KR101158225B1 - Louver fin and heat exchanger having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 루우버 휜 및 이를 구비하는 열교환기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 루우버 휜에서 루우버가 형성되지 않은 부분에 딤플이 형성된 루우버 휜 및 이를 구비하는 열교환기에 관한 것이다. The present invention relates to a louver fan and a heat exchanger having the same, and more particularly, to a louver fan having a dimple formed at a portion where the louver is not formed in the louver fan and a heat exchanger having the same.
열교환기는 유체가 튜브(tube)를 통해 이동하면서 튜브와 결합된 휜(fin)을 통해 다른 기체로 열을 전달하는 장치이다. 휜은 단위체적당 열교환 면적을 증가시켜 열전달량을 증가하고, 중량을 감소하며, 재료를 절감하는 등의 복수의 효과를 얻고자 하는 부품이다. 동일한 면적에 사용하더라도 휜을 공기의 흐름에 수직한 방향으로 절개한 복수 개의 루우버(louver)를 공기 흐름에 노출하면 수배의 열전달 증대 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이 루우버가 형성된 휜을 루우버 휜(louver fin)이라고 하며, 루우버 휜을 사용하는 열교환기를 루우버 휜 열교환기라고 한다. A heat exchanger is a device that transfers heat to another gas through a fin associated with a tube as fluid moves through the tube. Is a component to obtain a plurality of effects such as increasing the heat exchange area per unit volume to increase the heat transfer amount, reduce the weight, save the material. Even if the same area is used, a plurality of louvers in which the fin is cut in a direction perpendicular to the air flow can be exposed to the air flow, thereby achieving a multiplier heat transfer effect. The louver in which the louver is formed is called a louver fin, and a heat exchanger using the louver fin is called a louver fin heat exchanger.
도 1은 종래의 루우버 휜 열교환기를 나타내는 도면이고, 도 2는 종래의 루우버 휜 열교환기에서 사용되는 루우버 휜의 형상을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a conventional louver fin heat exchanger, Figure 2 is a view showing the shape of the louver fin used in the conventional louver fin heat exchanger.
루우버 휜 열교환기(10)는 루우버 휜(11)과 튜브(12)로 구성되며, 대부분 열전도율이 높은 금속재로 성형하고, 중량을 줄이기 위하여 얇은 부재를 사용한다. 일반적으로 루우버 휜(11)과 튜브(12)는 용접하여 결합한다. 일반적으로 튜브(12) 내부에는 열전달이 잘 되는 유체가 흐르며, 루우버 휜(11) 측에는 열전달이 잘 되지 않는 기체가 흐른다. 루우버 휜(11)에는 기체가, 도 2에 도시된 화살표 방향과 같이, 루우버 휜(11)의 깊이 방향으로 흐른다. 루우버 휜(11)을 흐르는 기체와 튜브(12)를 흐르는 유체는 서로 온도가 다르고, 서로 섞이지 않으며 직교하여 흐르면서 열교환이 이루어진다. 열교환량을 증대하기 위하여 루우버 휜(11)과 튜브(12)는 복수로 교대하여 적층하고 용접하여 사용한다. 루우버 휜 열교환기(10)를 사용하는 장치의 총괄 성능향상을 위하여 튜브(12)는 수직으로 배치되며 루우버 휜(11)은 수평으로 배치하여 사용하는 경우가 많다. The louver
루우버 휜(11)에서 루우버의 개수, 폭, 기울인 각도, 루우버의 배치는 열전달 성능, 기체 흐름에 대한 유동저항, 배수성능, 서리형성, 오염물질의 막힘, 휀(fan) 동력, 중량, 생산성, 금형의 내구성 등에 여러 측면에 영향을 준다.In the louver fin (11), the number, width, and tilt angle of the louvers, and the layout of the louvers are used for heat transfer performance, flow resistance to gas flow, drainage performance, frost formation, clogging of contaminants, fan power, weight , Productivity, mold durability and many other aspects.
루우버 휜(11)은 루우버 부분에서는 열전달이 매우 잘 되며 루우버가 없는 부분에서는 열전달이 상대적으로 적다. 그러나 루우버 휜 열교환기에서 루우버 휜의 입구로 유입된 기체가 루우버가 없는 가장자리로 쏠리는 현상이 야기되고 있다. 이러한 유동의 불균일은 루우버 휜 전체를 효과적으로 활용하는데 부정적이다.Louver 휜 (11) has a very good heat transfer in the louver portion and relatively low heat transfer in the absence of the louver. However, gas flowing from the louver fin heat exchanger to the inlet of the louver fin is concentrated at the louverless edge. This nonuniformity of flow is negative for the effective use of the entire louver shock.
루우버 휜 열교환기(10)가 에어컨 증발기에서 사용되는 경우에 있어서 루우버 휜 표면에 응축수가 발생하면, 루우버 휜(11)은 응축수가 원활하게 배출되는데 부정적인 영향을 준다. 즉 응축수는 루우버의 가장 자리에 고여 모여 있게 되며 결과적으로는 기체흐름의 압력강하를 증가시키고, 열전달을 감소시키며, 과부하시 빙결이 발생할 가능성이 높아지며, 응축수가 다시 공기조화 공간으로 날려 유입되거나, 유기물과 함께 부패되고, 냄새를 발생시키며, 위생에도 좋지 않는 요소로 작용한다. 따라서 루우버 휜 열교환기(10)에 생성된 응축수는 신속하게 배출하고 가능하면 잔류수가 적게 남도록 하는 것이 여러 측면에서 유리하다. When the louver
이러한 잔류 응축수로 인한 문제점을 해결하기 위하여 루우버 휜 열교환기(10) 근처에 UV 램프를 설치하거나 별도의 보조 히터를 사용하는 경우도 있다. 그러나 이러한 방법은 별도의 장치를 이용하므로 전체 시스템의 크기가 커지며, 비용이 증가하는 문제점이 있다. In order to solve the problems caused by the residual condensate, a UV lamp may be installed near the louver
본 발명의 목적은 루우버 휜의 표면에 접촉하는 기체를 고르게 분배하여 기체 측의 압력강하는 감소하고 열전달 성능을 높인 루우버 휜을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a louver shock with even distribution of gas in contact with the surface of the louver shock, thereby reducing the pressure drop on the gas side and increasing heat transfer performance.
