KR20190044090A - Structural heat exchanger - Google Patents
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Abstract
일부 실시태양에서, 액체 연료가 고온 엔진 챔버의 둘레를 통해 이동할 때 냉각제로서 액체 연료를 사용하는 구조적 열 교환기가 제공된다. 연료 전환기로부터 시작하여 열 교환기 통로를 통해 흐르는 냉각제 채널의 형태는 고온 엔진 챔버의 상부로 이동함에 따라 더 높은 냉각 특성을 요구할 수 있는 챔버의 영역을 고려하기 위해 각도를 변화시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시태양에서, 냉각제 채널을 통한 연료의 초기 통과를 허용하는 연료 전환기는, 유체의 부피가 감소함에 따라 유체가 초기 진입 지점으로부터 더 멀리 이동하는 경우에도, 균일한 압력으로 냉각제 채널을 통해 위로 유체의 통과를 구동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시태양에서, 이는 반경 반향으로 점차적으로 감소하는 단면을 갖는 고리로 형성된 연료 전환기로서 구현될 수 있다.In some embodiments, a structural heat exchanger is provided that uses liquid fuel as the coolant when the liquid fuel travels around the high temperature engine chamber. The shape of the coolant channel, starting from the fuel converter and flowing through the heat exchanger passages, can be configured to change the angle to account for the region of the chamber that may require higher cooling characteristics as it moves to the upper portion of the hot engine chamber. In some embodiments, the fuel transducer that allows the initial passage of fuel through the coolant channel is fluid, such as a fluid that flows upward through the coolant channel at a uniform pressure, even as the fluid moves further away from the initial entry point as the volume of the fluid decreases. Lt; / RTI > In some embodiments, this can be implemented as a fuel injector formed in a loop having a gradually decreasing cross-section with radial echoes.
Description
본 발명에 개시된 주제는 일반적으로 냉각제 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 다양한 산업 응용성을 갖는 구조적 열 교환기에 관한 것이다.The subject matter disclosed herein is generally directed to a refrigerant system. More specifically, the present invention relates to a structural heat exchanger having various industrial applications.
통상적으로, 산업 분야용 냉각제 시스템은 제거 제조 방법을 사용하여 제조되며, 이는 원하는 구조가 생성될 때까지 깍이는 더 큰 재료가 사용되는 것을 의미한다. 따라서 이러한 디자인은 사용된 제조 방법에 의해 제한된다. 또한, 냉각제 시스템은 통상적으로 여러 부품으로 제작되어, 용접으로 함께 고정되는 것이 필요하다. 따라서 제조 및 복제성의 편의를 위해, 이러한 디자인은 여러 장애 지점 또는 다른 높은 응력 영역을 나타낸다. 또한, 보다 신뢰성 있는 제거 제조 방법을 이용하기 때문에, 열 전달, 냉각 디자인을 위한 최적의 기하학적 구조가 사용되지 않는다. 따라서, 열교환 냉각제 시스템 및 이의 다양한 구성요소를 생성하는 새로운 방법을 개발하는 것이 바람직하다.Typically, a refrigerant system for an industrial sector is manufactured using a removal manufacturing method, which means that a larger material is used to cut until the desired structure is created. This design is therefore limited by the manufacturing method used. It is also necessary that the coolant system is typically made of several parts and secured together by welding. Thus, for ease of manufacture and reproducibility, this design represents multiple points of failure or other high stress areas. Also, because of the use of more reliable removal manufacturing methods, the optimal geometry for heat transfer, cooling design is not used. Accordingly, it is desirable to develop a new method of creating a heat exchange coolant system and its various components.
본 발명의 양태들은 적층 제조를 사용하여 만들어질 수 있는 최적의 열 전달 및 냉각 특성을 가진 구조적 열 교환기 디자인을 나타낸다.Aspects of the present invention represent a structural heat exchanger design with optimal heat transfer and cooling characteristics that can be made using laminate manufacturing.
일부 실시태양에서, 열 교환기는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은: 주위 용량에 비해 높은 열 용량을 함유하는 영역을 적어도 부분적으로 둘러싸는 벽; 및 벽 내의 빈 채널 공간에 의해서 각각 정의되는 복수의 냉각제 채널;을 포함하며, 냉각제 채널들은 유체가 벽 내에서 유동하도록 구성되며, 하우징은 적층 제조를 사용하여 제조된다.In some embodiments, the heat exchanger includes a housing, the housing comprising: a wall at least partially surrounding an area containing a higher thermal capacity relative to ambient capacity; And a plurality of coolant channels, each defined by an empty channel space within the wall, wherein the coolant channels are configured to allow fluid to flow within the wall, and wherein the housing is fabricated using laminate manufacturing.
열 교환기의 일부 실시태양에서, 복수의 냉각제 채널의 각각은 콩 형태의 단면 영역의 적어도 일부분을 갖는다.In some embodiments of the heat exchanger, each of the plurality of coolant channels has at least a portion of the cross-sectional area in the form of a bean.
열 교환기의 일부 실시태양에서, 복수의 냉각제 채널의 각각은 둥근 모서리를 갖는 사다리꼴 형태의 단면 영역의 적어도 일부분을 갖는다.In some embodiments of the heat exchanger, each of the plurality of coolant channels has at least a portion of a cross-sectional area in a trapezoidal shape having rounded corners.
열 교환기의 일부 실시태양에서, 복수의 냉각제 채널은 평행한 오목한 곡선들을 갖는 형태의 단면 영역의 적어도 일부를 갖으며, 오목한 곡선들 중 하나는 높은 열 용량 영역에 가장 가까운 내부 벽면에 가장 근접하게 위치되고, 제2 오목한 곡선 높은 열 용량 영역으로부터 가장 먼 외부 벽면에 가장 근접하게 위치된다.In some embodiments of the heat exchanger, the plurality of coolant channels have at least a portion of the cross-sectional area in the form of parallel concave curves, and one of the concave curves is located closest to the inner wall surface closest to the high heat capacity area And the second concave curve is located closest to the outer wall surface farthest from the high heat capacity region.
열 교환기의 일부 실시태양에서, 복수의 냉각제 채널의 각각은 벽의 하나 이상의 기능적 또는 구조적 특성을 정의하는 복수의 경계 조건을 충족시킴으로써 정의된 형태의 단면 영역의 적어도 일부분을 갖는다.In some embodiments of the heat exchanger, each of the plurality of coolant channels has at least a portion of a cross-sectional area of a defined shape by meeting a plurality of boundary conditions defining one or more functional or structural characteristics of the wall.
열 교환기의 일부 실시태양에서, 복수의 경계 조건은 벽이 충족시켜야 하는 적어도 하나의 열적 조건; 벽이 충족시켜야 하는 적어도 하나의 구조적 조건; 벽이 충족시켜야 하는 벽에 관한 적어도 하나의 재료 특성; 및 복수의 냉각제 채널이 충족시켜야 하는 냉각제 채널의 적어도 하나의 재료 특성을 포함한다. 일부 실시태양에서, 복수의 경계 조건은 냉각제 채널의 제 1 위치에 적용되는 제 1 복수의 경계 조건이고 복수의 냉각제 채널의 각각은 상기 제 1 복수의 경계 조건과 다른 제 2 복수의 경계 조건을 충족시킴으로써 정의되는 제 2 형태의 단면 영역의 적어도 일부분을 제 2 위치에 가진다.In some embodiments of the heat exchanger, the plurality of boundary conditions includes at least one thermal condition that the wall must meet; At least one structural condition that the wall must meet; At least one material characteristic on the wall the wall must meet; And at least one material characteristic of a coolant channel that a plurality of coolant channels must meet. In some embodiments, the plurality of boundary conditions is a first plurality of boundary conditions applied to the first location of the coolant channel and each of the plurality of coolant channels meets a second plurality of boundary conditions different from the first plurality of boundary conditions At least a portion of the cross-sectional area of the second type defined by the second cross-sectional area.
열 교환기의 일부 실시태양에서, 복수의 냉각제 채널은 벽 내의 상이한 위치에서 피치 각도가 변한다.In some embodiments of the heat exchanger, the plurality of coolant channels vary in pitch angle at different locations within the wall.
열 교환기의 일부 실시태양에서, 복수의 냉각제 채널의 적어도 하나는 제 1 형태로 형성된 제 1 단면 영역을 제 1 위치에 포함하고, 제 2 형태로 형성된 제 2 단면 영역을 제 2 위치에 포함한다. 일부 실시태양에서, 제 1 형태는 콩 형태이고, 제 2 형태는 타원 형태이다.In some embodiments of the heat exchanger, at least one of the plurality of coolant channels includes a first cross-sectional area formed in a first configuration at a first location and a second cross-sectional area configured at a second location at a second location. In some embodiments, the first form is a soy form and the second form is an elliptical form.
열 교환기의 일부 실시태양에서, 복수의 냉각제 채널은 벽 내의 상이한 위치에서 단면 영역의 크기가 변한다.In some embodiments of the heat exchanger, the plurality of coolant channels vary in size of the cross-sectional area at different locations within the wall.
열 교환기의 일부 실시태양에서, 벽은 실린더로서 형성된다.In some embodiments of the heat exchanger, the wall is formed as a cylinder.
열 교환기의 일부 실시태양에서, 벽은 복수의 냉각제 채널의 적어도 일부를 보관하는 평면 플레이트를 포함한다.In some embodiments of the heat exchanger, the wall includes a planar plate that holds at least a portion of the plurality of coolant channels.
열 교환기의 일부 실시태양에서, 하우징은 적층 제조를 사용하여 단일체로 제조된다.In some embodiments of the heat exchanger, the housing is made monolithically using laminate manufacturing.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.Are included in the scope of the present invention.
일부 실시태양은 첨부된 도면의 도면에서 제한이 아닌 예로서 도시된다.
도 1은 본 발명의 새롭고 명백하지 않은 특징을 강조하기 위한 비교점으로 역할을 하는 전통적 냉각제 시스템에 대한 설명을 제공한다.
도 2는 균일한 고리 반경을 갖는 연료 전환기를 도시한다.
도 3은 일부 실시태양에 따라, 감소하는 반경 고리의 형태를 갖는 연료 전환기를 도시한다.
도 4는 유체 전환기로부터 각각의 채널을 통해 전달되는 유체의 예를 도시한다.
도 5은 일부 실시태양에 따라, 유체 전환기로부터 분지 통로로 진입할 때 액체의 방향 및 크기의 유동 벡터 시뮬레이션의 도면을 도시한다.
도 6는 본 발명의 열 교환기를 이용하는 엔진의 하부의 반투명도를 도시한다.
도 7은 엔진의 하부의 원주둘레를 감쌀 때, 단부에 의해 훨씬 작은 반경을 갖는 연료 전환기의 확대도를 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 전형적인 냉각 채널의 단면 및 이들의 열 전달 특성을 도시한다.
도 9, 10 및 11은 본 발명의 일부 실시태양에 따라, 냉각 통로의 단면 영역으로서 사다리꼴 통로를 도시한다.
도 12는 일부 실시태양에 따라, 냉각 통로의 단면 영역에 대한 콩 형태를 도시한다.
도 13은 어떻게 냉각 통로의 상부가 원형 또는 타원형에 보다 유사하게 형성될 수 있는지를 예시한다.
도 14은 일부 실시태양에 따라 냉각 통로의 하향식 도면을 도시한다.
도 15-16은 일부 실시태양에 따라, 어떻게 냉각 통로의 피치, 단면 형태 및 크기가 채널이 구조의 챔버 벽을 따라 상승함에 따라 변할 수 있는지의 상이한 도면을 도시한다.
도 17은 콩 형태 냉각제 채널의 단면 영역의 한 예를 도시한다.
도 18a는 직사각형 냉각제 채널을 갖는 실린더 벽이 어떻게 보이는지를 도시하는 반면 도 18b는 콩 형태 채널을 갖는 실린더가 어떻게 보이는지를 도시한다.
도 19는 직사각형 단면 채널의 결과에 대한 열적 윤곽을 도시한다.
도 20은 원형 단면 채널의 결과에 대한 열적 윤곽을 도시한다.
도 21는 콩 형태 단면 채널의 결과에 대한 열적 윤곽을 도시한다.
도 22은 온도 밴딩을 강조하는 직사각형 단면의 확대된 시각적 결과를 도시한다.
도 23은 온도 밴딩을 강조하는 원형 단면의 확대된 시각적 결과를 도시한다.
도 24는 온도 밴딩을 강조하는 콩 형태 단면의 확대된 시각적 결과를 도시한다.
도 25 및 26는 일부 실시태양에 따라, 콩 형태 냉각제 채널을 갖는 평판의 상이한 각도로부터의 예를 도시한다.
도 27 및 28은 콩 형태 냉각제 채널을 상부 표면에 갖으나 콩 형태의 오목한 기하학적 구조와 일치하는 물결 표면을 하부에 갖는 평면 플레이트를 도시한다.
도 29은 일부 실시태양에 따라, 임의의 수의 냉각제 채널을 가지며, 다양한 산업적 응용분야의 변하는 요구를 충족시키도록 제작된 임의의 다양한 단면 형태를 갖는 구조적 열 교환기를 개발하기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 30은 기계 판독 가능 매체로부터 명령을 판독하고 본 발명에 논의된 임의의 하나 이상의 방법을 수행할 수 있는, 일부 예시적인 실시태양에 따른, 기계의 구성 요소를 예시하는 블록도이다.Some embodiments are shown by way of example and not by way of limitation in the figures of the accompanying drawings.
Figure 1 provides a description of a traditional coolant system that serves as a point of comparison for highlighting new and less obvious features of the present invention.
Figure 2 shows a fuel converter with a uniform ring radius.
Figure 3 shows a fuel transducer having a shape of a decreasing radius ring, according to some embodiments.
Figure 4 shows an example of fluid delivered through each channel from a fluid diverter.
Figure 5 shows a diagram of a flow vector simulation of the direction and magnitude of liquid as it enters a branch passage from a fluid diverter, in accordance with some embodiments.
Figure 6 shows the translucency of the bottom of the engine using the heat exchanger of the present invention.
Figure 7 shows an enlarged view of the fuel transducer having a much smaller radius by its end when wrapping around the circumference of the bottom of the engine.
Figures 8A and 8B show cross sections of typical cooling channels and their heat transfer characteristics.
Figures 9, 10 and 11 illustrate a trapezoidal passage as a cross-sectional area of a cooling passage, according to some embodiments of the present invention.
Figure 12 illustrates the shape of the beans for the cross-sectional area of the cooling passages, in accordance with some embodiments.
Figure 13 illustrates how the top of the cooling passage can be formed more like a circular or elliptical shape.
Figure 14 shows a top-down view of the cooling passages in accordance with some embodiments.
Figures 15-16 illustrate different views of how the pitch, cross-sectional shape and size of the cooling passages can vary as the channel rises along the chamber walls of the structure, in accordance with some embodiments.
Figure 17 shows an example of the cross-sectional area of the bean form coolant channel.
Figure 18a shows how a cylinder wall with a rectangular coolant channel looks, whereas Figure 18b shows how a cylinder with a bean-shaped channel looks.
