KR101977854B1 - 열교환기용 핀 - Google Patents

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KR101977854B1
KR101977854B1 KR1020140020047A KR20140020047A KR101977854B1 KR 101977854 B1 KR101977854 B1 KR 101977854B1 KR 1020140020047 A KR1020140020047 A KR 1020140020047A KR 20140020047 A KR20140020047 A KR 20140020047A KR 101977854 B1 KR101977854 B1 KR 101977854B1
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Abstract

본 발명은 열교환기용 핀에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 튜브들 사이에 개재되는 열교환기용 핀에 있어서, 일정 피치(pitch)를 갖는 스트립이 지그재그 형태로 절곡되며 튜브의 높이방향으로 연장되어 형성되는 단위스트립을 포함하여 형성되고, 단위스트립이 튜브의 길이방향으로 다수개 적층되어 형성됨으로써, 일반적인 루버 핀에서 수반되는 엔드 존(end zone) 영역이 생기지 않아 열교환 성능을 향상시킬 수 있는 열교환기용 핀에 관한 것이다.

Description

열교환기용 핀{A fin of heat exchanger}
본 발명은 열교환기용 핀에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 튜브들 사이에 개재되는 열교환기용 핀에 있어서, 일정 피치(pitch)를 갖는 스트립이 지그재그 형태로 절곡되며 튜브의 높이방향으로 연장되어 형성되는 단위스트립을 포함하여 형성되고, 단위스트립이 튜브의 길이방향으로 다수개 적층되어 형성됨으로써, 일반적인 루버 핀에서 수반되는 엔드 존(end zone) 영역이 생기지 않아 열교환 성능을 향상시킬 수 있는 열교환기용 핀에 관한 것이다.
근래 자동차 산업에 있어서 환경과 에너지에 대한 관심이 높아짐에 따라 연비 개선을 위한 연구가 이루어지고 있는데, 무엇보다 보행자보호법규 등의 각종 법규와 다양한 소비자의 욕구를 만족시켜야 하기 때문에 이러한 요건을 충족하면서 경량화, 소형화 및 고기능화하기 위한 연구개발이 꾸준히 이루어지고 있는 실정이다.
열교환기용 핀은 인접하는 튜브 사이에 개재되어 공기와 접하는 면적을 증가시켜 열교환 효율을 증가시키는 열교환기의 주요 구성요소인데 이러한 열교환기용 핀에 있어서도 방열성능을 최대화하기 위한 연구, 개발이 이어져 왔다.
이때 핀(fin)은 상하로 적층되어 설치되게 되는데 상부에서 하부로의 배수를 원활하게 하기 위해 파형으로 하여 사용되게 된다. 또한, 열교환효율을 극대화시키기 위해서는 핀의 상하층간으로 공기를 유동시켜 열교환면적을 크게 하는데 이를 위하여 비늘형상으로 된 루버를 핀에 형성시켜 사용하게 된다.
종래의 차량용 열교환기용 루버 핀을 도 1에 도시하였다. 자동차 공기조화장치의 증발기나 콘덴서 또는 라디에이터 등과 같이 내부 순환 유체와 외부 공기를 열교환 시키는 열교환기에 있어서 순환 유체 유로를 형성하는 각 튜브들 사이에는 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 튜브(120)의 전열 면적을 확대하여 두 유체 사이의 열교환 효율을 높이는 파형 구조의 열교환기용 루버 핀(Louver Fin)(110)이 개재된다.
루버 핀(110)은 순환유체가 흐르는 튜브(120)와 접촉하여 튜브(120)와 열교환함과 아울러 그 표면에 접촉하는 공기와 열교환을 함으로써 튜브(120)내 순환유체와 공기 사이의 열교환율을 높이는 것으로서, 열전도율이 높고 비표면적(比表面積)이 클수록 열교환율이 높아진다.
따라서 루버 핀(110)들은 통상 알루미늄과 같이 열전도율이 높고 성형하기 쉬운 재질의 금속재로 제조되는 바, 특히, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 유체의 유동에 저항을 주지 않으면서 비표면적을 극대화할 수 있는 파형의 박판구조로 제조된다.
