KR102400223B1

KR102400223B1 - 열교환기

Info

Publication number: KR102400223B1
Application number: KR1020170176624A
Authority: KR
Inventors: 조위삼; 심호창; 임홍영; 이선미
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2022-05-23
Also published as: KR20190075207A; CN110017705A; US20190195572A1; DE102018131923A1; US11226161B2; CN110017705B

Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 압출 튜브의 끝단부 형상 및 두께에 대한 최적화를 통해 튜브 끝단부의 열용량을 고려한 열전달성능을 극대화하는 최적 설계를 가지는 열교환기를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 다양한 규격의 튜브에도 용이하게 적용이 가능하도록 보다 체계화된 규칙에 의하여 이루어지는 최적 설계를 가지는 열교환기를 제공함에 있다.

Description

열교환기 {Heat exchanger}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고압 환경에서 작동되는 열교환기에 있어서, 이러한 열교환기에 구비되는 튜브로서 압출 방식으로 만들어지는 튜브의 열전달성능을 최적화하는 열교환기 튜브에 관한 것이다.

열교환기는 작동유체 및 외부 공기, 다른 유체 등과 같은 주변 환경 간 열교환을 발생시키는 장치로서, 일반적으로 널리 사용되는 열교환기는 작동유체가 통과하는 유로 및 외부매체(핀 등)로의 열전달을 위한 튜브 벽을 포함하여 이루어지는 튜브를 포함하여 이루어진다. 열교환기 구성에서, 튜브는 일반적으로 복수 개가 병렬 배치되며, 튜브들 사이에는 열전달성능을 향상시키기 위한 핀이 개재 구비된다.

열교환기 튜브는 일반적으로 납작한 파이프 형상으로 이루어지며, 튜브의 납작한 면 외측에 핀이 브레이징 결합되게 된다. 이러한 열교환기 튜브는 다양한 방식으로 만들어질 수 있는데, 예를 들어 얇은 금속재 플레이트를 벤딩하여 끝단부를 접합하는 방식 등도 널리 사용된다. 그러나 열교환기 튜브 내 작동유체가 고압으로 유통되는 경우에는, 상술한 바와 같은 방식으로 만들어지는 튜브의 경우 접합부에 응력이 집중되어 파손됨으로써 작동유체가 누출되는 등의 문제가 생길 수 있다. 이에 따라 일반적으로 고압 열교환기의 경우 접합부가 생기지 않는 압출 방식으로 만들어지는 튜브가 사용되고 있다.

압출 튜브는 플레이트 접합 방식으로 제작되는 튜브에 비하여 복잡한 형상의 단면을 가지도록 제작하는 것이 보다 용이하다. 따라서 튜브 내 유로에서의 열전달성능을 더욱 향상시키기 위하여, 압출 튜브의 경우 유로(즉 튜브 내측 공간) 내에 복수 개의 격벽(이하 내벽이라고 칭함)이 형성되게 하는 설계를 도입하는 경우가 많다. 이와 같이 하면 작동유체(냉매)와 접촉되는 튜브 내측 벽면의 면적이 넓어짐으로써 작동유체로부터 튜브로 전달되는 열전달량이 많아지게 되어, 결과적으로 열전달성능을 높일 수 있게 된다.

한편 차량에 구비되는 열교환기의 경우, 노면에서 튀어오른 돌이 충돌하여 발생하는 등과 같은 외부 충격에 대하여 충분한 내구성을 확보하기 위해, 외부에 노출되는 면이 보다 높은 강성을 가지도록 설계되는 것이 일반적이다. 열교환기 튜브의 경우, 일반적으로 납작한 형상으로 제작되어 복수 개의 튜브가 납작한 면들이 서로 적층되는 형태로 병렬 배치되며, 따라서 외부에 노출되는 면은 납작한 면의 일측 또는 양측 끝단부 부분이다. 특히 압출 방식으로 제작되는 튜브의 경우 상술한 바와 같이 복잡한 형상의 단면을 가지도록 제작하는 것이 용이하기 때문에, 이러한 경우 튜브 끝단부의 외벽 두께가 다른 부분의 두께보다 두껍게 형성되도록 설계한다. 통상적으로 이러한 튜브 끝단부의 단면 형상은 반원에 가까운 형태로 제작된다. 일본특허공개 제2007-093144호("열교환용 튜브 및 열교환기", 2007.04.12)에는 바로 이와 같은 취지로 설계되는, 튜브 일측 끝단부의 외벽 두께가 다른 부분의 두께보다 두껍게 형성되는 압출 튜브를 개시하고 있다.

이러한 튜브 끝단부의 형상은 핀과 튜브의 접합 길이를 결정하며, 이러한 핀과 튜브의 접합길이는 튜브와 핀 사이의 열전달면적과 비례함으로써 즉 튜브-핀으로의 열전달성능과 직접적인 관련이 있다. 한편 튜브가 가지고 있는 열용량은 중량과 비례하며, 중량이 클수록 작동유체로부터 전달받을 수 있는 열량이 커지게 되어 열전달성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 튜브의 열용량은 최종적으로 열이 전달되는 외부매체 즉 공기와 처음으로 접촉하게 되는 튜브의 끝단부에 가장 큰 영향이 있다.

그런데 종래에는 튜브 끝단부 형상을 설계함에 있어 이러한 열용량이나 열전달면적 등에 대한 고려가 없이 단순히 제작 편의성만을 고려하여 설계되거나, 기존의 형상에 대한 개선 필요성의 자각 없이 단지 기존 형상을 답습하여 설계되어 왔다. 이에 상술한 바와 같이 튜브 끝단부 형상과 열용량 간의 관계 등을 고려한 새로운 최적 설계가 필요하다.

1. 일본특허공개 제2007-093144호("열교환용 튜브 및 열교환기", 2007.04.12)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 압출 튜브의 끝단부 형상 및 두께에 대한 최적화를 통해 튜브 끝단부의 열용량을 고려한 열전달성능을 극대화하는 최적 설계를 가지는 열교환기를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 다양한 규격의 튜브에도 용이하게 적용이 가능하도록 보다 체계화된 규칙에 의하여 이루어지는 최적 설계를 가지는 열교환기를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는, 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 헤더탱크(110); 한 쌍의 상기 헤더탱크(110)에 양단이 고정되어 냉매의 유로를 형성하는 복수 개의 튜브(120); 상기 튜브(120)들 사이에 개재되는 핀(130); 를 포함하여 이루어지며, 상기 튜브(120)는 압출 튜브이되, 튜브 폭(W)이 튜브 높이(H)보다 크게 형성되며, 상기 튜브(120) 내 유로가 상기 튜브(120)의 높이 방향으로 연장되는 복수 개의 내벽(121)에 의해 상기 튜브(120)의 폭 방향으로 병렬 형성되는 복수 개의 홀(122)로 구획된 형태로 형성될 때, 상기 튜브(120) 끝단부 단면 형상이 꼭지점이 라운드된 사각형 형태와 같거나 더 큰 형태로 이루어지도록, 상기 튜브(120) 끝단부로부터의 폭 방향 위치(X), 상기 폭 방향 위치(X)에서의 상기 튜브(120)의 길이 방향 단면적(A) 사이에 하기의 식이 만족되는 범위 내의 규격을 가지도록 이루어질 수 있다.

