can be used in a variety of ways. For example, as shown in FIG. 9, a flat tube heat exchanger having a flat tube 31 between heat exchange elements constructed in accordance with FIGS. 1 to 8 is in the form of a lamella 32 (wrinkled lip). Is arranged. The lamella 32 is provided with sidewalls 33 connected to each other by substantially flat upper or lower connecting portions 34a and 34b, and folded into a serpentine shape similar to that of FIG. According to the invention the side wall 33 is provided with an undulation configured similarly to FIGS. 3 to 8. The side walls 33 each form a range of flow channels, for example a gas cooling medium flows through the flow channels to cool the liquid fluid flowing in the flat pipe 31. The flow direction is shown by arrows 35 and 36.
도 10은 수직의 판과 같은 구조물인 열 교환기가 도시된다. 열 교환기는 층상 구조로 쌓여 지며, 평행하게 배열된 다수의 직사각형 플레이트(38)를 포함하고, 상기 플레이트는 변부에서 짧은 측부로 평행하게 연장된 프로파일(profile, 40)과 긴 측부에 평행하게 연장된 프로파일(39)에 의하여 교대로 이격된 상태로 유지된다. 이러한 결과, 횡단하도록 연장된 흐름 채널(42)뿐만 아니라, 종방향으로 연장된 흐름 채널(41)은 제 1 유체와 제 2 유체를 안내하기 위하여 판(38)과 프로파일(39 또는 40) 사이에 형성된다. 추가적으로, 구불구불한 형상 대신에 지그재그 형상 또는 언듈레이션 형상을 가지도록 구성된, 계략적으로 도시된 핀 플레이트(fin plate) 또는 라멜라(43, 44)는 흐름 채널(41) 및/또는 흐름 채널(42)에 배열되고, 상기 라멜라는 2가지의 유체 사이에서 열 전달을 개선시키기 위하여 제공된다. 추가적으로, 2개의 표준 수집 탱크(normal collection tank)(헤더, header)들 중 하나는 참조 번호 45로 표시되며, 액체와 같은 제 1 유체에 의하여 흐름 채널(41)로 분배되거나 이로부터 제거된다. 플레이트(38), 프로파일(39, 40), 라멜라(43, 44) 및 수집 탱크(45)는 접착(glueing) 또는 납땜(soldering)에 의하여 공지된 방법으로 서로 연결될 수 있다. 라멜라(43) 및/또는 라멜라(44)는 도 1 내지 도 8과 일치되도록 구성된 측벽(46)을 가진다. 유체의 흐름 방향은 화살표로 표시된다.10 shows a heat exchanger that is a structure like a vertical plate. The heat exchangers are stacked in a layered structure and comprise a plurality of rectangular plates 38 arranged in parallel, which plates extend parallel to the long sides and profiles 40 extending parallel to the short sides at the sides. The profiles 39 are alternately spaced apart. As a result, in addition to the transversely extending flow channel 42, the longitudinally extending flow channel 41 is provided between the plate 38 and the profile 39 or 40 to guide the first and second fluids. Is formed. Additionally, the schematically illustrated fin plates or lamellas 43, 44, which are configured to have a zigzag shape or an undulation shape instead of a serpentine shape, may be flow channels 41 and / or flow channels 42. Is arranged to improve heat transfer between the two fluids. In addition, one of the two normal collection tanks (headers, headers), denoted by reference numeral 45, is distributed to or removed from the flow channel 41 by a first fluid, such as a liquid. The plates 38, profiles 39, 40, lamellas 43, 44 and collection tanks 45 may be connected to one another in a known manner by gluing or soldering. The lamellas 43 and / or lamellas 44 have sidewalls 46 configured to align with FIGS. 1 to 8. The flow direction of the fluid is indicated by the arrow.