그리고 파형을 이루는 그 각 빗면(斜面)(111)에는 도 1(b) 및 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 일부가 절개된 후 그 절개된 부분이 공기유동방향에 대하여 비스듬히 꺾임으로써 그 루버 핀(110)에 입사되는 공기를 유도하여 그 절개된 틈(112)을 통해 빗면(111)을 교차하여 흐르게 하는 비늘 형상의 루버(113)들이 공기유동방향을 따라 등간격으로 배열되게 형성된다.
관련된 기술로, 국내등록특허 제1225597호(등록일 2013.01.17, 명칭 : 열교환기용 루버 핀)에는 외부공기와의 열교환시에 발생되는 수분의 배수를 용이하도록 하는 열교환기용 루버 핀이 개시된 바 있다.
한편, 이러한 루버 핀은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 생산을 위해 기본적으로 공기 유동방향으로 양단에 루버가 형성되지 않는 엔드 존(end zone)이 형성될 수밖에 없다.
하지만, 상기 엔드 존에서는 루버 핀이 형성된 영역과 같이, 핀의 상하층간 공기 유동이 원활하게 이루어질 수 없으므로, 상대적으로 열교환 효율이 저하될 수밖에 없다는 문제점이 있다.
국내등록특허 제1225597호(등록일 2013.01.17, 명칭 : 열교환기용 루버 핀)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 튜브들 사이에 개재되는 열교환기용 핀에 있어서, 일정 피치(pitch)를 갖는 스트립이 지그재그 형태로 절곡되며 튜브의 높이방향으로 연장되어 형성되는 단위스트립을 포함하여 형성되고, 단위스트립이 튜브의 길이방향으로 다수개 적층되어 형성됨으로써, 일반적인 루버 핀에서 수반되는 엔드 존(end zone) 영역이 생기지 않아 열교환 성능을 향상시킬 수 있는 열교환기용 핀을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 튜브와의 용접성을 향상시킬 수 있으며, 튜브에 의한 압축 하중이 가해졌을 때, 이를 견딜 수 있는 좌굴 강도가 더 향상될 수 있는 형태를 갖는 열교환기용 핀을 제공하는 것이다.
본 발명의 열교환기용 핀은 열교환기의 내부 순환 열교환매체의 유로를 형성하는 다수의 튜브(2)들 사이에 개재되는 열교환기용 핀(1)에 있어서, 상기 열교환기용 핀(1)은 일정 피치(Pst)(pitch)를 갖는 스트립이 지그재그 형태로 절곡되며 상기 튜브(2)의 높이방향으로 연장되어 형성되는 단위스트립(10)을 포함하여 형성되고, 상기 단위스트립(10)이 상기 튜브(2)의 길이방향으로 다수개 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다. 보다 구체적으로는, 상기 단위스트립(10)의 절곡 형태는, 1개의 마름모 형상의 한 꼭지점 및 상기 마름모 형상의 절반의 꼭지점이 상기 튜브(2)의 이격방향으로 연결되는 1½의 마름모 형상 다수 개가 상기 튜브(2)의 높이방향으로 배열되되, 전체가 한붓그리기 가능한 형상으로 이루어진다. 또한 상기 단위스트립(10)의 적층 형태는, 어느 하나의 상기 단위스트립(10)이 형성하는 1개의 마름모 형상 및 절반의 마름모 형상의 연결점이 이웃하여 적층된 다른 하나의 상기 단위스트립(10)이 형성하는 1개의 마름모 형상의 중심점에 배치되도록, 서로 이웃한 한 쌍의 상기 단위스트립(10)이 서로 대칭되게 적층 배열된다.