식 1: A ≤ HL (0 < X ≤ w0)

식 2: A ≥ HL + 2rL(√(1-(X/r-1)²-1) (0 < X ≤ r), 0.15H < r < 0.45H

(이 때, X: 폭 방향 위치, A: 길이 방향 단면적, H: 튜브 높이, r: 튜브 모서리 라운드 반경, L: 튜브 길이, w0: 튜브 폭 방향 끝단부 폭 방향 외벽 두께, wc: 튜브-핀 접촉지점에서의 X 값)

또한 상기 열교환기(100)는, 상기 튜브(120) 및 상기 핀(130)의 접촉지점 위치가 상기 튜브(120)의 첫 번째 홀(122) 위치보다 앞서 형성되도록, 하기의 식이 만족되는 범위 내의 규격을 가지도록 이루어질 수 있다.

식 3: wc ≤ w0

(이 때, w0: 튜브 폭 방향 끝단부 폭 방향 외벽 두께, wc: 튜브-핀 접촉지점에서의 X 값)

또한 상기 열교환기(100)는, 양쪽 끝단에서 n0번째 홀까지의 상기 홀(122) 위치 범위를 상기 폭 방향 위치(X)에 대한 식으로 표현한 식을 끝단부 범위식이라 할 때, 상기 끝단부 범위식은 하기의 식과 같이 나타날 수 있다.

1번째 홀 : w0 ≤ X ≤ w0+h0

n0번째 홀 : (w0+h0)+((n0-1)w+(n0-2)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(n0-1)(w+h)

N-n0+1번째 홀: (w0+h0)+((N-n0)w+(N-n0-1)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(N-n0)(w+h)

N번째 홀 : (w0+h0)+((N-1)w+(N-2)h) ≤ X ≤ (w0+2h0)+((N-1)w+(N-2)h)

(이 때, n: 홀 인덱스, N: 홀 전체 개수, h0: 튜브 폭 방향 끝단부 홀 폭, h: 나머지 위치에서의 홀 폭)

이 때 상기 열교환기(100)는, 상기 끝단부 범위식에 해당하는 영역 외 나머지 영역의 상기 홀(122) 위치 범위를 상기 폭 방향 위치(X)에 대한 식으로 표현한 식을 중간부 범위식이라 할 때, 상기 중간부 범위식은 하기의 식과 같이 나타날 수 있다.

n번째 홀 : (w0+h0)+((n-1)w+(n-2)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(n-1)(w+h), n0 < n < N-n0+1

이 때 상기 열교환기(100)는, 상기 끝단부 범위식 범위 내 상기 홀(122) 위치에서 높이 방향 외벽 두께(t)가 t0가 되도록, 상기 폭 방향 위치(X) 및 상기 홀(122) 위치에서의 높이 방향 외벽 두께(t) 사이에 하기의 식이 만족되는 범위 내의 규격을 가지도록 이루어질 수 있다.

t = t0 (X가 상기 끝단부 범위식 범위 내일 때)

(이 때, t0: 튜브 폭 방향 끝단부 쪽 홀 위치에서의 높이 방향 외벽 두께)

이 때 상기 열교환기(100)는, 상기 중간부 범위식 범위 내 상기 홀(122) 위치에서 높이 방향 외벽 두께(t)가 tm이 되되, 상기 중간부 범위식 범위 내 상기 홀(122) 위치에서 높이 방향 외벽 두께(t)보다, 상기 끝단부 범위식 범위 내 상기 홀(122) 위치에서 높이 방향 외벽 두께(t)가 두껍게 형성되도록, 상기 폭 방향 위치(X) 및 상기 홀(122) 위치에서의 높이 방향 외벽 두께(t) 사이에 하기의 식이 만족되는 범위 내의 규격을 가지도록 이루어질 수 있다.

t = tm (X가 상기 중간부 범위식 범위 내일 때)

식 4:

t0 > tm

(이 때, t0: 튜브 폭 방향 끝단부 쪽 홀 위치에서의 높이 방향 외벽 두께, tm: 튜브 폭 방향 중간부 쪽 홀 위치에서의 높이 방향 외벽 두께)

또한 상기 열교환기(100)는, 상기 끝단부 범위식 범위가, 양쪽 끝단에서 2번째 홀 또는 3번째 홀까지의 상기 홀(122) 위치 범위가 되도록, 하기의 식이 만족되는 범위 내의 규격을 가지도록 이루어질 수 있다.

2 ≤ n0 ≤ 3

또한 상기 열교환기(100)는, 양쪽 끝단에서 2번째 홀 또는 3번째 홀까지의 상기 홀(122) 위치 범위 내인 영역에 중량이 편향되도록, 상기 폭 방향 위치(X)가 하기의 범위 내인 영역에 상기 튜브(120) 전체 중량의 10% 내지 20%가 편향되도록 형성될 수 있다.

식 5:

1번째 홀 : w0 ≤ X ≤ w0+h0

n0번째 홀 : (w0+h0)+((n0-1)w+(n0-2)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(n0-1)(w+h)

N-n0+1번째 홀: (w0+h0)+((N-n0)w+(N-n0-1)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(N-n0)(w+h)

N번째 홀 : (w0+h0)+((N-1)w+(N-2)h) ≤ X ≤ (w0+2h0)+((N-1)w+(N-2)h)

2 ≤ n0 ≤ 3

또한 상기 튜브(120)는, 알루미늄 재질인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 종래에 비해 튜브에서 공기로 전달되는 열전달성능을 크게 향상하는 효과가 있다. 보다 상세하게는, 본 발명에 의하면, 튜브 끝단부 형상의 최적화를 통해 튜브와 핀의 접촉길이를 극대화함으로써 결과적으로 열전달면적을 증가시켜, 튜브로부터 (최종적으로 열이 전달되는 외부매체인) 공기로의 열전달성능을 향상하는 효과가 있다. 뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 공기와 가장 먼저 접촉하게 되는 튜브 끝단부에 있어서, 튜브 끝단부에 적절히 중량을 편향시켜 열용량을 증대시켜 줌으로써 튜브로부터 공기로의 열전달성능을 더욱 향상하는 효과가 있다. 이러한 효과들의 시너지를 통해, 본 발명에 의하면 궁극적으로 튜브 끝단부 형상 및 규격 설계의 최적화를 통하여 열교환기의 열전달성능을 극대화하는 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

또한 본 발명에 의하면, 열교환기 또는 열교환기 튜브의 전체적인 규격이 달라지더라도 열전달성능, 내압성, 제조성이 최적화된 치수를 용이하게 산출해 낼 수 있는 효과가 있다. 물론 이에 따라 새로운 열교환기를 설계하거나 기존의 열교환기를 개량 설계하는 과정에서 설계 편의성을 극대화시켜 주는 효과 또한 있다.

