KR19990012680A - 라디에이터용 방열핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 엔진 냉각 장치인 라디에이터(radiator)용 방열핀에 관한 것으로서, 특히 방열핀의 표면에 상방으로 돌출된 엠보싱(embossing)과 하방으로 돌출된 엠보싱이 일정 간격을 두고 교호로 형성되어 상기 방열핀의 표면적이 증대됨과 아울러 상기 방열핀을 따라 유동하는 공기에 난류가 형성됨으로써 상기 방열핀과 냉각수 사이의 열교환이 촉진되어 냉각 효율이 향상되도록 하는 라디에이터용 방열핀에 관한 것이다.

Description

라디에이터용 방열핀

본 발명은 자동차용 엔진 냉각 장치에 관한 것으로서, 특히 엔진의 열을 흡수한 고온의 냉각수를 외기와의 열교환에 의해 냉각시키는 장치인 라디에이터용 방열핀에 관한 것이다.

실린더내의 연소가스의 온도는 2000℃∼2500℃에 이르고, 이 열의 상당량이 실린더, 실린더 헤드, 피스톤, 밸브 및 기타 부품으로 전달된다. 그런데, 이들 부품의 온도가 과도하게 상승하면 실린더에 변형을 일으키거나 실린더 벽의 유막이 파괴되어 윤활 불량이 되며 심할 때는 엔진을 손상시킨다. 또한, 연소 상태가 나빠져서 노킹(knocking)이나 조기 점화(pre ignition)를 일으키게 되고, 결과적으로 엔진 출력이 저하된다.

따라서, 방열되는 에너지가 적으면 그만큼 효율이 좋은 엔진을 만들 수 있음에도 불구하고 피스톤과 실린더, 밸브 등이 일정 온도 이상이 되지 않도록 냉각할 필요가 있다. 이러한 필요성에서 나온 냉각 장치는 상기의 부품들이 과열되지 않도록 과잉의 열을 흡수하여 엔진의 온도가 일정하게 유지되도록 하는 역할을 한다.

상기 엔진의 냉각 방식에는 외기를 이용하여 엔진의 외부를 직접 냉각하는 공랭식과 실린더 블록, 실린더 헤드에 냉각수의 통로를 만들어 여기에 물을 통과시켜 엔진 각부를 냉각하는 수냉식이 있다.

수냉식 냉각 장치는 실린더 블록과 헤드에 설치된 냉각수의 통로인 워터 재킷과, 물을 상기 워터 재킷으로 압송하여 순환시키는 워터 펌프와, 상기 워터 재킷에서 보내온 냉각수의 열을 외기에 전달하여 냉각하는 라디에이터와, 상기 라디에이터의 후방에 설치되어 라디에이터의 통풍을 돕는 냉각 팬과, 상기 워터 재킷의 출구 부분에 설치되고 수온에 따라 냉각수 통로를 개폐하여 냉각수의 온도를 일정하게 유지하는 역할을 하는 수온 조절기(thermostat)를 포함하여 구성되어 있다.

일반적인 종래의 라디에이터는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 냉각수가 통과하는 다수의 튜브(1)와, 상기 튜브(1)들 사이에 위치되어 외기와 접촉하고 물결 모양의 구조를 갖는 방열핀(2)과, 상기 튜브(1)와 방열핀(2)의 조합으로 이루어진 코어부(C)의 상단에 위치된 상부 탱크(4)와, 상기 코어부(C)의 하단에 위치된 하부 탱크(5)와, 냉각수 주입구의 뚜껑으로서 상기 상부 탱크(4)에 설치된 라디에이터 캡(3)과, 상기 하부 탱크(5)에 장착되어 냉각수를 빼내는 드레인 콕(drain cock)(6)과, 상기 라디에이터 캡(3)에 연결된 서브 탱크(7)와, 상기 상부 탱크(4)와 상기 하부 탱크(5)에 각각 형성된 상부 호스 장치구(8)와 하부 호스 장치구(9)로 구성된다.

여기서, 상기 라디에이터 캡(3)은 냉각수를 가압하여 라디에이터 내부와 외기의 온도차를 크게 함으로써 냉각 효과를 향상시키고, 상기 서브 탱크(7)는 라디에이터 내에 있는 냉각수의 체적 팽창을 흡수하고 오버 플로우 파이프(over flow pipe)에서 유출되는 냉각수의 낭비를 방지하는 역할을 하며, 상기 상부 호스 장치구(8)와 상기 하부 호스 장치구(9)에는 라디에이터와 워터 펌프를 연결하는데 사용되는 라디에이터 호스가 장착된다.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 라디에이터의 동작은 다음과 같다.