또한 본 발명은 별도의 장치 없이 루우버 휜에서 응축수의 배수 속도를 향상시키고 잔류 응축수량을 감소시켜 궁극적으로 배수성능을 향상시켜, 위생적이고, 냄새가 발생되는 것을 저감할 수 있는 루우버 휜을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention also provides a louver fan capable of reducing the generation of hygienic and odor by improving the drainage speed of condensate in the louver fan and reducing the amount of residual condensate in the louver fan without a separate device. It aims to do it.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜은 몸체부, 루우버, 딤플을 포함한다. 몸체부는 박판으로 형성되며 골과 마루를 구비하는 물결 형상이다. 루우버는 몸체부의 물결을 이루는 각 경사면에 형성되며 복수 개 이다. 딤플은 루우버가 형성되지 않은 부분에서 몸체부의 내측(기체 흐름 측) 향해 돌출 형성된다. 구체적으로 딤플은 골과 마루에 형성될 수 있다. In order to achieve the above object, the louver shock according to the embodiment of the present invention includes a body portion, louver, dimple. The body portion is formed in a thin plate and has a wavy shape having a valley and a floor. Louvers are formed on each of the inclined surfaces forming the wave of the body part and a plurality of louvers. The dimples protrude toward the inside (gas flow side) of the body portion at the portion where the louver is not formed. Specifically, the dimples may be formed in the valley and the floor.
본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜의 딤플은 몸체부를 통과하는 기체의 진행 방향으로 양 측면이 개방될 수 있다. The dimple of the louver shock according to the embodiment of the present invention may be open to both sides in the advancing direction of the gas passing through the body portion.
본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜은 딤플의 깊이(Dd)가 몸체부의 루우버가 형성되지 않은 영역의 높이의 절반()의 20% 이상 100% 이하로 형성될 수 있다. The louver 에 according to the embodiment of the present invention has a depth D d of the dimple equal to half the height of the region where the louver of the body part is not formed. 20% or more and 100% or less).
본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜은 딤플이 골 또는 마루의 깊이(Fd)을 따라 일정한 폭(Dw)을 가지며, 하나의 골 또는 마루에 복수 개가 형성될 수 있다. Louver 휜 according to an embodiment of the present invention has a predetermined width (D w ) along the depth (F d ) of the valley or floor, a plurality of grooves may be formed in one valley or floor.
본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜은 하나의 골 또는 마루에 형성된 복수의 딤플의 폭(Dw)의 전체 합이 몸체부의 골 또는 마루의 깊이(Fd)의 10% 이상 60% 이하일 수 있다. Louver 버 according to an embodiment of the present invention may be a total sum of the width (D w ) of a plurality of dimples formed in one valley or floor is 10% or more and 60% or less of the depth (F d ) of the valley or floor of the body portion. have.
본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜에서 하나의 골 또는 마루에 형성된 복수의 딤플은 각각의 깊이가 몸체부를 통과하는 기체의 진행 방향으로 갈수록 더 커지도록 형성될 수 있다. In the louver according to an embodiment of the present invention, a plurality of dimples formed in one valley or floor may be formed such that each depth becomes larger in the direction of travel of the gas passing through the body portion.
본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜에서 하나의 골 또는 마루에 형성된 복수의 딤플은 딤플 사이의 간격이 몸체부를 통과하는 기체의 진행 방향으로 갈수록 더 좁아지도록 형성될 수 있다.In the louver according to an embodiment of the present invention, a plurality of dimples formed in one valley or floor may be formed such that the interval between the dimples becomes narrower toward the traveling direction of the gas passing through the body portion.
본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜의 딤플은 저면이 몸체부를 통과하는 기체의 진행 방향에 대해 경사를 갖도록 형성될 수 있다. The dimple of the louver shock according to the embodiment of the present invention may be formed so that the bottom surface thereof is inclined with respect to the traveling direction of the gas passing through the body portion.
본 발명의 실시예에 따른 열교환기는 루우버 휜과 튜브를 포함한다. 루우버 휜은 박판으로 형성되며 골과 마루를 구비하는 물결 형상의 몸체부와, 몸체부의 물결을 이루는 각 경사면에 형성된 복수의 루우버 및 몸체부의 골과 마루에 형성된 딤플을 구비할 수 있다. 튜브는 루우버 휜의 골 또는 마루를 따라 결합되며, 튜브를 통해 유체가 이동한다.The heat exchanger according to the embodiment of the present invention includes a louver fin and a tube. The louver 휜 may be provided with a corrugated body portion formed of a thin plate having a valley and a floor, and a plurality of louvers formed on each inclined surface forming a wave of the body portion and dimples formed on the valley and the floor of the body portion. The tubes are joined along the valleys or ridges of the louver shocks and the fluid moves through the tubes.
