KR20010062303A

KR20010062303A - 열교환기용 연속 조합 핀

Info

Publication number: KR20010062303A
Application number: KR1020000074937A
Authority: KR
Inventors: 장차오아브라함; 후쉬르-잉; 메라반헨리; 앱덜노우어라메즈에스.
Original assignee: 레슬리 씨. 호지스; 비스테온 글로벌 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 2000-12-09
Publication date: 2001-07-07
Also published as: EP1106951A3; DE60022847D1; EP1106951A2; JP2001194082A; DE60022847T2; EP1106951B1; US6401809B1

Abstract

열교환기를 위한 연속 조합 핀은 제1 부분 내지 제3 부분이 구비된 기부벽을 포함한다. 상기 연속 조합 핀은 기부벽으로부터 제1 방향으로 일정한 각도로 외측으로 연장되는 다수의 입구 루버를 제1 부분에 포함한다. 상기 연속 조합 핀은 기부벽으로부터 제1 방향과는 반대인 제2 방향으로 일정한 각도로 외측으로 연장되는 다수의 출구 루버를 제3 부분에 포함한다. 상기 연속 조합 핀은 공기가 입구 루버 및 출구 루버를 통해 흐르고 물이 배출 루버를 통해 흐를 수 있도록, 제1 부분 내지 제3 부분에 형성되고, 서로에 대해 옵셋된 다수의 배출 루버를 또한 포함한다.

Description

열교환기용 연속 조합 핀 {CONTINUOUS COMBINATION FIN FOR A HEAT EXCHANGER}

본 발명은 차량용 열교환기에 관한 것으로서, 특히 차량용 열교환기를 위한 연속 조합 핀(fin)에 관한 것이다.

차량에서 증발기와 같은 열교환기에는 루버형 핀을 제공하는 것으로 알려져 있다. 이러한 루버형 핀의 실시예가 미국 특허 5,738,168호에 서술되어 있다. 루버형 핀은 전형적으로는 정점부에서 "V"형으로 결합된 일반적으로 평탄한 벽을 갖는 주름잡힌 핀이다. 상기 루버형 핀은 다수의 루버를 가지며, 이러한 다수의 루버는 공기 흐름을 안내하여 그 내부에 난류를 유도하도록 루버 세트에 인접하여 교차되는 패턴으로 분할된다. 통상적으로는 2세트의 루버 즉, 입구 세트와 출구 세트가 사용되며, 이들은 중앙부에 의해 서로 분리되어 있다. 공기가 상기 루버형 핀의 벽 위로 흐를 때, 공기 흐름은 상기 입구 세트의 루버와 결합하여, 출구 세트와 각도를 이루면서 벽을 통해 상향으로 편향된다. 편향된 흐름 내에서의 공기는 두 개의 인접한 벽에서 한 쌍의 인접한 중앙부 사이로 흐른다. 상기 공기는 이와 동일한 방식으로 출구 세트의 루버를 통해 재편향된다. 공기 유동은 일반적으로 얕은 벨(bell) 형태의 곡선을 갖는 것을 인식해야 한다.

증발기와 같은 열교환기를 위한 루버형 핀에 대해 공지된 다른 실시예는 미국 특허 4,580,624호에 서술되어 있다. 이러한 미국 특허에서, 루버의 집단은 선택적으로 경사지거나, 또는 핀 상에서 상이하게 조합되고 있다.

또한, 열교환기를 위해 옵셋 스트립 핀을 제공하는 것도 공지되어 있다. 이러한 핀에 대한 실시예가 미국 특허 4,615,384호에 서술되어 있다. 이에 따르면, 상기 옵셋 스트립 핀은 벽으로부터 일정 거리만큼 분리된 다수의 루버를 갖는 벽을 포함한다. 상기 루버는 지그재그 형태 즉, 벽이 상부측과 하부측상에 선택적으로 배치되는 형태를 취하므로, 서로 인접하고 있는 각각의 루버쌍은 물 방출을 위한 빈 공간을 일으키게 된다.

열교환기를 위한 핀의 다른 실시예로는 미국 특허 3,214,954호와, 일본 특허평성10-141805호에 서술되어 있다. 상기 미국 특허 3,214,954호에는 핀 롤(fin roll)이 서술되어 있고, 일본 특허 평성10-141805호에는 다단식 핀이 서술되어 있다.

