KR20110080899A - 열교환기용 핀 - Google Patents

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KR20110080899A
KR20110080899A KR1020100001329A KR20100001329A KR20110080899A KR 20110080899 A KR20110080899 A KR 20110080899A KR 1020100001329 A KR1020100001329 A KR 1020100001329A KR 20100001329 A KR20100001329 A KR 20100001329A KR 20110080899 A KR20110080899 A KR 20110080899A
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김한경
김종원
박경래
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한국델파이주식회사
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Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환효율을 대폭 향상시킬 수 있는 열교환기용 핀에 관한 것이다.
본 발명에 의한 열교환기용 핀은 평탄부 및 만곡부를 가진 주름진 구조이고, 상기 핀의 평탄부에는 복수의 루버가 형성되며, 복수의 루버들 사이에는 공기의 흐름경로가 통과하는 공기통로가 형성되고, 상기 복수의 루버들은 홀수측 루버와 짝수측 루버로 구분되고, 상기 홀수측 루버와 짝수측 루버의 어느 한 단부들은 그 수직방향 위치가 서로 다른 것을 특징으로 한다.

Description

열교환기용 핀{FIN FOR HEAT EXCHANGER}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환효율을 대폭 향상시킬 수 있는 열교환기용 핀에 관한 것이다.
널리 주지된 바와 같이, 차량 내에는 응축기, 라디에이터, 인터쿨러, 오일쿨러 등과 같은 다양한 차량용 열교환기가 설치되어 있다. 이러한 차량용 열교환기는 내부에 열교환매체가 유동할 수 있는 유로를 가지고, 이러한 유로를 통해 열교환매체가 흐르는 동안 주위의 유체(공기, 냉각수 등)와 열교환하도록 구성된다.
한편, 차량용 열교환기는 그 형상 내지 구조에 따라 다양한 종류가 있다. 이 중에서 핀 앤 튜브 타입(fin and tube type)의 차량용 열교환기는 열교환매체가 통과하는 복수의 튜브 및 이러한 튜브들 사이에 배치된 복수의 핀(fin)을 가진 열교환기로서, 각 핀은 주름진 구조(corrugated)로 구성되며, 핀의 표면을 따라 공기가 통과하면서 각 튜브의 내부를 통과하는 열교환매체와 열교환하도록 구성된다.
각 핀의 표면에는 복수의 루버(louver)가 형성되고, 이러한 루버는 그 선단효과에 의해 열교환성능을 향상시키도록 구성된다. 또한, 루버는 공기의 흐름을 바꾸어 인접한 루버들 사이의 통로로 공기 흐름을 유도하여 방열핀의 열전달효율을 향상시키도록 구성된다.
하지만, 종래의 핀은 그 루버의 배치구조가 단순하여 공기가 핀의 루버 사이에서 체류하는 시간이 상대적으로 짧고, 이에 열교환기의 열교환효율이 낮은 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 열교환기용 핀의 표면을 따라 흐르는 공기의 난류화를 촉진시킴으로써 공기가 핀의 루버들 사이에 체류하는 시간을 증대시킴과 더불어 공기와 핀의 접촉면적을 넓힘으로써 열교환기의 열교환성을 향상시킬 수 있는 열교환기용 핀을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 복수의 튜브들 사이에 배치된 열교환기용 핀에 있어서,
상기 핀은 평탄부 및 만곡부를 가진 주름진 구조이고, 상기 핀의 평탄부에는 복수의 루버가 형성되며, 복수의 루버들 사이에는 공기의 흐름경로가 통과하는 공기통로가 형성되고,
상기 복수의 루버들은 홀수측 루버와 짝수측 루버로 구분되고, 상기 홀수측 루버와 짝수측 루버의 어느 한 단부들은 그 수직방향 위치가 서로 다른 것을 특징으로 한다.
상기 홀수측 루버의 각 하단이 상기 짝수측 루버의 각 하단 보다 하측에 위치함으로써 상기 홀수측 루버의 각 하단은 상기 짝수측 루버의 하단 보다 수직방향 간격 만큼 하측으로 돌출되는 것을 특징으로 한다.
상기 홀수측 루버의 하단과 짝수측 루버의 하단 사이의 수직방향 간격은 상기 홀수측 루버의 수직방향 길이 보다 작게 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 짝수측 루버의 각 하단은 상기 홀수측 루버의 각 하단 보다 하측에 위치함으로써 상기 짝수측 루버의 각 하단은 상기 홀수측 루버의 하단 보다 수직방향 간격 만큼 하측으로 돌출되는 것을 특징으로 한다.