도 11은 언듈레이션 형태로 변형된 얇은 판에 의하여 형성되고, 서로 평행하게 배열된 복수의 열-전달 벽(48)을 가지는 열 교환 요소가 도시된다. 벽(48)은 납땜, 접착 또는 그외의 수단으로 하부의 좁은 측부에 의해 기저 플레이트(49)로 부착되며, 상기 기저 플레이트는 서로 고정되도록 벽(48)에 연결되고, 높이 D를 가지는 기저 플레이트(49)로부터 개시된다. 각각 쌍을 이루는 상태로 서로 마주보게 위치된 벽(48)의 2개의 넓은 측부(50)는 유체를 위한 흐름 채널(51)의 범위를 형성한다. 기저 플레이트(49)는 냉각되어지는 전자 부품상에 인접하며, 이로 인해 연 전달 요소는 이랑 모양의 냉각 몸체(ribbed cooling body)를 형성한다. 실시예에서, 예를 들어 냉각 공기는 기저 플레이트(49)에 대하여 평행하게 연장된 종방향 축의 방향으로 흐름 채널(51)을 통하여 흐르며, 선택된 흐름 방향은 화살표 52로 표시된다. 게다가 도 1 내지 도 10을 위한 일반적인 실시예는 대응하도록 적용된다. 11 shows a heat exchange element formed by a thin plate deformed in an undulation form and having a plurality of heat-transfer walls 48 arranged parallel to each other. The wall 48 is attached to the base plate 49 by means of soldering, gluing or otherwise by the lower narrow side, which base plate is connected to the wall 48 so as to be fixed to each other, and has a base plate having a height D ( 49). The two wide sides 50 of the wall 48, which are each positioned in opposing pairs, form a range of flow channels 51 for the fluid. The base plate 49 is adjacent on the electronic component to be cooled, whereby the soft transfer element forms a ribbed cooling body. In an embodiment, for example, cooling air flows through the flow channel 51 in the direction of the longitudinal axis extending parallel to the base plate 49, the selected flow direction being indicated by arrow 52. Moreover, the general embodiment for FIGS. 1 to 10 applies correspondingly.
기술된 실시예로 인하여 출력(전력)이 상당히 증가되며, 압력 손실은 작은 퍼센트로 증가된다. 결론적으로 열-전달 표면이 실질적으로 넓게 형성되고, 유체를 위한 흐름 경로는 이에 대응하도록 길게 형성되며, 동시에 흐름은 만곡된 흐름 채널을 보다 용이하게 흐를 수 있다. 추가적인 장점에 있어서, 언듈레이션에도 불구하고 흐름 채널의 범위를 형성하는 넓은 측부가 연속적으로 편평하거나 또는 약간 만곡되며, 파열 코너와 각도가 형성되지 않기 때문에 흐름 채널에서 저하되어지는 경향은 낮게 나타난다. 도 2에 관하여 기술된 언듈레이션의 오버랩핑의 치수가 비교적 크게 형성될지라도, 상기 기술된 타입의 열 교환 요소는 농업, 임업 및 건축업의 모든 분야에 바람직하게 적용된다. 추가적으로, 특히 상기 열 교환 요소에 있어서, 열 교환 요소의 벽은 편평한 부분을 필수적으로 포함하며, 보다 용이하게 제조되어지는 장점을 제공한다.Due to the described embodiment the output (power) is significantly increased and the pressure loss is increased by a small percentage. In conclusion, the heat-transfer surface is formed substantially wide, the flow path for the fluid is correspondingly long, and at the same time the flow can flow more easily through the curved flow channel. In a further advantage, despite the undulation, the wide sides forming the range of the flow channel are continuously flat or slightly curved, and the tendency to deteriorate in the flow channel is low because no angles and tear corners are formed. Although the dimensions of the overlap of the undulation described with respect to FIG. 2 are formed relatively large, the heat exchange element of the type described above is preferably applied to all fields of agriculture, forestry and construction. In addition, in particular in the heat exchange element, the wall of the heat exchange element essentially comprises a flat portion and offers the advantage of being easier to manufacture.