19 shows a thermal contour for the result of a rectangular cross-sectional channel.
Figure 20 shows a thermal contour for the result of a circular cross-sectional channel.
Figure 21 shows a thermal contour for the results of the bean-shaped cross-section channel.
Figure 22 shows an enlarged visual result of a rectangular cross-section that emphasizes temperature banding.
Figure 23 shows an enlarged visual result of a circular section emphasizing temperature banding.
Figure 24 shows an enlarged visual result of a bean-shaped section that emphasizes temperature banding.
Figures 25 and 26 illustrate examples from different angles of a plate with bean coolant channels, according to some embodiments.
27 and 28 illustrate a planar plate having a wavy surface at the bottom with a bean-shaped coolant channel at the top surface, but coinciding with the concave geometry of the bean-shaped geometry.
29 is a flow diagram of an exemplary method for developing a structural heat exchanger having any of a variety of cross-sectional shapes designed to meet the varying needs of various industrial applications, having any number of coolant channels, according to some embodiments. / RTI >
30 is a block diagram illustrating components of a machine, in accordance with some example embodiments, capable of reading instructions from a machine-readable medium and performing any one or more of the methods discussed herein.
다양한 산업 분야용 냉각제 시스템은 생산을 위해 전통적인 제거 제조 방법에 의존한다. 결과적으로, 이들의 디자인은 채택된 제조 방법의 한계를 반영한다. 고 성능 산업 장치는 일반적으로 하나 이상의 부품으로 만들어지며 고압 영역을 밀봉하기 위해 O-링 또는 기타 가스켓을 사용하여 함께 용접되거나 고정된다. 이러한 디자인은 여러 장애 지점을 나타낸다.Refrigerant systems for a variety of industries rely on traditional removal manufacturing methods for production. As a result, their design reflects the limitations of the manufacturing process employed. High-performance industrial devices are generally made of one or more parts and welded together or fixed together using O-rings or other gaskets to seal the high pressure area. These designs represent multiple points of failure.
적층 제조(AM)를 통한 냉각제 시스템의 생성은 이전에는 볼 수 없었던 많은 개선점을 제공한다. AM 기술을 사용하여 일련의 열 교환기 채널을 단일 부품으로 인쇄하는 능력은 중력을 줄이면서 내구성과 유용성을 증가시킨다. 적층 제조 방법이 구성요소를 생산할 수 있는 속도는 또한 가장 민첩한 전통적인 제조 공정을 능가한다. 전통적인 제조 방식을 사용하여 이전에는 달성할 수 없었던 새로운 기하학적 구조를 생산하는 능력이 무한한 성능 개선에 대한 길을 열었다.The creation of a coolant system through lamination (AM) offers many improvements that were not previously available. The ability to print a series of heat exchanger channels in a single part using AM technology reduces durability and usability while reducing gravity. The speed at which a laminate manufacturing method can produce components also outstrips the most agile traditional manufacturing process. Using traditional manufacturing methods, the ability to produce new geometric structures, previously unattainable, paved the way for infinite performance improvements.
사실, 적층 제조 방법은 심지어 가장 복잡한 기하학적 구조의 생산을 가능하게 한다. 이것이 디자이너가 전통적인 제조 기술을 디자인하는 부담을 주지 않으면 서 최적화된 구조를 생성하는 것을 가능하게 한다.In fact, the laminate manufacturing method makes it possible to produce even the most complicated geometric structures. This makes it possible for designers to create optimized structures without imposing the burden of designing traditional manufacturing techniques.
본 발명의 양태는 추가 제조 기술을 허용하여 제조될 수 있는 최적의 열 교환기 및 냉각 특성이 있는 구조적 열 교환기 디자인에 관한 것이다. 열 교환기는 조인트, 패스너 또는 손상 위험을 제공할 수 있는 임의의 다른 영역을 갖지 않는 단일 부품으로 생성될 수 있다. 본 명세서에 설명된 디자인을 도출하는 디자인 및 원리는 또한 패스너 및 기타 외부 하드웨어에 대한 필요성을 없앰으로써 산업 장치의 중량을 줄일 수 있다. 일반적으로, 산업 장치의 중량은 필요한 구조 주위에 외부 재료를 포함시키는 것을 배제하도록 최적화될 수 있다. 또한, 산업 장치는 고압을 유지하면서 헤드 손실을 최소화하면서 연료 및 기타 유체에 대한 최적의 유동으로 높은 에너지 효율을 갖도록 디자인될 수 있다.Aspects of the present invention are directed to a structural heat exchanger design with optimal heat exchanger and cooling characteristics that can be fabricated by allowing additional manufacturing techniques. Heat exchangers can be created as a single part that does not have joints, fasteners, or any other area that can provide a risk of damage. The design and principles that derive the design described herein can also reduce the weight of an industrial device by eliminating the need for fasteners and other external hardware. In general, the weight of the industrial device can be optimized to exclude inclusion of external material around the required structure. Industrial devices can also be designed to have high energy efficiency with optimal flow for fuel and other fluids while maintaining high pressure while minimizing head loss.
일부 실시태양에서, 액체 연료가 고온 엔진 챔버의 둘레를 통해 이동할 때 냉각제로서 액체 연료를 사용하는 구조적 열 교환기가 제공된다. 연료 전환기로부터 시작하여 열 교환기 통로를 통해 흐르는 냉각제 채널의 형태는 고온 엔진 챔버의 상부로 이동함에 따라 더 높은 냉각 특성을 요구할 수 있는 챔버의 영역을 고려하기 위해 각도를 변화시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시태양에서, 냉각제 채널을 통한 연료의 초기 통과를 허용하는 연료 전환기는, 유체의 부피가 감소함에 따라 유체가 초기 진입 지점으로부터 더 멀리 이동하는 경우에도, 균일한 압력으로 냉각제 채널을 통해 위로 유체의 통과를 구동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시태양에서, 이는 반경 반향으로 점차적으로 감소하는 단면을 갖는 고리로 형성된 연료 전환기로서 구현될 수 있다.In some embodiments, a structural heat exchanger is provided that uses liquid fuel as the coolant when the liquid fuel travels around the high temperature engine chamber. The shape of the coolant channel, starting from the fuel converter and flowing through the heat exchanger passages, can be configured to change the angle to account for the region of the chamber that may require higher cooling characteristics as it moves to the upper portion of the hot engine chamber. In some embodiments, the fuel transducer that allows the initial passage of fuel through the coolant channel is fluid, such as a fluid that flows upward through the coolant channel at a uniform pressure, even as the fluid moves further away from the initial entry point as the volume of the fluid decreases. Lt; / RTI > In some embodiments, this can be implemented as a fuel injector formed in a loop having a gradually decreasing cross-section with radial echoes.
일부 실시태양에서, 냉각제 채널의 단면 영역은 특정 목적 또는 경계 조건을 충족시키도록 특별히 형성될 수 있다. 예를 들어, 경계 조건은 냉각제 채널이 일정한 열 유량을 생성하여 스러스트 챔버 벽을 따라서 그리고 산업 장치의 벽 내의 임의의 특정 지점에 대한 열 변형을 감소시켜야 한다는 것을 명시할 수 있다. 일부 실시태양에서, 이것은 사다리꼴 형태 또는 다른 경우에 콩 형태의 단면 영역을 갖도록 냉각제 채널을 생성함으로써 달성될 수 있다. 일부 실시태양에서, 냉각제 채널의 사다리꼴 또는 콩 형태는, 냉각제 채널이 엔진의 연료 인젝터 부분에 접근하고 유체가 분배되려고 할 때, 채널의 경로를 따라 타원형 또는 원형으로 점진적으로 변환될 수 있다.In some embodiments, the cross-sectional area of the coolant channel may be specifically formed to meet a particular purpose or boundary condition. For example, the boundary condition may specify that the coolant channel should produce a constant heat flow rate to reduce thermal deformation along the thrust chamber wall and at any particular point within the wall of the industrial device. In some embodiments, this can be accomplished by creating a coolant channel to have a trapezoidal shape or otherwise have a bean-shaped cross-sectional area. In some embodiments, the trapezoidal or bean shape of the coolant channel can be gradually converted to an elliptical or circular shape along the path of the channel when the coolant channel approaches the fuel injector portion of the engine and the fluid is about to be dispensed.
일부 실시태양에서, 다중 경계 조건 특성을 충족시키는 것에 기초하여 냉각제 채널의 디자인을 유도하는 방법이 제시된다. 이런 특성은 내벽이 특정 열 유량 조건을 충족시키게 하고, 채널을 함유하는 벽이 특정 열 용량을 충족시키게 하고, 채널의 특정 부분이 특정 압력 조건에 도달시키게 하고, 특정 위치에서 다양한 요구를 충족시키기 위해 채널의 경로를 따라 여러 상이한 위치에서 이런 특성을 변화시키는 것을 포함할 수 있다.In some embodiments, a method of deriving a design of a coolant channel based on meeting multiple boundary condition characteristics is presented. This property allows the walls to meet specific heat flow conditions, allows the walls containing the channels to meet specific heat capacities, allows certain portions of the channels to reach certain pressure conditions, And changing these properties at various different locations along the path of the channel.
일부 실시태양에서, 구조적 열 교환기는 변화하는 단면 영역을 갖는 복수의 냉각제 채널을 포함한다. 또한, 임의의 단일 냉각수 채널의 경우, 단면 영역은 이런 위치에서 변하는 경계 조건을 충족하도록, 형태를 점차 변화시킬 수 있다. 일부 실시태양에서, 냉각제 채널의 구조는 실린더, 평판, 파형판 또는 본 발명의 원리와 일치하는 다른 배열의 형태일 수 있다. In some embodiments, the structural heat exchanger includes a plurality of coolant channels having varying cross-sectional areas. Also, for any single coolant channel, the cross-sectional area can gradually change shape to meet the boundary conditions that vary at this location. In some embodiments, the structure of the coolant channel may be in the form of a cylinder, plate, corrugated plate or other arrangement conforming to the principles of the present invention.
본 발명에 기술된 다양한 실시태양에 따른 구조적 열 교환기는 가스 발생기 터보 기계, 발전 열 교환기, 자동차 엔진, HVAC 장치, 서버 냉각 모듈 및 발전소 원자로 및 전력 수요가 많은 다양한 차량과 같은 고성능 열 교환을 위한 필요를 가진 응용분야를 포함하는 비 제한적인 매우 다양한 산업적 응용분야에 사용될 수 있다. The structural heat exchangers according to the various embodiments described in the present invention need to have high performance heat exchangers, such as gas generator turbo machines, power generation heat exchangers, automotive engines, HVAC units, server cooling modules and power plants, Which can be used in a wide variety of non-limiting industrial applications.
도 4는 열 교환기에서 냉각제 채널에 대한 배경을 제공하고 본 발명의 새롭고 명백하지 않은 특징을 강조하기 위한 비교점으로서 역할을 하는 전통적인 엔진 디자인에 대한 설명을 제공한다.Figure 4 provides a description of a traditional engine design that serves as background for coolant channels in a heat exchanger and serves as a point of comparison for emphasizing the new and less obvious features of the present invention.
여기서, 종래의 제조 방법을 사용하는 통상적인 재생 냉각 채널의 단면 형상이 도시된다. 다중 재료 전통 제조는 직사각형 재생 냉각 채널을 생성하는 경향이 있다.Here, a cross-sectional shape of a conventional regenerative cooling channel using a conventional manufacturing method is shown. Traditional multi-material fabrication tends to create rectangular regenerative cooling channels.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 양태는 통상적인 엔진 디자인 및 제조에서 발견된 이러한 문제 중 임의의 것 및 전부를 해결하는 방식으로 디자인되고 제조되는 엔진에 전형적으로 수용되는 재생 냉각제 채널을 갖는 구조적 열 교환기를 제공한다.As noted above, aspects of the present invention provide structural heat with recycled coolant channels typically accommodated in engines designed and manufactured in a manner that addresses any and all of these problems found in conventional engine design and manufacture Exchange.
도 2-7을 참조하면, 일부 실시태양에 따라, 기술된 다수의 문제를 해결하는 연료 전환기의 실시태양이 논의된다.Referring to Figures 2-7, in accordance with some embodiments, an embodiment of a fuel converter for solving a number of problems described is discussed.
도 2을 참조하면, 균일한 고리 반경을 갖는 연료 전환기가 도시된다. 연료 전환기는 연료가 챔버의 상부에서 분사되기 전에 냉각제로서 작용하도록 엔진의 벽을 따라 연료가 위로 유동하도록 엔진의 하부에 위치될 수 있다. 회색조 구배는 적층적으로 제조된 엔진을 통한 재생 냉각의 난류 시뮬레이션을 도시한다. 이 엔진의 발산 부분에 존재하는 비 균일 난류는 비효율적인 전환기 디자인을 나타낸다. Referring to Figure 2, a fuel converter with a uniform ring radius is shown. The fuel transducer may be located at the bottom of the engine so that the fuel flows up the wall of the engine to act as a coolant before the fuel is injected at the top of the chamber. Grayscale gradients illustrate the turbulent simulation of regenerative cooling through a stacked engine. The nonuniform turbulence present in the diverging portion of this engine represents an inefficient switching design.
도 3를 참조하면, 일부 실시태양에 따라, 감소하는 반경의 고리 형태의 연료 전환기가 제공된다. 난류를 감소시키고 연료 전환기에 의해 공급되는 재생 냉각 채널의 각각(예를 들어, 48개의 전체 냉각 채널)에 대한 동일한 질량 유동의 연료를 보장하기 위해, 감소하는 반경의 고리 형태의 연료 전환기가 사용될 수 있다. 고리는 연료 입구의 직경과 동일한 직경으로 시작하여 분지 채널의 각각으로 전환되는 연료의 양에 비례하여 감소한다. 이것은 각 채널에 동일한 질량 유동이 전달되는 일정한 압력 고리를 형성한다. 이것은 재생 냉각에 의한 챔버 벽의 균등 한 냉각을 보장하고, 이어서, 부착된 연료 인젝터 통로에 의해 분사되는 연료의 적절한 분배를 보장한다. 표준 전환 통로는 난류로 인한 압력 강하에 대한 원인이 되지 않는다. 이것은 다양한 동일 방향 전환 채널간에 예기치 않은 불균일한 질량 유동의 분포를 초래한다. 이런 유체의 불균일한 분배는 잠재적으로ㄴ 파괴적인 엔진 핫스팟 및 인젝터-유도 연소 불안정성을 초래할 수 있다.Referring to Figure 3, in accordance with some embodiments, there is provided a fuel converter in the form of a ring of reduced radius. In order to reduce turbulence and ensure fuel of the same mass flow for each of the regenerative cooling channels (for example, 48 total cooling channels) supplied by the fuel converter, a fuel converter of a ring-shaped shape with a decreasing radius can be used have. The loop begins with the same diameter as the diameter of the fuel inlet and decreases in proportion to the amount of fuel converted into each of the branch channels. This creates a constant pressure loop through which the same mass flow is delivered to each channel. This ensures equal cooling of the chamber walls by regenerative cooling and then ensures proper distribution of the fuel injected by the attached fuel injector passages. The standard switching passage does not cause pressure drop due to turbulence. This results in an unexpected distribution of uneven mass flow between the various directional transition channels. Non-uniform distribution of such fluids can potentially result in b destructive engine hot spots and injector-induced combustion instability.