상기 짝수측 루버의 하단과 홀수측 루버의 하단 사이의 수직방향 간격은 짝수측 루버의 수직방향 길이 보다 작게 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 홀수측 루버와 짝수측 루버들은 그 길이가 동일하거나 서로 다르게 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 홀수측 루버와 짝수측 루버들은 그 경사각이 동일하거나 서로 다르게 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 평탄부의 중앙부에는 턴어라운드 루버가 배치되고, 상기 복수의 루버는 상기 턴어라운드 루버에 의해 상류측 루버군 및 하류측 루버군이 구분되며, 상기 상류측 루버군의 루버들과 하류측 루버군의 루버들은 서로 대향하는 방향으로 경사진 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 열교환기용 핀의 표면을 따라 흐르는 공기의 난류화를 촉진시킴으로써 공기가 핀의 루버들 사이에 체류하는 시간을 증대시킴과 더불어 공기와 핀의 접촉면적을 넓힘으로써 열교환기의 열교환성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 핀 앤 튜브 타입의 열교환기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 화살표 A부분을 부분 절취하여 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 B-B선을 따라 도시한 단면도로서, 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기용 핀을 실시형태 별로 도시한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기용 핀을 실시형태 별로 도시한 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 열교환기용 핀을 실시형태 별로 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명과 관련된 핀 앤 튜브 타입의 열교환기의 일 형태가 예시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 핀 앤 튜브 타입의 열교환기는 한 쌍의 헤더(1), 각 헤더(1)에 밀봉적으로 결합되는 한 쌍의 헤더탱크(2), 상기 헤더(1)들 사이를 가로질러 설치된 복수의 튜브(3), 상기 튜브(3)들 사이에 설치된 복수의 핀(4)을 포함한다.
이에, 열교환매체는 헤더탱크(2) 및 헤더(1) 내로 유입되고, 헤더탱크(2) 내의 열교환매체는 복수의 튜브(3)를 통과하면서 외부 공기와의 열교환에 의해 열교환매체의 열이 외부로 방출된다.
핀(4)은 도 2에 도시된 바와 같이 평탄부(4a, planar portion) 및 만곡부(4b, curved portion)를 가진 주름진 구조(corrugated)로 구성되고, 핀(4)의 표면을 따라 공기흐름이 형성된다. 화살표 X1은 튜브(3)의 내부를 통과하는 열교환매체의 흐름방향을 나타내고, 화살표 X2는 평탄부(4a)의 표면을 따라 흐르는 공기의 흐름방향을 나타낸다.
그리고, 평탄부(4a)의 공기흐름 방향(X2)을 따라 복수의 루버(5, louver)가 형성되고, 각 루버(5)들은 평탄부(4a)의 평면에 대해 경사지도록 절곡(bent out)된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기용 핀(4)의 루버구조를 도시한 단면도이다.
도시된 바와 같이, 평탄부(4a)의 중앙부에는 턴어라운드 루버(5a, turn around louver)가 형성되고, 이 턴어라운드 루버(5a)의 상류측에는 상류측 루버군(5b, leading louver set)이 배치되고, 턴어라운드 루버(5a)의 하류측에는 하류측 루버군(5c, trailing louver set)이 배치된다. 상류측 및 하류측 루버군(5b, 5c) 각각은 복수의 루버(51, 52)로 구성되고, 상류측 및 하류측 루버군(5b, 5c)의 인접하는 루버(51, 52)들 사이에는 공기의 흐름경로(AL)가 통과하는 공기통로(5e)가 형성되며, 이에 공기통로(5e)와 공기의 흐름경로(AL)는 대략 서로 평행하다. 상류측 루버군(5b)의 루버(51)와 하류측 루버군(5c)의 루버(52)는 서로 대향하는 각도로 경사지게 형성된다.
한편, 본 발명은 상류측 루버군(5b) 및 하류측 루버군(5c)의 루버(51, 52)들은 홀수측 루버(51a, 52a)와 짝수측 루버(51b, 52b)로 구분되고, 홀수측 루버(51a, 52a) 및 짝수측 루버(51b, 52b)들은 동일한 길이(L)로 이루어지며, 홀수측 루버(51a, 52a) 및 짝수측 루버(51b, 52b)의 경사각(c)은 동일하게 이루어진다. 이에 홀수측 루버(51a, 52a) 및 짝수측 루버(51b, 52b)들의 각 수직방향 길이(b)는 동일하게 구성된다.
그리고, 홀수측 루버(51a, 52a) 및 짝수측 루버(51b, 52b)들의 적어도 한 단부(상단 및/또는 하단)들은 그 수직방향 위치가 서로 다르게 구성되는 것을 특징으로 한다. 한편, 이하의 도 3 내지 도 8에서는 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단과 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단들이 그 수직방향 위치가 서로 다르게 구성된 것으로 예시하고 설명할 것이지만, 본 발명은 이에 한정하지 않고 홀수측 루버(51a, 52a)의 상단 및 짝수측 루버(51b, 52b)의 상단들 또한 수직방향 위치가 서로 다르게 구성될 수도 있다.