상술한 바와 같은 핀은 증발기에 사용되고 있지만, 열교환기에서는 루버형 핀이 상기 옵셋 스트립 핀보다 성능이 뛰어나다. 또한, 전환 리브는 루버형서 가장 취약한 열전달 영역이다. 따라서, 본 기술분야에서는 열교환기 및 물 분산(water shedding) 분야에서 종래 핀 보다 성능이 우수한 열 교환기용의 연속 조합 핀을 제공할 것이 요망되고 있다.

본 발명은 제1 부분과 제2 부분 및 제3 부분이 구비된 기부벽을 포함하는 열교환기를 위한 연속 조합 핀을 제공한다. 이러한 연속 조합 핀은 상기 기부벽으로부터 제1 방향으로 각도를 이루면서 외측으로 연장되는 다수의 입구 루버를 제1 부분에 포함한다. 상기 연속 조합 핀은 벽으로부터 상기 제1 방향과는 반대인 제2 방향으로 일정 각도를 이루면서 외측으로 연장되는 다수의 출구 루버를 제3 부분에 포함한다. 이러한 연속 조합 핀은 서로 옵셋되어 있는 제1 부분 내지 제3 부분중 적어도 어느 한 부분에 다수의 배출 루버를 포함하므로, 공기는 입구 루버와 출구 루버를 통해 흐르게 되고, 물은 배출 루버를 통해 배출된다.

본 발명의 장점은 증발기와 같은 열교환기를 위한 연속 조합 핀이 차량용으로 제공된다는 점이다. 다른 장점으로는 연속 조합 핀이 물 배출을 증진시키고 열전달을 강화시킨다는 점이다. 또 다른 장점으로는 연속 조합 핀이 루버형 핀과 옵셋형 스트립 핀 모두에 대해 최상의 성능을 얻을 수 있는 2가지 형태의 루버를 제공한다는 것이다. 또한, 본 발명의 장점에 따르면 연속 조합 핀은 매우 큰 루버 각도와 매우 작은 루버 피치를 제공한다. 본 발명의 또 다른 장점에 따르면, 연속 조합 핀은 3개 이상의 상이한 조합 집단을 가질 수 있는 가요성 핀 롤을 제공한다.

본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도1은 열교환기와의 작동 관계가 도시된, 본 발명에 따른 연속 조합 핀의 정면도.

도2는 도1의 연속 조합 핀의 확대사시도.

도3은 연속 조합 핀의 정면도.

도4는 도3의 선 4-4를 따른 단면도.

도5는 본 발명에 따른 도1의 연속 조합 핀의 다른 실시예로서, 도4와 유사한 도면.

도6은 본 발명에 따른 도1의 연속 조합 핀의 또 다른 실시예로서, 도4와 유사한 도면.

도7은 본 발명에 따른 도1의 연속 조합 핀의 상이한 실시예로서, 도4와 유사한 도면.

도8은 본 발명에 따른 도1의 연속 조합 핀의 다른 상이한 실시예로서, 도4와 유사한 도면.

도9는 본 발명에 따른 도1의 연속 조합 핀의 또 다른 상이한 실시예로서, 도4와 유사한 도면.

도10은 본 발명에 따른 도1의 연속 조합 핀의 다른 실시예로서, 도4와 유사한 도면.

도11은 도5의 연속 조합 핀 대 기부라인 핀에 대한 일시적 물 유지를 도시한 그래프.

도12는 도7 내지 도10의 연속 조합 핀에 대한 증발기의 성능 비교를 도시한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 열교환기

12: 튜브

14: 헤더

24: 기부벽

32: 입구 루버

36: 출구 루버

도1에는 증발기와 같은 차량(도시되지 않음)을 위한 열교환기(10)의 실시예가 도시되어 있다. 상기 열교환기(10)는 일반적으로 평행하고 U형상인 다수의 판 또는 튜브(12)와, 이러한 튜브(12)의 한쪽 단부에 연결된 헤더(14)를 포함한다. 상기 열교환기(10)는 냉각액을 열교환기(10)에 유도하기 위해 헤더(14)에 형성된 유체 입구(16)와, 유체를 열교환기(10)의 외부로 향하게 하기 위해 헤더(14)에 형성된 출구(18)를 포함한다. 상기 열교환기(10)는 본 발명에 따라 각 튜브의 외측에 부착된 나선형 또는 사행식(蛇行式)의 연속 조합 핀(22)을 포함한다. 상기 연속 조합 핀(22)은 각각의 튜브(12) 사이에 배치된다. 연속 조합 핀(22)은, 열교환기로 흐르는 공기에 의해 대류 열전달을 위한 부가적 표면적을 제공하면서, 열을 튜브(12)로부터 유도하는 수단으로 작용한다. 연속 조합 핀(22)을 제외한 열교환기(10)는 종래 장치와 동일하다. 상기 연속 조합 핀(22)은 차량용 이외에 다른 용도의 열교환기로도 사용될 수 있음을 인식해야 한다.

