KR20030020563A - 열교환기용 루버 핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 예컨대 자동차 공기조화장치의 증발기나 콘덴서 또는 라이에이터 등과 같이 내부 순환 유체와 외부 공기를 열교환시키는 열교환기에서 순환 유체 유로를 형성하는 튜브들 사이에 개재되어 튜브의 열교환 면적을 확대함으로써 열교환 효율을 높이는 열교환기용 루버 핀(Louver Fin)에 관한 것이다.

본 발명에 따른 열교환기용 루버 핀은, 내부 순환 유체와 외부 공기를 열교환시키는 열교환기에서 순환 유체 유로를 형성하는 튜브들의 열교환면적을 확대하기 위하여 상기 튜브 사이에 개재되는 파형의 박판으로서, 파형을 이루는 각 빗면에 비늘 형상의 루버들이 공기유동방향으로 배열되어 형성된 열교환기용 루버 핀에 있어서, 상기 루버들은 동일 빗면에서 공기유동방향으로 연속되는 복수 개가 하나의 루버군이 되는 복수 개의 루버군을 이루면서 공기유동방향을 따라 군 단위로 경사각이 반대반향으로 교번되고 서로 마주 보는 빗면에서는 방향은 같으면서 절대값이 다른 경사각을 가지는 것을 특징으로 하며, 이와 같은 구조의 열교환기용 루버 핀은 상대적으로 작은 루버 경사각으로 공기 유속을 크게 저감시키지 않으면서 튜브 내외의 순환 유체와 송풍공기 사이의 열교환율을 높일 수 있다.

Description

열교환기용 루버 핀{Louver Fin for Heat Exchanger}

본 발명은, 예컨대 자동차 공기조화장치의 증발기나 콘덴서 또는 라이에이터 등과 같이 내부 순환 유체와 외부 공기를 열교환시키는 열교환기에서 순환 유체 유로를 형성하는 튜브들 사이에 개재되어 튜브의 열교환 면적을 확대함으로써 열교환 효율을 높이는 열교환기용 루버 핀(Louver Fin)에 관한 것으로, 특히, 파형을 이루는 각 빗면에 공기가 그 빗면을 통해 교차하여 흐르게 하는 비늘 형상의 루버들이 서로 마주 보는 두 빗면에서 서로 다른 경사각을 가지도록 형성된 열교환기용 루버 핀에 관한 것이다.

자동차 공기조화장치의 증발기나 콘덴서 또는 라이에이터 등과 같이 내부 순환 유체와 외부 공기를 열교환시키는 열교환기에 있어서 순환 유체 유로를 형성하는 각 튜브들 사이에는 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 튜브(1)의 전열 면적을 확대하여 두 유체 사이의 열교환 효율을 높이는 파형 구조의 열교환기용 루버 핀(Louver Fin)(2)이 개재된다.

루버 핀(2)은 순환유체가 흐르는 튜브(1)와 접촉하여 튜브(1)와 열교환 함과 아울러 그 표면에 접촉하는 공기와 열교환을 함으로써 튜브(1) 내 순환유체와 공기 사이의 열교환율을 높이는 것으로서, 열전도율이 높고 비표면적(比表面積)이 클수록 열교환율이 높아진다. 따라서, 루버 핀(2)들은 통상 알루미늄과 같이 열전도율이 높고 성형하기 쉬운 재질의 금속재로 제조되는 바, 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 유체의 유동에 저항을 주지 않으면서 비표면적을 극대화할 수 있는 파형의 박판구조로 제조된다. 그리고, 파형을 이루는 그 각 빗면(斜面)(2a)에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 일부가 절개된 후 그 절개된 부분이 공기유동방향에 대하여 비스듬히 꺽여짐으로써 그 루버 핀(2)에 입사되는 공기를 유도하여 그 절개된 틈(21a)(22a)을 통해 빗면(2a)을 교차하여 흐르게 하는 비늘 형상의 루버(21)(22)들이 공기유동방향을 따라 등간격으로 배열되게 형성된다.

이와 같은 구조의 열교환기용 루버 핀(2)은 그 각 빗면(2a)에 형성된 루버(21)(22)의 각도(θ)나, 열교환기 체적 대비 루버 핀(2)의 조밀도(Density), 또는, 파형의 개수에 따라 열교환기의 열교환 효율에 영향을 미치게 된다.

한편, 종래 루버 핀(2)의 경우 그 각 빗면(2a)에 공기흐름방향으로 볼 때 전반부와 후반부로 나뉘는 두 개의 루버군(a,b)으로 분리되는 한편 각 군(a)(b)단위로 그 경사각이 반대방향으로 교번되는 두 종류의 루버(21)(22)들을 구비하여 이루어진 바, 도 3에 도시된 바와 같이, 그 루버 핀(2)에 입사되는 공기를 각 루버(21)(22)의 틈(21a)(22a)을 통해 각 빗면(2a)들을 교차하면서 사형(蛇形)의 유동을 하게 한다. 이에 루버 핀의 공기 접촉율을 높이고 열교환기의 횡방향 열교환율 편차를 줄여 열교환기의 열교환율을 높인다.

