KR100745231B1 - 열교환기용 방열핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측면 형상이 삼각형을 이루는 삼각기둥 형태가 연속적으로 반복되도록 금속 박판이 접혀서 제작되는 열교환기용 방열핀에 있어서, 상기 금속 박판이 엠보싱 처리되어 엠보스가 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 방열핀을 제공한다. 본 발명에 의하면, 방열핀의 강도가 강화되어 조립시에 쉽게 찌그러지지 않고, 방열핀을 통과하는 주변 공기와의 접촉 면적이 증가되어 열교환 효율이 향상되는 효과가 있다.

열교환기, PTC 프리히터, 방열핀, 엠보스

Description

열교환기용 방열핀{Radiation Fin for Heat-Exchanger}

도 1은 종래 기술에 의한 차량용 PTC 프리히터를 간략하게 도시한 분해사시도,

도 2는 종래 기술에 의한 PTC 프리히터용 방열핀의 형상을 간략하게 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 PTC 프리히터용 방열핀의 형상을 간략하게 도시한 사시도,

도 4는 도 3의 A-A 선을 따라 취한 단면도,

도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 PTC 프리히터용 방열핀의 엠보스 형상을 간략하게 도시한 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: PTC 로드 조립체 2: 방열핀 조립체

3: 음극 단자 4,5: 프레임

6,7: 하우징 2a: 하우징

2b: 방열핀 2c: 커버

22: 방열핀 24: 삼각기둥

24a,24b,24c: 삼각기둥 측면 25: 엠보싱 구역

26,28,29: 엠보스 27: 중심선

본 발명은 열교환기용 방열핀에 관한 것이다. 보다 상세하게는 방열핀의 재질인 금속 박판에 엠보싱 처리를 하여 엠보스가 형성되도록 함으로써, 강도가 강화되어 조립시에 쉽게 찌그러지지 않고, 방열핀을 통과하는 주변 공기와의 접촉 면적이 증가되어 열교환 효율이 향상되는 방열핀에 관한 것이다.

차량에는 실내의 각 부위로 냉기와 온기를 선택적으로 공급하기 위한 공조시스템이 구비되는데, 하절기에는 에어컨을 작동시켜 냉기를 공급하고, 동절기에는 히터를 가동하여 온기를 공급하게 된다.

일반적으로 히터의 작동 방식은 엔진 내부를 순환하며 가열된 냉각수와 송풍기에 의하여 유입된 공기가 상호 열교환이 이루어지면서 차량 실내로 온기를 공급하며 난방을 하는 방식으로서, 엔진에 의해 발생되는 열을 이용하는 것이므로 에너지 효율이 높은 난방 방식이다.

그러나 동절기에는 시동 후 엔진이 가열되기까지는 일정 시간이 필요하게 되므로 시동 후 곧바로 난방이 이루어지지 않는다. 따라서 난방을 위하여 엔진이 가열되고 냉각수의 온도가 고온이 될 때까지 주행 전 소정 시간 엔진을 공회전시키게 되는데, 이에 따른 에너지 낭비 및 환경 오염이란 문제가 발생하였다.

이러한 문제를 방지하기 위해 엔진이 가열되는 소정 시간 동안에 별도의 프리히터(Pre-Heater)를 이용하여 차량 실내를 난방하는 방법이 이용되었는데, 종래의 열선 코일을 이용한 히터는 발열량이 높아 난방은 효과적으로 이루어지나 화재 위험이 높고 전열선의 수명이 짧아 부품의 수리 및 교환이 빈번하게 발생하는 불편이 있었다.