본 발명에 따른 루우버 휜 및 이를 포함하는 열교환기는 별도의 장치 없이 제작 금형을 소폭 변경하여 루우버 휜에서 루우버를 형성할 수 없는 골과 마루에 딤플을 형성함으로써 루우버가 형성되지 않은 부분에서 유동분배를 좋게 하고 공기 압력 강하를 감소시키고 열전달량을 높일 수 있다. The louver 휜 and the heat exchanger including the same according to the present invention form a dimple in the valley and floor where the louver cannot be formed in the louver 소 by slightly changing the manufacturing mold without a separate device, and at the portion where the louver is not formed. Better flow distribution, reduced air pressure drop and increased heat transfer.
또한 딤플이 루우버 휜과 튜브 사이에서 배수 통로 역할을 하므로 배수 성능이 향상되며, 열전달 및 압력강하 성능이 개선되고, 응축된 잔류수가 감소되어 열교환기 기체 측에서 위생상태가 개선되고, 냄새 발생이 저감되며 쾌적성이 향상된다. In addition, the dimple acts as a drainage passage between the louver fan and the tube, which improves drainage performance, improves heat transfer and pressure drop performance, reduces condensed residual water, and improves hygiene on the heat exchanger gas side. It is reduced and the comfort is improved.
도 1은 종래의 루우버 휜 열교환기를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 루우버 휜 열교환기에서 사용되는 루우버 휜의 형상을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜과 그 중 하나의 물결 부분을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜에서 딤플의 형성에 따른 배수 방향을 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 공기의 진행 방향으로 양 측면이 개방된 딤플이 형성된 루우버 휜을 나타내는 도면이고, 도 5b는 그 중 하나의 물결 부분을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 딤플이 형성된 루우버 휜을 구비하는 열교환기를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 딤플이 형성된 루우버 휜을 구비하는 열교환기의 제원을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 루우버 휜에 딤플이 다양한 형상으로 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 루우버 휜 사이 중간 평면에서 공기의 등 압력분포도를 표시한 그림이다.
도 10은 동일한 휀(fan) 동력에 대한 열전달능력을 비교한 그림이다.
도 11은 루우버 휜의 높이 방향에 대한 공기의 유속 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 딤플의 폭을 달리하는 경우에 대한 시간에 따른 열교환기의 단위 표면적당 잔류수량의 변화를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a conventional louver fin heat exchanger.
2 is a view showing the shape of a louver fan used in a conventional louver fan heat exchanger.
3 is a view showing a louver fan and one wave portion thereof according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing the drainage direction according to the formation of the dimple in the louver fan according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5A is a view illustrating a louver fan having dimples having both sides open in a direction of air movement according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a view illustrating one wave portion thereof.
6 is a view showing a heat exchanger having a louver fin having dimples according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing the specifications of the heat exchanger having a louver fin with dimples according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing that dimples are formed in various shapes in the louver fin of the heat exchanger according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 shows an equal pressure distribution of air in the middle plane between louver shocks.
10 is a diagram comparing heat transfer capacity for the same fan (fan) power.
It is a figure which shows the flow velocity distribution of air with respect to the height direction of louver fan.
12 is a view showing a change in the amount of residual water per unit surface area of the heat exchanger with time when the width of the dimple is changed.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. At this time, it is noted that the same components in the accompanying drawings are represented by the same reference numerals as possible. Further, the detailed description of known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜과 그 중 하나의 물결 부분을 나타내는 도면이다. 3 is a view showing a louver fan and one wave portion thereof according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜(100)은 몸체부(110), 루우버(120), 딤플(130)을 포함한다. 몸체부(110)는 루우버 휜(100)의 전체적인 형상을 이루는 부분으로, 박판의 물결(wave) 형상으로 형성된다. 물결 형상이란 골과 마루를 구비하여 기복이 있는 형상을 말한다. 몸체부(110)가 박판의 물결 형상으로 형성됨에 따라 몸체부(110)와 접촉하는 기체의 유동을 방해하지 않으면서 기체와 접촉하는 표면적이 커져, 루우버 휜(100)의 전체적인 열전달 효율이 높아진다. 또한 몸체부(110)는 열전도율이 높고 성형하기 쉬운 금속 재질로 형성하며, 본 실시예에서는 알루미늄으로 형성한다. As shown in FIG. 3, the
루우버(120)는 몸체부(110)의 물결을 이루는 경사면에 형성된다. 루우버(120)는 일부가 절개되어 공기 유동 방향에 대하여 비스듬히 꺽여진 형태이다. 루우버(120)는 복수 개 형성되며, 형성 방향에 따라 등간격으로 배열되는 군단위로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 몸체부(110)의 하나의 경사면에 대해 루우버(120)가 2개의 군으로 형성되며, 각각 절개된 방향이 반대로 형성된다. 루우버(120)는 유입하는 기체(본 실시예에서는 공기)의 유속을 증가시키고 단속적인 표면을 복수로 제공하여 순환유체와 몸체부(110)를 통과하는 공기 사이의 열교환율을 높일 수 있다.The
딤플(130)은 몸체부(110)의 일부를 절개하여 형성하거나 프레스 등과 같은 장치를 이용해 압력을 가하여 형성하거나, 제작 금형에 형성된 돌출부를 통해 형성할 수 있다. 딤플(130)은 몸체부(110)의 내측(공기가 유동하는 측)으로 돌출된 홈 형상으로 형성된다. 딤플(130)의 형상은 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 딤플(130)은 몸체부(110)에서 루우버(120)가 형성되지 않는 부분에 형성된다. 본 실시예에서 딤플(130)은 몸체부(110) 중에서 루우버(120)를 형성할 수 없는 골과 마루에 형성된다. The
딤플(130)은 하나의 골 또는 마루를 따라 복수개 형성될 수 있다. 각각의 딤플(130)은 골 또는 마루를 따라 일정한 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 딤플(130)의 길이, 폭, 딤플(130) 사이의 간격 등에 따라 공기의 유동이 달라지게 된다. A plurality of
딤플이 형성되지 않은 루우버 휜에서 골과 마루 부분은 루우버 부분보다 국부열전달계수와 유동 저항이 상대적으로 작다. 그러나 본 실시예에서와 같이 몸체부(110)의 골과 마루에 딤플(130)을 형성하면, 골과 마루 부분에서 딤플(130)이 국부 난류정도를 증가시키고, 성능이 우수한 루우버 측으로 공기의 흐름을 안내하여, 공기 측의 동일한 휀 소요부하에 대한 열전달량이 증가한다.