상기 라디에이터 호스를 통해 엔진으로부터 흘러 들어온 고온의 냉각수가 상기 상부 호스 장치구(8)를 통해 상기 상부 탱크(4)로 유입된다. 상기 상부 탱크(4)로 유입된 냉각수는 상기 튜브(1)를 통해 흘러내려 상기 하부 탱크(5)에 도달된다. 이때, 즉 냉각수가 상기 튜브(1)를 흐를 때, 자동차의 속도와 냉각 팬을 통해 유입된 외기와 상기 방열핀(2)이 접촉하여 열교환이 일어난다. 이러한 열교환을 통한 냉각수의 방열로 냉각 작용이 이루어지고, 냉각 작용을 마친 냉각수는 상기 하부 탱크(5)로 유입된다. 상기 하부 탱크(5)로 유입된 냉각수는 상기 하부 호스 장치구(9)로 유출되어 상기 라디에이터 호스를 통해 엔진으로 들어간다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 라디에이터는 도 2c에 도시된 바와 같이 상기 방열핀(2)을 따라 라디에이터를 통과하는 공기의 유동이 층류를 형성하여 각 분자가 서로 층을 이루어 나란히 흐르기 때문에 상기 튜브(1)내를 흐르는 고온의 냉각수와의 원활한 열교환이 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 방열핀의 표면적이 증대되고 상기 방열핀을 따라 라디에이터를 통과하는 공기의 유동에 난류가 형성됨으로써 열교환이 촉진되어 냉각 효율이 향상되도록 하는 라디에이터용 방열핀을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a는 일반적인 라디에이터의 구조가 도시된 구성도,

도 1b는 도 1a의 코어부가 도시된 사시도,

도 2a는 종래 기술에 따른 라디에이터의 코어부가 도시된 단면도,

도 2b는 종래 기술에 따른 라디에이터용 방열핀의 구조가 도시된 사시도,

도 2c는 도 2b의 A-A 부분을 따라 공기가 유동하는 모습이 도시된 단면도,

도 3a는 본 발명에 따른 라디에이터의 코어부가 도시된 단면도,

도 3b는 본 발명에 따른 라디에이터용 방열핀의 구조 중 일부가 도시된 사시도,

도 3c는 도 3b의 A-A 부분을 따라 공기가 유동하는 모습이 도시된 단면도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

51 : 튜브 52 : 방열핀

59 : 엠보싱

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 라디에이터용 방열핀의 특징은, 라디에이터 내에 내장되어 냉각수를 냉각시키는 라디에이터용 방열핀에 있어서, 상기 방열핀은 표면에 다수의 엠보싱이 형성된 것이다.

또한, 본 발명의 부가적인 특징은, 상기 방열핀의 표면에 상방으로 돌출된 엠보싱과 하방으로 돌출된 엠보싱이 일정한 간격을 두고 교호로 형성되는데 있다.

또한, 상기와 같이 구성된 본 발명은 상기 방열핀에 상·하 방향으로 엠보싱이 형성됨으로써 상기 방열핀을 따라 유동하는 외기에 난류가 형성되어, 그 결과 냉각수와 외기 사이의 열교환이 활발하게 일어나 냉각 효율이 향상되는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1a는 일반적인 라디에이터의 구조가 도시된 구성도이고, 도 3a는 본 발명에 따른 라디에이터의 코어부가 도시된 단면도, 도 3b는 본 발명에 따른 라디에이터용 방열핀의 구조 중 일부분이 도시된 사시도, 도 3c는 도 3b에 표시된 A-A 부분을 따라 공기가 유동하는 모습이 도시된 단면도이다.

본 발명에 의한 라디에이터의 일반적인 구조는 도 1a에 도시된 바와 같이 냉각수를 방열시키기 위한 코어부(C)와, 상기 코어부(C)의 상단에 위치된 상부 탱크(4)와, 상기 코어부(C)의 하단에 위치된 하부 탱크(5)와, 냉각수 주입구의 뚜껑으로 상기 상부 탱크(4)에 설치된 라디에이터 캡(3)과, 상기 하부 탱크(5)에 장착되어 냉각수를 빼내는 드레인 콕(drain cock)(6)과, 상기 라디에이터 캡(3)에 연결된 서브 탱크(7)와, 상기 상부 탱크(4)와 상기 하부 탱크(5)에 각각 형성된 상부 호스 장치구(8)와 하부 호스 장치구(9)로 구성된다.