따라서, 최근에는 PTC(Positive Temperature Coefficient)소자를 이용한 히터가 개발되고 있는데, 화재 위험이 적고 수명이 길어 반 영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 차량용 PTC 프리히터를 간략하게 도시한 분해사시도이고, 도 2는 종래 기술에 의한 PTC 프리히터용 방열핀의 형상을 간략하게 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 의한 차량용 PTC 프리히터는, PTC 소자가 포함된 PTC 로드 조립체(1)와, PTC 로드 조립체(1)의 양측에 각각 나란하게 배열된 방열핀 조립체(2)와, 방열핀 조립체(2)와 나란히 배열된 음극 단자(3)를 포함하여 구성된다.　 또한, PTC 로드 조립체(1), 방열핀 조립체(2) 및 음극 단자(3)의 결합체 양 측단부에 각각 결합되어 있는 프레임(4,5)을 포함하고, PTC 로드 조립체(1), 방열핀 조립체(2),　 음극단자(3) 및 프레임(4,5)의 결합체를 양 종단부에서 서로 결합시키는 하우징(6,7)을 더 포함하여 구성되어 있다.

방열핀 조립체(2)에 대해 좀 더 상세히 살펴보면, 상기 방열핀 조립체(2)는, 소정의 폭을 가지며 길이방향으로 주름지게 형성되는 방열핀(2b)과, 일측이 개방되 고 상기 방열핀(2b)을 수용할 수 있는 공간이 마련되는 하우징(2a)과, 상기 하우징(2a)의 개방된 일측을 폐쇄하는 커버(2c)를 포함하여 구성된다.

방열핀(2b)은 길게 형성된 직사각형의 금속 박판이 길이 방향으로 접힘으로써 형성되는데, 도 2에 도시된 바와 같이 측면 형상이 삼각형을 이루도록 접히고 그 삼각형의 형상이 길이 방향으로 연속되게 반복되도록 형성되는 구조이다. 이러한 구조에 의해 방열핀(2b)을 통과하는 주변 공기와의 접촉 면적이 증가하게 된다.

그러나, 종래 기술에 의한 방열핀(2b)은 금속 박판을 재질로 하여 제작된 것이므로 그 강도가 약하다. 이에 따라 강도를 강화하기 위하여 방열핀(2b)의 재질을 좀 더 두꺼운 금속 박판으로 하여 제작하면, 금속 박판이 접혀 형성되는 삼각형 형상의 갯수가 감소하게 되어 주변 공기와의 접촉 면적이 감소하게 되므로 열교환 효율이 떨어지게 된다. 따라서, 금속 박판의 두께를 증가시킬 수 없으므로 두께가 얇은 금속 박판이 사용되고, 이때 방열핀(2b)은 조립 공정시 쉽게 찌그러지거나 손상이 발생하는 문제점이 있었다.

또한, PTC 프리히터용 방열핀과 일반적으로 동일한 형상인 통상의 열교환기용 방열핀에 대해서도 동일한 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 방열핀의 재질인 금속 박판에 엠보싱 처리를 하여 엠보스가 형성되도록 함으로써, 강도가 강화되어 조립시에 쉽게 찌그러지지 않고, 방열핀을 통과하는 주변 공기와의 접촉 면적이 증가되어 열교환 효율이 향상되는 방열핀을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 측면 형상이 삼각형을 이루는 삼각기둥 형태가 연속적으로 반복되도록 금속 박판이 접혀서 제작되는 열교환기용 방열핀에 있어서, 상기 금속 박판이 엠보싱 처리되어 엠보스가 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 방열핀을 제공한다.

또한, 상기 엠보스는 상기 삼각기둥 형태의 높이를 이루는 2개 측면에 각각 형성되고, 각각의 엠보스는 일부가 오목하고 일부가 볼록하게 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 PTC 프리히터용 방열핀의 형상을 간략하게 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A 선을 따라 취한 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 방열핀(22)은 소정의 폭을 가지며 길이 방향으로 주름이 형성된 형상으로서, 일측이 개방되고 방열핀(22)을 수용할 수 있는 공간이 마련된 하우징(미도시)과 하우징의 개방된 일측을 폐쇄하는 커버(미도시)에 의해 방열핀 조립체로 조립된 후 PTC 로드 조립체 등 기타 부품들과 함께 조립되어 PTC 프리히터를 구성한다.