본 발명의 다수의 방법으로 변형될 수 있는 기술된 실시예에 제한되지 않는다. 이는 무엇보다도 다양한 언듈레이션의 지시된 크기 및/또는 형태와 장치의 밀도에 적용 가능하다. 다양한 매개 변수의 선택은 각각의 케이스 및 선호되는 열 교환 또는 열 전달 출력(output)에 광범위하게 의존된다. 추가적으로, 압력 손실이 선호되지 않는 방법으로 증가되지 못한다면, 인접 벽의 언듈레이션은 미리 선택된 오프셋에서 흐름 방향으로 배열될 수 있다. 게다가, 언듈레이션의 선단에 제공된 만곡된 부분은 원형과 타원형의 형상을 가질 수 있으며, 또한 그 외의 다른 곡선을 따를수 있다. 본 발명은 핀(fin)과 같이 형성된, 도면에 도시된 것들 이외에 열 교환 요소에 적용 가능하며, 열 교환기에는 이러한 것들이 장착된다. 주어진 치수 및/또는 부등식는 적어도 부분적으로 특정 장점으로 이용될 수 있지만 연속적인 방법에 있어서 이로 인해 전체 열 교환 요소 전체가 제조되어진다. 그러나 이러한 치수 및/또는 부등식의 편차는 하나 그리고 동일한 열교환 요소 또는 열 교환기 내에 형성될 수 있다. 결론적으로, 다양한 특징은 도면에 기술되고 도시된 것들 이외의 방법으로 서로 조합될 수 있다.It is not limited to the described embodiments which can be modified in a number of ways of the invention. This is above all applicable to the indicated sizes and / or shapes of the various undulations and the density of the device. The choice of the various parameters depends widely on the respective case and the preferred heat exchange or heat transfer output. In addition, if the pressure loss is not increased in an unfavorable manner, the disassembly of adjacent walls can be arranged in the flow direction at a preselected offset. In addition, the curved portion provided at the tip of the undulation may have round and oval shapes, and may also follow other curves. The invention is applicable to heat exchange elements other than those shown in the figures, formed as fins, which are equipped with heat exchangers. Given dimensions and / or inequalities can be used, at least in part, with certain advantages, but in a continuous manner this makes the entire heat exchange element entirely. However, deviations in these dimensions and / or inequalities may be formed in one and the same heat exchange element or heat exchanger. In conclusion, the various features may be combined with one another in ways other than those described and shown in the figures.
본 발명은 첨부된 도면에 따르는 실시예에서 보다 상세하게 기술되어진다. The invention is described in more detail in the embodiments according to the accompanying drawings.
도 1은 라멜라 형상(주름잡힌 립)의 언듈레이션 벽을 가지는, 본 발명에 따르는 열 교환 요소의 대표도.1 is a representation of a heat exchange element according to the present invention having a lamella-shaped (wrinkled lip) wall of undulation.
도 2는 본 발명에 따라 구성된, 도 1에 따르는 열 교환 요소의 복수의 인접 벽을 도시한 확대도.2 shows an enlarged view of a plurality of adjacent walls of the heat exchange element according to FIG. 1, constructed in accordance with the invention;
도 3은 도 1에 따르는 열 교환 요소의 단일 벽에서 도 2에 대응하는 도면.Figure 3 corresponds to figure 2 in a single wall of the heat exchange element according to figure 1;
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따르는 열 교환 요소를 위한 벽의 추가적인 3개의 실시예에서 도 3에 대응하는 도면.4 to 6 correspond to FIG. 3 in three further embodiments of the wall for the heat exchange element according to the invention.
도 7은 다양한 전체 길이를 가지는 4개의 열 교환 요소에서 도 2에 대응하는 도면.FIG. 7 corresponds to FIG. 2 in four heat exchange elements having various overall lengths.
도 8은 본 발명에 따르는 열 교환 요소의 추가적인 실시예의 단일 벽에서 도 3에 대응하는 도면.Figure 8 corresponds to figure 3 in a single wall of a further embodiment of a heat exchange element according to the invention;
도 9 및 도 10은 본 발명에 따르는 열 교환 요소가 모두 제공되고, 플레이트와 같은 구조물을 가지는 열 교환요소와 편평한 파이프 열 교환기의 투시도.9 and 10 are perspective views of a flat pipe heat exchanger and a heat exchange element provided with a plate-like structure, all provided with a heat exchange element in accordance with the present invention.
도 11은 본 발명에 따르는 열 교환 요소가 제공된 이랑 모양의 냉각 몸체의 투시도. 11 is a perspective view of a ridged cooling body provided with a heat exchange element according to the invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1, 11, 12, 20, 33, 46, 48: 벽1, 11, 12, 20, 33, 46, 48: wall
4, 41, 42, 51: 흐름 채널4, 41, 42, 51: flow channel
6, 14: 언듈레이션6, 14: undulation
7: 가상의 중앙 평면7: imaginary central plane
9a, 9b: 선단9a, 9b: tip
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