본 발명의 제1실시예는 도 3에 도시된 바와 같이, 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 하단이 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 하단 보다 하측에 위치하고, 이에 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 하단은 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단 보다 수직방향 간격(a1) 만큼 하측으로 돌출된다. 이와 같이 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단이 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단 보다 하측에 위치함에 따라 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 상단은 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 상단 보다 하측에 위치할 수 있다. 그리고, 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단과 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단 사이의 수직방향 간격(a1)은 홀수측 루버(51a, 52a)의 수직방향 길이(b) 보다 작게 구성된다.
이와 달리, 본 발명의 제1실시예는 도 4에 도시된 바와 같이 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 하단이 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 하단 보다 하측에 위치할 수도 있다. 이에 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 하단은 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단 보다 수직방향 간격(a1)만큼 하측으로 돌출된다. 이와 같이 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단이 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단 보다 하측에 위치함에 따라 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 상단은 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 상단 보다 하측에 위치할 수 있다. 그리고, 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단과 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단 사이의 수직방향 간격(a1)은 짝수측 루버(51b, 52b)의 수직방향 길이(b) 보다 작게 구성된다.
이와 같이, 본 발명은 상류측 루버군(5b) 및 하류측 루버군(5c)의 홀수측 루버(51a, 52a) 및 짝수측 루버(51b, 52b)들의 어느 한 단부들이 수직방향으로 서로 다르게 위치함에 따라 홀수측 루버(51a, 52a) 및 짝수측 루버(51b, 52b)들의 단부들이 수평선 상에 일렬로 위치하지 않는 구조로 이루어지고, 이에 공기가 공기통로(5e)를 통과하는 도중에 돌출된 홀수측 루버(51a, 52a) 또는 짝수측 루버(51b, 52b)와 직접적으로 접촉함에 따라 공기경계층의 끊어짐 즉, 공기흐름의 난류화가 촉진될 수 있다. 이러한 공기흐름의 난류화로 인해 전체적인 공기의 흐름경로(AL)가 종래구조에 비해 대폭 연장됨을 알 수 있다. 이와 같이 공기의 흐름경로(AL)가 연장됨에 따라 공기는 루버구조 내에 체류하는 시간이 증대됨과 더불어 공기와 루버구조들 사이의 접촉면적이 넓어져 열교환기용 핀(4)의 열교환성능이 대폭 증진됨을 알 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기용 핀(4)의 루버구조를 도시한 단면도이다.
도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 상류측 및 하류측 루버군(5b, 5c)의 홀수측 루버(51a, 52a)와 짝수측 루버(51b, 52b)들은 그 길이(L1, L2)가 서로 다르게 이루어지고, 홀수측 루버(51a, 52a) 및 짝수측 루버(51b, 52b)의 경사각(c)은 동일하게 이루어진다. 이에 홀수측 루버(51a, 52a)의 수직방향 길이(b1)와 짝수측 루버(51b, 52b)의 수직방향 길이(b2)는 서로 다르게 구성된다.
그외에 홀수측 루버(51a, 52a) 및 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 단부들이 수직방향으로 서로 다르게 위치한 구성은 선행하는 제1실시예와 동일하다.
본 발명의 제2실시예는 도 5에 도시된 바와 같이, 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 하단은 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 하단 보다 하측에 위치하고, 이에 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 하단은 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단 보다 수직방향 간격(a2)만큼 하측으로 돌출된다. 이와 같이 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단이 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단 보다 하측에 위치함에 따라 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 상단은 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 상단 보다 하측에 위치할 수도 있다. 그리고, 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단과 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단 사이의 수직방향 간격(a2)은 홀수측 루버(51a, 52a)의 수직방향 길이(b1) 보다 작게 구성된다.
이와 달리, 본 발명의 제2실시예는 도 6에 도시된 바와 같이, 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 하단이 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 하단 보다 하측에 위치할 수도 있다. 이에 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 하단은 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단 보다 수직방향 간격(a2)만큼 하측으로 돌출된다. 이와 같이 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단이 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단 보다 하측에 위치함에 따라 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 상단은 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 상단 보다 하측에 위치할 수도 있다. 그리고, 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단과 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단 사이의 수직방향 간격(a2)은 짝수측 루버(51b, 52b)의 수직방향 길이(b2) 보다 작게 구성된다.
이와 같이 본 제2실시예는 홀수측 루버(51a, 52a)의 길이(L1)와 짝수측 루버(51b, 52b)의 길이(L2)를 서로 다르게 설정함으로써 수직방향 간격(a2)을 보다 다양하게 설계할 수 있고, 이를 통해 공기흐름의 난류화를 정밀하게 제어할 수 있다.
그외 나머지 구성은 선행하는 제1실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 열교환기용 핀(4)의 루버구조를 도시한 단면도이다.