도 1은 일반적인 핀-튜브 열교환기의 사시도.
도 2는 종래의 압출 튜브 및 루버 핀 결합체의 상면도.
도 3은 본 발명의 압출 튜브 및 루버 핀 결합체의 상면도.
도 4는 종래 및 본 발명의 압출 튜브의 각부 정의.
도 5는 튜브 끝단부로부터의 폭 방향 위치 및 해당 위치에서의 길이 방향 단면적 개념 설명.
도 6은 종래의 튜브 끝단부로부터의 폭 방향 위치 및 해당 위치에서의 길이 방향 단면적 간의 관계 그래프.
도 7은 본 발명의 튜브 끝단부로부터의 폭 방향 위치 및 해당 위치에서의 길이 방향 단면적 간의 관계 그래프.
도 8은 본 발명의 튜브 끝단부 형상의 구체적인 설명.
도 9는 종래 및 본 발명의 튜브 끝단부로부터의 폭 방향 정규화된 위치 및 해당 위치에서의 길이 방향 단면적 간의 관계 그래프 비교.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 일반적인 핀-튜브 열교환기의 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 핀-튜브 타입으로 된 열교환기(100)는, 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 헤더탱크(110), 한 쌍의 상기 헤더탱크(110)에 양단이 고정되어 냉매의 유로를 형성하는 복수 개의 튜브(120), 상기 튜브(120)들 사이에 개재되는 핀(130)을 포함하여 이루어진다. 이 때 상기 튜브(120)는 압출 튜브로서, 압출 방식에 의하여 만들어져 이음매가 형성되지 않는 형태의 튜브이다. 또한 상기 핀(130) 상에는 복수 개의 루버(135)가 형성될 수 있으며, 도 2는 종래의 압출 튜브 및 루버 핀 결합체의 상면도를 도시하고 있다. 부가적으로, 상기 열교환기(100)는 콘덴서인 것이 바람직하며, 또한 상기 튜브(120)는 알루미늄 재질인 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 상기 튜브(120)의 각부 형상 및 규격 간의 보다 체계화된 규칙에 의하여 이루어지는 최적 설계를 제시함으로써 튜브로부터 공기로의 열전달성능을 극대화하고자 한다.

도 3은 본 발명의 압출 튜브 및 루버 핀 결합체의 상면도를 도시하고 있으며, 도 2에 도시된 종래의 압출 튜브와 비교하였을 때 직관적으로도 끝단부 형상이 상이하게 형성됨을 알 수 있다. 이를 보다 상세히 설명할 수 있도록, 도 4를 통해 종래 및 본 발명의 압출 튜브의 각부를 정의한다.

도 4(A) 및 도 4(B)에 도시된 바와 같이, 튜브 폭(W), 튜브 높이(H)는 종래 및 본 발명에서 동일한 것으로 가정한다. 종래의 튜브와 유사하게, 본 발명의 튜브(120)는, 도 4(B)에 도시된 바와 같이, 기본적으로 튜브 폭(W)이 튜브 높이(H)보다 크게 형성되며, 상기 튜브(120) 내 유로가 상기 튜브(120)의 높이 방향으로 연장되는 복수 개의 내벽(121)에 의해 상기 튜브(120)의 폭 방향으로 병렬 형성되는 복수 개의 홀(122)로 구획된 형태로 형성된다.

도 5는 상기 튜브(120)의 사시도 및 이를 통해 튜브 끝단부로부터의 폭 방향 위치 및 해당 위치에서의 길이 방향 단면적 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 5(A)에 도시된 바와 같이 상기 튜브(120)는, 상기 튜브 폭(W)이 상기 튜브 높이(H)보다 크게 형성되는 단면을 가지되, 이러한 단면이 튜브 길이(L)만큼 길이 방향으로 연장되어, 납작하고 긴 형태로 형성된다. 도 5(B)의 단면도는 도 4(B)와 동일한 도면으로서, 본 발명의 상기 튜브(120)의 단면을 도시하고 있다. 이 때, 도 5(B)에 표시된 바와 같이, 튜브 끝단부로부터의 폭 방향 위치를 X라고 한다.

X=0일 때는 상기 튜브(120)의 최외측 끝단으로서, 이 때 도 5(B)에서의 C-C'에 따른 길이 방향 단면의 형상은 도 5(C)와 같이 나타나며, 이 때의 길이 방향 단면적(A)은 최외측 끝단에서의 튜브 높이(H0)*튜브 길이(L) 값으로 나타난다.

Xc는 상기 튜브(120)와 상기 핀(130)이 처음으로 접촉한 위치를 나타낸 것이다. 따라서 X=Xc일 때, 즉 도 5(B)에서의 D-D'에 따른 길이 방향 단면의 형상은 도 5(D)와 같이 나타나며, 이 때의 길이 방향 단면적(A)은 튜브 높이(H)*튜브 길이(L) 값으로 나타난다.

한편 E-E'는 X가 상기 튜브(120)의 상기 홀(122)에 걸쳐 있을 경우를 나타낸다. 이 때 도 5(B)에서의 E-E'에 따른 길이 방향 단면의 형상은 도 5(E)와 같이 나타나며, 이 때의 길이 방향 단면적(A)은 홀 위치에서의 높이 방향 외벽 두께의 2배(2t0)*튜브 길이(L) 값으로 나타나게 된다. 도 5(E)는 튜브 폭 방향 끝단부 쪽 홀 위치이므로 외벽 두께가 t0인 것으로 나타났지만, 다른 위치에서 외벽 두께가 달라질 경우 길이 방향 단면적(A)은 해당 위치에서의 외벽 두께의 2배*튜브 길이(L) 값으로 나타나게 됨은 당연하다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 튜브 끝단부 형상을 설계함에 있어서, 열전달면적을 증가시키기 위해 튜브와 핀의 접촉길이를 최대화하고, 또한 공기와 가장 먼저 접촉하는 튜브 끝단부의 열용량을 증대시킬 수 있도록 튜브 끝단부에 중량 편향이 이루어지는 형상으로 설계되게 하고자 한다. 종래에는 도 4(A), 도 6 등에 도시된 바와 같이 튜브 끝단부 단면 형상이 반원 형태로 되어 있어, 튜브와 핀이 처음 접촉하는 위치가 튜브 끝단부로부터 상당히 떨어져 있고, 또한 튜브 끝단부 열용량 역시 충분히 높지 못하다. 그러나 본 발명에서는, 도 4(B), 도 7 등에 도시된 바와 같이 튜브 끝단부 단면 형상이, 꼭지점 부근이 라운드된 사각형 형태로 되어 있어, 튜브와 핀이 처음 접촉하는 위치가 튜브 끝단부와 훨씬 가깝고, 또한 튜브 끝단부 쪽으로 편향되는 중량이 크게 늘어나게 되어 결과적으로 튜브 끝단부 열용량도 향상할 수 있게 된다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