도2 내지 도4에 있어서, 연속 조합 핀(22)은 일반적으로 "V"형 주름으로 상호 연결된 적어도 하나의 벽, 양호하기로는 다수의 기부벽(24)을 포함한다. 각각의 기부벽(24)은 일반적으로 평탄하며, 장방형태를 취한다. 상기 각각의 기부벽(24)은 길이방향으로 연장되어 제1 부분(26)과, 제2 부분(28)과, 제3 부분(30)을 형성한다. 이러한 기부벽(24)은 알루미늄이나 그 합금 등의 금속 재료로 제조된다.

상기 연속 조합 핀(22)은 기부벽(24)으로부터 제1 방향으로 약 43°의 상당히 크게 설정된 루버각을 이루면서 외측으로 연장되는 다수의 제1 루버 또는 입구 루버(32)를 제1 부분(26)에 포함한다. 상기 입구 루버(32)는 일반적으로 평탄하며, 장방형태를 취한다. 상기 입구 루버(32)는 기부벽(24)의 길이방향 축선에 수직으로 연장되거나 측방향으로 연장된다. 입구 루버(32)는 천공된 후 기부벽(24)을 벗어나 굴곡되어, 그 사이로 공기가 흐를 수 있는 개구(34)를 형성한다. 상기 입구 루버(32)는 열전달을 강화하기 위해 길이방향으로 0.8 내지 1.0㎜의 매우 작은 설정의 루버 피치로 이격된다.

연속 조합 핀(22)은 제1 방향과 반대 방향이거나 또는 역전방향인 제2 방향으로 약 43°의 상당히 크게 설정된 루버각을 이루면서 외측으로 연장되는 다수의 제2 루버 또는 출구 루버(36)를 제3 부분(26)에 포함한다. 상기 출구 루버(36)는 일반적으로 평탄하며, 장방형태를 취한다. 상기 출구 루버(36)는 기부벽(24)의 길이방향 축선에 수직으로 연장되거나 측방향으로 연장된다. 출구 루버(36)는 천공된 후 기부벽(24)을 벗어나 굴곡되어, 그 사이로 공기가 흐를 수 있는 개구(38)를 형성한다. 상기 입구 루버(32)는 열전달을 강화하기 위해 길이방향으로 0.8 내지1.0㎜의 매우 작게 설정된 루버 피치로 이격된다. 상기 루버(32, 36)는 열전달 성능을 강화시킨다는 것을 인식해야 한다.

연속 조합 핀(22)은 일반적으로 기부벽(24)에 대해 평행하게 외측으로 연장되는 다수의 제3 루버 또는 배출 루버(40)를 제2 부분(28)에 포함한다. 상기 배출 루버(40)는 일반적으로 평탄하며, 장방형태를 취한다. 배출 루버(40)는 기부벽(24)의 길이방향 축선에 대해 일반적으로 수직으로 연장되거나 측방향으로 연장된다. 상기 배출 루버(40)는 천공된 후 기부벽(24)으로부터 일정거리로 옵셋되어, 그 사이로 물과 같은 유체가 배출될 수 있는 개구(42)를 형성한다. 배출 루버(40)는 기부벽(24)의 양측에 선택적으로 배치되거나 지그재그 형태로 배치된다. 이러한 배출 루버(40)는 서로에 대해 옵셋된다는 것을 인식해야 한다. 또한 상기 옵셋된 배출 루버(40)는 물 차단/배출을 강화시킨다는 사실을 인식해야 한다.

연속 조합 핀(22)은 입구 루버(32)에 인접한 제1 세트의 배출 루버(40)와 출구 루버(36)에 인접한 제2 세트의 배출 루버(36) 사이에서 제2 부분(28)에 중앙의 전환 리브(44)를 포함한다. 연속 조합 핀(22)은 일체형의 부재로 견고한 구조체로 형성된다.