In louver fins without dimples, the local heat transfer coefficient and flow resistance are relatively smaller than those of the louver. However, when the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜에서 딤플의 형성에 따른 배수 방향을 나타내는 도면이다. 4 is a view showing the drainage direction according to the formation of the dimple in the louver fan according to the embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜(100)은 몸체부(110)의 골과 마루에 딤플(130)이 형성된다. 딤플(130)이 형성된 부분에서는 몸체부(110)의 골과 마루가 조금씩 낮아져 있다. 따라서, 도 4의 (a)에 도시된 화살표 방향과 같이, 몸체부(110)의 골과 마루의 깊이(Fd) 방향에 대해 수직인 방향, 즉 몸체부(110)를 통과하는 공기의 진행 방향에 대해 수직인 방향으로 배수가 가능하다. As shown in FIG. 4, the
종래의 루우버 휜의 경우 루우버가 없는 평판 휜과 비교할 때, 루우버가 수막을 깨뜨리고 공기의 통로 역할을 하므로 배수성이 더 좋다. 그러나 종래의 루우버 휜의 경우에도 루우버가 형성되지 않은 부분에는 배수통로가 확보되지 않아 응축수가 잔류하는 문제가 있다. 이에 비해 본 발명에 따른 루우버 휜(100)은 몸체부(110)에서 루우버가 형성되지 않은 골과 마루에 딤플(130)을 형성함으로써 배수통로를 확보하여 배수 성능이 개선된다.In the case of the conventional louver fan, the drainage is better because the louver breaks the water film and serves as a passage of air, compared to the flat fan without the louver. However, even in the case of the conventional louver shock, there is a problem that the condensed water remains because the drainage passage is not secured in the portion where the louver is not formed. In comparison, the
도 4(b)에 도시한 바와 같이 루우버 휜(100)이 튜브(200)에 결합된 경우에 배수통로가 확보되는 것을 확실히 알 수 있다. 튜브(200)는 루우버 휜(100)과 결합될 때 루우버 휜(100)의 골 또는 마루에 부착이 되는데, 도 4의 (b)에 도시된 화살표 방향과 같이, 딤플(130)이 형성된 부분에서 튜브(200)와 루우버 휜(100) 사이에 배수 공간이 생기므로 배수가 가능하다. As shown in FIG. 4 (b), it can be clearly seen that the drain passage is secured when the
이와 같이 본 발명에 따른 딤플(130)이 형성된 루우버 휜(100)은 딤플(130)로 인해 루우버 휜(100)과 튜브(200) 사이에서 배수 공간이 형성되므로 배수 성능이 향상되며, 루우버 휜(100) 내부의 잔류수량이 감소된다.
As such, the
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 공기의 진행 방향으로 양 측면이 개방된 딤플이 형성된 루우버 휜을 나타내는 도면이고, 도 5b는 그 중 하나의 물결 부분을 나타내는 도면이다. FIG. 5A is a view illustrating a louver fan having dimples having both sides open in a direction of air movement according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a view illustrating one wave portion thereof.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 루우버 휜(300)은 몸체부(310), 루우버(320), 딤플(330)을 포함한다. 딤플(330)은 몸체부(310)를 통과하는 공기의 진행 방향으로 양 측면이 개방되도록 형성된다. 딤플(330)의 양 측면이 개방되어 있다는 것은 딤플(330) 내부로 공기가 유동할 수 있도록 양 측면에 구멍(331)이 형성된 것을 의미한다. As shown in FIGS. 5A and 5B, the
딤플(330)의 양 측면이 개방됨으로써 딤플(330)의 양 측면을 통해서 공기의 이동은 물론 배수도 가능하다. 따라서 루우버 휜(300)의 전체적인 배수 성능이 개선된다. Since both sides of the
딤플(330)의 양 측면의 개방 정도는 배수성과 공기의 흐름을 전체적으로 고려하여 조정할 수 있다. 또한 딤플(330)은 몸체부(310)를 통과하는 공기의 진행 방향으로의 양 측면 뿐만 아니라, 몸체부(310)를 통과하는 공기의 진행 방향에 수직인 방향으로도 측면을 일부 또는 전부를 개방시킬 수 있다.