튜브 끝단부에서의 열용량 확보 조건 : 길이 방향 단면적

도 6은 종래의 튜브 끝단부로부터의 폭 방향 위치 및 해당 위치에서의 길이 방향 단면적 간의 관계 그래프를, 도 7은 본 발명의 튜브 끝단부로부터의 폭 방향 위치 및 해당 위치에서의 길이 방향 단면적 간의 관계 그래프를 각각 도시하고 있다.

도 6을 살펴보면, 종래의 튜브의 경우 튜브 끝단부 단면 형상이 반원 형태로 되어 있으므로, 상기 폭 방향 위치(X)가 0일 때에는 상기 길이 방향 단면적(A)은 0이 된다. 상기 폭 방향 위치(X)가 0에서부터 점점 커지면 상기 길이 방향 단면적(A)은 해당 위치에서의 튜브 끝단부 단면의 현 길이*튜브 길이(L) 값이 되므로 점점 커지나, 상기 폭 방향 위치(X)가 상기 튜브(120)와 상기 핀(130)이 만나는 지점에 도달하기 전에 상기 홀(122)이 존재하므로, 상기 길이 방향 단면적(A)의 최대값은 HL에 도달하지 못한다. 이후 상기 폭 방향 위치(X)가 상기 홀(122) 위치일 때에는 상기 길이 방향 단면적(A)은 상기 홀(122) 위치에서의 높이 방향 외벽 두께(t)의 2배(2t)*튜브 길이(L) 즉 2tL 값이 되고, 상기 폭 방향 위치(X)가 상기 내벽(121) 위치일 때에는 상기 길이 방향 단면적(A)은 튜브 높이(H)*튜브 길이(L) 즉 HL 값이 된다.

상기 폭 방향 위치(X)에 대한 상기 길이 방향 단면적(A)의 적분값(즉 도 6과 같은 그래프에서 그래프 하부의 면적)은 부피가 되며, 부피는 중량에 비례한다. 즉 상기 길이 방향 단면적(A)의 적분값이 클수록 튜브 끝단부에서의 중량이 증대되며, 궁극적으로는 열용량이 증대되어 열전달성능이 향상될 수 있다. 본 발명에서는 바로 이러한 기술적 취지에 따라 다음과 같이 튜브 끝단부 형상을 설계하였다.

도 7을 살펴보면, 본 발명의 튜브의 경우 튜브 끝단부 단면 형상이 꼭지점 부근이 라운드된 사각형 형태로 되어 있으므로, 상기 폭 방향 위치(X)가 0일 때에도 일정 크기의 단면적을 가지게 된다. 도 4(B), 도 7 등에서와 같이 상기 폭 방향 위치(X)가 0인 위치에서의 튜브 높이를 H0라 할 때, 상기 길이 방향 단면적(A)은 H0L 값이 된다. 상기 폭 방향 위치(X)가 0에서부터 점점 커지다가 상기 튜브(120)와 상기 핀(130)이 만나는 지점에 도달하면, 상기 길이 방향 단면적(A)은 HL로 최대값이 되며, 상기 폭 방향 위치(X)가 더욱 커져 상기 홀(122)에 도달할 때까지 이 최대값을 유지하게 된다. 앞서 종래의 튜브의 경우에는 X=0일 때 A=0이고, X가 튜브-핀 접촉지점에 도달하기 전에 홀에 도달하므로 A의 최대값도 HL에 도달하지 못하는 것과 달리, 본 발명의 튜브의 경우에는 X=0일 때 A=H0L이고, X가 홀에 도달하기 전에 튜브-핀 접촉지점에 도달하므로 A의 최대값이 HL인 상태를 상당히 유지할 수 있게 된다.

즉 본 발명에서는, 상기 튜브(120) 끝단부의 형상이 종래의 반원 형태와는 달리, 튜브-핀 접촉지점을 종래보다 훨씬 앞쪽으로 당기고, 또한 상기 폭 방향 위치(X)에 대한 상기 길이 방향 단면적(A) 그래프를 종래보다 위쪽에 존재하게 함으로써(즉 상기 길이 방향 단면적(A) 그래프 하부 면적을 종래보다 크게 함으로써) 튜브 끝단부의 중량, 나아가 열용량을 증대시켜 궁극적으로 열전달성능을 종래보다 크게 향상시킨다.

본 발명에서 상기 튜브(120) 끝단부의 형상을 좀더 구체화하면 다음과 같다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명에서는, 튜브 끝단부 단면 형상이 꼭지점 부근이 라운드된 사각형 형태로 되어 있다(도 4(B), 도 7 등 참조). 꼭지점 부근 라운드된 부분의 반경을 r이라고 하고, 상기 튜브(120)의 높이 방향 중심점을 기준으로 높이 방향 위치를 Y라고 할 때, 상기 튜브(120) 끝단부의 형상을 상기 폭 방향 위치(X) 및 상기 높이 방향 위치(Y)를 사용하여 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 하기의 식은 도 8(A)에 표시된 바와 같이 중심이 (r, H/2-r)이고 반경이 r인 원을 나타내는 식으로, 하기의 식으로 나타나는 그래프에서 0<X<r, Y>0인 부분만 취하면, 상기 튜브(120)의 높이 방향 중심점을 원점으로 하는 상기 튜브(120) 끝단부 형상이 나오게 된다.

(X-r)² + (Y-(H/2-r))² = r²

이 때 종래의 튜브, 즉 튜브 끝단부가 반원 형태로 된 경우의 튜브 끝단부 형상은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 하기의 식은 도 8(A)에 표시된 바와 같이 중심이 (H/2, 0)이고 반경이 H/2인 원을 나타내는 식으로, 하기의 식으로 나타나는 그래프에서 0<X<H/2, Y>0인 부분을 취하면 종래의 튜브 끝단부 형상이 나오게 된다.