또한, 상기 열교환기용 핀(1)은 상기 단위스트립(10)이 오메가(Ω)형상으로 절곡되되, 오메가 형상의 상ㆍ하면이 이웃한 상기 튜브(2)와 교번되어 접하도록 형성되어 상기 튜브(2)의 높이방향으로 반복된 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환기용 핀(1)은 상기 튜브(2)의 길이방향으로 적층되는 이웃한 상기 단위스트립(10)이 서로 절곡되는 방향이 반대가 되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환기용 핀(1)은 상기 튜브(2)의 길이방향으로 홀수 번째 상기 단위스트립(10)이 서로 동일한 형태이며, 짝수 번째 상기 단위스트립(10)이 서로 동일한 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환기용 핀(1)은 상기 튜브(2)의 길이방향으로 양측 단부에 위치한 상기 단위스트립(10)의 피치(Pst)가 나머지 단위스트립(10)보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 열교환기용 핀은 일정 피치(pitch)를 갖는 스트립이 지그재그 형태로 절곡되며 튜브의 높이방향으로 연장되어 형성되는 단위스트립을 포함하여 형성되고, 단위스트립이 튜브의 길이방향으로 다수개 적층되어 형성됨으로써, 일반적인 루버 핀에서 수반되는 엔드 존(end zone) 영역이 생기지 않아 열교환 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
다시 말해, 본 발명은 기존의 루버 핀이 공기 유동방향으로 양단에 루버가 형성되지 않는 엔드 존(end zone) 영역에서 공기 유동이 원활하지 않아 열교환 효율이 저하되던 문제점을 해결하기 위해, 단위스트립이 튜브의 길이방향, 즉 공기유동방향으로 다수개 적층되어 형성됨으로써, 기존 루버 핀에서와 같이 상하층간 공기 유동으로 인해 열교환 면적을 크게 하여 열교환 효율을 극대화시키는 동시에, 엔드 존 없이도 생산이 가능하여 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 오메가 형태로 절곡되어 형성된 단위스트립의 적층 구조로 인해 튜브에 의한 압축 하중이 가해졌을 때, 이를 견딜 수 있는 좌굴 강도가 더 향상될 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 공기 유동방향으로 양단에 적층된 단위스트립의 피치를 나머지 단위스트립의 피치보다 크게 형성함으로써, 튜브의 양단인 라운드(R)부에도 용접이 잘 될 수 있다.
도 1은 종래 열교환기의 루버 핀을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기용 핀이 튜브 사이에 개재된 상태를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 열교환기용 핀이 튜브 사이에 개재된 상태를 나타낸 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 열교환기용 핀이 튜브 사이에 개재된 상태를 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 열교환기용 핀의 단위스트립을 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 열교환기용 핀이 튜브 사이에 개재된 상태를 나타낸 평면도.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 열교환기용 핀을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
여기에서 말하는 열교환기는 열교환매체가 유입되고, 유입된 열교환매체가 사이에 핀(1)이 개재된 튜브(2)로 이동되어 튜브(2)를 냉각하거나 가열시켜, 열교환매체의 열을 방열시키거나, 가열되도록 하여 유출하는 장치를 의미한다.
즉, 본 발명의 열교환기용 핀(1)은 상기 열교환기의 내부 순환 열교환매체의 유로를 형성하는 다수의 튜브(2)들 사이에 개재된다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 열교환기용 핀(1)이 튜브(2) 사이에 개재된 상태를 나타낸 사시도 및 정면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열교환기용 핀(1)은 일정 피치(pitch)를 갖는 스트립이 지그재그 형태로 절곡되며 상기 튜브(2)의 높이방향으로 연장되어 형성되는 단위스트립(10)을 포함하여 형성된다.
특히, 본 발명의 열교환기용 핀(1)은 상기 단위스트립(10)이 상기 튜브(2)의 길이방향으로 다수개 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
다시 말해, 상기 단위스트립(10)은 얇은 띠 형태로, 상기 튜브(2) 사이에 길이방향으로 길게 배치되되, 대략 지그재그 형태가 되도록 절곡된 상태로 상기 튜브(2) 사이에 개재된다.
물론, 상기 단위스트립(10)의 피치(Pst)는 상기 튜브(2)의 길이보다 작게 형성되며, 다수개 적층되는 상기 단위스트립(10)의 피치(Pst)가 모두 동일할 수도 있고, 필요에 따라 다르게 형성될 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 열교환기용 핀(1)의 단위스트립(10)을 나타낸 사시도를 나타낸 것으로, 상기 단위스트립(10)이 일정하게 반복된 형태로 절곡되어 높이방향으로 길게 연장형성된 것을 도시하였다.
도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 단위스트립(10)은 오메가(Ω) 형상으로 절곡되되, 오메가 형상의 상ㆍ하면이 이웃한 상기 튜브(2)와 교번되어 접하도록 형성되어, 상기 튜브(2)의 높이방향으로 반복된 형태를 갖는다.