연속 조합 핀(22)의 작동에 있어서, 공기는 도4에 도시된 바와 같이 기부벽(24) 사이로 흐른다. 상기 공기는 입구 루버(32)와 결합되며, 기부벽(24)의 제1 부분에서 개구(34)를 통해 편향된다. 편향된 공기는 기부벽(24) 사이에서 직선형태로 흐르는 공기와 충돌한다. 상기 공기는 일반적으로 두 개의 인접한 기부벽(24)의 한 쌍의 제2 부분(28) 사이에서 일반적으로 평행하게 흐른다. 이러한 공기는 열전달이 가장 약한 전환 리브(44)와 배출 루버(40)를 통과하게 되며, 물은 기부벽(24)의 제2 부분(28)의 개구(42)를 통해 배출된다. 상기 공기는 출구 루버(36)와 결합되며, 기부벽(24)의 제3 부분에서 개구(38)를 통해 편향된다. 공기 흐름은 얕은 벨 형태의 곡선을 갖는 것을 인식해야 한다.

본 발명에 따른 다른 실시예인 도5에는 연속 조합 핀(10)이 도시되어 있다. 연속 조합 핀(10)의 유사 부품에는 숫자로 100이 증가된 도면부호가 부여된다. 이러한 실시예에서, 연속 조합 핀(110)은 기부벽(124)으로 형성되며 기부벽(124)의 평면의 위아래에 배치된 배출 루버(140)를 갖는다. 상기 연속 조합 핀(110)은 중앙선(C)에 대해 대칭인 것을 인식해야 한다.

본 발명에 따른 다른 실시예인 도6에는 연속 조합 핀(10)이 도시되어 있다. 연속 조합 핀(10)의 유사 부품에는 숫자로 200이 증가된 도면부호가 부여된다. 이러한 실시예에서, 연속 조합 핀(210)은 기부벽(224)의 위아래에 배치되어 그 사이에 기부벽(224)의 부분이 있게 된다. 상기 연속 조합 핀(210)은 중앙선(C)에 대해 대칭인 것을 인식해야 한다.

본 발명에 따른 다른 실시예인 도7에는 연속 조합 핀(10)이 도시되어 있다. 연속 조합 핀(10)의 유사 부품에는 숫자로 300이 증가된 도면부호가 부여된다. 이러한 실시예에서, 연속 조합 핀(310)은 입구 루버(332)와 배출 루버(340) 사이에 배치된 출구 루버(336)를 갖는다. 상기 배출 루버(340)는 기부벽(324)의 위아래에 배치되어 그 사이에 기부벽(324)의 부분이 있게 된다. 상기 연속 조합 핀(310)은 중앙선(C)에 대해 대칭인 것을 인식해야 한다.

본 발명에 따른 다른 실시예인 도8에는 연속 조합 핀(10)이 도시되어 있다. 연속 조합 핀(10)의 유사 부품에는 숫자로 400이 증가된 도면부호가 부여된다. 이러한 실시예에서, 연속 조합 핀(410)은 기부벽(424)으로 형성되어 기부벽(424)의 평면의 위아래에 배치된 배출 루버(440)를 갖는다. 상기 연속 조합 핀(410)은 중앙선(C)에 대해 대칭인 것을 인식해야 한다.

본 발명에 따른 다른 실시예인 도9에는 연속 조합 핀(10)이 도시되어 있다. 연속 조합 핀(10)의 유사 부품에는 숫자로 500이 증가된 도면부호가 부여된다. 이러한 실시예에서, 연속 조합 핀(510)은 일반적으로 V형인 분할기(550)와 다수의 배출 루버(540')에 의해 분리된 다수의 배출 루버(540)를 갖는다. 상기 배출 루버(540, 540')는 기부벽(524)의 위아래에 배치되어 그 사이에 기부벽(524)의 부분이 있게 된다. 배출 루버(540, 540')는 입구 루버(532)의 전방과 출구 루버(도시되지 않음)의 후방에 배치된다. 상기 연속 조합 핀(510)은 중앙선(C)에 대해 대칭인 것을 인식해야 한다.

본 발명에 따른 다른 실시예인 도10에는 연속 조합 핀(10)이 도시되어 있다. 연속 조합 핀(10)의 유사 부품에는 숫자로 600이 증가된 도면부호가 부여된다. 이러한 실시예에서, 연속 조합 핀(610)은 기부벽(624)으로 형성되어 기부벽(624)의 평면의 위아래에 배치된 배출 루버(640)를 갖는다. 상기 배출 루버(640)는 입구 루버(632)의 거리 보다 긴 거리만큼 길이방향으로 연장된다. 상기 연속 조합 핀(610)은 중앙선(C)에 대해 대칭인 것을 인식해야 한다.

