KR100764263B1 - 열교환기용 절결 창을 갖는 인너 핀 - Google Patents

Abstract

열교환기의 인너 핀은, 그 상하면에 서로 반대방향으로 돌출하는 돌출조를 갖는다. 인접하는 돌출조 사이에는 열교환매체의 통로로 기능하는 홈부가 형성된다. 이들의 돌출조를 구성하는 벽부에는, 인접하는 통로 사이를 연통가능한 절결 창을 형성한다. 또한, 이 절결 창(10, 11)의 입구의 저부에 돌출하는 댐부를 설치하여, 열교환매체가 댐부에 대해 타격하여, 열교환매체의 유출과 혼합을 촉진하여 열교환 효율을 향상시키도록 하였다.

Description

열교환기용 절결 창을 갖는 인너 핀{INNER FIN WITH CUTOUT WINDOW FOR HEAT EXCHANGER}

본 발명은, 차량용 응축기 등의 열교환기에 설치되고 열교환매체의 통로를 구성하는 튜브 내에 배열되어, 열교환 효율을 향상시키는 인너 핀(inner fin)의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 열교환 효율을 더욱 향상하기 위해 열교환 매체에 인접한 통로 벽에 열교환 매체의 흐름을 가능하게 하는 절결 창(cutout window)을 형성한 열교환기용 절결 창을 갖는 인너 핀에 관한 것이다.

이러한 종래의 열교환기용 절결 창을 갖는 인너 핀은, 예컨대, 일본국 특허 제2555449호 공보에 개시되어 있다. 이 종래의 인너 핀은, 내부에 천공된 복수 개의 직사각형상 구멍을 갖는 평판이 직사각형상 물결 형상으로 접혀져 형성되고, 세로벽과 측벽을 열교환 매체의 흐름 방향을 따라 연속적으로 연장하도록 직사각형상으로 형성되고, 세로벽의 양측에 측벽의 일부까지 각각의 세로벽을 따라 슬릿을 형성하고 있다. 세로벽과 측벽이 열교환 매체의 흐름 방향을 벽 방향으로 분할되도록 구성하고, 슬릿은 이들 슬릿 열교환 매체가 슬릿을 통해 흐르고 서로 부분적으로 혼합하고, 난류를 발생하여 벽 상의 경계층의 발달을 억지하도록 되어 있다.

그러나, 상술한 종래의 인너 핀은 다음 문제를 갖고 있다. 즉, 세로벽 및 측벽은 직사각형상으로 접혀져 형성되고, 사이에 개재하는 슬릿을 갖는 열교환매체의 흐름 방향을 따라 단차 없이 연장하고 있다. 이 구조는, 종래의 인너 핀에서 오프셋 인너 핀과 비교하여 열교환매체의 흐름에 의한 압력 손실을 저감할 수 있지만, 슬릿을 통해 한쪽 통로에서 다른쪽 통로에 열교환매체의 작은 분할 흐름만이 발생한다. 이 이유는, 세로벽 및 측벽이 전체 구조로서 열교환매체의 흐름 방향을 따라 단차 없이 연속적으로 연장하고, 열교환매체는 세로벽의 양 측면에 상하측 통로 내를 평행하게 등속으로 흐르도록 한다. 슬릿을 통해 인접한 통로로 작은 분할 흐름을 유발하고, 따라서 열교환 효율 향상시키는 효과가 여전히 작았다.

또한, 돌출조(protruding ridge)는 판재의 폭방향으로 연속적으로 연장하므로, 열교환매체의 통로를 하나 이상의 판재보다 길게 하기 위해서는 상기 판재와 유사한 돌출조가 형성된 각각의 판재를 폭방향으로 복수 개 배열하고 인접한 판재를 연결하여 하나의 인너 핀을 형성하므로, 제조 비용의 상승을 유발하고 있었다.

본 발명은, 상기 문제에 착안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 응축기 등의 열교환기에 있어서 열교환매체의 압력손실을 저감하여, 열교환 효율을 향상시키는 효과가 큰 열교환기용 절결 창을 갖는 인너 핀을 저렴하게 제공하는 데에 있다.

본 발명에 따른 열교환기용 절결 창을 갖는 인너 핀은, 절결 창을 갖는 벽부에 의해서, 각각 판재의 상하측에 각각 형성되고 소정 폭으로 판재의 길이방향을 따라 연장하는 복수 개의 돌출조와, 서로 인접하는 돌출조 사이에 설치되고 벽부에 의해 서로 분리된 열교환매체의 통로로 기능하는 상하측의 홈부와, 서로 인접하는 홈부를 연통하도록 절결 창의 저부에 설치하고, 홈부의 저부로부터 돌출하여 열교환매체의 유출과 혼합을 촉진하는 댐부(weir portion)를 갖는다.