도 4은 유체 전환기로부터 각각의 채널을 통해 전달되는 유체의 예시를 도시한다. 회색조 구배는 각 통로에서의 압력 강하가 동일함을 보여 주며, 이는 부분적으로는 고리의 감소하는 반경으로 인한 것이다.Figure 4 shows an example of a fluid delivered through each channel from a fluid diverter. Grayscale gradients show that the pressure drop across each pass is the same, partly due to the decreasing radius of the rings.
도 5은 일부 실시태양에 따라, 액체가 유체 전환기로부터 분지 통로에 진입함에 따라 액체의 방향 및 크기의 유동 벡터 시뮬레이션을 도시한다. 도시된 바와 같이, 유체 분지의 방향은 난류 유동이 통로로 진입할 때 일반적으로 고르게 분포된다는 점에서 일반적으로 균일하다. 또한, 각 유동 벡터의 크기는 일반적으로 동일한 길이이며, 이는 일반적으로 균일한 압력을 나타낸다. 이 예시는 유체 전환기의 감소하는 반경으로 인해 각 통로에서 전형적일 수 있다.Figure 5 illustrates a flow vector simulation of the direction and magnitude of a liquid as it enters a branch passage from a fluid diverter, in accordance with some embodiments. As shown, the direction of the fluid branch is generally uniform in that the turbulent flow is generally uniformly distributed as it enters the passageway. In addition, the magnitude of each flow vector is generally the same length, which generally represents a uniform pressure. This example may be typical in each passageway due to the decreasing radius of the fluid diverter.
일반적으로, 도 4 및 5에 도시된 전환기의 기하학적 구조는 어떻게 감소하는 환형 전환기가 원하는 질량 유량을 임의의 수의 통로로 공급할 수 있는지를 입증한다. 이것이 기하학적 영역에 의해 결정된 유동 방향과 유체 경로가 최대로 균일한 연료의 방향 흐름을 항상 유지한다. 이 디자인은 원하는 질량 유량을 갖는 많은 오리피스를 공급할 수 있다. 분지 오리피스는, 오리피스 사이의 질량 유동의 특정 불균일 분포가 요구되는 경우, 크기가 동일하거나 다를 수 있다. 감소하는 환형 전환기는 압력 또는 질량 유량과 같은 광범위한 입력 조건에 대해 원하는 질량 유량을 유지할 수 있다. 이것은 또한 일정한 압력 고리를 생성할 때 이러한 변화를 고려하여 반응 또는 비정상 유동인 다양한 유체 상의 최적 유량을 전달하는데 사용될 수 있다.Generally, the geometry of the diverter shown in Figs. 4 and 5 demonstrates how the decreasing annular diverter can supply the desired mass flow rate through any number of passages. This always maintains the directional flow of the fuel with the flow direction and the fluid path determined by the geometric region being maximally uniform. This design can supply many orifices with the desired mass flow rate. The branch orifices may be the same or different in size if a certain non-uniform distribution of mass flow between the orifices is required. The decreasing cyclic diverter can maintain the desired mass flow rate for a wide range of input conditions such as pressure or mass flow rate. It can also be used to deliver optimal flow rates over various fluids that are reactive or unsteady flows, taking into account such changes when producing a constant pressure loop.
본 발명의 전환기 디자인은, 일부 실시태양에 따라, 다른 유체 통로에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 기술된 전환기의 감소하는 반경의 환형 디자인은 인젝터 오리피스 계면 또는 일반적으로 하나 또는 소수의 유체 진입점을 사용하고 유체를 실질적으로 균일한 압력 강하로 여러 또는 다수의 유체 통로에 전달하는 유체 통로의 임의의 세트에 적용될 수 있다.The diverter design of the present invention may also be applied to other fluid passages, in accordance with some embodiments. For example, the annular design of the reducing radii of the diverter described in the present invention uses an injector orifice interface or generally one or a small number of fluid entry points and allows the fluid to flow into several or more fluid passages with a substantially uniform pressure drop And may be applied to any set of fluid passageways that communicate.
도 6을 참조하면, 일부 실시태양에 따라, 다른 구성요소의 문맥에서, 연료 전환기(610)을 예시하는 엔진의 하부의 반투명도가 도시된다. 이들은 스러스트 챔버의 연료 입구(605) 및 노즐(615)을 포함한다. 복수의 냉각 채널 또한 도시된다. 도시된 바와 같이, 도 7의 확대도에 의해, 연료 전환기(610)는 엔진 하부의 둘레를 감싸기 때문에, 이의 단부에 훨씬 작은 반경을 갖는다. 일부 실시태양에서, 연료 전환기의 단부는 폐쇄 루프를 형성하기 위해 시작부에 연결될 수 있는 반면, 다른 경우에 단부는 분리된다. 도 7은 또한 어떻게 연료 입구가 연료 전환기의 진입 통로에 결합되는지를 도시한다.Referring to Figure 6, in accordance with some embodiments, in the context of another component, the translucency of the lower portion of the engine illustrating
도 8a-16을 참조하면, 일부 실시태양에 따라, 상기한 다수의 문제를 해결하는 재생 냉각 채널의 실시태양이 논의된다.Referring to Figures 8A-16, in accordance with some embodiments, an embodiment of a regenerative cooling channel that solves the above-described plurality of problems is discussed.
재생(또는 재생) 냉각은 엔진 챔버 내벽으로부터 열을 제거하는 수단으로서 널리 사용된다. 냉각 채널은 전체 엔진 또는 다른 구조의 일부로서 케이싱 또는 하우징 구조에 일반적으로 포함될 수 있는 내벽 내에 위치한다. 가압 연료는 챔버 벽 내에 매립되거나 챔버 벽을 감싸는 채널을 통해 공급된다. 연료는 그 속으로 열이 유동하는 감속 유체(moderating fluid)로 사용된다. 이 과정이 챔버 벽을 냉각시켜, 재료 열화, 용융, 바람직하지 않은 상전이 또는 입자 변형을 방지하고 구성부품 수명을 늘린다.Regeneration (or regeneration) cooling is widely used as a means for removing heat from the engine chamber inner wall. The cooling channel is located within the interior wall, which may generally be included in the casing or housing structure as part of the overall engine or other structure. The pressurized fuel is either buried in the chamber wall or supplied through a channel surrounding the chamber wall. The fuel is used as a moderating fluid in which heat flows into it. This process cools the chamber walls, preventing material degradation, melting, undesirable phase transition or particle deformation and increasing component life.
표준 재생 냉각 방식은 챔버를 작은 유체 수송 채널로 감싸는 단계, 직사각형 채널을 엔진 벽으로 제조하는 단계, 원형 채널을 엔진 벽으로 제조하는 단계를 포함한다. 적층 제조는 전통적인 제조 방법을 사용하여 생산할 수 없는 수많은 진보된 채널 디자인의 구현을 가능하게 한다.The standard regeneration cooling system includes enclosing the chamber in a small fluid transport channel, fabricating the rectangular channel into an engine wall, and fabricating the circular channel into an engine wall. Lamination manufacturing enables the implementation of numerous advanced channel designs that can not be produced using conventional manufacturing methods.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 전형적인 냉각 채널의 단면과 이의 열 전달 특성이 도시된다. 직사각형 채널은 제조가 용이하고 열 전달 특성이 우수하기 때문에 일반적으로 사용된다. 직사각형 채널은 또한 다른 기하학적 형태와 달리 열 전달을 증가시키기 위해 큰 가스 측벽 표면 영역을 제공한다. 그러나, 이 방법은 직사각형 형태로 인한 나쁜 온도 분포 때문에 최적이 아니다. 직사각형 채널의 날카로운 가장자리는 도 8b의 모서리에서 불균일한 색상 구배에 의해 입증되는 바와 같이, 각각의 개별 채널의 모서리에서 응력 집중을 야기한다. 날카로운 가장자리에 의한 응력 집중은 바람직하지 않지만 이 방법은 제조가 쉽기 때문에 일반적으로 사용된다.8A and 8B, a cross-section of a typical cooling channel and its heat transfer characteristics are shown. Rectangular channels are commonly used because they are easy to manufacture and have excellent heat transfer characteristics. Rectangular channels also provide large gas sidewall surface areas to increase heat transfer, unlike other geometric shapes. However, this method is not optimal due to the bad temperature distribution due to the rectangular shape. The sharp edges of the rectangular channels cause stress concentration at the corners of each individual channel, as evidenced by the non-uniform color gradients at the corners of FIG. 8B. Stress concentration due to sharp edges is undesirable, but this method is commonly used because of its ease of manufacture.
원형 채널은 모든 방향의 압력을 분산시켜 응력 집중을 방지하기 때문에 특정 기준에 따라 구조적으로 유리하다. 유사하게, 원형 채널의 최대 표면 영역은 감속 유체로의 열 흐름을 향상시킨다. 그러나, 챔버의 축을 중심으로 방위각 방향으로 분포된 원형 채널 어레이는 챔버 재료 자체의 내부 벽을 따라 불균일한 온도 분포를 생성하여, 상당한 열 응력을 초래한다.Circular channels are structurally advantageous according to certain criteria because they distribute pressure in all directions to prevent stress concentration. Similarly, the maximum surface area of the circular channel improves the heat flow to the reducing fluid. However, a circular channel array distributed azimuthally about the axis of the chamber creates a non-uniform temperature distribution along the inner walls of the chamber material itself, resulting in significant thermal stresses.
가압 및 열 관점에서 더 최적이지만, 냉각제 채널에 대한 비 원형 및 비 직사각형 기하학적 구조는 전통적인 제조 기술을 사용하여 생성하는 것이 훨씬 더 어렵다. 이들이 제공하는 성능, 내구성 및 수명 연장은 이런 진보된 기하학적 구조를 생성하는데 필요한 증가된 제조 비용 및 추가 부품 또는 구성요소보다 중요성이 떨어진다. 그러나 이러한 기하학적 구조는 매우 저렴한 비용으로 적층 제조를 통해 신속하고 정확하게 생성될 수 있다.Although more optimal in terms of pressure and heat, non-circular and non-rectangular geometries for coolant channels are much more difficult to produce using conventional manufacturing techniques. The performance, durability and lifetime extension they provide are less important than the increased manufacturing cost and additional components or components needed to create this advanced geometry. However, such a geometric structure can be generated quickly and accurately through lamination fabrication at a very low cost.
도 9, 10 및 11에 도시되고 본 발명의 일부 실시태양에 따른 사다리꼴 통로는 원형 및 직사각형 통로 모두의 장점을 제공한다. 이들은 또한 적층 제조를 통해 쉽게 생산될 수 있다. 더 큰 가스 측벽 표면 영역은 감속 유체로 더 큰 열 전달을 가능하게 한다. 둥근 가장자리와 외벽에 더 가까운 좁은 단면은 채널 내의 높은 유체 압력으로 인한 높은 압력 차 및 열 팽창의 공간적 차이를 통해 열 응력을 발생시키는 열 고려사항으로 인해 향상된 응력 관리를 제공한다. 도 9는 일반적인 사용시의 사다리꼴 재생 냉각 채널의 내벽을 따르는 열 프로파일을 도시한다. 사다리꼴 채널은 내벽을 따라 온도 구배를 감소시킨다. 도 10은 사다리꼴 냉각제 채널의 열 유량의 그래픽 시뮬레이션을 도시한다. 도시된 바와 같이, 냉각제 채널 주위의 온도 구배가 전체적으로 더욱 균일하여, 모서리 또는 가장자리를 따라 응력 점을 감소시킨다. 도 11은 사다리꼴 냉각제 채널 디자인의 연장된 부분에서의 열 유속의 다른 예시를 도시한다. 채널이 구부러진 경우에도, 열 유속 특성은 각 가장자리와 모서리의 동일한 부분을 따라 일정하게 유지된다.The trapezoidal passages shown in Figures 9, 10 and 11 and according to some embodiments of the present invention provide the advantages of both circular and rectangular passages. They can also be easily produced through lamination. The larger gas sidewall surface area allows for greater heat transfer to the reducing fluid. The narrow edges closer to the rounded edges and the outer walls provide improved stress management due to thermal considerations that generate thermal stresses through spatial differences in high pressure differential and thermal expansion due to high fluid pressure in the channels. Figure 9 shows a thermal profile along the inner wall of a trapezoidal regenerative cooling channel during normal use. The trapezoidal channel reduces the temperature gradient along the inner wall. Figure 10 shows a graphical simulation of the heat flow rate of a trapezoid coolant channel. As shown, the temperature gradient around the coolant channel is more uniform overall, reducing stress points along edges or edges. Figure 11 shows another example of the heat flux at an extended portion of a trapezoid coolant channel design. Even when the channel is bent, the heat flux characteristics remain constant along the same portion of each edge and edge.
재생 냉각 채널에 대한 하나의 신규한 아이디어는 균일한 온도 프로파일이 일정하지 않은 채널 단면으로 달성될 수 있다는 발견으로부터 나온다. 신규한 디자인 방법을 통해, 거의 균일한 온도 프로파일을 가진 단면이 생성되었다. 이러한 형태는 "콩(bean)" 형태로 지칭될 것이며, 이러한 형태를 갖는 냉각제 채널의 일 구현 예가 도 12에 도시된다. 압력 분포는 콩 형태 채널 내에서 균일하다. 등가 응력의 분포는 벽 부분 전체에 걸쳐 균일하지 않지만, 일부 실시태양에 따르면, 소정의 열-구조 경계 조건에 대해 콩 형태 채널에 의해 최소로 최적화된다.One novel idea for regenerative cooling channels arises from the discovery that a uniform temperature profile can be achieved with non-constant channel cross-sections. Through the novel design method, a cross section with a nearly uniform temperature profile was created. This form will be referred to as a " bean " form, and one embodiment of a coolant channel having this shape is shown in FIG. The pressure distribution is uniform within the bean-shaped channel. The distribution of equivalent stresses is not uniform across the wall portion, but, according to some embodiments, is minimally optimized by the bean-shaped channel for a given thermal-structure boundary condition.
(콩과 같이) 평행한 오목 패턴으로 형성된 냉각제 채널의 내벽 및 외벽 가장자리를 가지나, (콩과 같이) 구부러지기 보다는 (마카로니의 굽은 부분의 외형과 유사해 보이는) 더욱 직선인 측면을 가지는 "마카로니" 형태를 갖는 단면 영역과 같은 콩 형태의 다른 변형이 본 발명에 의해 고려될 수 있다. 적층 제조가 각각의 단면 층이 서로간에 점진적으로 형태를 변화시키는 것을 허용할 수 있기 때문에, 이들 다양한 형태 사이에서 점진적으로 변화하는 변형도 고려된다.Quot; macaroni " having a more straight side (similar to the appearance of the curved portion of the macaroni) rather than being curved (as in beans), having an inner wall and an outer wall edge of a coolant channel formed in a concave pattern (such as beans) Other variants of the soybean form, such as a cross-sectional area having a shape, can be considered by the present invention. Since laminate fabrication may allow each cross-sectional layer to gradually change shape with respect to each other, progressively varying deformation between these various shapes is also contemplated.