도 3을 기준으로 설명하면, 상기 단위스트립(10)은 오메가 형상의 상면이 한번은 좌측 튜브(2)에 접하도록 절곡되었다가, 그 다음엔 우측 튜브(2)에 접하도록 절곡된 형태로, 90도 회전된 형태의 오메가 형상이 좌ㆍ우 뒤집혀서 반복적으로 형성된 형태를 갖는다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열교환기용 핀(1)은 상기 튜브(2)의 길이방향으로 적층되는 이웃한 상기 단위스트립(10)이 서로 절곡되는 방향이 반대가 되도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 단위스트립(10)이 오메가 형상으로 절곡되어 형성될 경우, 본 발명의 열교환기용 핀(1)은 길이방향으로 첫 번째 위치하는 단위스트립(10)에서는 오메가 형상의 상면이 우측 튜브(2)에 접하도록 형성되고, 두 번째 위치하는 단위스트립(10)에서는 오메가 형상의 상면이 좌측 튜브(2)에 접하도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 열교환기용 핀(1)은 세 번째 위치하는 단위스트립(10)에서 다시 오메가 형상의 상면이 우측 튜브(2)에 접하도록 형성되고, 네 번째 위치하는 단위스트립(10)에서는 다시 오메가 형상의 상면이 좌측 튜브(2)에 접하도록 형성되는 형태로, 상기 튜브(2)의 길이방향으로 홀수 번째 상기 단위스트립(10)이 서로 동일한 형태이며, 짝수 번째 상기 단위스트립(10)이 서로 동일한 형태로 형성될 수 있다.
따라서 본 발명의 열교환기용 핀(1)은 제조 시, 도 5에 도시된 형태의 단위스트립(10) 하나만 제조한 후, 홀수 번째와 짝수 번째 단위스트립(10)을 서로 뒤집어 배치하여 조립하면 되기 때문에 제조가 매우 용이하다는 장점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 열교환기용 핀(1)은 상기 단위스트립(10) 하나하나가 오메가 형태로 절곡되어 형성될 뿐만 아니라, 홀수 번째 단위스트립(10)과 짝수 번째 단위스트립(10)이 서로 반대방향으로 절곡된 형태로 적층됨으로써, 기존의 루버 핀(1)에 비해 좌굴 강도가 대략 70%정도 향상될 수 있다.
물론, 본 발명의 열교환기용 핀(1)은 홀수 번째 단위스트립(10)과, 짝수 번째 단위스트립(10)이 동일 방향으로 절곡된 동일 형태이어도 무방하나, 이 경우 도 6에 도시된 열교환기용 핀(1)에 비해 좌굴 강도가 저하될 수 있으며, 유동저항 특성 및 비표면적이 달라질 수 있다.
또한, 상기 단위스트립(10)은 오메가 형상을 절곡된 형태가 아니라, 기준의 루버 핀(1)과 같이 큰 지그재그 형태를 갖도록 형성되고, 도 6의 열교환기용 핀(1)과 같이 홀수 번째 단위스트립(10)과 짝수 번째 단위스트립(10)이 서로 반대방향으로 절곡되어 적층된 형태일 수도 있으며, 이 외에도 절곡 형태는 다양하게 변경실시가 가능하다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열교환기용 핀(1)은 상기 튜브(2)의 길이방향으로 양측 단부에 위치한 상기 단위스트립(10)의 피치(Pst)가 그 사이에 위치한 나머지 단위스트립(10)의 피치(Pst)보다 더 크게 형성될 수 있다.
상기 튜브(2)의 길이방향으로 양측 단부에 위치한 상기 단위스트립(10)은 상기 튜브(2)의 양단에 형성된 라운드(R)부와 접하는 영역으로, 너무 좁게 형성될 경우, 용접성이 저하될 수 있으므로 나머지 영역에 위치한 단위스트립(10)보다 넓게 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 열교환기용 핀(1)을 제조하는 방법을 간략히 설명하면, 먼저 도 5에 도시된 형태의 단위스트립(10)을 제조한다.
상기 단위스트립(10)은 압출로 형성된 1자 형태의 띠일 수 있으며, 일정한 압력 또는 열을 가해 원하는 형태로 절곡하여 도 5와 같은 형상으로 제조될 수 있다.
다음으로 제조된 상기 단위스트립(10)을 상기 튜브(2)의 길이방향으로 적층시키되, 홀수 번째 단위스트립(10)과 짝수 번째 단위스트립(10)의 절곡 방향이 서로 반대가 되도록 뒤집어 적층시킨 후, 브레이징 한다.