The opening degree of both sides of the
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 딤플이 형성된 루우버 휜을 구비하는 열교환기를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 딤플이 형성된 루우버 휜을 구비하는 열교환기의 제원을 나타내는 도면이다. 6 is a view showing a heat exchanger having a louver fin with dimples according to an embodiment of the present invention, Figure 7 is a view showing the specifications of the heat exchanger having a louver fin with dimples according to an embodiment of the present invention Drawing.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기(1000)는 루우버 휜(1100)과 튜브(1200)를 포함한다. 루우버 휜(1100)과 튜브(1200)는 용접으로 접합시킬 수 있으며, 본 실시예에서는 루우버 휜(1100)과 튜브(1200)가 모두 알루미늄으로 형성되어 알루미늄 용접으로 접합한다. 6 and 7, a
루우버 휜(1100)에는 루우버(1120)가 몸체부(1110)의 높이(y) 방향으로 중간 위치에 형성된다. 루우버 휜(1100)의 몸체부(1110)에서 루우버(1120)가 형성되지 않은 골과 마루에는 딤플(1130)이 형성된다. 딤플(1130)의 깊이(Dd)는 몸체부(1110)에서 루우버(1120)가 형성되지 않는 영역의 높이의 절반() 보다 작으며 20%보다는 큰 것이 바람직하다. 즉, 루우버가 형성되지 않은 영역의 높이()가 2㎜라면 딤플(1130)의 깊이(Dd)는 0.2mm 내지 1.0㎜가 바람직하다. 이를 수식으로 나타내면 이다. 이론적으로 딤플(1130)의 깊이(Dd)가 클수록 열전달 성능이 우수하지만, 딤플(1130)의 깊이(Dd)가 루우버(1120)가 형성되지 않는 영역의 높이의 절반() 보다 크면 딤플(1130)이 루우버(1120)의 영역까지 형성되어 오히려 루우버(1120)에 의한 열전달 효율 향상을 방해하게 되어 전체적인 성능이 저하된다. 딤플(1130)의 깊이(Dd)가 루우버(1120)가 형성되지 않는 영역의 높이의 절반()의 20%보다 작으면, 딤플(1130)에 의한 열전달이나 배수 성능 개선 효과가 거의 없으며 용접 과정에서 딤플(1130)이 막히게 된다. The
또한 몸체부(1110)의 하나의 골 또는 마루에 형성된 복수의 딤플(1130)의 폭(Dw)의 전체 합은 몸체부(1110)의 골 또는 마루의 깊이(Fd)의 10% 이상 70% 이하인 것이 바람직하다. 이를 수식으로 나타내면 이다. 가 클수록 딤플(1130)이 형성된 부분이 많으므로 루우버 휜(1100)의 성능이 개선되지만, 가 0.7보다 크면 루우버 휜(1100)과 튜브(1200)의 용접 길이가 작아져 루우버 휜(1100)과 튜브(1200)의 용접이 제대로 되지 않아 열교환기(1000)의 생산이 어렵거나 생산성이 저감된다. 가 0.1보다 작으면 딤플(1130)이 너무 작아 열전달이나 배수 성능 등의 개선 효과가 작다.In addition, the total sum of the widths D w of the plurality of
튜브(1200) 내부에는 유체(일반적으로 물 또는 냉매)가 흐른다. 이 유체는 튜브(1200)와 접합된 루우버 휜(1100)을 통해 공기와 열교환을 하게 된다. 튜브(1200)는 루우버 휜(1100)의 골과 마루에 각각 1개씩 접합될 수 있으며, 열교환기(1000)의 성능 향상을 위해 복수의 루우버 휜(1100)을 적층하고 그 사이에 하나씩 위치할 수도 있다. Fluid (generally water or refrigerant) flows inside the
이와 같이 딤플이 형성된 루우버 휜(1100)을 포함하는 열교환기(1000)는 딤플이 형성되지 않는 루우버 휜을 구비하는 열교환기와 비교할 때, 열전달 효율이 높으며 배수성이 뛰어나다. 따라서 자동차 등과 같은 밀폐된 공간에 사용하는 경우에도 냄새가 발생이 저감되며 쾌적한 환경을 유지하는데 기여한다.
As described above, the
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 루우버 휜에 딤플이 다양한 형상으로 형성된 것을 나타내는 도면이다. 8 is a view showing that dimples are formed in various shapes in the louver fin of the heat exchanger according to the embodiment of the present invention.
루우버 휜에 형성되는 딤플은 루우버 휜의 사용 목적, 사용 위치, 제작 환경 등을 고려하여 다양한 형태로 할 수 있다. 또한 하나의 골 또는 마루에 복수의 딤플이 형성되는 경우 각각의 딤플의 형상이 달라질 수 있으며, 딤플의 형성 간격도 달라질 수 있다. The dimples formed on the louver shocks may be in various forms in consideration of the purpose of use of the louver shocks, the location of use, and the manufacturing environment. In addition, when a plurality of dimples are formed in one valley or the floor, the shape of each dimple may vary, and the formation interval of the dimples may also vary.
루우버 휜은 공기가 유입되는 유입단에서는 유입되는 공기와 튜브를 통과하는 유체 사이의 온도차가 커서 상대적으로 열전달량과 유입 공기의 온도 상승량 (또는 하강량)이 크다. 그러나 공기가 배출되는 배출단쪽으로 갈수록 유입되는 공기와 튜브를 통과하는 유체 사이의 온도차가 작아서 유입단쪽보다 공기의 온도 상승량 (또는 하강량)이 작다. 따라서 공기의 진행 방향으로 뒤쪽인 배출단 쪽에서 열전달이 촉진되도록 루우버 휜에 딤플을 형성하면, 동일한 휀 동력에 대해 열전달이 상승하는 효과를 얻을 수 있다. 도 8에는 공기의 진행 방향으로 뒤쪽에서 열교환이 잘 이루어지도록 딤플이 형성된 실시예가 도시되어 있다. The louver fin has a large temperature difference between the incoming air and the fluid passing through the tube at the inflow stage where the air enters, so the heat transfer and the temperature rise (or fall) of the incoming air are relatively large. However, the temperature difference between the incoming air and the fluid passing through the tube is smaller toward the discharge end where the air is discharged, so the temperature rise (or fall amount) of the air is smaller than the inlet end. Therefore, if a dimple is formed in the louver fin so that heat transfer is promoted at the discharge end side that is backward in the direction of air travel, heat transfer can be obtained for the same fin power. 8 illustrates an embodiment in which dimples are formed so that heat exchange is performed well in the rear in the advancing direction of air.