따라서, 도 13은 이를 고려하기 위해, 어떻게 냉각 통로의 상부가 원형 또는 타원형에 보다 유사하게 형성될 수 있는지를 예시한다. 따라서, 일부 실시태양에서, 냉각 통로는 유체가 이동을 끝내기 전에 냉각 및 더 나은 열 전달을 위해 디자인된 형태(예를 들어, 사다리꼴 또는 콩 형태)로부터보다 더 균일한 형태로 점진적으로 변하도록 디자인된다. 또한, 통로의 처음 부분을 향한, 즉 연료가 연료 전환기로부터 각각의 냉각 통로로 전달될 때 통로의 형태는 타원형에 보다 유사할 수 있고, 이후 더욱 냉각 최적 형태로 점진적으로 변할 수 있다. 이러한 변환은 아래에서 자세히 기술될 것이다.Thus, Figure 13 illustrates how the top of the cooling passage can be formed more similar to a circular or elliptical shape in order to take this into account. Thus, in some embodiments, the cooling passages are designed to progressively change from a form designed for cooling and better heat transfer (e.g., trapezoidal or bean form) to a more uniform form before the fluid has finished moving . Also, the shape of the passageway may be more like an ellipse when it is directed toward the beginning of the passageway, i.e., when the fuel is transferred from the fuel converter to each of the cooling passageways, and may then gradually change to the cooling optimal form. This conversion will be described in detail below.
도 14는 일부 실시태양에 따라, 재생 냉각 통로의 상향식 도면을 도시한다.Figure 14 shows a bottom-up view of the regeneration cooling passage, in accordance with some embodiments.
도 15-16은 일부 실시태양에 따라, 어떻게 냉각 통로의 피치, 단면 형태 및 크기가 채널이 챔버 벽을 따라 상승함에 따라 변할 수 있는지의 상이한 도면을 도시한다. 통상적으로, 전통적인 제조 방식을 사용하는 냉각 채널은 이런 정도의 임의의 것에 따라 변하지 않는다. 그러나, 적층 제조 기술에서 이용가능한 특성으로 인해, 이런 냉각 채널은 엔진 벽을 따라 상이한 지점에서 상이한 필요를 고려하기 위해 다양한 방식으로 조절될 수 있다. Figures 15-16 illustrate different views of how the pitch, cross-sectional shape, and size of the cooling passages can vary as the channel rises along the chamber walls, in accordance with some embodiments. Typically, cooling channels using conventional manufacturing methods do not change with any of these degrees. However, due to the properties available in the lamination fabrication technique, such cooling channels can be adjusted in a variety of ways to account for the different needs at different points along the engine wall.
일반적으로, 채널 단면 형태, 크기 및 피치의 변화는 난류를 구체적으로 조정하여 열 전달을 조정하는데 사용될 수 있다. 이것은 열 전달뿐만 아니라 감속 유체의 온도 및 압력을 제어하는데 사용될 수 있다. 이것은 초임계 감속 유체의 온도와 압력이 임계점을 지나고 가스화 또는 액화가 방지되는 것을 보장하는데 특히 중요한데, 이는 이것이 잠재적으로 엔진에 손상을 줄 수 있기 때문이다. 채널의 단면적을 증가시키고 감소시키는 것은 유체로 열 전달의 축 방향 최적화를 가능하게 한다.In general, changes in channel cross-sectional shape, size, and pitch can be used to tailor the heat transfer by specifically adjusting the turbulence. This can be used to control the temperature and pressure of the deceleration fluid as well as the heat transfer. This is particularly important in ensuring that the temperature and pressure of the supercritical decelerating fluid pass through the critical point and are prevented from being gasified or liquefied, as this can potentially damage the engine. Increasing and reducing the cross-sectional area of the channel enables axial optimization of heat transfer to the fluid.
도 15는 일부 실시태양에 따라, 변화하는 부분에서 상이한 피치 각도 및 형태 변화를 갖는 냉각 채널의 상향식 도면을 도시한다. 이 도면은 스롯으로 상승하는 부분만 도시하는데(도 16 참조), 이는 스롯으로부터 유동하는 채널의 나머지 부분은 넓어져서 보이지 않게 되기 때문이다. 이러한 관점에서, 단일 채널을 따라 변하는 각도는 변하는 피치를 나타낸다. 또한, 단일 채널의 단면 영역은 원형 영역에서 콩 형태로 변하는 것을 알 수 있다.Figure 15 illustrates a bottom-up view of a cooling channel having different pitch angles and shape changes in the varying portion, in accordance with some embodiments. This figure shows only the rising portion to the slot (see FIG. 16), because the remaining portion of the channel flowing from the slot becomes widened and becomes invisible. From this point of view, angles varying along a single channel represent varying pitches. Also, it can be seen that the cross-sectional area of a single channel changes from a circular region to a soybean form.
도 16은 일부 실시태양에 따라, 냉각 통로의 스롯 영역의 확대도이다. 도시 된 바와 같이, 냉각 통로는 나선형으로 배열되고 이 접합부에서, 피치 각도는 보다 수평으로(즉, 증가) 변하며, 또한 통로는 서로 더 가까워질 뿐만 아니라 채널의 크기도 감소한다. 일반적으로, 이러한 특성 중 어느 것도 전통적인 제조 기술을 사용하여 쉽게 재현될 수 없다.16 is an enlarged view of the slot area of the cooling passage, in accordance with some embodiments. As shown, the cooling passages are spirally arranged and at this junction, the pitch angle is changed more horizontally (i.e., increased), and the passages are not only closer to each other but also the size of the channel is reduced. In general, none of these properties can be easily reproduced using conventional manufacturing techniques.
"콩" 냉각제 채널에 대한 더 상세한 설명A more detailed description of the "bean" coolant channel
이 섹션은 열 교환기 내에서 콩 형태 유체 채널의 사용에 내재된 다양한 특징을 논의한다.This section discusses the various features inherent in the use of bean-shaped fluid channels in a heat exchanger.
배경 기술과 이전에 부분적으로 언급했듯이, 유체 열 교환기는 고체에서 더 차가운 유체로 열을 전달하기 위해 냉각제로 채워진 채널을 사용한다. 전통적으로, 채널은 직사각형 및 원형 디자인으로 제한되어 왔다. 직사각형 채널은 원형 채널보다 큰 열 전달 속도를 가지지만, 이의 모서리는 응력 집중으로 인해 구조적 약점이 있다. 구조적 안정성과 효율적인 열 전달 사이의 선택을 피하기 위해, 엔지니어는 열 전달을 희생시키지 않고 보다 나은 구조적 특성을 얻기 위해 직사각형 기하학적 구조를 수정하려고 시도했지만, 결과는 실제 이점을 거의 얻지 못하였다.BACKGROUND ART As previously mentioned in part, a fluid heat exchanger uses a channel filled with a coolant to transfer heat from a solid to a cooler fluid. Traditionally, channels have been limited to rectangular and circular designs. A rectangular channel has a higher heat transfer rate than a circular channel, but its edges have structural weaknesses due to stress concentration. To avoid the choice between structural stability and efficient heat transfer, engineers attempted to modify the rectangular geometry to obtain better structural properties without sacrificing heat transfer, but the results achieved little real advantage.
연구 및 개발을 통해, 강화된 채널 단면이 개발되었다: 콩. 도 17에 도시된 바와 같이, 콩은 그 이름이 의미하는 바대로 정확하게 형성된다. 이 형태는 원형 채널의 구조적 곡선과 직사각형 채널의 높은 표면적을 조합하여 매우 효율적이고 구조적으로 건전한 열전달 채널을 생성한다. 도 17은 콩 냉각제 채널의 단면 영역의 예를 도시한다.Through research and development, enhanced channel sections have been developed: beans. As shown in Fig. 17, the beans are formed exactly as the name implies. This form combines the structural curves of the circular channel with the high surface area of the rectangular channel to create a very efficient and structurally sound heat transfer channel. Figure 17 shows an example of the cross-sectional area of the bean coolant channel.
두 종래의 기하학적 구조의 구조적 이점을 조합하는 것에 더하여, 콩 형태 채널은 벽의 길이를 가로질러 더 균일한 열 전달을 제공한다. 이것은 표준 기하학적 구조에 고유한 온도의 극한 피크 및 봉우리가 없다. 이러한 균등한 분포는 큰 온도 구배와 불균일한 열팽창률로 인한 벽의 열 응력을 감소시킨다.In addition to combining the structural advantages of the two conventional geometries, the bean-shaped channel provides more uniform heat transfer across the length of the wall. It has no extreme peaks and peaks of temperature inherent in the standard geometry. This even distribution reduces the thermal stress of the wall due to the large temperature gradient and the uneven thermal expansion rate.
시뮬레이션은 직사각형, 원형 및 콩 형태 채널 사이의 열 전달의 효율성을 비교하기 위해 수행되었다. 환형 단면과 길이를 따라 진행하는 냉각 채널을 갖는 실린더는 각각의 기하학적 구조에 대해 모형이 만들어졌다. 이런 채널은 개별 채널 단면 영역, 유체 도메인 영역 및 내부 벽으로부터의 최소 거리가 거의 같도록 디자인되었다. 도 18a의 직사각형 채널 시뮬레이션 기하하적 배열은 3가지 모두에 대한 대표적인 예로서 역할을 한다. 도 18a는 직사각형 채널을 갖는 실린더가 어떻게 보이지는지를 도시하는 반면, 도 18b는 콩 형태 채널을 갖는 실린더가 어떻게 보이는지를 도시한다. 따라서 원형 및 다른 형태의 채널이 실린더 둘레에 어떻게 위치될 지 또한 유사하게 고려될 수 있다The simulations were performed to compare the efficiency of heat transfer between rectangular, circular and bean-shaped channels. Cylinders with cooling channels running along the annular section and length were modeled for each geometry. These channels are designed so that the minimum distance from the individual channel cross-sectional area, the fluid domain area and the inner wall is approximately the same. The rectangular channel simulator geometry of FIG. 18A serves as a representative example for all three. Figure 18a shows how a cylinder with a rectangular channel is seen, while Figure 18b shows how a cylinder with a bean-shaped channel looks. Thus, how circles and other types of channels are located around a cylinder can also be similarly considered
일 예시적인 시뮬레이션 세트에서, ANSYS 17.1이 정상 상태 결합 유체-열 전달 시뮬레이션이 사용되어 대류 및 전도의 열전달 효과를 포착하였다. 니켈은 고체 용으로 사용되는 반면 액체 등유는 액체용으로 사용되었다. 기하학적 구조의 내부 벽은 726℃로 설정된 반면, 외부 벽은 상부 및 하부 면과 함께 절연된 것으로 모형이 만들어졌다. 입구는 총 질량 유속 0.2 kg/s 및 온도 27℃로 정의되었다.In one exemplary set of simulations, steady-state coupled fluid-heat transfer simulation of ANSYS 17.1 was used to capture the convective and convective heat transfer effects. Nickel was used for solids, while liquid kerosene was used for liquids. The inner walls of the geometry were set at 726 ° C while the outer walls were insulated with the top and bottom surfaces. The inlet was defined as a total mass flow rate of 0.2 kg / s and a temperature of 27 ° C.
각각의 기하학적 구조의 결과에 대한 열적 윤곽은 직사각형 단면 채널, 원형 단면 채널 및 콩 형태 단면 채널에 대해 도 19, 20 및 21에 발견될 수 있다. 원형 냉각 채널에 비해 직사각형 냉각 채널을 사용하는 것의 열적 이점은 낮은 온도뿐만 아니라 벽을 통한 적은 열 침투를 통해 알 수 있다. 아래의 표 1은 직사각형 채널의 평균 및 최저 온도가 원형 채널의 평균 온도 및 최저 온도와 비교할 때 낮기 때문에 이러한 시각 지표를 확인시킨다. 그러나, 도 21에 따라, 콩의 효율성 증가는 분명하다. 콩은 원형 기하학적 구조의 구조적으로 유리한 곡선을 유지하면서 두 기하학적 구조에 비해 챔버를 효과적으로 냉각시킨다. 표 1은 각각 490.28℃와 561.36℃의 가장 낮은 최저 온도와 평균 온도로 콩의 우수성을 입증한다. Thermal contours for the results of each geometry can be found in Figures 19, 20 and 21 for rectangular cross-sectional channels, circular cross-sectional channels and bean-shaped cross-sectional channels. The thermal benefits of using rectangular cooling channels compared to circular cooling channels can be seen not only at low temperatures, but also through low thermal penetration through the walls. Table 1 below identifies these visual indicators because the average and minimum temperatures of the rectangular channels are low compared to the average and minimum temperatures of the circular channels. However, according to Fig. 21, the increase in the efficiency of the beans is evident. The beans effectively cool the chamber relative to the two geometries while maintaining a structurally favorable curve of the circular geometry. Table 1 demonstrates soy bean excellence at the lowest and average temperatures of 490.28 ° C and 561.36 ° C, respectively.
결과 비주얼이 확대되어 온도 밴딩을 강조할 때, 직사각형, 원 및 콩 형태 단면 채널 각각에 대해 도 22, 23 및 24에서 볼 수 있는 바와 같이, 콩 채널에서의 열 전달의 균일한 분포가 쉽게 보인다. 회색조 구배는 서로 다른 유형의 단면 채널의 각각의 밴디드 온도 윤곽을 보다 명확하게 보여준다. 직사각형 채널은 열 전달률과 관련하여 예외적인 기하학적 구조를 가질 수 있지만, 벽면을 따라 매우 균일하지 않은 온도 구배를 가진다. 원형 기하학적 구조는 이러한 불균일한 열 전달을 향상시키지만, 냉각에 있어서는 표준 이하이다. 콩은 두 가지 중요한 메트릭 모두에서 보다 효과적임을 보여준다.When the resulting visual is magnified to emphasize temperature banding, a uniform distribution of heat transfer in the bean channel is readily visible, as can be seen in Figures 22, 23 and 24 for each rectangular, circle and bean shaped cross-sectional channel. Grayscale gradients more clearly show each banded temperature profile of different types of cross-sectional channels. Rectangular channels can have exceptional geometry in relation to heat transfer rates, but have a very non-uniform temperature gradient along the wall. Circular geometry improves this non-uniform heat transfer, but is sub-standard for cooling. The bean shows that it is more effective in both important metrics.
