KR101441123B1 - 열 교환기용 루버형 핀 - Google Patents

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KR101441123B1
KR101441123B1 KR1020070040104A KR20070040104A KR101441123B1 KR 101441123 B1 KR101441123 B1 KR 101441123B1 KR 1020070040104 A KR1020070040104 A KR 1020070040104A KR 20070040104 A KR20070040104 A KR 20070040104A KR 101441123 B1 KR101441123 B1 KR 101441123B1
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Abstract

열 교환기용 루버형 핀이 개시되었으며, 루버는 강도와 강성을 최대화하면서 제조에 필요한 재료의 양은 최소화하기 위해 리브가 형성된다.
Figure R1020070040104
루버, 핀, 강도, 재료, 리브

Description

열 교환기용 루버형 핀{LOUVERED FIN FOR HEAT EXCHANGER}
도1은 본 발명의 실시예를 따른 열 교환기 핀의 사시도.
도2는 도1에서 2-2선을 따라 도시된 열 교환기 핀의 복수의 루버에 대한 평면 단면도.
도3은 본 발명의 다른 실시예를 따른 열 교환기 핀의 사시도.
도4는 도3의 4-4선을 따라 도시된 열 교환기 핀의 복수의 루버의 평면 단면도.
도5는 본 발명의 다른 실시예를 따른 열 교환기 핀의 사시도.
도6은 본 발명의 다른 실시예를 따른 열 교환기 핀의 사시도.
도7은 본 발명의 일 실시예를 따른 열 교환기 핀을 제조하기 위해 사용되는 장치의 정면도.
도8은 본 발명의 다른 실시예를 따른 열 교환기 핀을 제조하기 위해 사용되는 장치의 정면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11: 외부면
12: 베이스 벽
13: 내부면
14: 상부
16: 하부
22: 중간부
23: 선단 엣지 루버
24: 입구 루버
26: 전환 루버
28: 출구 루버
29: 말단 엣지 루버
38: 리브
본 발명은 열 교환기에 관한 것이며, 특히 강도와 강성을 최대화시키도록 리브(rib)가 루버 상에 형성되는 열 교환기용 루버형 핀(louvered fin)에 관한 것이다.
공냉식 핀 타입 열 교환기는 매우 잘 알려져 있다. 열 교환기는 예를 들어 엔진 냉각제, 엔진 윤활유, 에어컨 냉매, 자동 변속기 유체 등의 다양한 작동 유체의 온도를 변화시키는데 사용된다. 통상적으로 열 교환기는 입구 탱크와 출구 탱크 사이에 연결된 복수의 이격된 유체 도관 또는 튜브와, 인접한 도관들 사이에 배치된 복수의 열 교환 핀을 포함한다. 공기는 예를 들어 냉각 팬이나 차량의 이동으로 인해 열 교환기의 핀을 거치게 된다. 공기가 핀을 거쳐 유동할 때, 튜브를 통해 유동하는 유체의 열이 튜브의 벽을 통해, 핀 내로 전도되어, 공기로 전달된다.
열 교환기 설계에서 주요 목적 중 하나는 높은 핀의 컬럼 강도를 달성하는 것이다. 핀의 종합 두께가 두꺼울수록 핀의 강도가 강해진다는 것은 이미 알려져 있다. 그러나, 핀의 종합 두께를 증가시키게 되면 핀을 제조하는데 필요한 재료의 양이 많아지게 된다. 재료의 양이 많아지면 무게가 무거워져서 바람직하지 않다. 핀의 강도를 높이기 위해 종합 두께를 증가시킬 목적으로 다양한 타입의 핀 설계가 종래 기술에 공지되었다. 핀의 강도는 최대화하면서 재료 사용은 최소화하는 열 교환기용 루버형 핀을 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 놀랍게도 핀의 강도는 최대화하면서 재료 사용은 최소화하는 열 교환기용 루버형 핀이 개발되었다.