일 실시예에서는, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 몸체부(2110)의 골 또는 마루에 형성된 딤플(2130)은 저면이 몸체부(2110)를 통과하는 공기의 진행 방향에 대해 경사(θ1)를 가질 수 있다. 딤플(2130)의 저면의 경사(θ1)는 몸체부(2100)를 통과하는 공기의 진행 방향으로 좁아지는 형태(즉 θ1이 0보다 작은 경우)가 될 수도 있지만, 바람직한 것은 딤플(2130)의 저면의 경사(θ1)는 몸체부(2100)를 통과하는 공기의 진행 방향으로 벌어지는 형태(즉 θ1이 0보다 큰 경우)가 바람직하다. 이와 같이 딤플(2130)의 저면 경사(θ1)가 몸체부(2100)를 통과하는 공기의 진행 방향으로 벌어지는 형태로 형성되면, 공기의 진행 방향으로 뒤쪽에서 열교환이 잘 이루어게 된다. In one embodiment, as shown in (a) of FIG. 8, the
다른 실시예에서는, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 몸체부(3110)의 하나의 골 또는 마루에 복수의 딤플(3130)이 형성되는 경우, 각각의 딤플의 깊이(Dd1, Dd2)를 다르게 할 수 있다. 딤플(3130)의 깊이(Dd1, Dd2)는 몸체부(3110)를 통과하는 공기의 진행 방향으로 갈수록 더 커지는 것이 바람직하다. 이와 같이 딤플(3130)의 깊이(Dd1, Dd2)가 몸체부(3110)를 통과하는 공기의 진행 방향으로 갈수록 더 커지도록 형성되면 공기의 진행 방향으로 뒤쪽에서 열교환이 잘 이루어게 된다. In another embodiment, as illustrated in FIG. 8B, when a plurality of
다른 실시예에서는, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 몸체부(4110)의 하나의 골 또는 마루에 복수의 딤플(4130)이 형성되는 경우, 각각의 딤플 사이의 간격(Ds1, Ds2)을 다르게 할 수 있다. 루우버 휜에 딤플(4130)을 많이 형성할수록 루우버 휜의 성능은 향상되지만, 딤플(4130)의 폭(Dw)에 대한 제한 등으로 하나의 루우버 휜에 형성할 수 있는 딤플(4130)의 수는 제한될 수밖에 없다. 하나의 루우버 휜에 딤플(4130)을 형성하는 경우, 딤플(4130)의 수가 동일하더라도, 딤플(4130) 사이의 간격을 몸체부(4110)를 통과하는 공기의 진행 방향의 뒤쪽으로 갈수록 더 좁아지도록 형성하면 공기의 진행 방향으로 뒤쪽에서 열교환이 잘 이루어게 된다. In another embodiment, as shown in FIG. 8C, when a plurality of
다른 실시예에서는, 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이, 딤플(5130)을 윙렛(winglet) 형상으로 형성할 수도 있다. 윙렛 형상이란 딤플(5130)의 단면이 삼각형 형상이 되는 형상을 말한다. 윙렛의 경사(θ2)는 0보다 크도록 형성되면 공기의 진행 방향의 뒤쪽으로 갈수록 열교환이 잘 이루어게 되어 루우버 휜의 열교환 성능이 향상된다.
In another embodiment, as illustrated in FIG. 8D, the
본 발명에 따른 루우버 휜을 구비하는 열교환기의 성능을 확인하기 위해 열교환기의 공기측 압력 강하, 열전달 및 배수성 실험을 하였다. In order to confirm the performance of the heat exchanger having a louver fin according to the present invention, an air side pressure drop, heat transfer, and drainage experiments were performed.
본 실험에서는 딤플이 형성되지 않은 루우버 휜(Louver Fin)과 딤플이 형성된 루우버 휜(Dimpled Louver Fin)으로 나누어 실험하였다. 본 실험에서는 상용 해석코드인 CFX 11로 유동 및 열전달 수치계산을 수행하였다. 해석방법은 3차원, 층류, 정상상태, 강제대류 모델을 적용하였고 휜 내부의 열전도와 공기의 대류를 연동하여 계산하였다. In this experiment, the experiment was divided into a louver fin without dimples and a louver fin with dimples. In this experiment, numerical calculations of flow and heat transfer were performed using
배수성 실험을 위해 열교환기 시료는 전자저울 위에 시료 거치대와 함께 고정하고 시료를 물에 잠근 후 시료를 꺼내어 시간에 따라 시료와 물의 질량을 측정하였다. 이 때 시료는 실제 열교환기와 같이 루우버 휜의 넓은 표면이 수평이 되도록 하였다. 측정결과부터 시료의 질량을 제한 물의 질량을 시간에 따라 구하고 시료 표면의 단위 면적당 물의 질량을 계산하였다.