(X-H/2)² + Y² = (H/2)²

도 8(A)에서, 본 발명의 상기 튜브(120) 끝단부 형상을 나타내는 그래프를 ①, 종래의 튜브 끝단부 형상을 나타내는 그래프를 ②로 표시하였다. X가 임의의 값 x일 때 그래프 ①, ② 각각의 값들을 y, y'라 할 때, 이 지점에서의 튜브 폭은 2y, 2y'가 되며, 길이 방향 단면적(A)은 2yL, 2y'L이 된다. 즉 길이 방향 단면적을 그래프로 도시할 경우, 도 8(A)과 동일한 형태이되 스케일만이 변화된 형태로서 도 8(B)와 같이 나타나게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 폭 방향 위치(X)에 대한 상기 길이 방향 단면적(A)의 적분값(즉 그래프 하부의 면적)은 부피가 되며, 부피는 중량에 비례한다. 도 8(B)로부터 직관적으로도 알 수 있듯이, 본 발명의 상기 튜브(120) 끝단부 형태를 취할 경우, 종래의 튜브 끝단부 형태(반원 형태)에 비하여 튜브 끝단부로의 중량 편향이 훨씬 효과적으로 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

그래프 ①에 관한 식을 상기 높이 방향 위치(Y)에 대해 정리하고, 이를 2배한 후 상기 튜브 길이(L) 값을 곱하면(즉 2YL), 상기 폭 방향 위치(X)-상기 길이 방향 단면적(A) 간의 관계식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

A = HL + 2rL(√(1-(X/r-1)²-1)

이 때 r 값이 달라짐에 따라 튜브 끝단부로의 중량 편향 정도가 달라지는데, r 값이 작아질수록 (튜브 끝단부로의 중량 편향 정도가 커지므로) 튜브-공기 간 열전달성능이 높아지는 반면 (튜브 모서리가 뾰족해지므로) 제작성이 나빠질 수 있고, r 값이 커질수록 (튜브 모서리가 둥글어지므로) 제작성이 좋아지는 반면 (튜브 끝단부로의 중량 편향 정도가 작아지므로) 튜브-공기간 열전달성능 개선 효과가 줄어들게 된다. 이에 본 발명에서는, 제작성 및 열전달성능 개선 효과를 적절히 고려하여, r 값이 튜브 높이 H에 대하여 15% 내지 45%의 값을 가지도록 한다.

상술한 바와 같이, 길이 방향 단면적 관점에서 튜브 끝단부에서의 열용량 확보 조건을 정리하자면 다음과 같다.

먼저, 상기 튜브(120) 끝단부의 형상을 이용한 열용량 확보를 최대화하기 위해서 이론적으로만 생각할 때, 상기 튜브(120) 끝단부 단면 형상이 완전한 사각형 형태인 것이 가장 바람직하겠으며, 이 경우 폭 방향 위치(X) 모든 범위에 대해서 상기 튜브(120)의 길이 방향 단면적(A)은 HL이 된다. 그러나 실제로는 제작성 등의 문제로 이렇게 제작할 수는 없으며, X가 0 근처일 때는 필연적으로 A가 HL보다 작게 형성된다. 즉, 폭 방향 위치 X가 튜브 끝단부 위치(X = 0) ~ 첫 번째 홀 위치(X = w0) 사이일 때, 상기 튜브(120)의 길이 방향 단면적 A는 하기의 식 1과 같이 나타낼 수 있다.

식 1: A ≤ HL (0 < X ≤ w0)

(이 때, X: 폭 방향 위치, A: 길이 방향 단면적, H: 튜브 높이, L: 튜브 길이, w0: 튜브 폭 방향 끝단부 폭 방향 외벽 두께)

다음으로, 앞서 본 발명에서는 상기 튜브(120) 끝단부 단면 형상이 꼭지점 부근이 라운드된 사각형 형태가 되는 것이 바람직하다고 설명하였다. 도 8을 통해 구해진 X - A 간 관계식은, 상기 튜브(120) 끝단부 단면 형상이, 꼭지점 부근이 반경 r로 라운드된 사각형 형태를 나타낸다. 본 발명에서의 상기 튜브(120)는, 식 1로 나타나는 완전한 사각형 형태보다는 작되, 꼭지점 부근이 라운드된 사각형 형태보다는 동일하거나 더 크게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 폭 방향 위치 X가 튜브 끝단부 위치(X = 0) ~ 라운드 반경 위치(X = r) 사이일 때, 상기 튜브(120)의 길이 방향 단면적 A는 하기의 식 1과 같이 나타낼 수 있다.

식 2: A ≥ HL + 2rL(√(1-(X/r-1)²-1) (0 < X ≤ r), 0.15H < r < 0.45H

(이 때, X: 폭 방향 위치, A: 길이 방향 단면적, H: 튜브 높이, r: 튜브 모서리 라운드 반경, L: 튜브 길이)

더불어 앞서, (이처럼 형상적인 설계를 통하여 상기 튜브(120) 끝단부에서 열용량이 확보된 시점에서) 튜브-핀으로의 열전달이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있도록 하기 위해서, 튜브-핀 접촉지점을 종래보다 훨씬 당겨서, 첫 번째 홀 위치에 도달하기 전에 튜브-핀 접촉이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다고 설명하였다. 폭 방향 위치 X로 이를 표현하면, 튜브-핀 접촉지점은 X = wc 인 위치이고, 첫 번째 홀 위치는 X = w0인 위치이다. 즉 첫 번째 홀 위치에 앞서서 튜브-핀 접촉이 이루어지도록 하기 위해서는, 상기 튜브(120)는 하기의 식 3을 만족하도록 이루어지면 된다.

식 3: wc ≤ w0

즉 요약하자면, 본 발명의 열교환기(100)는, 상기 튜브(120) 끝단부로부터의 폭 방향 위치(X), 상기 폭 방향 위치(X)에서의 상기 튜브(120)의 길이 방향 단면적(A) 사이에 하기의 식이 만족되는 범위 내의 규격을 가지도록 할 수 있다.

식 1: A ≤ HL (0 < X ≤ w0)

식 2: A ≥ HL + 2rL(√(1-(X/r-1)²-1) (0 < X ≤ r), 0.15H < r < 0.45H

식 3: wc ≤ w0

튜브 끝단부에서의 열용량 향상 조건 : 홀 위치에서의 높이 방향 외벽 두께

도 7을 다시 살펴보면, 상기 폭 방향 위치(X)가 첫 번째 홀을 만나는 지점(즉 X=w0) 이후, 상기 폭 방향 위치(X)가 상기 홀(122) 위치일 때에는 상기 길이 방향 단면적(A)은 상기 홀 위치에서의 높이 방향 외벽 두께 2배*튜브 길이(L) 값이 되고, 상기 폭 방향 위치(X)가 상기 내벽(121) 위치일 때에는 상기 길이 방향 단면적(A)은 튜브 높이(H)*튜브 길이(L) 즉 HL 값이 된다.