일 실시예에서, 열 교환기 핀은 제1 베이스 단부와, 제2 베이스 단부와, 중간부를 가지는 베이스 벽과; 베이스 벽의 중간부에 배치되며, 제1 엣지와 제2 엣지를 가지는 전환 루버와; 베이스 벽의 제1 베이스 단부와 전환 루버 사이에 배치되며, 제1 엣지와 제2 엣지를 가지는 복수의 이격된 입구 루버와; 전환 루버와 베이스 벽의 제2 베이스 단부 사이에 배치되며, 제1 엣지와 제2 엣지를 가지는 복수의 이격된 출구 루버와; 전환 루버, 입구 루버 및 출구 루버 중 적어도 하나에 형성된 적어도 하나의 리브를 포함한다.
다른 실시예에서, 열 교환기 핀은 제1 베이스 단부와, 제2 베이스 단부와, 중간부를 가지는 베이스 벽과; 베이스 벽의 중간부에 배치되며, 측방향으로 연장된 제1 엣지와, 측방향으로 연장된 제2 엣지와, 제1 엣지와 제2 엣지 사이에 형성된 적어도 하나의 리브를 가지는 적어도 하나의 전환 루버와; 베이스 벽의 제1 베이스 단부와 전환 루버 사이에 배치되며, 측방향으로 연장된 제1 엣지와, 측방향으로 연장된 제2 엣지와, 제1 엣지와 제2 엣지 사이에 형성된 적어도 하나의 리브를 포함하는 복수의 이격된 입구 루버와; 전환 루버와 베이스 벽의 제2 베이스 단부 사이에 배치되며, 측방향으로 연장된 제1 엣지와, 측방향으로 연장된 제2 엣지와, 제1 엣지와 제2 엣지 사이에 형성된 적어도 하나의 리브를 가지는 복수의 이격된 출구 루버를 포함한다.
대략 편평한 재료 시트(sheet of material)를 제공하는 단계와, 재료 시트에서 길이 방향으로 연장된 복수의 리브를 형성하는 단계와, 재료 시트에서 측방향으로 연장된 복수의 주름(corrugation)을 형성하는 단계와, 재료 시트에서 길이 방향으로 연장된 복수의 열의 루버를 형성하는 단계를 포함하는 열 교환기 핀을 제조하는 방법이 개시되었다.
본 발명의 상기 및 다른 이점은 당업자라면 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예의 상세한 설명을 통해 쉽게 알 수 있을 것이다.
아래 상세한 설명과 첨부된 도면은 본 발명의 다양한 실시예를 설명 및 묘사한다. 설명과 도면은 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하는데 목적이 있으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 의도는 아니다. 예로서 개시된 방법에서, 제시된 단계들은 예시를 위한 것이므로, 단계들의 순서가 필연적이거나 중요한 것은 아니다.
도1은 외부면(11)과, 내부면(13)과, 제1 핀 단부(15)와, 제2 핀 단부(17)를 가지는 열 교환기 핀(10)을 도시한다. 열 교환기 핀(10)은 복수의 베이스 벽(12)을 포함한다. 본 발명의 정신 또는 범위 내에서 베이스 벽(12)이 더 많이 또는 더 적게 사용될 수 있음을 알 수 있다. 베이스 벽(12)은 상부(14)와, 하부(16)와, 제1 베이스 단부(18)와, 제2 베이스 단부(20)와, 중간부(22)를 가진다. 중간부(22)는 제1 베이스 단부(18)와 제2 베이스 단부(20) 중간에 배치된다.
베이스 벽(12)은 선단 엣지 루버(23)와, 복수의 입구 루버(24)와, 전환 루버(26)와, 복수의 출구 루버(28)와, 말단 엣지 루버(29)를 포함한다. 선단 엣지 루버(23)와 입구 루버(24)는 제1 단부(30)에서 베이스 벽(12)의 상부(14)에 연결되며, 제2 단부(32)에서 베이스 벽(12)의 하부(16)에 연결된다. 도2에 더욱 명확히 도시된 바와 같이, 선단 엣지 루버(23)와 각각의 입구 루버(24)는 제1 표면(33)과, 제2 표면(35)과, 제1 엣지(34)와, 이격된 제2 엣지(36)와, 리브(38)를 포함한다. 리브(38)는 제1 엣지(34)와 제2 엣지(36) 사이에 형성되며, 제2 표면(35)으로부터 측방향 외측으로 연장된다. 선단 엣지 루버(23)와 각각의 입구 루버(24) 상에 단일의 리브(38)가 형성된 것으로 도시되었다. 그러나, 필요할 경우 본 발명의 범위 내에서 선단 엣지 루버(23)와 입구 루버(24)에 리브(38)가 더 많이 또는 더 적게 형성될 수 있음을 알 수 있다. 도시된 실시예에서, 리브(38)는 선단 엣지 루버(23)와 입구 루버(24)의 제1 단부(30)로부터 제2 단부(32)까지 연장된다. 갭(39)은 인접한 입구 루버(23, 24)들 사이와, 전환 루버(26)와 전환 루버(26)에 인접한 입구 루버(24) 사이에 형성된다.