적층 제조와 결합된 시뮬레이션 및 최적화 소프트웨어의 최근 진보는 최적화된 콩 형태 유체 열 교환기 기하학적 구조의 생성을 가능하게 하였다. 이런 콩 형태의 유체 채널은 직사각형 및 원형 냉각 채널 모두의 장점을 결합한다. 이들은 원형 채널의 강도 특성을 유지하면서 직사각형 채널의 뛰어난 열 교환 능력을 가진다. 또한, 이 기하학적 구조는 보다 균일한 열 추출을 가능하게 하며, 이는 냉각되는 벽 내부의 열 응력을 감소시키는 것을 돕는다. 이러한 특징이 콩 기하학적 구조를 과거의 원형 및 직사각형 디자인보다 훨씬 뛰어나게 만들 수 있다.Recent advances in simulation and optimization software coupled with laminate manufacturing have enabled the creation of optimized soybean fluid heat exchanger geometries. These bean-shaped fluid channels combine the advantages of both rectangular and circular cooling channels. They have excellent heat exchange capacity of the rectangular channels while maintaining the strength characteristics of the circular channels. In addition, this geometry allows for more uniform heat extraction, which helps to reduce the thermal stress inside the walls being cooled. This feature can make the bean geometry far superior to the past circular and rectangular designs.
구조적 열 교환기의 추가 예시적 실시태양Further exemplary embodiments of the structural heat exchanger
다중 채널 구현Multi-Channel Implementation
일부 실시태양에서, 구조적 열 교환기 채널은 특정 일련의 진보된 경계 조건을 충족시키는 방식으로 결합된 사다리꼴 또는 콩 형태 채널 단면을 포함하는 트러스 유사 배열로 결합될 수 있다. 이는 가스 측벽은 열 교환기의 한 면에서 다른 면으로 번갈아 올 수 있는 플레이트를 가로질러 압력 또는 열 변동을 포함할 수 있다. 이 실시태양은 번갈아 오는 채널이 나가는 냉각제 또는 되돌아오는 냉각제에 의해 공급되는 역류 열 교환기 유동에 대단히 실용적이다.In some embodiments, the structural heat exchanger channel may be combined with a truss-like arrangement that includes a trapezoidal or bean-shaped channel cross-section coupled in a manner that meets a particular set of advanced boundary conditions. This may include pressure or thermal variations across the plate, which gas sidewalls may alternate from one side of the heat exchanger to another side. This embodiment is very practical for countercurrent heat exchanger flow supplied by alternating coolant or returning coolant.
평면 플레이트Flat plate
콩 채널 열 파이프는 비 원형 단면 기하학적 구조로 구현될 수 있다. 이들은 평면 또는 곡선 플레이트뿐만 아니라 보다 복잡하고 예측 가능한 다양한 기하학적 구조를 포함할 수 있다. 도 27 및 28은 일부 실시태양에 따라, 콩 형태 냉각제 채널을 갖는 상이한 각도의 평면 플레이트의 예를 도시한다. 다른 예로서, 도 35 및 36은 콩 형태의 냉각제 채널을 가지나, 콩 형태의 오목한 기하학적 구조와 일치하는 물결 표면을 하부에 갖는 상부 표면 상의 평면 플레이트를 도시한다. 이러한 예시적인 실시태양에서, 하부 표면의 열적 특성은 하부 표면을 따라 보다 균일한 온도 손실을 허용한다.The bean channel heat pipe can be implemented with a non-circular cross-sectional geometry. These may include a variety of more complex and predictable geometries as well as planar or curved plates. 27 and 28 illustrate examples of different angle planar plates having bean coolant channels, according to some embodiments. As another example, FIGS. 35 and 36 illustrate a planar plate on an upper surface having a wavy surface at the bottom, which has a coolant channel in the form of a bean but with a concave geometry in the form of a bean. In this exemplary embodiment, the thermal properties of the bottom surface allow a more uniform temperature loss along the bottom surface.
불균일한 열Uneven heat
구조적 열 교환기는 냉각제 유동 및 채널 방향의 주요 구성요소를 따라 변화하는 열적 경계 조건에 대해 쉽게 구현될 수 있다. 냉각제 유동 또는 채널 방향의 주요 구성요소에 대해 주로 수직인 방향으로 공간적으로 및/또는 시간적으로 변화하는 열적 경계 조건에 대해서는, 채널의 기하학적 구조에 대한 추가적인 처리가 필요하다. 채널 사이징은 유속을 증가시키고 따라서 압력 강하의 희생으로 난류를 증가시키도록 변형되어야 한다. 이것은 각각의 열 교환기 채널을 감소하거나 증가된 단면적을 갖는 상응하는 콩 유사 기하학적 구조로 부드럽게 전이시켜 특정 위치에서 열 교환기 표면을 가로질러 존재하는 피크 열 부하에 상응하는 유속을 증가 또는 감소시킴으로써 달성된다. 대안적으로, 증가된 질량 유동은 공간적으로 및/또는 시간적으로 변하는 열 부하를 갖는 채널에 전달될 수 있다. Structural heat exchangers can be easily implemented for varying thermal boundary conditions along coolant flow and major components in the channel direction. For thermal boundary conditions that vary spatially and / or temporally in a direction that is predominantly perpendicular to the coolant flow or major components of the channel direction, additional processing on the geometry of the channel is needed. The channel sizing must be modified to increase the flow rate and thus increase turbulence at the expense of the pressure drop. This is accomplished by either reducing each heat exchanger channel or gently transferring it to the corresponding bean-like geometry with increased cross-sectional area to increase or decrease the flow rate corresponding to the peak heat load that exists across the heat exchanger surface at a particular location. Alternatively, the increased mass flow can be delivered to the channel with a spatially and / or time-varying heat load.
불균일한 유동Uneven flow
이상적인 열 교환기에서, 냉각제는 각각의 채널이 동일한 질량 유동 또는 열 부하에 상응하는 특정한 유동 분포를 갖도록 균일한 채널에 공급될 수 있다. 그러나, 모든 채널을 가로질러 균일하고 정상 분포가 가능하지 않은 경우, 채널 형태에 대한 변화가 이루어져 이를 고려할 수 있다. 이러한 변화는 이용 가능한 열 유속 및 유동에 상응하는 크기 변경된 및/또는 재형성된 콩 채널의 형태를 가질 수 있다.In an ideal heat exchanger, the coolant may be supplied to the homogeneous channel such that each channel has a particular flow distribution corresponding to the same mass flow or heat load. However, if uniform and normal distribution is not possible across all channels, a change in channel shape can be taken into account. Such a change may have the form of a scaled and / or re-formed bean channel corresponding to the available heat flux and flow.
예시적 산업적 응용분야Exemplary industrial applications
다음은 본 발명의 열 교환기의 다양한 유형의 용도의 설명이다:The following is a description of the various types of uses of the heat exchanger of the present invention:
가스 발생기 터보 기계: 냉각제 채널은 압축기 또는 팽창기 사이클의 원통 벽(또는 블레이드 자체 내에)에 삽입될 수 있다.Gas generator turbo machine: The coolant channel can be inserted into the cylindrical wall of the compressor or inflator cycle (or within the blades itself).
발전 열 교환: 일치하는 내부 표면을 가지거나 가지지 않는 원통 구조적 열 교환기는 작동 유체로부터 감속 유체(또는 냉각제)로 열을 운반하는데 이상적이다.Generation Heat Exchange: Cylindrical structural heat exchangers with or without matching internal surfaces are ideal for transporting heat from a working fluid to a reducing fluid (or coolant).
자동차 엔진: 원통 열 교환기는 각 연소 실린더 내에 사용된다. 채널은 엔진 스러스터와 동일한 경계 조건을 가질 수 있다. 연료 또는 냉각제는 벽에서 열을 제거하는데 사용될 수 있어, 보다 높은 작동 온도와 감소된 열 손실을 가능하게 한다.Automobile engine: A cylindrical heat exchanger is used in each combustion cylinder. The channel may have the same boundary condition as the engine thruster. Fuel or coolant can be used to remove heat from the wall, enabling higher operating temperatures and reduced heat loss.
HVAC 유닛: 평면 플레이트는 표준 핀 및 파이프 열 교환기와는 대조적으로 HVAC 시스템에 사용될 수 있다.HVAC units: Flat plates can be used in HVAC systems as opposed to standard pin and pipe heat exchangers.
서버 냉각: 콩 형태 냉각 채널은 연소 환경 대신 칩으로부터 열을 끌어 내기 위해 고성능 컴퓨팅 환경에서 사용될 수 있다. 냉각제 채널을 사용하는 평면 플레이트는 이 경우에도 사용될 수 있다.Server Cooling: Bean-shaped cooling channels can be used in high-performance computing environments to pull heat away from the chip instead of the combustion environment. Flat plates using coolant channels can also be used in this case.
본 발명의 구조적으로 최적화된 열 교환기의 다른 예는 또한 제트 엔진, 툴링 비트, 마이닝 비트, 브레이크 디스크 로터 및 사출 주형에 적용될 수 있다.Other examples of structurally optimized heat exchangers of the present invention may also be applied to jet engines, tooling bits, mining bits, brake disk rotors, and injection molds.
냉각제 채널 생성의 예시적 방법Exemplary Method of Coolant Channel Generation
이 섹션은 본 발명에 기술된 냉각제 채널의 다양한 단면 영역을 생성하고 유도하기 위한 컴퓨터 구현 방법을 설명한다. 전술한 바와 같이, 채널을 수용하는 구조는 적층적으로 제조될 수 있는데, 이는 구조가 채널을 갖는 구조를 형성하기 위해 고체 재료를 어디에 배치해야 하는 지에 대한 모든 특성 및 세부내용을 갖는 CAD 파일을 이용하는 3D 프린터와 같은 공지된 적층 제조 기술을 사용하여 층별로 제작될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, CAD 파일을 개발하는 것은 본 발명의 컴퓨터 구현 방법이 개발할 수 있는 평범하지 않은 작업이다. 또한, 상기 방법은 임의의 및 모든 채널의 단면 영역을 층별로 점차적으로 변화시켜 동일한 채널을 따라 상이한 위치에 상이한 형태를 형성할 수 있다(예를 들어, 도 15 참조).This section describes a computer implemented method for creating and deriving the various cross-sectional areas of the coolant channels described herein. As described above, the structure for accommodating the channels can be manufactured in a stack, which utilizes a CAD file having all the properties and details of where the solid material should be placed to form the structure with the channels And can be produced layer by layer by using a known lamination manufacturing technique such as a 3D printer. For example, developing a CAD file is an unusual task that a computer implemented method of the present invention can develop. In addition, the method can vary the cross-sectional area of any and all of the channels progressively by layer to form different shapes at different locations along the same channel (see, e.g., Fig. 15).
도 29을 참조하면, 흐름도(2900)는 다양한 산업적 응용분야의 다양한 요구를 충족시키도록 제작된 임의의 다양한 단면 형태를 갖는 임의의 수의 냉각제 채널을 갖는 구조적 열 교환기를 개발하기 위한 예시적인 방법을 제공한다. 일부 경우에, 구조적 열 교환기를 디자인하기 위한 컴퓨터 구현 방법은 수동으로 형태와 구조를 디자인함으로써 이루어질 수 있다. 그러나, 구조적 열 교환기가 소정의 용도 경우에 바람직한 냉각 특성을 충족시키는데 더욱 적합하도록 하기 위해, 보다 정밀한 엔지니어링이 사용되어야 한다. 흐름도(2900)는 어떻게 컴퓨터가 특정 요구를 충족시키기 위해 이런 구조적 열 교환기를 생성하는 방법에 대한 예를 제공한다.29, a
블록(2905)에서, 일부 실시태양에 따라, 하나 이상의 경계 조건은 이 방법을 구현하도록 구성된 컴퓨터에 의해 정의되고 이용된다. 이런 입력은 다양한 요구를 계산하거나 다른 기관에서 제공한 세부내용을 얻을 수 있는 인간 엔지니어에 의해 제공될 수 있다. 다양한 CAD 또는 CAE(Computer Aided Engineering) 도구가 사용되어 이런 경계 조건을 계산하고 결정할 수 있다. 경계 조건은 임의의 수의 다음의 비 제한적인 예를 포함할 수 있다:At
열적: 열 유속, 주변 온도/초기 온도, 냉각제 유량, 표면 거칠기, 복사 가열/냉각Thermal: Heat flow rate, ambient temperature / initial temperature, coolant flow rate, surface roughness, radiant heating / cooling
구조적: 내부 압력, 채널 압력, 외부 압력, 구조적 부하Structural: internal pressure, channel pressure, external pressure, structural load
구조의 재료 특성: 밀도, 인장 강도/항복 강도, 파괴 인성, 열 전도성, 열 팽창성, 열 확산율, 방사율, 용융점/비등점, 내장형 응력, 열용량, 비열, 증가 형태 및 위상 변화 정보Material properties of the structure: density, tensile strength / yield strength, fracture toughness, thermal conductivity, thermal expansion, thermal diffusivity, emissivity, melting point / boiling point, built-in stress, heat capacity, specific heat,
냉각제의 재료 특성: 밀도, 열 전도도, 열 확산율, 방사율, 용융점/비등점, 열용량 및 비열Material properties of coolant: density, thermal conductivity, thermal diffusivity, emissivity, melting point / boiling point, heat capacity and specific heat
재료 특성은 온도 및/또는 압력이 변할 것이다. 나열된 모든 특성이 필요한 것은 아니다. 온도 및 압력에 따라 변하는 이런 재료 특성 및 기타 요소의 정확한 목록은 열 교환기에 의해 보여진 물리적 환경을 잘 나타내는 시뮬레이션 결과를 가져올 것이다.The material properties will vary with temperature and / or pressure. Not all listed features are required. An accurate listing of these material properties and other factors that vary with temperature and pressure will result in simulations that well represent the physical environment seen by the heat exchanger.
예를 들어, 콩 채널 구현을 위한 최적의 환경을 만드는 구조적 열 교환기 경계 조건은 다음을 포함한다:For example, structural heat exchanger boundary conditions that create an optimal environment for bean channel implementation include:
내부(가스 측벽) 고열 유속 조건;Inside (gas sidewall) high heat flow conditions;
액상 상태를 유지하면서 채널을 통해 빠르게 흐르는 높은 열용량, 저온 냉각제;A high heat capacity, low temperature coolant that flows rapidly through the channel while maintaining a liquid state;
압력 조건 Pcc> Pw> Po,Pressure condition Pcc> Pw> Po,
여기서:here:
Pcc: 냉각제 채널 내부의 압력; Pcc: pressure inside the coolant channel;
Pw: 고열 유속 벽에 의해 보여지는 압력; Pw: pressure seen by the high-temperature flow velocity wall;
Po: 열 교환기 외부의 주변 압력. Po: Ambient pressure outside the heat exchanger.
컴퓨터는 이런 경계 조건을 이용하고 본 발명에 기술된 방법을 수행하여 우수한 냉각제 채널인 것으로 입증된 콩 형태의 기하학적 구조를 유도하였다.The computer utilizes these boundary conditions and performs the method described in the present invention to derive a bean-shaped geometry that has proven to be an excellent coolant channel.
일부 실시태양에서, 다양한 위치에서 상이한 냉각 요구를 충족시키기 위해 열 교환기의 상이한 위치에 대해 각각 다수의 경계 조건 세트가 정의될 수 있다. 따라서 경계 조건은 상이한 위치에 대해 구체적일 수 있다. In some embodiments, multiple sets of boundary conditions may be defined, respectively, for different locations of the heat exchanger to meet different cooling needs at various locations. Thus, boundary conditions may be specific for different locations.