여기서, 상기 라디에이터 캡(3)은 냉각수를 가압하여 라디에이터 내부와 외기의 온도차를 크게 함으로써 냉각 효과를 향상시키는 역할을 하고, 상기 서브 탱크(7)는 라디에이터 내의 냉각수의 체적 팽창을 흡수하고 오버 플로우 파이프(over flow pipe)에서 유출되는 냉각수의 낭비를 방지하는 역할을 하며, 상기 상부 호스 장치구(8)와 상기 하부 호스 장치구(9)에는 라디에이터와 워터 펌프를 연결하는데 사용되는 라디에이터 호스가 장착된다.

또한, 상기 코어부(C)는 도 3a에 도시된 바와 같이 냉각수가 통과하는 다수의 튜브(51)와, 외기와 접촉되도록 상기 튜브(51)들 사이에 위치되어 엠보싱(59)이 형성된 방열핀(2)으로 구성된다.

특히, 본 발명의 라디에이터용 방열핀은 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 방열핀(52)의 표면에 상방으로 돌출된 엠보싱(59)과 하방으로 돌출된 엠보싱(59)이 일정 간격을 두고 교호로 형성된 것이다. 이때, 상기 방열핀(52)과 상기 튜브(51)의 용접부에는 엠보싱(59)이 형성되어 있지 않다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 라디에이터의 동작은 다음과 같다.

상기 라디에이터 호스를 통해 엔진으로부터 흘러 들어온 고온의 냉각수는 상기 상부 호스 장치구(8)를 통해 상기 상부 탱크(4)로 유입된다. 상기 상부 탱크(4)로 유입된 냉각수는 상기 튜브(51)를 통해 흘러내려 상기 하부 탱크(5)에 도달된다. 이때, 즉 냉각수가 상기 튜브(51)를 흐를 때, 자동차의 속도와 냉각 팬에 의해서 유입된 외기와 상기 방열핀(52)이 접촉하여 대류에 의한 열교환이 일어나고, 이러한 열교환을 통해 냉각 작용을 마친 냉각수는 상기 하부 탱크(5)로 유입된다. 상기 하부 탱크(5)로 유입된 냉각수는 상기 하부 호스 장치구(9)로 유출되어 상기 라디에이터 호스를 통해 엔진으로 들어간다.

이때, 상기 방열핀(52)은 표면에 상·하 방향으로 엠보싱(59)이 형성됨으로써 방열 면적이 증대되고, 도 3C에 도시된 바와 같이 상기 방열핀(52)을 따라 유동하는 공기는 난류 유동을 하게 된다.

Q = hA(T₁-T₂)

여기서 Q : 열전달량,

h : 열전달 계수,

A : 방열 면적,

T₁: 핀의 온도,

T₂: 외기의 온도

한편, 대류에 의한 열교환에서 열전달 방정식은 상기한 수학식 1과 같으므로 방열 면적 A의 크기가 크면 클수록 열전달량이 증가되고, 열전달의 매개체인 유체가 난류 유동을 하게 되면 유체의 흐름에 일정한 와류가 형성되어 불규칙한 운동을 하게 되므로 활발한 열교환이 일어나게 된다.

따라서, 상기 방열핀(52)의 표면적이 증대되고 상기 방열핀(52)을 통과하는 공기가 난류 유동을 하게 됨에 따라 냉각수와 공기 사이의 열교환이 촉진된다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명에 의한 라디에이터용 방열핀은, 방열핀(52)에 상·하 방향으로 엠보싱(53)이 형성됨으로써 상기 방열핀(52)의 표면적이 증대되고 상기 방열핀(52)을 따라 유동하는 외기에 난류가 형성되어, 그 결과 튜브(51) 내의 냉각수와 외기 사이의 열교환이 촉진되어 라디에이터의 냉각 효율이 향상되는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 라디에이터 내에 내장되어 냉각수를 냉각시키는 라디에이터용 방열핀에 있어서,

   상기 방열핀은 표면에 다수의 엠보싱이 형성된 것을 특징으로 하는 라디에이터용 방열핀.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 방열핀은 표면에 대하여 상·하 방향으로 엠보싱이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 라디에이터용 방열핀.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 방열핀은 상방으로 돌출된 엠보싱과 하방으로 돌출된 엠보싱이 일정 간격을 두고 교호로 형성된 것을 특징으로 하는 라디에이터용 방열핀.