전환 루버(26)는 제1 단부(40)에서 베이스 벽(12)의 상부(14)에 연결되고, 제2 단부(42)에서 베이스 벽(12)의 하부(16)에 연결된다. 도2에 도시된 바와 같이, 전환 루버(26)는 제1 표면(43)과, 제2 표면(45)과, 제1 엣지(44)와, 이격된 제2 엣지(46)와, 리브(48)를 포함한다. 리브(48)는 제1 엣지(44)와 제2 엣지(46) 사이에 형성되며, 제2 표면(45)으로부터 측방향 외측으로 연장된다. 전환 루버(26) 상에 단일의 리브(48)가 형성된 것으로 도시되었다. 그러나, 원할 경우 전환 루버(26)에 리브(48)가 더 많이 또는 더 적게 형성될 수 있음을 알 수 있다. 리브(48)는 전환 루버(26)의 제1 단부(40)로부터 제2 단부(42)까지 연장된다.
출구 루버(28)와 말단 엣지 루버(29)는 제1 단부(50)에서 베이스 벽(12)의 상부(14)에 연결되고, 제2 단부(52)에서 베이스 벽(12)의 하부(16)에 연결된다. 도2에 도시된 바와 같이, 각각의 출구 루버(28)와 말단 엣지 루버(29)는 제1 표면(53)과, 제2 표면(55)과, 제1 엣지(54)와, 이격된 제2 엣지(56)와, 리브(58)를 포함한다. 리브(58)는 제1 엣지(54)와 제2 엣지(56) 사이에 형성되며, 제2 표면(55)으로부터 측방향 외측으로 연장된다. 각각의 출구 루버(28)와 말단 엣지 루버(29) 상에 단일의 리브(58)가 형성된 것으로 도시되었다. 그러나, 필요할 경우 출구 루버(28)와 말단 엣지 루버(29)에 리브(58)가 더 많이 또는 더 적게 형성될 수 있음을 알 수 있다. 리브(58)는 출구 루버(28)와 말단 엣지 루버(29)의 제1 단부(50)로부터 제2 단부(52)까지 연장된다. 갭(59)은 인접한 루버(28, 29)들 사이와, 전환 루버(26)와 전환 루버(26)에 인접한 출구 루버(28) 사이에 형성된다.
종래 기술에 공지된 바와 같이, 인접한 입구 루버(24)들 사이의 갭(39)을 통해 공기가 유동하게 된다. 유동 튜브(미도시)에서 유동하는 유체(미도시)로부터 빼앗긴 열은 열 교환기 핀(10)과 입구 루버(24)를 거쳐 공기로 전달된다. 그런 다음, 공기는 전환 루버(26)에서 방향을 바꾸게 된다. 공기는 인접한 출구 루버(28)들 사이의 갭(59)을 통해 유동하여, 이 때 출구 루버(28)로부터 공기로 추가의 열이 전달된다.
루버(24, 26, 28) 상에 리브(38, 48, 58)가 형성되어 루버(24, 26, 28)의 종합 두께가 증가한다. 루버(24, 26, 28)의 종합 두께가 증가하게 되면 핀(10)의 강도가 증가한다. 도1 및 도2에 도시된 실시예에서, 강도가 약 18% 증가한 것으로 측정되었다.