상기 구성의 인너 핀에서, 판재의 길이방향으로 돌출조의 연속적인 형성에 의해, 열교환매체의 통로로 기능하는 홈부가 직선형상으로 형성되므로, 열교환매체의 통로 내 흐름 저항을 작게 할 수 있고, 이러한 인너 핀을 하나의 판재에 염가로 형성할 수 있다. 또한, 인너 핀에는 벽부에 형성한 절결 창과 이 절결 창의 저부에 홈부의 저부로부터 돌출하는 댐부를 설치하기 때문에, 홈부의 저부를 따라 흐르는 열교환매체가 혼합되도록 댐부에 부딪히므로, 인접하는 홈부로의/홈부로부터의 유출이 증가한다. 그 결과, 경계층의 형성을 방해할 수 있고, 인너 핀과 튜브를 갖는 열교환매체의 열교환 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

바람직하게는, 댐부가 판재의 상면 및 하면 양측에 형성되어 있다.

따라서, 판재의 상면 및 하면 양측에 형성된 댐부가 상하 양측에서 열교환매체를 혼합하기 때문에, 열교환매체의 혼합 기능이 증대되어, 경계층의 형성을 억제하여 열교환 효율을 향상시키는 효과가 증대된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 절결 창을 갖는 인너 핀이 형성된 판재의 사시도,

도 2는 도 1에 도시한 판재의 절결 창과 댐부가 형성된 판재의 일부분을 도 시하는 확대 단면도,

도 3은 도 1에 도시한 인너 핀을 이루는 물결 모양 판재가 롤 성형에 의해 절결 창과 댐부를 형성하고 있는 상태를 도시하는 도면,

도 4는 도 1의 인너 핀의 절결 창의 배치 패턴의 일례를 도시하는 평면도이다.

(제1 실시 형태)

먼저, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 인너 핀의 구성을 설명한다.

도 1에 있어서, 인너 핀을 이루는 소정 폭을 갖는 판재(1)의 상하측을 향해 교대로 돌출하는 복수의 돌출조(2, 3)와, 인접하는 돌출조(2, 2) 사이에 형성된 상측 홈부(4)와, 하측에 인접하는 돌출조(3, 3) 사이에 형성된 하측 홈부(5)를 형성하고 있다.

돌출조(2, 3)는 판재(1)의 상하측에 판재(1)의 길이방향을 따라 각각 배열되어 있다. 특히, 각각의 상측 돌출조(2)는 인접하는 측벽(7)과 이들 측벽(7)을 상측에 연결하는 상측 저부(8)를 갖는 벽부(6)로 형성되고, 각각의 하측의 돌출조(3)는, 인접하는 측벽(7)과 이들 측벽(7)을 하측에서 연결하는 하측의 저부(9)를 갖는 벽부(6)로 형성된다. 따라서, 상하측의 홈부(4, 5)는, 각각이 열교환매체의 통로로서 기능하고, 이들의 벽부(6)에 의해서 서로 분리된다.

측벽(7)에는, 판재(1)의 길이방향을 따라 단차 없이 형성되어 있고, 그 길이방향의 일부에 절결 창(10, 11)을 갖고 있다. 절결 창(10, 11)을 통해 인접하는 상하측 홈부(4, 5) 사이를 서로 연통한다. 이들 절결 창(10, 11)은 상하 저부(8, 9) 중 하나를 절결하고, 다른쪽의 저부(9, 8)를 향해서 측벽(7)을 깍아 내는 것에 의해 형성되고, 이에 관해서는 후술한다.

이 결과, 측벽(7)의 깍아진 부분의 재료가 다른쪽의 저부(9, 8)로 이동하고 그 위에 각각 축적하므로, 측벽(7)에 형성된 절결 창(10, 11)의 입구 저부에 홈부(4, 5)의 저부(8, 9)로부터 판재(1)의 폭 방향으로 돌출하는 댐부(12, 13)를 형성하고, 절결 창(10, 11)을 포함하는 부분을 도 2에 확대 도시한다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시하는 절결 창(10, 11)을 롤 성형에 의해서 형성하는 상태를 도시하는 것이다. 이전 공정에서 돌출조(2, 3)가 롤 성형으로 형성된 판재(1)는, 이 상태에서 절결 창 형성 공정에서 상하 롤(14, 15) 사이의 위치로 순차적으로 보내진다.

상하 롤(14, 15)은, 복수 개의 대직경 판재(16, 17)와 복수 개의 소직경 판재(18, 19)를 돌출조(2, 3)가 형성된 판재(1)의 폭 방향으로 교대로 포개져 구성되며, 각 소직경 판재(18, 19)의 둘레방향 일부의 외주면에는 상하의 커팅 블레이드(20, 21)가 대직경 판재(16, 17)의 높이 위치까지 돌출하도록 구성되어 있다.