상기 단위스트립(10)은 상기 튜브(2) 사이에서 적층되어 개재된 상태에서 브레이징 될 수도 있으며, 먼저 상기 단위스트립(10)끼리 적층된 상태에서 가접합된 후, 상기 튜브(2) 사이에 개재시켜 브레이징 될 수도 있다.
이때, 본 발명의 열교환기는 상기 튜브(2)의 길이방향으로 양단에 위치한 단위스트립(10)의 피치(Pst)가 더 큰 것이 배치되도록 형성될 수도 있다.
본 발명의 특징을 다시 정리하면, 본 발명은 기존의 루버 핀(1)이 공기 유동방향으로 양단에 루버가 형성되지 않는 엔드 존(end zone) 영역에서 공기 유동이 원활하지 않아 열교환 효율이 저하되던 문제점을 해결하기 위해, 단위스트립(10)이 튜브(2)의 길이방향, 즉 공기유동방향으로 다수개 적층되어 형성됨으로써, 기존 루버 핀(1)에서와 같이 상하층간 공기 유동으로 인해 열교환 면적을 크게 하여 열교환 효율을 극대화시키는 동시에, 엔드 존 없이도 생산이 가능하여 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 오메가 형태로 절곡되어 형성된 단위스트립(10)의 적층 구조로 인해 튜브(2)에 의한 압축 하중이 가해졌을 때, 이를 견딜 수 있는 좌굴 강도가 더 향상될 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 공기 유동방향으로 양단에 적층된 단위스트립(10)의 피치(Pst)를 나머지 단위스트립(10)의 피치(Pst)보다 크게 형성함으로써, 튜브(2)의 양단인 라운드(R)부에도 용접이 잘 될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 열교환기용 핀
2 : 튜브
10 : 단위스트립
Pst : 단위스트립의 피치

Claims (5)

  1. 열교환기의 내부 순환 열교환매체의 유로를 형성하는 다수의 튜브(2)들 사이에 개재되는 열교환기용 핀(1)에 있어서,
    상기 열교환기용 핀(1)은
    일정 피치(pitch)를 갖는 스트립이 지그재그 형태로 절곡되며 상기 튜브(2)의 높이방향으로 연장되어 형성되는 단위스트립(10)을 포함하여 형성되고,
    상기 단위스트립(10)이 상기 튜브(2)의 길이방향으로 다수개 적층되어 형성되되,
    상기 단위스트립(10)의 절곡 형태는, 1개의 마름모 형상의 한 꼭지점 및 상기 마름모 형상의 절반의 꼭지점이 상기 튜브(2)의 이격방향으로 연결되는 1½의 마름모 형상 다수 개가 상기 튜브(2)의 높이방향으로 배열되되, 전체가 한붓그리기 가능한 형상으로 이루어지며,
    상기 단위스트립(10)의 적층 형태는, 어느 하나의 상기 단위스트립(10)이 형성하는 1개의 마름모 형상 및 절반의 마름모 형상의 연결점이 이웃하여 적층된 다른 하나의 상기 단위스트립(10)이 형성하는 1개의 마름모 형상의 중심점에 배치되도록, 서로 이웃한 한 쌍의 상기 단위스트립(10)이 서로 대칭되게 적층 배열되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환기용 핀(1)은
    상기 단위스트립(10)이 오메가(Ω)형상으로 절곡되되,
    오메가 형상의 상ㆍ하면이 이웃한 상기 튜브(2)와 교번되어 접하도록 형성되어 상기 튜브(2)의 높이방향으로 반복된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환기용 핀(1)은
    상기 튜브(2)의 길이방향으로 적층되는 이웃한 상기 단위스트립(10)이 서로 절곡되는 방향이 반대가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환기용 핀(1)은
    상기 튜브(2)의 길이방향으로 홀수 번째 상기 단위스트립(10)이 서로 동일한 형태이며, 짝수 번째 상기 단위스트립(10)이 서로 동일한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환기용 핀(1)은
    상기 튜브(2)의 길이방향으로 양측 단부에 위치한 상기 단위스트립(10)의 피치(Pst)가 나머지 단위스트립(10)보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 핀.
KR1020140020047A 2014-02-21 2014-02-21 열교환기용 핀 KR101977854B1 (ko)

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