핀(10)의 강도가 증가하면 핀(10)을 제작하기 위해 더 얇게 측정된 편평한 재료를 사용할 수 있다. 따라서, 종래의 핀 구조와 대략 동일한 강도를 갖는 핀(10)을 적은 재료로 만들 수 있다. 그러므로, 핀(10)의 전체적인 무게가 최소화된다. 리브(38, 48, 58)가 형성된 루버(24, 26, 28)를 포함하는 핀(10)을 종래의 핀 구조보다 최대 20% 적은 재료로 만들 수 있는 것이 개시되었다.
도3 및 도4에 도시된 열 교환기 핀(10')은 리브(38', 48', 58')를 포함한다. 도3 및 도4에서 반복되는 도1 및 도2와 유사한 구조는 동일한 부호에 (')를 표시하였다. 리브(38', 48', 58')는 개별의 제1 표면(33, 43, 53)으로부터 측방향 외측으로 연장되도록 형성된다. 나머지 구조는 도1 및 도2에서 전술된 것과 동일하다. 루버(24', 26', 28')를 관통하는 공기 유동은 도1 및 도2에서 설명한 것과 동일하다.
도5는 본 발명의 다른 실시예를 따른 강한 열 교환기 핀을 도시한다. 도5에서 반복되는 도1 및 도2와 유사한 구조는 동일한 도면 부호에 (")를 표시하였다. 본 실시예에서, 리브(38", 48", 58")는 핀(10")의 제1 핀 단부(15)에서부터 핀(10")의 제2 핀 단부(17)까지 연장된다. 리브(38", 48", 58")는 도5에 도시된 바와 같이 핀(10")의 내부면(13)으로부터 측방향 외측으로 연장되도록 형성될 수 있다. 리브(38"', 48"', 58"')도 도6에 도시된 바와 같이 핀(10")의 외부면(11)으로부터 측방향 외측으로 연장되도록 형성될 수 있다. 도6에서 반복되는 도1 및 도2와 유사한 구조는 동일한 도면 부호에 ("')를 표시하였다. 나머지 구조와 루버(24", 26", 28", 24"', 26"', 28"')를 관통하는 공기 유동은 도1 및 도2에서 설명한 것과 동일하다.
도1 및 도2에 도시된 열 교환기 핀(10)을 형성하는 방법을 설명할 것이다. 예컨대 알루미늄 등의 대략 편평한 재료 시트(110)가 제공된다. 도7에 도시된 바와 같이, 재료 시트(100)는 높이와 직진도 조절을 위해 보유 롤(111) 내로 공급된 다음, 한 쌍의 리브 형성 롤(112)로 공급된다. 리브 형성 롤(112) 중 제1 리브 형성 롤은 복수의 이격된 환형 돌기(미도시)를 포함한다. 리브 형성 롤(112) 중 제2 리브 형성 롤은 복수의 이격된 환형 채널 또는 만입부를 포함한다. 리브 형성 롤(112)의 돌기와 만입부는 상호 작용하여 재료 시트(100)에서 복수의 연속적인 리브(38, 48, 58)를 형성한다. 그런 다음, 선택적으로 재료 시트(110)는 도8에 도시된 바와 같이 제2 보유 롤(111) 내로 공급될 수 있다. 그런 후에, 시트(110)는 한 쌍의 주름 핀 형성 롤(114) 내로 공급된다. 주름 핀 형성 롤(114) 상에 배치된 절단기(미도시)는 시트(110)를 절단하여 복수의 열을 형성한다. 각각의 열들은 선단 엣지 루버(23)와, 복수의 입구 루버(24)와, 전환 루버(26)와, 복수의 출구 루버(28)와, 말단 엣지 루버(29)를 포함한다. 주름 핀 형성 롤(114)은 시트(110)를 동시에 교호적으로 만곡시켜 주름을 형성하며, 시트(110)에 파동 형상을 형성한다. 또한, 주름 핀 형성 롤(114)은 상호 작용하여 인접한 열의 루버(23, 24, 26, 28, 29) 사이의 시트(110)를 평평하게 한다. 그러므로, 시트(110)의 상부(14)와 하부(16)에 형성된 리브(38, 48, 58)는 제거된다. 시트(110)는 밀도 스테이션(116)에 공급되어 원하는 만큼 시트(110)가 추가로 조절될 수 있다. 시트(110)는 절단 스테이션(118)에 공급되어 원하는 길이로 시트(110)가 절단된다.