이 도 3의 예에서는 상하의 커팅 블레이드(20, 21)가 판재(1)의 길이방향으로 같은 위치에 설치되기 때문에, 상하측으로부터 절결 창(10, 11)을 형성할 때의 폭 방향의 가공 동력이 서로 상쇄되어, 안정적인 롤 성형이 가능하다.

기술한 방식으로 형성된 절결 창(10, 11)이 형성된 판재(1)는, 후속 공정의 주행절단기에 의해서 소정의 길이로 절단되므로, 인너 핀이 얻어진다.

도 4는 도 3의 롤 성형에 의해서 형성된 절결 창(10, 11)의 배치 패턴의 일례를 도시하는 것으로, 원으로 지시한 군 GA가 하측에서, 이에 인접한 다른 군 GB가 상측에서 가공된 절결 창이다.

이런 절결 창(10, 11)의 배치 패턴이나 길이방향의 피치는 임의로 설정할 수 있다. 이 때문에 설계의 자유도가 증가하고, 공정 흐름의 설정이 용이하게 된다.

이상과 같이 형성된 인너 핀은 도면에 도시하지 않은 튜브 내에 배치되어, 홈부(4, 5)가 열교환매체의 통로로서 작용한다.

다음에, 상술한 열교환기용 절결 창을 갖는 인너 핀의 작용 및 그 효과를 설명한다.

열교환기의 튜브 내에 적재된 인너 핀의 홈부(4, 5) 내에 열교환매체가 흐르고, 인너 핀의 벽부(6)에서 열교환을 행한다. 이 경우, 벽부(6)가 길이방향을 따라 단차 없이 형성되고, 홈부(4, 5)는 직선형상으로 형성되고, 그 결과, 열교환매체의 흐름 저항이 작게 되어 열교환매체의 통로 내 흐름에 의한 압력 손실을 저감한다.

또한, 홈부(4, 5)의 저부(8, 9)에는 댐부(12, 13)가 형성되어 있고, 절결 창(10, 11)의 입구 저부에 폭 방향으로 돌출하고 있다. 결과적으로 저부(8, 9)를 따라 흐르는 열교환매체가 댐부(12, 13)에 부딪히고 댐부(12, 13)에 의해 감아 올려져, 절결 창(10, 11)을 통해 홈부(4, 5)로/홈부로부터 유동의 분할이 촉진된다. 이 결과, 이들 저부(8, 9) 및 측벽(7)을 포함하는 모든 벽부(6)에 있어서의 경계층의 형성이 효과적으로 억제되어, 열교환 효율이 현저하게 향상된다.

이상, 본 발명의 열교환기용 절결 창을 갖는 인너 핀을 실시예에 따라서 설명하였지만, 본 발명의 구체적인 구성에 관해서는 이 실시예에 한정되는 것이 아니며, 특허청구의 범위의 각 청구항에 따른 발명의 요지를 이탈하지 않고 설계의 변경이나 추가 등이 이루어질 수 있다.

예컨대 댐부(12, 13)가 상하측의 한쪽의 홈부에만 형성될 수 있고, 이 구조에도 열교환매체의 유출을 촉진하는 작용을 유발하는 것은 말할 필요도 없다.

또한 돌출조에 직교하는 방향으로 열교환매체를 흐르도록 본 발명의 절결 창을 갖는 인너 핀을 오일 쿨러 등에 사용하는 것도 가능하다. 이 경우는, 댐부에 의한 혼합 효과를 증대한다.

또한, 절결 창 형성 공정은 소정 길이로 판재를 절단하는 절단공정 이후에도 진행할 수 있다.

본 발명의 열교환기용 절결 창을 갖는 인너 핀은, 차량 등의 응축기 등의 열교환기에 이용하고, 이들의 열교환기의 열교환매체 통로를 구성하는 튜브에 적재되는 인너 핀을 이용하는 데 가장 알맞다.

Claims (2)

1. 소정 폭의 판재의 상하측에 각각 형성되고, 상기 판재의 길이 방향을 따라 연장하는 복수의 돌출조와,

   상측의 홈부는 상기 상측의 인접하는 돌출조 사이에 형성되고 하측의 홈부는 상기 하측의 인접하는 돌출조 사이에 형성되는 홈부로서, 상기 돌출조의 벽부에 의해 분리되는 열교환 매체의 통로로 기능하는 홈부와,

   서로 인접하는 상기 홈부를 연통하도록 상기 벽부에 형성된 절결창의 저부에 설치되고 상기 홈부의 저부로부터 상기 판재의 폭 방향으로 돌출하여 상기 열교환매체의 유출과 혼합을 촉진하는 댐부(weir portion)를 구비하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 절결 창을 갖는 인너 핀.
2. 제1항에 있어서, 상기 댐부가 상기 판재의 상면 및 하면 양측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기용 절결 창을 갖는 인너 핀.

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