For drainage experiments, the heat exchanger sample was fixed with the sample holder on the electronic balance, the sample was immersed in water, and the sample was taken out to measure the mass of the sample and water over time. At this time, the sample was made so that the wide surface of the louver fin was horizontal like an actual heat exchanger. From the measurement results, the mass of the sample was determined from the mass of the limiting water over time, and the mass of water per unit area of the sample surface was calculated.
도 9는 루우버 휜 사이 중간 평면에서 공기의 등 압력분포도를 표시한 그림이다. FIG. 9 shows an equal pressure distribution of air in the middle plane between louver shocks.
도 9의 (a)는 딤플이 형성되지 않은 루우버 휜(Louver Fin)의 결과이고, 도 9의 (b)는 딤플이 형성된 루우버 휜(Dimpled Louver Fin)의 결과이다. 도 9에서 압력강하는 딤플이 형성되지 않은 루우버 휜(Louver Fin)이 딤플이 형성된 루우버 휜(Dimpled Louver Fin) 보다 상대적으로 크고 루우버의 수에 선형적이어서 공기 흐름방향으로 거의 일정하게 압력이 감소한다. 딤플이 형성되지 않은 루우버 휜(Louver Fin)의 경우 루우버 휜의 골과 마루 부분인 튜브 벽의 근처에 루우버가 없어 루우버 부분보다 상대적으로 압력강하가 적다. 공기의 유동은 루우버 휜의 골과 마루 부분으로 몰리게 되고 이 부분에서 등압선은 하류로 밀려가는 것을 보이고 있다. 딤플이 형성된 루우버 휜(Dimpled Louver Fin)에서 딤플은 루우버 휜의 골과 마루 부분에서 유동저항 요소로 작용하고 유동집중을 완화시키는 것을 알 수 있다.
FIG. 9A illustrates a Louver Fin in which no dimples are formed, and FIG. 9B illustrates a Louver Fin in which dimples are formed. In Fig. 9, the pressure drop is relatively constant in the direction of air flow because the louver fin without dimples is relatively larger than the linear louver fins with dimples and is linear with the number of louvers. This decreases. In the case of the louver fin without dimples, there is no louver near the tube wall, which is the valley and the floor of the louver fin, so the pressure drop is relatively lower than that of the louver portion. The flow of air is driven into the louver's valleys and floors, where the isobars are pushed downstream. In the dimpled Louver Fin, the dimple acts as a resistance element in the valleys and floors of the louver fin and reduces the flow concentration.
도 10은 동일한 휀(fan) 동력(압력강하와 공기유량의 곱)에 대한 열전달능력(공기와 튜브의 단위온도차 당 열전달량)을 비교한 그림이다. FIG. 10 is a graph comparing heat transfer capacity (heat transfer per unit temperature difference between air and tube) for the same fan power (product of pressure drop and air flow rate).
본 실험은 열전달이 공기측에만 의존한다고 가정하고 휀은 그대로 두고 열교환기에서 루우버 휜을 딤플이 형성되지 않은 루우버 휜(Louver Fin)에서 딤플이 형성된 루우버 휜(Dimpled Louver Fin)으로 변경하였을 경우에 대한 열전달량을 비교하는 것과 같다. 딤플이 형성된 루우버 휜(Dimpled Louver Fin)의 열전달량은 딤플이 형성되지 않은 루우버 휜(Louver Fin)보다 약 5% 증가하였고 이는 딤플의 크기가 커짐에 따라 증가할 수 있다.
This experiment assumes that the heat transfer depends only on the air side, but changes the louver 루 in the heat exchanger from a louver fin without dimples to a simpled louver fin with dimples in the heat exchanger. It is like comparing the heat transfer for a case. The heat transfer amount of the dimpled louver fins was increased by about 5% compared to the louver fins without the dimples, which could increase as the size of the dimples increased.
도 11은 루우버 휜의 높이 방향에 따른 공기의 유속 분포를 나타내는 도면이다. It is a figure which shows the flow velocity distribution of air along the height direction of louver fan.
도 11에 도시된 바와 같이, 딤플이 형성되지 않은 루우버 휜(Louver Fin) 보다 딤플이 형성된 루우버 휜(Dimpled Louver Fin)의 균일도가 높고 중심부의 유속이 빠르다. 따라서 딤플이 형성되지 않은 루우버 휜(Louver Fin, 종래의 루우버 휜)보다 딤플이 형성된 루우버 휜(Dimpled Louver Fin, 본 발명의 루우버 휜)이 공기 측 압력강하가 작고 동일한 휀 동력에 대하여 열전달량이 증가한다.
As shown in FIG. 11, the uniformity of the dimpled louver fins is higher than that of the louver fins without dimples, and the flow velocity at the center is faster. Therefore, the Louver Fin (Dimpled Louver Fin) of the present invention has a smaller air-side pressure drop than the Louver Fin (Double Louver fin). Heat transfer increases.
도 12는 딤플의 폭을 달리하는 경우에 대한 시간에 따른 열교환기의 단위 표면적당 잔류수량의 변화를 나타내는 도면이다. 12 is a view showing a change in the amount of residual water per unit surface area of the heat exchanger with time when the width of the dimple is changed.
본 실험을 위해 딤플이 형성되지 않은 루우버 휜(Louver Fin)과 딤플이 형성된 루우버 휜(Dimpled Louver Fin)으로 나누었으며, 딤플이 형성된 루우버 휜(Dimpled Louver Fin)은 딤플의 폭에 따라 Fin a, Fin b, Fin c로 나누어 실험하였다. 여기서 딤플의 폭(Dw)은 Fin a가 4.4㎜이고, Fin b가 5.7㎜이고, Fin c가 7.0㎜이다.For this experiment, we divided into Louver Fin without dimple and Louver Fin with dimple, and Loud Fin with dimple is Fin according to the width of dimple. Experiment was divided into a, Fin b, Fin c. The width D w of the dimple is Fin a of 4.4 mm, Fin b of 5.7 mm, and Fin c of 7.0 mm.