이 때, 앞서 설명한 바와 같이 튜브 끝단부에서의 열용량을 향상하기 위해서는, 튜브 끝단부에 중량이 편향되도록 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 본 발명에서는 튜브 폭 방향 끝단부 쪽 홀 몇 개에서의 외벽 두께가, 튜브 폭 방향 중간부 쪽 홀 위치에서의 높이 방향 외벽 두께보다 크게 형성되도록 한다. 이하에서는 이를 보다 구체적으로 표현하기 위한 설명을 기술한다.

먼저 상기 튜브(120)에서, 상기 폭 방향 위치(X)로 상기 홀(122) 위치를 나타내자면 다음과 같다.

1번째 홀: w0 ≤ X ≤ w0+h0

2번째 홀: (w0+h0)+w ≤ X ≤ (w0+h0)+(w+h)

3번째 홀: (w0+h0)+(2w+h) ≤ X ≤ (w0+h0)+2(w+h)

4번째 홀: (w0+h0)+(3w+2h) ≤ X ≤ (w0+h0)+3(w+h)

…

n번째 홀: (w0+h0)+((n-1)w+(n-2)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(n-1)(w+h)

이 때, 튜브 양쪽 끝단부에서 n0개씩의 홀에서의 외벽 두께를 나머지 홀에서의 외벽 두께보다 두껍게 한다. 상기 튜브(120)에 형성되는 상기 홀(122)의 전체 개수를 N이라 할 때, 예를 들어 양쪽 끝단에서 2번째 홀까지만 외벽 두께를 두껍게 하는 경우, 이러한 범위를 상기 폭 방향 위치(X)로 상기 홀(122) 위치를 나타내자면 다음과 같다.

1번째 홀: w0 ≤ X ≤ w0+h0

2번째 홀: (w0+h0)+w ≤ X ≤ (w0+h0)+(w+h)

N-1번째 홀: (w0+h0)+((N-2)w+(N-3)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(N-2)(w+h)

N번째 홀: (w0+h0)+((N-1)w+(N-2)h) ≤ X ≤ (w0+2h0)+((N-1)w+(N-2)h)

N-1번째 홀은 n번째 홀 식의 n에 N-1을 대입하면 된다. 한편 N번째 홀은 1번째 홀과 마찬가지로 홀 폭이 h0이므로, N번째 홀의 하한값은 n번째 홀 식의 n에 N을 대입하면 되고, N번째 홀 식의 상한값은 하한값+h0 값으로 하면 된다.

위의 예시에서는 '양쪽 끝단에서 2번째 홀까지'를 상기 폭 방향 위치(X)에 대한 식으로 표현한 것이며, 이를 'n0번째 홀'로 일반화할 수 있다. 이 경우 n0 값은 2보다 크거나 같은 값이 될 수 있다.

'양쪽 끝단에서 n0번째 홀까지'를 상기 폭 방향 위치(X)에 대한 식으로 표현하자면 다음과 같다.

1번째 홀: w0 ≤ X ≤ w0+h0

2번째 홀: (w0+h0)+w ≤ X ≤ (w0+h0)+(w+h)

…

n0번째 홀: (w0+h0)+((n0-1)w+(n0-2)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(n0-1)(w+h)

N-n0+1번째 홀: (w0+h0)+((N-n0)w+(N-n0-1)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(N-n0)(w+h)

…

N-1번째 홀: (w0+h0)+((N-2)w+(N-3)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(N-2)(w+h)

N번째 홀: (w0+h0)+((N-1)w+(N-2)h) ≤ X ≤ (w0+2h0)+((N-1)w+(N-2)h)

즉 이를 정리하면 다음과 같다.

'양쪽 끝단에서 n0번째 홀까지'를 상기 폭 방향 위치(X)에 대한 식으로 표현한 식('끝단부 범위식'이라 함) :

1번째 홀 : w0 ≤ X ≤ w0+h0

n0번째 홀 : (w0+h0)+((n0-1)w+(n0-2)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(n0-1)(w+h)

N-n0+1번째 홀: (w0+h0)+((N-n0)w+(N-n0-1)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(N-n0)(w+h)

N번째 홀 : (w0+h0)+((N-1)w+(N-2)h) ≤ X ≤ (w0+2h0)+((N-1)w+(N-2)h)

나머지 범위를 상기 폭 방향 위치(X)에 대한 식으로 표현한 식('중간부 범위식'이라 함) :

이 때 n0가 너무 큰 값을 가질 경우, 끝단부에 중량이 집중된다는 효과가 오히려 약화될 수 있으며, 따라서 n0는 적절히 작은 값으로서 2 내지 3 정도의 값을 가지는 것이 바람직하다. 이를 식으로 표현하면 2 ≤ n0 ≤ 3 가 된다.

본 발명에서는, 상기 끝단부 범위식 범위에서의 높이 방향 외벽 두께를 t0, 상기 중간부 범위식 범위에서의 높이 방향 외벽 두께를 tm이라 할 때, t0 > tm이 되도록 한다.

상술한 내용을 정리하면, 본 발명의 열교환기(100)는, 상기 중간부 범위식 범위 내 상기 홀(122) 위치에서 높이 방향 외벽 두께(t)보다, 상기 끝단부 범위식 범위 내 상기 홀(122) 위치에서 높이 방향 외벽 두께(t)가 두껍게 형성되도록, 상기 폭 방향 위치(X) 및 상기 홀(122) 위치에서의 높이 방향 외벽 두께(t) 사이에 하기의 식이 만족되는 범위 내의 규격을 가지도록 형성될 수 있다.

식 4:

t0 > tm

종래 및 본 발명 성능 비교

도 9는 종래 및 본 발명의 튜브 끝단부로부터의 폭 방향 정규화된(normalized) 위치 및 해당 위치에서의 길이 방향 단면적 간의 관계 그래프를 비교한 것이다. 정규화는, 상기 끝단부 범위식 범위 내의 외벽 위치에서는 X를 w0로 나누고, 상기 끝단부 범위식 범위 내의 홀 위치에서는 X를 h0로 나누고, 상기 중간부 범위식 범위 내의 내벽 위치에서는 X를 w로 나누고, 상기 중간부 범위식 범위 내의 홀 위치에서는 X를 h로 나누었다. 앞서 튜브 높이 H 값은 종래와 본 발명이 동일하다고 간주하고 비교하였으나 이 역시 정규화할 수 있는데, 이 경우 X 위치에서의 튜브 높이 방향 폭을 튜브 전체 높이로 나눈 값으로서 정규화할 수 있다. 이렇게 정규화된 변수에는 n 첨자를 붙여 표시하였다. 이에 따라 X 및 A 역시 정규화된 변수 Xn 및 An으로 표시되었다.