블록(2910)에서, 일부 실시태양에 따라, 냉각제 채널을 수용하는 구조적 열 교환기의 초기 기하학적 구조는 CAD 및 CAE 툴의 도움으로 생성될 수 있다. 이것은 초기 씨드 시작 값처럼 볼 수 있으며, 여기서 무엇이 최고의 기하학적 구조일지에 대한 초기 대략적인 짐작은 컴퓨터에 입력되고 수신될 수 있다. 인간 개발자는 모든 경계 조건을 대략 충족시키는 초기 기하학적 구조를 만드는데 도움을 줄 수 있다. 일부 실시태양에서, 컴퓨터는 경계 조건이 대략 일부 임계값 정도로 충족하는지를 검증할 수 있는 공지된 해결책을 사용하는 제안을 제공할 수 있다. 채널 수와 크기는 사용 가능한 냉각제 질량 유동에 따라 선택될 수 있다. 이는 냉각제 채널 내의 경계층을 최소화할뿐만 아니라 초음파 유동과 같은 가장자리 경우를 방지하기 위해 수행되어야 한다.At
블록(2915)에서, 일반적인 채널 형태가 정의될 수 있다. 또한, 이것은 컴퓨터에 의해 수신된 입력을 갖는 인간 공학자에 의해 정의되거나, 컴퓨터는 초기 경계 조건에 기초하여 적절한 형태를 제안하도록 구성될 수 있다. 다시 말하지만, 이는 초기 씨드 시작 값처럼 볼 수 있으며, 여기서 무엇이 최고 형태인지에 대한 초기 대략적인 짐작은 컴퓨터에 제공될 수 있다. 예를 들어, 밀폐된 채널을 형성하기 위해 양측에서 가장자리를 연결하는 만곡부 및 굽은 부분의 상이한 반경을 통상적으로 갖는 내부 및 외부 가장자리를 특징으로 하는 일반적인 콩 채널 형태가 정의될 수 있다.At
블록(2920)에서, 초기 파라미터 및 목적이 정의되면, 컴퓨터는 이제 열 교환기 기하학적 구조의 적어도 서브세트에 대해 하나 이상의 최적화 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 일부 경우에, 이것은 결합된 전산 유체 역학 및 유한 요소 해석(CFD/FEA) 시뮬레이션을 실행하는 것을 필요로 한다. 컴퓨터는 경계 조건을 추가로 정의하고 유체의 열 부하를 결정하기 위해 대표적인 서브세트 또는 전체 열 교환기 기하학적 구조를 시뮬레이션할 수 있다.At
블록(2925)에서, 컴퓨터는 분해된 열 교환기 형태의 조각들에 대한 최적화 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 전체 기하학적 구조는 먼저 시뮬레이션을 실행하는 컴퓨터에 의해 조각들로 분해될 수 있다. 이러한 조각들은 적층 제조를 통해 생성된 일련의 층을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 조각들은 도 18a 또는 18b에 도시된 열 교환기의 수평 층일 수 있다. 그런 다음 컴퓨터는 내부 채널 및/또는 이들이 존재하는 벽 구조의 기하학적 최적화를 실행하기 위해 블록(2920)에서 이전 단계로부터의 매크로 경계 조건을 이용할 수 있다. 즉, 최적화 기술은 열 교환기 기하학적 구조의 더 작은 부분 섹션으로 분리될 수 있다. 결합된 CFD/FEA 시뮬레이션은, 일부 실시태양에 따라, 조각들의 각각에 대해 수행될 수 있다.At
예를 들어, 수렴 발산 노즐(예를 들어, 도 16 참조)의 경우, 이것은 다양한 조각 고리의 내부 및 외부 직경에 대한 변화로 표현된다. 최적화된 콩 형태의 열 구조적 특성이 벽 두께와 콩 형태 공간에 따라 변하는 것으로 고려하면, 각각의 조각 고리를 최적화하는 것이 중요하다. 또한 층별 방법은 유체의 궤적을 따르므로 냉각제의 가열(거리에 따른 열 전도율 감소)을 고려할 수 있다.For example, in the case of a converging divergent nozzle (see, for example, FIG. 16), this is expressed as a change in the inner and outer diameters of the various engraved rings. Considering that the thermal structural characteristics of the optimized soybean form vary depending on the wall thickness and bean shape space, it is important to optimize each slice loop. In addition, since the layered method follows the trajectory of the fluid, heating of the coolant (reduction in thermal conductivity with distance) can be considered.
채널의 형태 및 전체 기하학적 구조를 개량하는 공정에서, 컴퓨터는 다양한 위치에서 냉각제 채널의 단면 영역을 변화시키는 구조를 생성할 수 있다. 예를 들어, 냉각 특성에 대한 필요성은 더 낮지만 균일한 질량 유동에 대한 필요성은 더 높은 영역 또는 다른 보다 균일한 형태로 들어가는 영역의 경우, 열 교환기는 단면 영역이 콩 형태에서 타원 형태로 점진적으로 변하는 채널을 가질 수 있다.In the process of improving the geometry and overall geometry of the channel, the computer can create a structure that changes the cross-sectional area of the coolant channel at various locations. For example, where the need for cooling properties is lower, but the need for a uniform mass flow is in a region that enters a higher region or other more uniform form, the heat exchanger may be configured such that the cross- It can have a variable channel.
또한, 냉각제 채널의 피치 각도는 경계 조건을 고려하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 22에 도시된 바와 같이, 단일 열 교환기 부품의 상이한 부분은 상이한 위치에서의 상이한 냉각 요구에 기초하여 상향으로 흐르는 피치 각도를 변경시키는 평행 채널을 갖는다. 피치 각도가 덜 가파르게(더 수평적으로) 만들어지면 응축 냉각제 채널에 의한 표면적이 증가하여 열 전달률을 증가시킬 수 있다.In addition, the pitch angle of the coolant channels can be changed to account for the boundary conditions. For example, as shown in FIG. 22, different portions of a single heat exchanger part have parallel channels that change the pitch angle that flows upward based on different cooling needs at different locations. If the pitch angle is made less steep (more horizontally), the surface area due to the condensed coolant channel can be increased to increase the heat transfer rate.
시뮬레이션 중에, 컴퓨터는 형상을 여러번 시뮬레이션하고 기하학적 작은 변화가 컴퓨터 또는 작업자가 설정한 성능 기준을 충족시키려고 시도할 때마다 계산된다. 그런 다음, 시뮬레이션을 다시 실행하여 변경 사항이 효과적인지 확인한다. 이러한 과정은 기준이 충족될 때까지 반복된다. 블록(2930)에서, 컴퓨터는 수렴이 존재하는지 및 최적화 목표가 충족되었는지를 결정할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 블록(2920)에서 다시 시작하여 공정이 반복될 수 있다. 시뮬레이션이 실행되고 조절이 이루어진 후에 기하학적 구조 및 채널 형태가 변경을 중지할 때 수렴이 달성될 수 있다. 컴퓨터는 다음 최적화 목표 중 하나 이상이 충족될 때까지 반복적으로 각 조각을 최적화할 수 있다:During the simulation, the computer is calculated every time a shape is simulated several times and a small geometric change attempts to meet the performance criteria set by the computer or operator. Then run the simulation again to see if the changes are effective. This process is repeated until the criterion is met. At
안전 기준의 규정된 요소와 일치;Consistent with the prescribed elements of safety standards;
채널 사이의 낮은 응력 집중;Low stress concentration between channels;
열 응력을 나타내는 내벽을 따른 열 구배의 최소 발산; 및Minimum divergence of the thermal gradient along the inner wall representing thermal stress; And
대칭 유동 및 열 조건을 고려한 대칭 채널.Symmetric Channels Considering Symmetric Flow and Thermal Conditions.
블록(2935)에서, 최적화 목표가 충족되고 구조의 수렴이 달성된다고 가정하면, 최종 열 교환기가 분석된다. 분석은 성능 기준이 충족되고 작동 조건이 설정되는 것을 보장하도록 테스팅 또는 결합 시스템 시뮬레이션을 통해 수행된다. 이것이 최종 단면이 부드럽게 조립되고 모든 요소뿐만 전체로서 기하학적 구조가 적층 제조 장치의 형상 특이적 분석을 기초로 제조 가능함을 보장하는 것을 돕는다. 일부 경우에, 이 분석이 결함을 드러내면, 필요에 따라 시뮬레이션 최적화를 반복한다.At
본 발명의 실시태양은 또한 본 발명에 기술된 구조적 열 교환기 실시태양의 다양한 구성요소 중 임의의 것 및 모든 구성요소를 생산하기 위한 예시적인 기술을 포함한다. 또한, 실시태양은 상기 구성요소를 제조하기 위한 기계를 프로그램하는데 사용되는 임의의 및 모든 소프트웨어 또는 다른 컴퓨터-판독 가능 매체를 포함하나, 실시태양은 그렇게 제한되지 않는다.Embodiments of the present invention also include exemplary techniques for producing any and all of the various components of the structural heat exchanger embodiments described herein. Embodiments also include any and all software or other computer-readable media used to program the machine for making such components, although the embodiments are not so limited.
도 30을 참조하면, 블록도는 기계 판독 가능 매체(3022)(예를 들어, 비 일시적인 기계 판독 가능 매체, 기계 판독 가능 저장 매체, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체, 또는 이들의 임의의 적절한 조합)로부터 명령(3024)을 판독하고 본 발명에서 논의된 임의의 하나 이상의 방법을 전체적으로 또는 부분적으로 수행할 수 있는, 일부 예시적 실시태양에 따른, 기계(3000)의 구성요소를 예시한다. 구체적으로, 도 30는 기계(3000)가 본 발명에서 논의된 임의의 하나 이상의 방법을 전체적으로 또는 부분적으로 수행하게 하는 명령(3024)(예를 들어, 소프트웨어, 프로그램, 애플리케이션, 애플렛, 앱 또는 다른 실행가능한 코드)이 전체적으로 또는 부분적으로 실행될 수 있는 컴퓨터 시스템(예를 들어, 컴퓨터)의 예시적인 형태의 기계(3000)를 도시한다. Referring to FIG. 30, a block diagram illustrates an exemplary embodiment of the present invention from a machine readable medium 3022 (e.g., non-volatile machine readable medium, machine readable storage medium, computer readable storage medium, or any suitable combination thereof) Illustrate the components of the
다른 실시태양에서, 기계(3000)는 독립형 장치로서 작동하거나 다른 기계에 연결(예를 들어, 네트워크화)될 수 있다. 네트워크 배치에서, 기계(3000)는 서버-클라이언트 네트워크 환경에서 서버 기계 또는 클라이언트 기계의 용량으로 또는 분산(예컨대, 피어-투-피어) 네트워크 환경에서의 피어 기계로서 작동할 수 있다. 기계(3000)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이의 조합을 포함할 수 있으며, 예를 들어 서버 컴퓨터, 클라이언트 컴퓨터, 퍼스널 컴퓨터(PC), 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 넷북, 셀룰러 텔레폰, 스마트폰, 셋탑 박스(STB), 퍼스널 디지털 어시스턴트(PDA), 웹 어플라이언스, 네트워크 라우터, 네트워크 스위치, 네트워크 브리지, 또는 기계가 수행해야 할 작업을 지정하는 명령(3024)을 순차적으로 또는 달리 실행할 수 있는 임의의 기계일 수 있다. 또한, 단지 하나의 기계(3000)가 도시되어 있지만, "기계"라는 용어는 본 발명에서 논의된 임의의 하나 이상의 방법의 전부 또는 일부를 수행하기 위해 개별적으로 또는 공동으로 명령(3024)을 실행하는 임의의 기계 집합을 포함하도록 해석되어야 한다.In another embodiment, the
기계(3000)는 버스(3008)를 통해 서로 통신하도록 구성되는 프로세서(3002)(예를 들어, 중앙 처리 유닛(CPU), 그래픽 처리 유닛(GPU), 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 무선 주파수 집적 회로(RFIC) 또는 이들의 임의의 조합), 주 메모리(3004) 및 정적 메모리(3006)를 포함한다. 프로세서(3002)는 일시적으로 또는 영구적으로 명령(3024)의 일부 또는 전부에 의해 구성될 수 있는 마이크로회로를 포함할 수 있어서 프로세서(3002)가 본 발명에 기술된 방법 중 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(3002)의 하나 이상의 마이크로회로 한 세트는 본 발명에서 기술된 하나 이상의 모듈(예를 들어, 소프트웨어 모듈)을 실행하도록 구성될 수 있다.The
기계(3000)는 비디오 디스플레이(3010)(예를 들어, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 프로젝터, 음극선관(CRT ), 또는 그래픽 또는 비디오를 디스플레이할 수 있는 임의의 다른 디스플레이)를 추가로 포함할 수 있다. 기계(3000)는 또한 문자 숫자 입력 장치(3012)(예를 들어, 키보드 또는 키패드), 커서 제어 장치(3014)(예를 들어, 마우스, 터치 패드, 트랙볼, 조이스틱, 모션 센서, 눈 추적 장치 또는 다른 포인팅 장비), 저장 유닛(3016), 신호 생성 장치(3018)(예를 들어, 사운드 카드, 증폭기, 스피커, 헤드폰 잭, 또는 이들의 임의의 적절한 조합) 및 네트워크 인터페이스 장치(3020)를 포함할 수 있다.The
저장 유닛(3016)은, 예를 들어, 도 1-29의 설명 중 임의의 것을 포함하는 본 발명에 기술된 임의의 하나 이상의 방법 또는 기능을 구현하는 명령(3024)이 저장되는 기계 판독 가능 매체(3022)(예를 들어, 유형 및 비 일시적 기계 판독 가능 저장 매체)를 포함한다. 명령(3024)은 또한 기계(3000)에 의한 명령의 실행 이전 또는 실행 동안 주 메모리(3004) 내에, 프로세서(3002) 내에(예를 들어, 프로세서의 캐시 메모리 내에) 또는 모두에 완전히 또는 적어도 부분적으로 존재할 수 있다. 명령(3024)은 또한 정적 메모리(3006)에 존재할 수 있다.The
따라서, 주 메모리(3004) 및 프로세서(3002)는 기계 판독 가능 매체(3022)(예를 들어, 유형 및 비 일시적 기계 판독 가능 매체)로 간주될 수 있다. 명령(3024)은 네트워크 인터페이스 장치(3020)에 의해 네트워크(3026)를 통해 송신 또는 수신될 수 있다. 예를 들어, 네트워크 인터페이스 장치(3020)는 임의의 하나 이상의 전송 프로토콜(예를 들어, HTTP)을 사용하여 명령(3024)을 통신할 수 있다. 기계(3000)는 또한 도 1-29에 기술된 과정을 포함하여, 본 발명에 기술된 임의의 기능을 수행하기 위한 예시적인 수단을 제공할 수 있다.Thus,
일부 예시적인 실시태양에서, 기계(3000)는 스마트 폰 또는 태블릿 컴퓨터와 같은 휴대용 컴퓨팅 장치일 수 있고 (도시되지 않은) 하나 이상의 추가 입력 구성요소(예를 들어, 센서 또는 게이지)를 갖는다. 이러한 입력 구성요소의 예는 이미지 입력 구성요소(예를 들어, 하나 이상의 카메라), 오디오 입력 구성요소(예를 들어, 마이크), 방향 입력 구성요소(예를 들어, 나침반), 위치 입력 구성요소(예를 들어, GPS 수신기), 방위 구성요소(예를 들어, 자이로 스코프), 동작 감지 구성요소(예를 들어, 하나 이상의 가속도계), 고도 감지 구성요소(예를 들어, 고도계) 및 가스 감지 구성요소(예를 들어, 가스 센서)를 포함한다. 이러한 입력 구성요소 중 임의의 하나 이상에 의해 수집된 입력은 본 발명에 기술된 모듈 중 임의의 것에 의한 사용을 위해 접근되고 사용될 수 있다. In some exemplary embodiments, the
본 발명에 사용된 용어 "메모리"는 데이터를 일시적으로 또는 영구적으로 저장할 수 있는 기계 판독 가능 매체(3022)를 의미하며, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 버퍼 메모리, 플래시 메모리 및 캐시 메모리를 포함하는 것으로 해석될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 기계 판독 가능 매체(3022)가 예시적인 실시태양에서 단일 매체로 도시되어 있지만, "기계 판독 가능 매체"라는 용어는 명령(3024)을 저장할 수 있는 단일 매체 또는 다중 매체(예를 들어, 집중형 또는 분산형 데이터베이스, 또는 연관된 캐시 및 서버)를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "기계 판독 가능 매체"라는 용어는 기계(3000)에 의한 실행을 위한 명령(3024)을 저장할 수 있어, 기계(3000)의 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 프로세서(3002)에 의해 실행될 때, 명령(3024)은 기계(3000)가 본 발명에 기술된 방법들 중 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 수행하게 하는 임의의 매체 또는 다중 매체의 조합을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, "기계 판독 가능 매체"는 하나의 저장 기구 또는 장치뿐만 아니라 다수의 저장 기구 또는 장치를 포함하는 클라우드 기반 저장 시스템 또는 저장 네트워크를 의미한다. 따라서 "기계 판독 가능 매체"라는 용어는 고체 상태 메모리, 광학 매체, 자기 매체 형태의 하나 이상의 유형(예를 들어, 비 일시적) 데이터 저장소 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함하는 것으로 해석되어야 하나, 이에 제한되지 않는다. The term " memory " as used herein refers to a machine-readable medium 3022 that is capable of temporarily or permanently storing data and includes random access memory (RAM), read only memory (ROM) And cache memory, but is not limited thereto. Although machine-readable medium 3022 is depicted as a single medium in an exemplary embodiment, the term " machine-readable medium " refers to a medium or medium that can store instructions 3024 (e.g., A distributed database, or an associated cache and server). The term " machine-readable medium " may be used to store instructions 3024 for execution by
또한, 기계 판독 가능 매체(3022)는 전파 신호를 구현하지 않는다는 점에서 비 일시적이다. 그러나, 유형 기계 판독 가능 매체(3022)를 "비 일시적"으로 명시하는 것은 매체가 이동 불가능하다는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다;매체는 한 물리적 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있는 것으로 간주되어야 한다. 또한, 기계 판독 가능 매체(3022)가 유형이므로, 매체는 기계 판독 가능 장치로 간주될 수 있다.In addition, the machine-readable medium 3022 is non-transient in that it does not implement the propagation signal. However, specifying the type machine-readable medium 3022 as " non-transient " should not be interpreted as implying that the medium is immovable; the medium should be considered as being capable of moving from one physical location to another . In addition, since the machine-readable medium 3022 is of a type, the medium may be considered a machine-readable device.