초기에는 단위 표면적당 잔류수량이 4개의 시료 모두 거의 같다. 일정시간이 지나면 배수 속도는 거의 유사하다. 300초가 경과한 후 잔류수량은 딤플이 형성되지 않은 루우버 휜(Louver Fin)과 비교할 때 딤플의 폭(Dw)이 큰 순서대로 80%, 78%, 75%로 작았다. 즉 딤플은 배수에 효과적이며 딤플의 폭이 클수록 잔류수량이 적다. 배수과정을 관찰하면 딤플이 형성되지 않은 루우버 휜(Louver Fin) 시료에서는 물이 위쪽 루우버에서 가장 아래 루우버에 모였다가 한 방울씩 주기적으로 배수되었다. 딤플이 형성된 루우버 휜(Dimpled Louver Fin) 계열 시료에서는 딤플이 형성되지 않은 루우버 휜(Louver Fin) 시료와 유사하고 물의 일부는 딤플 부분에서 모여 튜브의 벽으로 배수되는 현상이 관찰되었다.
Initially, the remaining amount per unit surface area is nearly the same for all four samples. After a period of time, the drainage rate is almost the same. After 300 seconds, the remaining amount was small as 80%, 78%, and 75%, in order of the width of the dimple (D w ), as compared to Louver Fin without dimples. That is, dimples are effective for drainage, and the larger the width of the dimples, the less residual water. Observing the drainage process, in the Louver Fin sample without dimples, water gathered from the upper louver to the lowest louver and drained periodically drop by drop. Dimpled Louver Fin-like samples were similar to Louver Fin samples without dimples and some water was collected in the dimples and drained to the wall of the tube.
실험 결과를 정리하면 1) 동일 전면풍속에서 딤플이 형성된 루우버 휜은 딤플이 없는 루우버 휜과 비교할 때 압력강하계수는 약 14% 감소하고, 2) 동일 휀 부하에 대하여 딤플이 형성된 루우버 휜은 딤플이 없는 루우버 휜보다 열전달량이 5% 증가하였고, 3) 담금 실험 통하여 딤플이 형성된 루우버 휜은 딤플이 없는 루우버 휜보다 배수 속도가 빠르고 예상 부착 질량은 약 20% 적었다.
The results of the experiment are summarized as follows: 1) The louver 형성된 with dimples at the same front wind velocity decreases by about 14% compared to the louver 이 without dimples, and 2) the louver 형성된 with dimples for the same load. The heat transfer amount was 5% higher than that of the silver dimpled louver).
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of the present invention in order to facilitate description of the present invention and to facilitate understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
100, 300, 1100 : 루우버 휜
110, 310, 1110, 2110, 3110, 4110 : 몸체부
120, 320, 1120 : 루우버
130, 330, 1130, 2130, 3130, 4130, 5130 : 딤플
200, 1200 : 튜브
331 : 구멍
1000 : 열교환기100, 300, 1100: Louver 휜
110, 310, 1110, 2110, 3110, 4110: body
120, 320, 1120: Louver
200, 1200: tubes
331: hole
1000: Heat Exchanger
Claims (9)
상기 딤플은 몸체부의 골 또는 마루의 깊이(Fd)를 따라 폭(Dw)을 가지며, 하나의 골 또는 마루에 복수개 형성되고,
상기 딤플의 저면은 상기 몸체부를 통과하는 기체의 진행 방향으로 벌어지는 경사를 갖는 루우버 휜; 및
상기 루우버 휜의 골 또는 마루를 따라 결합되며 유체가 이동하는 튜브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.A corrugated body portion formed of a thin plate and having a valley and a floor, a plurality of louvers formed on each inclined surface forming a wave of the body portion, and dimples protruding toward the inside of the body portion from the valley and the floor of the body portion; Including,
The dimple has a width (D w ) along the depth (F d ) of the valley or floor of the body portion, a plurality of dimples are formed in one valley or floor,
A bottom of the dimple has a louver 벌 having an inclination that extends in a direction in which the gas passes through the body part; And
And a tube coupled along the valley or floor of the louver fin and to which the fluid moves.
상기 딤플은 상기 몸체부를 통과하는 기체의 진행 방향으로 양 측면이 개방된 것을 특징으로 하는 열교환기. The method of claim 1,
The dimple is a heat exchanger, characterized in that both sides open in the direction of travel of the gas passing through the body portion.
상기 하나의 골 또는 마루에 형성된 복수의 딤플의 폭(Dw)의 전체 합은 몸체부의 골 또는 마루의 깊이(Fd)의 10% 이상 60% 이하인 것을 특징으로 하는 열교환기.The method of claim 1,
The total sum of the widths (D w ) of the plurality of dimples formed in the one valley or floor is a heat exchanger, characterized in that more than 10% or less than 60% of the depth (F d ) of the valley or floor of the body portion.
상기 하나의 골 또는 마루에 형성된 복수개의 딤플 사이의 간격이 상기 몸체부를 통과하는 기체의 진행 방향으로 갈수록 더 좁아지는 것을 특징으로 하는 열교환기.The method of claim 1,
And a gap between the plurality of dimples formed in the one valley or the floor becomes narrower toward the traveling direction of the gas passing through the body portion.
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