방열핀(22)은 길게 형성된 직사각형의 금속 박판이 길이 방향으로 접힘으로써 형성되는데, 도 2에 도시된 바와 같이 측면 형상이 삼각형을 이루도록 접혀 각각 금속 박판의 폭에 해당하는 만큼의 높이를 가진 중공의 삼각기둥(24) 형태를 이루며, 그 삼각기둥(24)이 길이 방향으로 연속되어 반복적으로 형성되는 구조이다.

이러한 구조에 의해 방열핀(22)을 통과하는 주변 공기와의 접촉 면적이 증가하게 됨으로써, 방열핀(22)과 주변 공기와의 열교환 효율이 증가되는 구조이다.

삼각기둥(24)의 형상을 살펴보면, 연속하여 반복적으로 형성되어 각각 모두 동일한 형상이고, 각 삼각기둥(24)의 측면 삼각형 형상은 좌우 대칭형인 이등변 삼각형의 형태를 이루는 것이 바람직하다.

각 삼각기둥(24)에서 각각 높이를 이루는 3개의 사각형 측면 중 방열핀(22)에 대한 길이를 이루는 측면을 제외하고 방열핀(22) 길이 방향에 대해 경사면을 이루는 2개의 측면(24a,24b)에는 각각 엠보싱(Embossing) 처리를 하여 엠보스(Emboss)(26)가 형성되는 구조이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 엠보스(26)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 사각 형태의 엠보싱 구역(25)이 방열핀(22)의 각 삼각기둥(24) 측면(24a,24b) 중앙에 위치하고, 엠보싱 구역(25)에 대한 정면도 형상은 육각형이 연속된 벌집 형태로서 중앙에 육각형이 하나 위치하고 그 양측에 각각 육각형의 절반씩이 위치되는 형 태로 엠보싱된다. 이때, 육각형의 가장 긴 대각선을 갖는 두 꼭지점이 사각 엠보싱 구역(25) 한쌍의 대변에 내접하는 형태로서, 이러한 형태는 엠보싱 구역(25)을 양측으로 이등분하는 중심선(27)을 중심으로 양측이 대칭되는 형상으로 일측은 오목하고 타측은 볼록하도록 엠보스(26)가 형성된다. 이 경우 엠보싱 구역(25) 중앙에 위치한 육각형의 양측변에 해당되는 부분이 각각 최대 오목부위와 최대 볼록부위가 되도록 형성된다. 즉, 각각의 엠보스(26)는 각 삼각기둥 형태의 높이를 이루는 일측면 높이 방향의 중앙부를 기준으로 오목부분과 볼록부분이 분리되어 형성된다.

이와 같이 금속 박판에 엠보싱 처리를 하게 되면 굽힘 강도가 증가하게 되는데, 이는 강재의 굽힘 응력 감소현상과 이에 따른 굽힘 변형량의 감소에 따른 영향이다. 즉, 강재의 단면 형상에 엠보싱 처리를 하게 되면 엠보싱 처리에 따른 단면적이 변화되어 외력에 의한 굽힘 중심축에 대한 관성모멘트가 증가하게 되므로 강재에 대한 굽힘 응력은 감소하게 된다. 또한, 단면 형상 변경에 따라 강재의 굽힘 응력 뿐만 아니라 외력에 의한 굽힘 변형량도 감소하게 되므로 결과적으로 강재가 쉽게 찌그러지거나 변형을 일으키지 않고 강도가 강화되는 효과가 발생한다.

따라서, 본 발명에 따른 방열핀(22)은 금속 박판에 위와 같은 엠보싱 처리가 되어 단면 관성모멘트가 증가됨으로써, 동일한 외력에 따른 굽힘 응력과 굽힘 변형량이 감소되어 쉽게 변형을 일으키지 않는 형상이다.

또한, 본 발명에 따라 엠보스(26)가 형성된 방열핀(22)의 형상은 엠보스(26)에 의해 전체 금속 박판의 면적이 넓어짐으로써, 방열핀(22)을 통과하는 주변 공기와의 접촉 면적이 넓어지게 되고, 이에 따라 방열핀(22)에서 발산되는 열과 주변 공기와의 열교환이 더욱 잘 일어나게 되므로 방열핀(22)의 열교환 효율이 증가하게 된다.