도11은 도5의 연속 조합 핀(110)에 대한 일시적 물 유지를 도시하고 있다.상기 그래프(700)는 x축에 시간(초)을, y축에 유지된 물(그램)을 도시하고 있다. 이러한 그래프는 종래 루버형 핀인 기부라인 핀(도시되지 않음)에 대한 일시적 물 유지(공기흐름 없음) 곡선(730)과, 연속 조합 핀(110)의 일시적 물 유지 곡선(740)을 갖고 있다. 도시된 바와 같이, 연속 조합 핀(110)은 경과 시간에 대해 기부라인 핀 보다 물을 적게 유지한다.

도12에는 연속 조합 핀(210, 310, 410)에 대한 증발기 성능 비교 그래프(800)가 도시되어 있다. 이러한 그래프는 x축상에 핀 형상(210, 310, 410)을, y축상에 개선비율을 도시하고 있다. 상기 증발기 성능 비교는 연속 조합 핀 대 종래 루버형 핀에 대해 칼로리미터 테스트를 사용하여 250cfm에서 실행된다. 도시된 바와 같이, 연속 조합 핀(410)은 최상으로 실행되었으며, 연속 조합 핀(210, 310, 410)은 종래 루버형 핀 보다 양호하게 실행되었다.

본 발명은 예시적인 방식으로 서술되었다. 사용된 용어는 한정적이라기 보다는 서술된 단어 자체로 해석되어야 한다.

본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 당업자라면 첨부된 청구범위로부터 벗어나지 않으면서 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

본 발명에 따르면, 증발기와 같은 열교환기용 연속 조합 핀이 차량용으로 제공되며, 연속 조합 핀에 의해 물 배출이 증진되고 열전달이 강화될 수 있다.

Claims

열교환기를 위한 연속 조합 핀에 있어서,

제1 부분과 제2 부분과 제3 부분을 갖는 기부벽과,

상기 제1 부분에 형성된 다수의 제1 개구 및 입구 루버와,

상기 제3 부분에 형성된 다수의 제2 개구 및 출구 루버와,

상기 제1 부분 내지 제3 부분중 어느 하나에 형성된 다수의 제3 개구 및 배출 루버를 포함하며,

상기 입구 루버는 기부벽으로부터 제1 방향으로 설정된 각도로 외측으로 연장되며, 상기 제1 개구들 중 하나는 한 쌍의 인접한 입구 루버 사이에 배치되며, 상기 출구 루버는 기부벽으로부터 상기 제1 방향과는 반대인 제2 방향으로 일정한 각도로 외측으로 연장되며, 상기 제2 개구중 하나는 한 쌍의 인접한 출구 루버 사이에 배치되며, 상기 배출 루버는 공기가 입구 루버 및 출구 루버를 통해 흐를 수 있고 물이 배출 루버를 통해 배출될 수 있도록 서로에 대해 옵셋되는 것을 특징으로 하는 연속 조합 핀.
제1항에 있어서, 상기 기부벽은 평탄하고, 장방형태를 취하는 것을 특징으로 하는 연속 조합 핀.
제1항에 있어서, 상기 각각의 입구 루버는 제1 개구를 형성하도록 설정된 각도로 상기 기부벽으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 조합 핀.
제1항에 있어서, 상기 각각의 출구 루버는 제2 개구를 형성하도록 설정된 각도로 상기 기부벽으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 조합 핀.
제1항에 있어서, 상기 제2 부분은 기부벽을 통해 연장되는 다수의 제3 개구를 포함하며, 이러한 제3 개구들중 하나는 물이 그 사이로 배출될 수 있도록 하나의 배출 루버 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 연속 조합 핀.
제5항에 있어서, 상기 각각의 배출 루버는 제3 개구를 형성하기 위해 기부벽으로부터 기부벽에 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 조합 핀.
제1항에 있어서, V형 주름으로 서로 연결된 다수의 기부벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 조합 핀.
제1항에 있어서, 상기 기부벽과 입구 루버와 출구 루버 및 배출 루버는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 조합 핀.
제1항에 있어서, 상기 기부벽은 금속 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 연속 조합 핀.