앞서 설명한 바와 같이, Xn-An 그래프 하부 면적은 중량과 비례하게 된다. 즉 튜브 끝단부에서의 열용량을 향상하기 위해서는, Xn-An 그래프 하부 면적을 증대시키면 되는 것이다. 이 때 상술한 바와 같이 정규화된 변수로 나타난 그래프를 겹치면, 도 9에 명시적으로 나타나는 바와 같이, 튜브 끝단부 쪽에서 본 발명의 Xn-An 그래프의 하부 면적이 종래의 Xn-An 그래프의 하부 면적보다 훨씬 크게 나타남을 확인할 수 있다.

앞서 설명한 바를 정리하자면, 본 발명에서는 종래에 비하여 다음과 같은 형상적 특성을 가진다.

1) 튜브 끝단부 단면이 (종래의 반원 형태와는 달리) 꼭지점 부근이 라운드된 사각형 형태가 됨(식 1~3으로 표현됨)

2) 끝단부 2~3개 쪽 홀 위치에서의 높이 방향 외벽 두께가, 중간부 쪽 홀 위치에서의 높이 방향 외벽 두께에 비해 두껍게 형성됨(식 4로 표현됨)

이와 같이 됨으로써, 본 발명의 상기 튜브(120)는 종래의 튜브에 비해 끝단부 쪽에 중량이 좀더 편향되며, 이에 따라 공기와 직접 접촉하는 끝단부 쪽의 열용량이 더욱 향상되어, 궁극적으로는 튜브-공기 간의 열전달성능을 유의미하게 향상시킬 수 있다.

튜브의 폭 및 높이는 이처럼 열전달성능의 향상을 위해 기본 규격에서 조금씩 변화될 수 있는데, 실질적으로 그 기본 규격은 그 튜브가 사용되는 열교환기의 종류(증발기/응축기/라디에이터/히터코어 등 중에서 선택 결정됨), 그 열교환기가 장착되는 모듈의 규격(자동차용 열교환기인 경우 엔진룸 공간에 따라 결정됨), 열교환기의 필요 성능(자동차용 열교환기인 경우 경차용/소형차용/중형차용/대형차용 등 중에서 선택 결정됨) 등에 따라 다양하게 달라진다. 따라서 상술한 형상적 특성들이 복합적으로 적용된다 해도 끝단부에 중량이 편향되는 정도는 다양하게 달라질 수 있을 것이다.

구체적인 예를 들자면 다음과 같다. 기본 규격에서의 튜브 폭이 상당히 긴 A튜브와, 기본 규격에서의 튜브 폭이 훨씬 짧아 A튜브 폭의 1/2인 B튜브가 있다고 가정한다. 본 발명의 형상적 특성은 튜브 끝단부 홀 2~3개 범위 정도에 영향을 주는 것으로서, 나머지 부분은 중간부가 된다. A튜브와 B튜브를 단순 비교할 때 A튜브가 B튜브보다 중간부가 2배 가까이 길기 때문에, A튜브 및 B튜브 둘 다의 끝단부에 동일하게 종래의 형상을 적용하거나 또는 본 발명의 형상을 적용한다 하더라도 이미 B튜브가 끝단부 중량 편향 정도가 더 높게 나타날 것이다. 이 때 A튜브에 본 발명의 튜브 형상을 적용하여 중량 편향 정도를 더 높이고, B튜브에 종래의 튜브 형상을 적용하여 중량 편향 정도를 더 낮춘다고 할지라도, A튜브의 끝단부 중량 편향 정도보다 B튜브의 끝단부 중량 편향 정도가 더 높게 나타날 수도 있다.

이처럼 튜브의 기본 규격의 변화 정도가 매우 다양하기 때문에, 상술한 바와 같은 상황을 고려할 때 임의의 튜브에서 끝단부 중량 편향 정도가 얼마가 되게 할지 기준을 잡기는 용이하지는 않다. 그러나 현재 자동차 공조 모듈에 장착되는 열교환기용 튜브로서 생산되고 있는 시중의 튜브들에 있어서, 이러한 기본 규격도 어느 정도 규격화되어가고 있는 것 또한 사실이다. 더불어, 상술한 바와 같이 서로 다른 기본 규격의 튜브에 대하여 끝단부 중량 편향 정도를 비교하자면 개선 형상의 효과가 유의미하게 나타나지 못할 수도 있겠지만, 동일 규격의 튜브에 대하여 끝단부 중량 편향 정도를 비교한다면 앞서 설명한 이론적 배경에 따라 개선 형상의 효과는 반드시 유의미하게 나타난다.

이러한 측면에서, 어느 정도 규격화된 시중의 튜브들에 대하여 시뮬레이션 또는 실험을 거친 결과, 상기 폭 방향 위치(X)가 하기의 범위 내인 영역에 상기 튜브(120) 전체 중량의 10% 내지 20%가 편향되도록 형성되는 것이 바람직하다는 결과를 얻었다. 식 5는 앞서 설명한 '끝단부 범위식'에 해당하는 것으로, n0가 2에서 3이라는 것은 즉 '양쪽 끝단에서 2번째 홀까지' 또는 '양쪽 끝단에서 3번째 홀까지'의 범위라는 것을 의미한다.

식 5:

1번째 홀 : w0 ≤ X ≤ w0+h0

n0번째 홀 : (w0+h0)+((n0-1)w+(n0-2)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(n0-1)(w+h)

N-n0+1번째 홀: (w0+h0)+((N-n0)w+(N-n0-1)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(N-n0)(w+h)

N번째 홀 : (w0+h0)+((N-1)w+(N-2)h) ≤ X ≤ (w0+2h0)+((N-1)w+(N-2)h)

2 ≤ n0 ≤ 3

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.

