斐波那契优化径向热交换器制造技术

一种用于将热能传递到径向流过多个柱或管的气体或流体的传热装置，或从径向流过多个柱或管的气体或流体来传递热能的传热装置，包括具有板表面的板。多个柱或管设置在板表面上并且基本垂直于板表面而突出。根据叶序布置而设置多个柱或管中的至少约50％。叶序布置的多个叶序螺旋弧的每个弧终止于沿着板上的弧半径的不同位置处，其中叶序弧终止半径小于周边半径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】斐波那契优化径向热交换器相关申请的交叉引用本申请要求2016年6月6日提交的共同未决的美国临时专利申请序列号62/346,085，名为“FIBONACCIOPTIMIZEDRADIALHEATEXCHANGER”，以及在2017年5月31日提交的美国专利申请序列号15/609,331，名为“FIBONACCIOPTIMIZEDRADIALHEATTRANSFER”的优先权和权益，这些申请通过引用整体并入本文。
本申请涉及热交换器，并且特别涉及用于径向热交换器的热交换器管或杆分配。
技术介绍
加热水的有效方法是使来自燃烧器的热气体流过热水加热器的热交换器。通常通过使水或加热的气体(例如烟道气)通过多个管同时水或加热的气体中的另一个在管的外部而将热气体的热能传递到水中。一种常见类型的圆柱形热交换器具有两个或更多个管板以支撑圆筒内的多个管。沿纵向延伸通过圆筒的管沿管板分布。
技术实现思路
根据一个方面，一种用于将热能传递到径向流过多个柱或管的气体或流体的传热装置、或从该气体或流体传递热能的传热装置，包括具有板表面的板。多个柱或管设置在板表面上并且基本垂直于板表面而突出。根据叶序布置设置多个柱或管中的至少约50％。叶序布置的多个叶序螺旋弧的每个弧终止于沿着板上的弧半径的不同位置处，其中叶序弧终止半径小于周半径。在一个实施例中，所述多个柱或管中的至少一个或多个柱或管包括热管。在另一个实施方案中，所述多个柱或管中的至少一个或多个柱或管的表面包括纳米纹理或半多孔表面处理或材料沉积。在又一个实施方案中，所述多个柱或管中的至少一个或多个柱或管的表面包括表面处理或可变密度表面处理。在又一个实施例中，叶序布局包括斐波纳契优化的径向热传递(FORHT)图案，并且多个叶序螺旋弧包括第一数量的顺时针螺旋弧和第二不同数量的逆时针螺旋弧。在又一个实施例中，第一数量的顺时针螺旋弧包括第一斐波纳契数，第二不同数量的逆时针螺旋弧包括第二斐波那契数，第一斐波纳契数和第二斐波纳契数是连续的斐波那契数。在又一个实施例中，板包括具有孔图案的第一管板，其中多个管中的每个管机械性地固定在孔图案的每个孔中。在又一个实施例中，传热装置还包括第二管板，该第二管板具有与第一管板基本相同的孔图案。多个管中的每个管在每个管的与第一管板相对的一端处机械性地固定在孔图案的每个孔中。在又一个实施例中，第一管板和所述多个管设置在圆柱形外壳中。在又一个实施例中，传热装置包括热水加热器的热交换器。在又一个实施例中，气体流过每个管，并且流体沿着多个外管壁在圆柱形外壳中大致径向流动，以在气体和流体之间交换热能。在又一个实施例中，传热装置还包括至少一个环形挡板，以使进入热交换器的冷水径向流动。在又一个实施例中，传热装置还包括至少一个盘挡板，以在从热交换器的圆柱形外壳的内壁表面朝向圆柱形外壳的中心长轴的方向上引起水的大致径向流动。在又一个实施例中，传热装置还包括至少一个盘挡板和至少一个相邻的环形挡板，以在从圆柱形外壳的内壁表面朝向相邻的环形挡板中心开口的方向上引起大致径向的水流。在又一个实施例中，柱或管包括散热器的柱或管。在又一个实施例中，传热装置还包括风扇，用于沿着所述多个柱或管的每个柱或管的长轴方向将冷却空气吹入多个柱或管中，使得空气流变成横跨柱或管的基本对称的径向流动模式，以产生通过板上方的多个柱或管的基本均匀的径向空气流。在又一个实施例中，散热器还包括至少一个挡板，以实现基本垂直于多个柱的径向气流。根据以下描述和权利要求，本申请的前述和其他方面，特征和优点将变得更加明显。附图说明参考下面描述的附图和权利要求，可以更好地理解本申请的特征。附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明本文所述的原理上。在附图中，各个视图中相同的数字用于表示相同的部件。图1示出了示例性笛卡尔坐标管板布局的图示；图2A示出了另一示例性径向管板布局的图示；图2B示出了图2A的管板布局的放大视图；图3A示出了根据新的斐波那契(Fibonacci)优化径向热传递(FORHT)管板布局管板系统和方法计算孔位置的示例性工作表的表格。图3B示出了图3A的计算的FORHT管板布局的图表。