본 명세서 전체에서, 복수의 예는 단수 예로 기술된 구성요소, 작업 또는 구조를 구현할 수 있다. 하나 이상의 방법의 개별적인 작업이 개개의 작업으로 도시되고 기술되었지만, 하나 이상의 개별적인 작업은 동시에 수행될 수 있고, 작업이 예시된 순서대로 수행될 필요는 없다. 예시적 구성에서 개개의 구성요소로 제시된 구조 및 기능은 결합된 구조 또는 구성요소로 구현될 수 있다. 유사하게, 단일 구성요소로서 제시된 구조 및 기능은 개개의 구성요소로서 구현될 수 있다. 이들 및 다른 변형, 수정, 추가 및 개선은 본 발명의 주제의 범위 내에 있다.Throughout this specification, a plurality of examples may implement the elements, operations, or structures described in the singular. Although the individual operations of one or more methods are shown and described as individual operations, one or more of the individual operations may be performed simultaneously, and the operations need not be performed in the order illustrated. The structures and functions presented in the individual components in the exemplary configuration may be implemented in a combined structure or component. Similarly, the structure and function presented as a single component may be implemented as individual components. These and other variations, modifications, additions and improvements are within the scope of the subject matter of the present invention.
특정 실시태양은 본 발명에서 로직 또는 여러 구성요소, 모듈 또는 메커니즘을 포함하는 것으로 기술된다. 모듈은 소프트웨어 모듈(예를 들어, 기계 판독 가능 매체(3022) 상에 또는 전송 매체에 저장되거나 구현된 코드), 하드웨어 모듈 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 구성할 수 있다. "하드웨어 모듈"은 특정 작업을 수행할 수있는 유형(예를 들어, 비 일시적) 유닛이며 특정 물리적 방식으로 구성되거나 배열될 수 있다. 다양한 예시적인 실시태양에서, 하나 이상의 컴퓨터 시스템 (예를 들어, 독립형 컴퓨터 시스템, 클라이언트 컴퓨터 시스템 또는 서버 컴퓨터 시스템) 또는 컴퓨터 시스템의 하나 이상의 하드웨어 모듈(예를 들어, 프로세서(3002) 또는 프로세서(3002)의 그룹)은 본 발명에 기술된 바와 같은 특정 작업을 수행하도록 작동하는 하드웨어 모듈로서 소프트웨어(예를 들어, 애플리케이션 또는 애플리케이션 부분)에 의해 구성될 수 있다.Certain embodiments are described herein as including logic or various components, modules, or mechanisms in the present invention. The module may comprise a software module (e.g., a code stored on or implemented on the machine-readable medium 3022 or on a transmission medium), a hardware module, or any suitable combination thereof. A " hardware module " is a type of unit (e.g., non-temporary) capable of performing a particular task and may be configured or arranged in a particular physical manner. In various exemplary embodiments, one or more hardware modules (e.g.,
일부 실시태양에서, 하드웨어 모듈은 기계적으로, 전자적으로 또는 이들의 임의의 적절한 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 하드웨어 모듈은 특정 작업을 수행하도록 영구적으로 구성된 전용 회로 또는 로직을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하드웨어 모듈은 현장 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 ASIC와 같은 특수 목적 프로세서일 수 있다. 하드웨어 모듈은 또한 특정 작업을 수행하기 위해 소프트웨어에 의해 일시적으로 구성된 프로그램 가능 로직 또는 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하드웨어 모듈은 범용 프로세서(3002) 또는 다른 프로그램 가능 프로세서(3002) 내에 포함된 소프트웨어를 포함할 수 있다. 하드웨어 모듈을 기계적으로, 전용 및 영구적으로 구성된 회로에, 또는 일시적으로 구성된 회로(예를 들어, 소프트웨어에 의해 구성)에 구현하는 결정은 비용 및 시간 고려사항에 의해 추진될 수 있다는 것을 이해하게 될 것이다.In some embodiments, the hardware modules may be implemented mechanically, electronically, or in any suitable combination thereof. For example, a hardware module may include dedicated circuitry or logic that is permanently configured to perform a particular task. For example, the hardware module may be a field programmable gate array (FPGA) or a special purpose processor such as an ASIC. The hardware module may also include programmable logic or circuitry temporarily configured by software to perform a particular task. For example, the hardware module may include software contained within the
하드웨어 모듈은 다른 하드웨어 모듈과 정보를 주고 받을 수 있다. 따라서, 기술된 하드웨어 모듈들은 통신 가능하게 결합된 것으로 간주될 수있다. 다중 하드웨어 모듈이 동시에 존재하는 경우, 통신은 2개 이상의 하드웨어 모듈 사이의 (예를 들어, 적절한 회로 및 버스(3008)를 통한) 신호 송신을 통해 달성될 수 있다. 다중 하드웨어 모듈이 상이한 시간에 구성되거나 예시되는 실시태양에서, 이런 하드웨어 모듈들 간의 통신은, 예를 들어, 다중 하드웨어 모듈들이 접근하는 메모리 구조 내의 정보의 저장 및 검색을 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 하드웨어 모듈은 작업을 수행하고 그 작업의 출력을 통신 가능하게 결합된 메모리 장치에 저장할 수 있다. 그런 후에 추가 하드웨어 모듈은, 나중에, 메모리 장치에 접근하여 저장된 출력을 검색하고 처리한다. 하드웨어 모듈은 또한 입력 또는 출력 장치와의 통신을 개시할 수 있고, 리소스(예를 들어, 정보의 모음)에 대해 작업할 수 있다.A hardware module can exchange information with other hardware modules. Thus, the described hardware modules may be considered to be communicatively coupled. If multiple hardware modules are present at the same time, communication may be accomplished through signal transmission between two or more hardware modules (e.g., via appropriate circuitry and bus 3008). In an embodiment in which multiple hardware modules are configured or illustrated at different times, communication between such hardware modules may be accomplished through, for example, storage and retrieval of information in a memory structure that is accessed by multiple hardware modules. For example, one hardware module may perform an operation and store the output of the operation in a communicatively coupled memory device. The additional hardware module then accesses the memory device later to retrieve and process the stored output. A hardware module may also initiate communication with an input or output device and may work on a resource (e.g., a collection of information).
본 발명에 기술된 예시적인 방법의 다양한 작업은 관련 작업을 수행하도록 (예를 들어, 소프트웨어에 의해) 일시적으로 구성되거나 영구적으로 구성된 하나 이상의 프로세서(3002)에 의해 적어도 부분적으로 수행될 수 있다. 일시적으로 또는 영구적으로 구성되든지간에, 이런 프로세서(3002)는 본 발명에 기술된 하나 이상의 작업 또는 기능을 수행하도록 작동하는 프로세서 구현 모듈을 구성할 수 있다. 본 발명에 사용된 "프로세서 구현 모듈"은 하나 이상의 프로세서(3002)를 사용하여 구현된 하드웨어 모듈을 의미한다.The various tasks of the exemplary method described herein may be performed at least in part by one or
유사하게, 본 발명에 기술된 방법은 적어도 부분적으로 프로세서 구현될 수 있으며, 프로세서(3002)는 하드웨어의 한 예가 된다. 예를 들어, 방법의 작동 중 적어도 일부는 하나 이상의 프로세서(3002) 또는 프로세서 구현 모듈에 의해 수행될 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용된 "프로세서 구현 모듈"은 하드웨어가 하나 이상의 프로세서(3002)를 포함하는 하드웨어 모듈을 의미한다. 또한, 하나 이상의 프로세서(3002)는 "클라우드 컴퓨팅" 환경 또는 "서비스로서의 소프트웨어"(SaaS)로서 관련 작업의 수행을 지원하도록 작동할 수 있다. 예를 들어, 작업의 적어도 일부는 컴퓨터의 그룹(예를 들어, 프로세서(3002)를 포함하는 기계(3000)의 예)에 의해 수행될 수 있고, 이런 작업은 네트워크(3026)(예를 들어, 인터넷) 및 하나 이상의 적절한 인터페이스(예를 들어, API)를 통해 접근 가능하다.Similarly, the method described in the present invention may be at least partially processor implemented, and
특정 작업의 수행은 단일 머신(3000) 내에 존재할뿐만 아니라 다수의 머신 (3000)에 걸쳐 배치될 수있는 하나 이상의 프로세서(3002) 사이에 분산될 수 있다. 일부 예시적인 실시태양에서, 하나 이상의 프로세서(3002) 또는 프로세서 구현 모듈은 단일 지리적 위치(예를 들어, 가정 환경, 사무실 환경 또는 서버 팜 내에)에 위치될 수 있다. 다른 예시적인 실시태양에서, 하나 이상의 프로세서(3002) 또는 프로세서 구현 모듈은 다수의 지리적 위치에 걸쳐 분산될 수 있다.The performance of a particular task may be distributed among one or
달리 명시되지 않는 한, "처리하는", "컴퓨팅하는", "계산하는", "결정하는", "제공하는", "디스플레이하는" 등과 같은 단어를 사용하는 본 발명에서 논의는 하나 이상의 메모리(예를 들어, 휘발성 메모리, 비 휘발성 메모리 또는 이들의 적절한 조합), 레지스터 또는 정보를 수신, 저장, 전송 또는 디스플레이하는 다른 기계 구성요소 내에서 물리적(예를 들어, 전자, 자기 또는 광학) 양으로 표시된 데이터를 조작하거나 변형하는 기계(3000)(예를 들어, 컴퓨터)의 작동 또는 과정을 의미할 수 있다. 또한, 달리 명시되지 않는 한, "a" 또는 "an"이라는 용어는, 특허 문헌에서 일반적인 것과 같이, 하나 이상의 예를 포함하도록 사용된다. 마지막으로, 본 발명에서 사용된 바와 같이, 접속사 "또는" 은 달리 명시되지 않는 한 비 배타적인 "또는" 을 의미한다.Unless otherwise indicated, discussions in the present invention that utilize words such as " processing, " " computing, " " calculating, " " determining, " (E. G., Electronic, magnetic, or optical) quantities within other mechanical components that receive, store, transmit, or display information (e.g., volatile memory, non-volatile memory or a suitable combination thereof) May refer to an operation or process of a machine 3000 (e.g., a computer) that manipulates or transforms data. Also, unless otherwise stated, the terms " a " or " an " are used to include one or more examples, as is common in the patent literature. Finally, as used herein, the term " conjunction " or " means non-exclusive "
본 발명은 예시적이고 제한적인 것이 아니다. 추가의 변형은 이 발명을 고려하여 당업자에게 명백할 것이고 첨부된 청구 범위의 범주 내에 속하는 것으로 생각된다.The invention is illustrative and not restrictive. Additional modifications will be apparent to those skilled in the art in view of this invention and are considered within the scope of the appended claims.
Claims (20)
상기 하우징은:
주위 용량에 비해 높은 열 용량을 함유하는 영역을 적어도 부분적으로 둘러싸는 벽; 및
벽 내의 빈 채널 공간에 의해서 각각 정의되는 복수의 냉각제 채널;을 포함하며,
냉각제 채널들은 유체가 벽 내에서 유동하도록 구성되며,
하우징은 적층 제조를 사용하여 제조되는 열 교환기.A heat exchanger comprising a housing,
Said housing comprising:
A wall at least partially surrounding a region containing a higher thermal capacity relative to ambient capacity; And
A plurality of coolant channels each defined by an empty channel space within the wall,
The coolant channels are configured to allow fluid to flow within the wall,
The housing is manufactured using laminate manufacturing.