100: 열교환기
110: 헤더탱크 120: 튜브
130: 핀 135: 루버

Claims

일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 헤더탱크(110); 한 쌍의 상기 헤더탱크(110)에 양단이 고정되어 냉매의 유로를 형성하는 복수 개의 튜브(120); 상기 튜브(120)들 사이에 개재되는 핀(130); 를 포함하여 이루어지며,
상기 튜브(120)는 압출 튜브이되, 튜브 폭(W)이 튜브 높이(H)보다 크게 형성되며, 상기 튜브(120) 내 유로가 상기 튜브(120)의 높이 방향으로 연장되는 복수 개의 내벽(121)에 의해 상기 튜브(120)의 폭 방향으로 병렬 형성되는 복수 개의 홀(122)로 구획된 형태로 형성될 때,
상기 튜브(120) 끝단부 단면 형상이 꼭지점이 라운드된 사각형 형태와 같거나 더 큰 형태로 이루어지도록,
상기 튜브(120) 끝단부로부터의 폭 방향 위치(X), 상기 폭 방향 위치(X)에서의 상기 튜브(120)의 길이 방향 단면적(A) 사이에 하기의 식이 만족되는 범위 내의 규격을 가짐으로써,
식 1: 0 < X ≤ w0일 때 A ≤ HL
식 2: 0 < X ≤ r일 때 A ≥ HL + 2rL(√(1-(X/r-1)²-1) , 0.15H < r < 0.45H
(이 때, X: 폭 방향 위치, A: 길이 방향 단면적, H: 튜브 높이, r: 튜브 모서리 라운드 반경, L: 튜브 길이, w0: 튜브 폭 방향 끝단부 폭 방향 외벽 두께, wc: 튜브-핀 접촉지점에서의 X 값)
상기 튜브(120) 끝단부 단면 형상이 꼭지점이 라운드된 사각형 형태로서 튜브 모서리 라운드 반경(r)이 튜브 높이(H)에 대하여 15% 내지 45% 범위내의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기(100).
제 1항에 있어서, 상기 열교환기(100)는,
상기 튜브(120) 및 상기 핀(130)의 접촉지점 위치가 상기 튜브(120)의 첫 번째 홀(122) 위치보다 앞서 형성되도록,
하기의 식이 만족되는 범위 내의 규격을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기(100).
식 3: wc ≤ w0
(이 때, w0: 튜브 폭 방향 끝단부 폭 방향 외벽 두께, wc: 튜브-핀 접촉지점에서의 X 값)
제 2항에 있어서, 상기 열교환기(100)는,
양쪽 끝단에서 n0번째 홀까지의 상기 홀(122) 위치 범위를 상기 폭 방향 위치(X)에 대한 식으로 표현한 식을 끝단부 범위식이라 할 때,
상기 끝단부 범위식은 하기의 식과 같이 나타나는 것을 특징으로 하는 열교환기(100).
1번째 홀 : w0 ≤ X ≤ w0+h0
n0번째 홀 : (w0+h0)+((n0-1)w+(n0-2)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(n0-1)(w+h)
N-n0+1번째 홀: (w0+h0)+((N-n0)w+(N-n0-1)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(N-n0)(w+h)
N번째 홀 : (w0+h0)+((N-1)w+(N-2)h) ≤ X ≤ (w0+2h0)+((N-1)w+(N-2)h)
(이 때, n: 홀 인덱스, N: 홀 전체 개수, h0: 튜브 폭 방향 끝단부 홀 폭, h: 나머지 위치에서의 홀 폭)
제 3항에 있어서, 상기 열교환기(100)는,
상기 끝단부 범위식에 해당하는 영역 외 나머지 영역의 상기 홀(122) 위치 범위를 상기 폭 방향 위치(X)에 대한 식으로 표현한 식을 중간부 범위식이라 할 때,
상기 중간부 범위식은 하기의 식과 같이 나타나는 것을 특징으로 하는 열교환기(100).
n번째 홀 : (w0+h0)+((n-1)w+(n-2)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(n-1)(w+h), n0 < n < N-n0+1
(이 때, n: 홀 인덱스, N: 홀 전체 개수, h0: 튜브 폭 방향 끝단부 홀 폭, h: 나머지 위치에서의 홀 폭)
제 4항에 있어서, 상기 열교환기(100)는,
상기 끝단부 범위식 범위 내 상기 홀(122) 위치에서 높이 방향 외벽 두께(t)가 t0가 되도록,
상기 폭 방향 위치(X) 및 상기 홀(122) 위치에서의 높이 방향 외벽 두께(t) 사이에 하기의 식이 만족되는 범위 내의 규격을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기(100).
t = t0 (X가 상기 끝단부 범위식 범위 내일 때)
(이 때, t0: 튜브 폭 방향 끝단부 쪽 홀 위치에서의 높이 방향 외벽 두께)
제 5항에 있어서, 상기 열교환기(100)는,
상기 중간부 범위식 범위 내 상기 홀(122) 위치에서 높이 방향 외벽 두께(t)가 tm이 되되,
상기 중간부 범위식 범위 내 상기 홀(122) 위치에서 높이 방향 외벽 두께(t)보다, 상기 끝단부 범위식 범위 내 상기 홀(122) 위치에서 높이 방향 외벽 두께(t)가 두껍게 형성되도록,
상기 폭 방향 위치(X) 및 상기 홀(122) 위치에서의 높이 방향 외벽 두께(t) 사이에 하기의 식이 만족되는 범위 내의 규격을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기(100).
t = tm (X가 상기 중간부 범위식 범위 내일 때)
식 4:
t0 > tm
(이 때, t0: 튜브 폭 방향 끝단부 쪽 홀 위치에서의 높이 방향 외벽 두께, tm: 튜브 폭 방향 중간부 쪽 홀 위치에서의 높이 방향 외벽 두께)
제 3항에 있어서, 상기 열교환기(100)는,
상기 끝단부 범위식 범위가, 양쪽 끝단에서 2번째 홀 또는 3번째 홀까지의 상기 홀(122) 위치 범위가 되도록,
하기의 식이 만족되는 범위 내의 규격을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기(100).
2 ≤ n0 ≤ 3
제 7항에 있어서, 상기 열교환기(100)는,
양쪽 끝단에서 2번째 홀 또는 3번째 홀까지의 상기 홀(122) 위치 범위 내인 영역에 중량이 편향되도록,
상기 폭 방향 위치(X)가 하기의 범위 내인 영역에 상기 튜브(120) 전체 중량의 10% 내지 20%가 편향되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기(100).
식 5:
1번째 홀 : w0 ≤ X ≤ w0+h0
n0번째 홀 : (w0+h0)+((n0-1)w+(n0-2)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(n0-1)(w+h)
N-n0+1번째 홀: (w0+h0)+((N-n0)w+(N-n0-1)h) ≤ X ≤ (w0+h0)+(N-n0)(w+h)
N번째 홀 : (w0+h0)+((N-1)w+(N-2)h) ≤ X ≤ (w0+2h0)+((N-1)w+(N-2)h)
2 ≤ n0 ≤ 3
(이 때, n: 홀 인덱스, N: 홀 전체 개수, h0: 튜브 폭 방향 끝단부 홀 폭, h: 나머지 위치에서의 홀 폭)
제 1항에 있어서, 상기 튜브(120)는,
알루미늄 재질인 것을 특징으로 하는 열교환기(100).