图3A；图4A示出了示例性FORHT管板图案；图4B示出了较大的FORHT管板的又一示例性实施例；图5示出了以N＝0开始，跳过N＝1-9的FORHT管板的另一示例性实施例；图6示出了具有挡板的示例性FORHT散热器的示意流程图；图7示出了具有挡板的示例性FORHT热交换器的示意流程图；和图8示出了示例性FORHT图案的图，该图案限定了八个逆时针螺旋弧和十三个顺时针螺旋弧；图9示出了示例性FORHT图案解决方案，其提供由箭头表示的径向热能流，基本上没有优选的流路；图10示出了现有技术的示例性HEX图案，作为对照；图11示出了现有技术的另一示例性同心环图案；图12A示出了示例性双板叶序热交换器的FORHT流动模式的示意图；图12B示出了图12A的叶序热交换器的端视图；图12C示出了图12A的叶序热交换器的等距视图；图13A示出了单板叶序散热器的示例性实施例的等距视图；和图13B示出了图13A的单板叶序散热器的空气流程图。具体实施方式定义：热交换器：如下文所用的热交换器包括如下结构：该结构通过使用固体结构从固体、液体或气体交换或传递热量至另一种不同的固体、液体或气体交换或。例如，散热器，例如电子应用中使用的散热器，通常通过固体散热器结构将热量从一个或多个电子封装的固体壳体传递到空气。或者，例如，在热水器中，热交换器通常包括多个管，这些管将热能从热烟道气传递以加热冷水。烟道气可以通过管子以在热交换器外壳中加热管子外部的水。或者，待加热的水可以流过管子，烟气沿着热交换器管的外部流动，同时使待加热的水流动。柱和管：通常，管是圆柱形管。然而，如下文所用，管包括任何合适形状的任何长型结构，其允许气体或流体在其内纵向流动，并且另一气体或流体沿外表面流动，以便在管内的气体或流体与流过管外表面的气体或流体之间交换热能。例如，管可以是方形或矩形管，其内部具有方形纵向路径。可以使用任何合适的外部几何形状的管。类似地，内部纵向通道可以是正方形、矩形，圆形或具有任何其他合适形状的开口。诸如散热器的柱之类的柱，通常通过传导到固体柱或从固体柱传导热能到达流经或流过多个柱中每个柱的外表面的气体或流体。柱可以是圆形、矩形、正方形、三角形或任何合适的柱形。热管：下文中的任一个管或柱可以部分或全部由热管替代。热管通过蒸发-冷凝循环将热量从一端传递到另一相对端，通常基于液体和气体之间的相变。周半径(perimeterradius)：根据新的斐波纳契优化径向传热(FORHT)布局，柱和/或管可以分布在任何合适板的任何合适的表面上，如下文更详细描述的。FORHT布局具有圆形对称图案，其可以在图案半径内定义。此外，图案半径可以落在周半径内，以与传热装置的外边缘具有足够的间隙。支撑FORHT布局的柱和/或管的板的形状不是重要的。例如，板可以是圆形板，其中周半径是圆形板的半径。或者，在其他示例性实施例中，板可以是正方形或矩形板，其包括非圆形板表面上的周半径。类似地，周半径可以由设置在圆形或非圆形板上或上方的圆柱形外壳的内壁表面限定。如上所述，加热水的有效方法是使来自燃烧器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传热装置，用于将热能传递到径向流过多个柱或管的气体或流体、或从所述气体或流体传热，所述传热装置包括：具有板表面的板；和多个柱或管，设置在所述板表面上并基本垂直于所述板表面突出，所述多个柱或管的至少约50％根据叶序布置设置；和所述叶序布置的多个叶序螺旋弧中的每个弧终止于沿着所述板上弧半径的不同位置处，叶序弧终止半径小于周半径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.06 US 62/346,085;2017.05.31 US 15/609,3311.一种传热装置，用于将热能传递到径向流过多个柱或管的气体或流体、或从所述气体或流体传热，所述传热装置包括：具有板表面的板；和多个柱或管，设置在所述板表面上并基本垂直于所述板表面突出，所述多个柱或管的至少约50％根据叶序布置设置；和所述叶序布置的多个叶序螺旋弧中的每个弧终止于沿着所述板上弧半径的不同位置处，叶序弧终止半径小于周半径。2.根据权利要求1所述的传热装置，其中所述多个柱或管中的至少一个或多个柱或管包括热管。3.根据权利要求1所述的传热装置，其中所述多个柱或管中的至少一个或多个柱或管的表面包括纳米纹理或半多孔表面处理或材料沉积。4.根据权利要求1所述的传热装置，其中所述多个柱或管中的至少一个或多个柱或管的表面包括表面处理或可变密度表面处理。5.根据权利要求1所述的传热装置，其中所述叶序布置包括斐波纳契优化的径向传热(FORHT)图案，并且多个叶序螺旋弧包括第一数量的顺时针螺旋弧和第二不同数量的逆时针螺旋弧。6.如权利要求5所述的传热装置，其中所述第一数量的顺时针螺旋弧包括第一斐波那契数，所述第二不同数量的逆时针螺旋弧包括第二斐波纳契数，所述第一斐波纳契数和所述第二斐波纳契数是连续的斐波纳契数。7.如权利要求1所述的传热装置，其中所述板包括具有孔图案的第一管板，其中多个管中的每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰拉尔德·A·菲奥里迪，凯尔·T·摩根，
申请(专利权)人：热高国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US