도5에 도시된 핀(10")을 형성하기 위해, 인접한 열의 루버(23", 24", 26", 28", 29")들 사이의 시트(110)를 평평하게 하는 단계가 생략된다. 이러한 방식으로 만들어진 리브(38", 48", 58")는 루버(24", 26", 28")의 제1 단부(30, 40, 50)와 제2 단부(32, 42, 52)에서 끝나지 않고, 핀(10)의 제1 핀 단부(15)에서부터 핀(10)의 제2 핀 단부(17)까지 연속적으로 연장된다.
당업자는 전술된 설명으로부터 본 발명의 중요한 특징을 쉽게 이해할 수 있으며, 본 발명의 정신과 범위 내에서 다양한 사용과 조건에 맞추어 본 발명을 다양하게 변형 및 변경시킬 수 있다.
본 발명은 핀의 강도는 최대화하면서 재료 사용은 최소화하는 열 교환기용 루버형 핀을 제조할 수 있다.

Claims (6)

  1. 열 교환기 핀으로서,
    제1 베이스 단부와 제2 베이스 단부 및 중간부를 가지며, 제1 핀 단부 및 제2 핀 단부 사이에 연속된 주름진 형태(contiguous corrugated shape)로 형성된 복수의 베이스 벽들과,
    상기 베이스 벽들 중 적어도 하나의 베이스 벽의 중간부에 배치되며, 제1 엣지와 제2 엣지를 가지는 전환 루버와,
    상기 베이스 벽들 중 적어도 하나의 베이스 벽의 제1 베이스 단부와 상기 전환 루버 사이에 배치되며, 제1 엣지와 제2 엣지를 가지는 복수의 이격된 입구 루버들과,
    상기 전환 루버와 상기 베이스 벽들 중 적어도 하나의 베이스 벽의 제2 베이스 단부 사이에 배치되며, 제1 엣지와 제2 엣지를 가지는 복수의 이격된 출구 루버들과,
    상기 전환 루버와, 상기 입구 루버들과, 상기 출구 루버들 중 적어도 하나에 형성되는 적어도 하나의 리브를 포함하며,
    상기 리브는 실질적으로 상기 제1 핀 단부로부터 상기 제2 핀 단부로 연장(extend)하는, 열 교환기 핀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리브는 상기 전환 루버, 상기 입구 루버들 및 상기 출구 루버들 중 적어도 하나의 루버의 제1 엣지와 제2 엣지 사이에 형성되는, 열 교환기 핀.
  3. 제2항에 있어서, 상기 리브는 상기 전환 루버, 상기 입구 루버들 및 상기 출구 루버들 중 적어도 하나의 루버의 제1 엣지와 제2 엣지에 실질적으로 평행하게 형성되는, 열 교환기 핀.
  4. 제1항에 있어서, 상기 리브는 상기 전환 루버, 상기 입구 루버들 및 상기 출구 루버들 중 적어도 하나의 루버의 제1 단부에서부터 제2 단부까지 형성되는, 열 교환기 핀.
  5. 제1항에 있어서, 상기 리브는 상기 전환 루버, 상기 입구 루버들 및 상기 출구 루버들 중 적어도 하나의 루버의 제1 표면과 제2 표면 중 하나로부터 측방향 외측으로 연장되도록 형성되는, 열 교환기 핀.
  6. 제1항에 있어서, 선단 엣지 루버와 말단 엣지 루버를 더 포함하며,
    상기 선단 엣지 루버는 상기 베이스 벽의 제1 베이스 단부와 상기 입구 루버들 사이에 배치되며, 제1 엣지와, 제2 엣지와, 이러한 엣지들 상에 형성된 리브를 가지며,
    상기 말단 엣지 루버는 상기 출구 루버들과 상기 베이스 벽의 제2 베이스 단부 사이에 배치되며, 제1 엣지와, 제2 엣지와, 이러한 엣지들 상에 형성된 리브를 가지는, 열 교환기 핀.
KR1020070040104A 2006-04-25 2007-04-25 열 교환기용 루버형 핀 KR101441123B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/410,694 US20070246202A1 (en) 2006-04-25 2006-04-25 Louvered fin for heat exchanger
US11/410,694 2006-04-25

Publications (2)

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