복수의 냉각제 채널의 각각은 콩 형태의 단면 영역의 적어도 일부분을 갖는 열 교환기.The method according to claim 1,
Each of the plurality of coolant channels having at least a portion of the cross-sectional area in the form of a bean.
복수의 냉각제 채널의 각각은 둥근 모서리를 갖는 사다리꼴 형태의 단면 영역의 적어도 일부분을 갖는 열 교환기.The method according to claim 1,
Each of the plurality of coolant channels having at least a portion of a cross-sectional area in a trapezoidal shape having rounded corners.
복수의 냉각제 채널은 평행한 오목한 곡선들을 갖는 형태의 단면 영역의 적어도 일부를 갖으며,
오목한 곡선들 중 하나는 높은 열 용량 영역에 가장 가까운 내부 벽면에 가장 근접하게 위치되고, 제 2 오목한 곡선은 높은 열 용량 영역으로부터 가장 먼 외부 벽면에 가장 근접하게 위치되는 열 교환기.The method according to claim 1,
The plurality of coolant channels having at least a portion of the cross-sectional area in the form of parallel concave curves,
Wherein one of the concave curves is located closest to the inner wall surface closest to the high heat capacity area and the second concave curve is located closest to the outer wall surface farthest from the high heat capacity area.
복수의 냉각제 채널의 각각은 벽의 하나 이상의 기능적 또는 구조적 특성을 정의하는 복수의 경계 조건을 충족시킴으로써 정의된 형태의 단면 영역의 적어도 일부분을 갖는 열 교환기.The method according to claim 1,
Each of the plurality of coolant channels having at least a portion of a cross-sectional area of a defined shape by meeting a plurality of boundary conditions defining one or more functional or structural characteristics of the wall.
복수의 경계 조건은:
벽이 충족시켜야 하는 적어도 하나의 열적 조건;
벽이 충족시켜야 하는 적어도 하나의 구조적 조건;
벽이 충족시켜야 하는 벽에 관한 적어도 하나의 재료 특성; 및
복수의 냉각제 채널이 충족시켜야 하는 냉각제 채널의 적어도 하나의 재료 특성;을 포함하는 열 교환기.6. The method of claim 5,
The plurality of boundary conditions are:
At least one thermal condition that the wall must meet;
At least one structural condition that the wall must meet;
At least one material characteristic on the wall the wall must meet; And
And at least one material characteristic of a coolant channel that a plurality of coolant channels must meet.
복수의 경계 조건은 냉각제 채널의 제 1 위치에 적용되는 제 1 복수의 경계 조건이고,
복수의 냉각제 채널의 각각은 상기 제 1 복수의 경계 조건과 다른 제 2 복수의 경계 조건을 충족시킴으로써 정의되는 제 2 형태의 단면 영역의 적어도 일부분을 제 2 위치에 가지는 열 교환기.6. The method of claim 5,
Wherein the plurality of boundary conditions is a first plurality of boundary conditions applied to the first location of the coolant channel,
Each of the plurality of coolant channels having at least a portion of a cross-sectional area of a second type defined by meeting a second plurality of boundary conditions different from the boundary conditions of the first plurality.
복수의 냉각제 채널은 벽 내의 상이한 위치에서 피치 각도가 변하는 열 교환기.The method according to claim 1,
The plurality of coolant channels varying in pitch angle at different locations within the wall.
복수의 냉각제 채널의 적어도 하나는 제 1 형태로 형성된 제 1 단면 영역을 제 1 위치에 포함하고, 제 2 형태로 형성된 제 2 단면 영역을 제 2 위치에 포함하는 열 교환기.The method according to claim 1,
Wherein at least one of the plurality of coolant channels includes a first cross-sectional area formed in a first configuration in a first location and a second cross-sectional area configured in a second configuration in a second location.
제 1 형태는 콩 형태이고, 제 2 형태는 타원 형태인 열 교환기.10. The method of claim 9,
Wherein the first form is a bean form and the second form is an elliptical form.
복수의 냉각제 채널은 벽 내의 상이한 위치에서 단면 영역의 크기가 변하는 열 교환기.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of coolant channels vary in size of the cross-sectional area at different locations within the wall.
벽은 실린더로서 형성되는 열 교환기.The method according to claim 1,
Wherein the wall is formed as a cylinder.
벽은 복수의 냉각제 채널의 적어도 일부를 보관하는 평면 플레이트를 포함하는 열 교환기.The method according to claim 1,
Wherein the wall comprises a flat plate that holds at least a portion of a plurality of coolant channels.
하우징은 적층 제조를 사용하여 단일 조각으로 제조되는 열 교환기.The method according to claim 1,
The housing is manufactured in a single piece using laminate manufacturing.
상기 열 교환기는 상기 영역을 둘러싸는 하우징을 포함하며,
상기 하우징은:
주위 용량에 비해 높은 열 용량을 함유하는 영역을 적어도 부분적으로 둘러싸는 벽; 및
벽 내의 빈 채널 공간에 의해서 각각 정의되는 복수의 냉각제 채널;을 포함하며,
냉각제 채널들은 유체가 벽 내에서 유동하도록 구성되며,
하우징은 적층 제조를 사용하여 제조되는 엔진.An engine comprising a heat-generating area, and a heat exchanger,
The heat exchanger including a housing surrounding the region,
Said housing comprising:
A wall at least partially surrounding a region containing a higher thermal capacity relative to ambient capacity; And
A plurality of coolant channels each defined by an empty channel space within the wall,
The coolant channels are configured to allow fluid to flow within the wall,
The housing is manufactured using laminate manufacturing.
복수의 냉각제 채널의 각각은 콩 형태의 단면 영역의 적어도 일부분을 갖는 엔진.16. The method of claim 15,
Each of the plurality of coolant channels having at least a portion of a cross-sectional area in the form of a bean.
복수의 냉각제 채널의 각각은 둥근 모서리를 갖는 사다리꼴 형태의 단면 영역의 적어도 일부분을 갖는 엔진.16. The method of claim 15,
Each of the plurality of coolant channels having at least a portion of a cross-sectional area in a trapezoidal shape having rounded corners.
복수의 냉각제 채널은 평행한 오목한 곡선들을 갖는 형태의 단면 영역의 적어도 일부를 갖으며,
오목한 곡선들 중 하나는 높은 열 용량 영역에 가장 가까운 내부 벽면에 가장 근접하게 위치되고, 제 2 오목한 곡선은 높은 열 용량 영역으로부터 가장 먼 외부 벽면에 가장 근접하게 위치되는 엔진.16. The method of claim 15,
The plurality of coolant channels having at least a portion of the cross-sectional area in the form of parallel concave curves,
One of the concave curves being located closest to the inner wall surface closest to the high heat capacity area and the second concave curve being located closest to the outer wall surface farthest from the high heat capacity area.
복수의 냉각제 채널의 각각은 벽의 하나 이상의 기능적 또는 구조적 특성을 정의하는 복수의 경계 조건을 충족시킴으로써 정의된 형태의 단면 영역의 적어도 일부분을 갖는 엔진.16. The method of claim 15,
Each of the plurality of coolant channels having at least a portion of a cross-sectional area of a defined type by meeting a plurality of boundary conditions defining one or more functional or structural characteristics of the wall.
복수의 경계 조건은:
벽이 충족시켜야 하는 적어도 하나의 열적 조건;
벽이 충족시켜야 하는 적어도 하나의 구조적 조건;
벽이 충족시켜야 하는 벽에 관한 적어도 하나의 재료 특성; 및
복수의 냉각제 채널이 충족시켜야 하는 냉각제 채널의 적어도 하나의 재료 특성;을 포함하는 엔진.16. The method of claim 15,
The plurality of boundary conditions are:
At least one thermal condition that the wall must meet;
At least one structural condition that the wall must meet;
At least one material characteristic on the wall the wall must meet; And
At least one material characteristic of a coolant channel that a plurality of coolant channels must meet.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102181031B1 (en) * | 2019-09-09 | 2020-11-19 | 한국항공우주연구원 | A ground test device for upper-stage rocket engine |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20180172041A1 (en) * | 2016-12-20 | 2018-06-21 | Baker Hughes Incorporated | Temperature regulated components having cooling channels and method |
EP3597897B1 (en) * | 2018-07-17 | 2024-01-31 | ArianeGroup GmbH | Combustion chamber structure, particularly for a rocket engine |
US20200182196A1 (en) * | 2018-12-11 | 2020-06-11 | Stratolaunch Research, Inc. | Combustion chamber liner with spiral cooling channels |
DE102018132500A1 (en) * | 2018-12-17 | 2020-06-18 | Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh | Stator housing and electrical machine for a vehicle |
US10808684B2 (en) * | 2018-12-18 | 2020-10-20 | General Electric Company | Heat transfer assembly embedded in a wind turbine nacelle |
US11390551B2 (en) | 2019-10-01 | 2022-07-19 | Owens-Brockway Glass Container Inc. | Cooling panel for a melter |
US11912608B2 (en) | 2019-10-01 | 2024-02-27 | Owens-Brockway Glass Container Inc. | Glass manufacturing |
US11580281B2 (en) * | 2020-02-19 | 2023-02-14 | Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. | System and method for designing heating, ventilating, and air-conditioning (HVAC) systems |
CN112963861B (en) * | 2021-03-11 | 2022-08-30 | 哈尔滨工业大学 | Dual-fuel precooler with distributable heat exchange area |
CN115263606B (en) * | 2022-09-23 | 2023-04-14 | 北京星河动力装备科技有限公司 | Engine thrust chamber, rocket engine and liquid rocket |
US20240227039A9 (en) * | 2022-10-20 | 2024-07-11 | Martha L Dunham | Subtractive manufacturing of gyroid structures |
US20240191630A1 (en) * | 2022-12-09 | 2024-06-13 | General Electric Company | Fluid ducts including a rib |
Family Cites Families (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE512942C2 (en) * | 1998-10-02 | 2000-06-12 | Volvo Aero Corp | Procedure for manufacturing rocket engine outlet nozzles |
EP1161625B1 (en) * | 1998-11-27 | 2003-06-25 | Volvo Aero Corporation | Nozzle structure for rocket nozzles having cooled nozzle wall |
WO2002055863A1 (en) * | 2001-01-11 | 2002-07-18 | Volvo Aero Corporation | Rocket engine member and a method for manufacturing a rocket engine member |
US6783824B2 (en) * | 2001-01-25 | 2004-08-31 | Hyper-Therm High-Temperature Composites, Inc. | Actively-cooled fiber-reinforced ceramic matrix composite rocket propulsion thrust chamber and method of producing the same |
US7370469B2 (en) * | 2004-12-13 | 2008-05-13 | United Technologies Corporation | Rocket chamber heat exchanger |
US7464537B2 (en) * | 2005-04-04 | 2008-12-16 | United Technologies Corporation | Heat transfer enhancement features for a tubular wall combustion chamber |
GB0605802D0 (en) * | 2006-03-23 | 2006-05-03 | Rolls Royce Plc | A heat exchanger |
JP4941891B2 (en) * | 2006-11-13 | 2012-05-30 | 株式会社Ihi | Film cooling structure |
US8015788B2 (en) * | 2006-12-27 | 2011-09-13 | General Electric Company | Heat transfer system for turbine engine using heat pipes |
FI120219B (en) * | 2007-06-29 | 2009-07-31 | Abb Oy | Heat Sink |
US8529193B2 (en) * | 2009-11-25 | 2013-09-10 | Honeywell International Inc. | Gas turbine engine components with improved film cooling |
US8506251B2 (en) * | 2010-03-03 | 2013-08-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine blade, manufacturing method therefor, and gas turbine using turbine blade |
US8535005B2 (en) * | 2010-04-30 | 2013-09-17 | Honeywell International Inc. | Blades, turbine blade assemblies, and methods of forming blades |
US8628293B2 (en) * | 2010-06-17 | 2014-01-14 | Honeywell International Inc. | Gas turbine engine components with cooling hole trenches |
US9539773B2 (en) * | 2011-12-06 | 2017-01-10 | Hrl Laboratories, Llc | Net-shape structure with micro-truss core |
US20130315710A1 (en) * | 2012-05-22 | 2013-11-28 | Honeywell International Inc. | Gas turbine engine components with cooling hole trenches |
US9752835B2 (en) * | 2013-06-06 | 2017-09-05 | Honeywell International Inc. | Unitary heat exchangers having integrally-formed compliant heat exchanger tubes and heat exchange systems including the same |
US9932835B2 (en) * | 2014-05-23 | 2018-04-03 | United Technologies Corporation | Airfoil cooling device and method of manufacture |
US10809016B2 (en) * | 2015-02-06 | 2020-10-20 | Raytheon Technologies Corporation | Heat exchanger system with additively manufactured heat transfer tube that follows a non-linear path |
US10371462B2 (en) * | 2015-09-21 | 2019-08-06 | Lockheed Martin Corporation | Integrated multi-chamber heat exchanger |
US10190828B2 (en) * | 2015-10-22 | 2019-01-29 | Hamilton Sundstrand Corporation | Heat exchangers |
US20170146305A1 (en) * | 2015-11-24 | 2017-05-25 | Hamilton Sundstrand Corporation | Header for heat exchanger |
US11112183B2 (en) * | 2016-01-14 | 2021-09-07 | Hamilton Sundstrand Corporation | Heat exchanger channels |
US20170205149A1 (en) * | 2016-01-15 | 2017-07-20 | Hamilton Sundstrand Corporation | Heat exchanger channels |
US10514205B2 (en) * | 2016-04-10 | 2019-12-24 | Forum Us, Inc. | Heat exchanger unit |
US20170328651A1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-11-16 | Tom Richards, Inc. | Point of dispense heat exchanger for fluids |
US10378359B2 (en) * | 2016-05-17 | 2019-08-13 | United Technologies Corporation | Heat exchanger with precision manufactured flow passages |
US10247004B2 (en) * | 2016-05-17 | 2019-04-02 | United Technologies Corporation | Heat exchanger with decreased core cross-sectional areas |
US11021965B2 (en) * | 2016-05-19 | 2021-06-01 | Honeywell International Inc. | Engine components with cooling holes having tailored metering and diffuser portions |
US20170363361A1 (en) * | 2016-06-17 | 2017-12-21 | Hamilton Sundstrand Corporation | Header for a heat exchanger |
US10209009B2 (en) * | 2016-06-21 | 2019-02-19 | General Electric Company | Heat exchanger including passageways |
CA3035670A1 (en) * | 2016-09-08 | 2018-03-15 | Additive Rocket Corporation | Fractal fluid passages apparatus |
-
2017
- 2017-09-01 US US15/694,540 patent/US20180058770A1/en not_active Abandoned
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102181031B1 (en) * | 2019-09-09 | 2020-11-19 | 한국항공우주연구원 | A ground test device for upper-stage rocket engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU2017321896A1 (en) | 2019-04-18 |
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EP3507558A1 (en) | 2019-07-10 |
EP3507558A4 (en) | 2020-04-22 |
SG11201901764RA (en) | 2019-03-28 |
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