도시된 바와 같이, 제3실시예에 따른 상류측 루버군(5b) 및 하류측 루버군(5c)의 홀수측 루버(51a, 52a)와 짝수측 루버(51b, 52b)들은 그 경사각(c1, c2)이 서로 다르게 구성되는 것을 특징으로 한다. 이에 홀수측 루버(51a, 52a)의 수직방향 길이(b1)와 짝수측 루버(51b, 52b)의 수직방향 길이(b2)는 서로 다르게 구성된다.
그외에 홀수측 루버(51a, 52a) 및 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 단부들이 수직방향으로 서로 다르게 위치한 구성은 선행하는 제1 및 제2 실시예와 동일하다.
본 발명의 제3실시예는 도 7에 도시된 바와 같이, 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 하단이 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 하단 보다 하측에 위치하고, 이에 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 하단은 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단 보다 수직방향 간격(a3)만큼 하측으로 돌출된다. 이와 같이 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단이 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단 보다 하측에 위치함에 따라 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 상단은 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 상단 보다 하측에 위치할 수 있다. 그리고, 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단과 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단 사이의 수직방향 간격(a3)은 홀수측 루버(51a, 52a)의 수직방향 길이(b1) 보다 작게 구성된다.
이와 달리, 본 발명의 제3실시예는 도 8에 도시된 바와 같이 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 하단이 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 하단 보다 하측에 위치할 수 있다. 이에 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 하단은 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단 보다 수직방향 간격(a3)만큼 하측으로 돌출된다. 이와 같이 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단이 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단 보다 하측에 위치함에 따라 짝수측 루버(51b, 52b)의 각 상단은 홀수측 루버(51a, 52a)의 각 상단 보다 하측에 위치할 수 있다. 그리고, 짝수측 루버(51b, 52b)의 하단과 홀수측 루버(51a, 52a)의 하단 사이의 수직방향 간격(a3)은 짝수측 루버(51b, 52b)의 수직방향 길이(b2) 보다 작게 구성된다.
이와 같이 본 제3실시예는 홀수측 루버(51a, 52a)의 경사각(c1)와 짝수측 루버(51b, 52b)의 경사각(c2)를 서로 다르게 설정함으로써 수직방향 간격(a3)을 보다 다양하게 설계할 수 있고, 이를 통해 공기흐름의 난류화를 정밀하게 제어할 수 있다.
그외 나머지 구성은 선행하는 제1 및 제2 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
3: 튜브 4: 핀
5: 루버 5a: 턴어라운드 루버
5b: 상류측 루버군 5c: 하류측 루버군
51, 52: 루버 51a, 51b; 홀수측 루버
52a, 52b: 짝수측 루버

Claims (8)

  1. 복수의 튜브들 사이에 배치되는 열교환기용 핀에 있어서,
    상기 핀은 평탄부 및 만곡부를 가진 주름진 구조이고, 상기 핀의 평탄부에는 복수의 루버가 형성되며, 복수의 루버들 사이에는 공기의 흐름경로가 통과하는 공기통로가 형성되고,
    상기 복수의 루버들은 홀수측 루버와 짝수측 루버로 구분되고, 상기 홀수측 루버와 짝수측 루버의 어느 한 단부들은 그 수직방향 위치가 서로 다른 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홀수측 루버의 각 하단이 상기 짝수측 루버의 각 하단 보다 하측에 위치함으로써 상기 홀수측 루버의 각 하단은 상기 짝수측 루버의 하단 보다 수직방향 간격 만큼 하측으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 홀수측 루버의 하단과 짝수측 루버의 하단 사이의 수직방향 간격은 상기 홀수측 루버의 수직방향 길이 보다 작게 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 짝수측 루버의 각 하단은 상기 홀수측 루버의 각 하단 보다 하측에 위치함으로써 상기 짝수측 루버의 각 하단은 상기 홀수측 루버의 하단 보다 수직방향 간격 만큼 하측으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 짝수측 루버의 하단과 홀수측 루버의 하단 사이의 수직방향 간격은 짝수측 루버의 수직방향 길이 보다 작게 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀수측 루버와 짝수측 루버들은 그 길이가 동일하거나 서로 다르게 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀수측 루버와 짝수측 루버들은 그 경사각이 동일하거나 서로 다르게 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 평탄부의 중앙부에는 턴어라운드 루버가 배치되고, 상기 복수의 루버는 상기 턴어라운드 루버에 의해 상류측 루버군 및 하류측 루버군이 구분되며, 상기 상류측 루버군의 루버들과 하류측 루버군의 루버들은 서로 대향하는 방향으로 경사진 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀.
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WO2022049886A1 (ja) * 2020-09-07 2022-03-10 日本軽金属株式会社 コルゲートフィン式熱交換器

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