한편, 방열핀(22)의 강도 강화와 열교환 효율 증가를 위해 위에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 엠보스(26)의 형태 이외에도 다양한 다른 형태의 엠보스를 형성할 수도 있을 것이다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 PTC 프리히터용 방열핀의 엠보스 형상을 간략하게 도시한 사시도이다.

도 5에 도시된 방열핀(22)의 엠보스(28) 형태는 도 3 및 도 4에서와 마찬가지로 방열핀(22)의 각 삼각기둥(24) 2개의 측면에만 엠보싱 처리가 되며, 사각형의 엠보싱 구역(25)이 각 삼각기둥(24) 측면(24a,24b) 중앙에 위치하고, 엠보싱 구역(25) 전체가 일측으로 볼록한 형상의 엠보스(28) 형태이다. 이때, 엠보싱 구역(25)의 형상이 사각으로 형성되었으나, 이에 한정되지 않고 원형 또는 마름모형 등 다양하게 형성될 수 있을 것이다.

도 6에 도시된 방열핀(22)의 엠보스(29) 형태는 엠보스(29)가 금속 박판 전체 면적에 고르게 분포되도록 엠보싱 처리된 것으로서, 방열핀(22)의 각 삼각기둥(24) 전체 측면(24a,24b,24c)에 모두 엠보스(29)가 형성된다. 이때, 각 엠보스(29)의 형상은 동일한 형상으로 하는 것이 바람직하고, 원형으로 일측에 볼록하게 형성된 딤플 형태로 될 수 있으며, 이에 한정되지 아니하고 사각형, 삼각형 등 다양한 형상으로 엠보싱 처리될 수 있을 것이다. 또한, 엠보스(29)가 방열핀(22)의 각 삼각기둥(24) 전체 측면(24a,24b,24c) 모두에 고르게 분포되지 않고, 각 삼각기 둥(24) 1개의 측면 혹은 2개의 측면에만 고르게 분포되도록 형성될 수도 있을 것이다.

도 3 내지 도 6에서 설명한 각 삼각기둥 형태의 높이를 이루는 일측면에 각각 형성된 엠보스가 차지하는 비율은 일측면 면적의 1/2 이상이 되도록 하는 것이 바람직하고, 엠보스 형성 방향은 일방향 또는 양방향으로 돌출되도록 형성될 수 있을 것이다.

한편, 이상에서 설명한 엠보스가 형성된 PTC 프리히터용 방열핀의 형상은 PTC 프리히터용 방열핀과 일반적으로 동일한 형상인 통상의 열교환기용 방열핀에 대해서도 동일하게 적용될 수 있을 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 열교환기에 사용되는 방열핀 이 엠보싱 처리되어 엠보스가 형성된 방열핀을 제공함으로써, 강도가 강화되어 조립시에 쉽게 찌그러지지 않고, 방열핀을 통과하는 주변 공기와의 접촉 면적이 증가되어 열교환 효율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 측면 형상이 삼각형을 이루는 삼각기둥 형태가 연속적으로 반복되도록 금속 박판이 접혀서 제작되는 열교환기용 방열핀에 있어서,

   상기 금속 박판이 엠보싱 처리되어 엠보스가 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 방열핀.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 엠보스는 상기 삼각기둥 형태의 높이를 이루는 2개 측면에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 방열핀.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 각각의 엠보스는 일부가 오목하고 일부가 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 방열핀.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 각각의 엠보스는 상기 삼각기둥 형태의 높이를 이루는 일측면 높이 방 향의 중앙부를 기준으로 오목부분과 볼록부분이 분리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 방열핀.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 엠보스는 딤플형태로 일방향 또는 양방향으로 돌출되어 상기 삼각기둥 형태의 높이를 이루는 적어도 일측면에 고르게 분포하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 방열핀.
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 삼각기둥 형태의 높이를 이루는 일측면에 각각 형성된 상기 엠보스는 상기 일측면 면적의 1/2 이상의 면적이 일방향 또는 양방향으로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 방열핀.

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