한편, 루버 핀(2)의 루버(21)(22)는 공기를 횡방향으로 유도하여 열교환기의 열교환효율을 높이는 반면 공기의 유속을 떨어뜨리므로, 예컨대 증발기와 같이 공기압력변화가 그것이 부속된 시스템의 성능에 지대한 영향을 미치는 열교환기에 적용되는 루버 핀의 루버 경우에는 열교환율과 공기압력변화량 사이의 상관관계가 충분히 고려되어 설계되어야 한다. 즉, 증발기와 같은 열교환기에 적용되는 루버 핀의 루버 경우 그 경사각이 지나치게 크면 공기의 유속을 크게 저하시켜 공기조화장치의 냉방성능을 오히려 떨어뜨리는 결과를 초래할 수 있으므로 공기유속을 크게 떨어뜨리지 않는 범위내에서 그 경사각이 설정되어야 한다.

그러나, 종래 열교환기용 루버 핀의 경우, 루버 저항으로 인한 공기유속의변화를 전혀 고려하지 않은 채 도 4에 나타난 바와 같이, 상,하류측 루버 군(a)(b)들에서 모든 루버(21)(22)들의 경사각(T)이 35 도가 되도록 일률적으로 설정하였기 때문에, 공기 속도를 크게 저하시킬 뿐만 아니라 공기유동의 난류화율도 미미하여 열교환기의 열교환효율을 극대화하지 못하는 문제점을 가지고 있었다.

이에, 본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 루버 핀의 문제점이 해소된 것으로서, 서로 마주 보는 빗면에 서로 다른 경사각의 루버가 형성되어, 열교환기를 통해 송풍되는 공기의 유속을 크게 저하시키지 않는 반면 공기유동의 난류화로 공기 접촉률을 크게 개선하여 공기 입자간 열교환율 편차를 줄일 수 있음으로써 결과적으로 열교환기의 열교환효율을 크게 높일 수 있는 열교환기용 루버 핀을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 열교환기의 정면도,

도 2는 도 1의 부분 확대 사시도,

도 3은 종래 열교환기용 루버 핀의 사시도,

도 4는 종래 열교환기용 루버 핀의 구조를 도 2의 Ⅳ-Ⅴ선을 따라 취하여 보인 단면도, 그리고,

도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 열교환기용 루버 핀의 구조를 도 2의 Ⅳ-Ⅴ선을 따라 취하여 보인 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 튜브 3 : 루버 핀

3a, 3b : 빗면 31,32,33,34 : 루버

T1,T2,T3,T4 : 루버의 경사각

본 발명에 따른 열교환기용 루버 핀은, 내부 순환 유체와 외부 공기를 열교환시키는 열교환기에서 순환 유체 유로를 형성하는 튜브들의 열교환면적을 확대하기 위하여 상기 튜브 사이에 개재되는 파형의 박판으로서, 파형을 이루는 각 빗면에 비늘 형상의 루버들이 공기유동방향으로 배열되어 형성된 열교환기용 루버 핀에 있어서, 그 루버들이 동일 빗면에서 공기유동방향으로 연속되는 복수 개가 하나의 루버군이 되는 복수 개의 루버군을 이루면서 공기유동방향을 따라 군 단위로 경사각이 반대반향으로 교번되고 서로 마주 보는 빗면에서는 방향은 같으면서 절대값이 다른 경사각을 가지는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구성에 있어서, 서로 마주 보는 각 빗면에 형성된 루버의 경사각은 각각 10∼15도와 20∼25도 범위인 것이 바람직하다.

또한, 상기 동일 빗면의 루버들은 적어도 4 개의 루버군을 이루는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 이상의 각 구성들의 기능과 작용을 보다 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기용 루버 핀의 구조를 도 2의 Ⅳ-Ⅴ을 따라 취하여 보인 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기용 루버 핀은 각종 열교환기 중 특히 자동차 실내에 송풍되는 공기를 냉매의 증발 잠열로 냉각하는 도 1과 같은 증발기에 적용되는 것으로서, 복렬(複列)의 냉매유로를 형성하는 증발기의 각 튜브(1) 내에 개재되어 튜브(1)의 전열 면적을 확대함으로써 튜브(1) 내부를 따라 순환하는 냉매와 튜브(1)들 사이를 통해 실내로 송풍되는 공기 사이의 열교환 효율을 높이는 작용을 한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 루버 핀(3)은, 도 2의 부호 2를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 순환유체가 흐르는 튜브(1)와 접촉하여 튜브(1) 및 그 표면에 접촉하는 공기와 동시에 열교환을 함으로써 튜브(1) 내외의 냉매와 외부 공기 사이의 열교환율을 높이게 되는 바, 열전도율이 높은 알루미늄 재질로 비표면적을 극대화할 수 있는 파형의 박판구조로 제조된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기용 루버 핀(3)에 있어서, 파형을 이루는 각 빗면(斜面)(3a)(3b)에는 도 5에 도시된 바와 같이, 그 일부가 절개되어 공기유동방향에 대하여 비스듬히 꺽여짐으로써 루버 핀(3)에 입사되는 공기를 그 절개된 틈(31a,32a,33a,34a)을 통해 빗면(3a)(3b)을 교차하여 흐르게 하는 비늘 형상의 루버(31,32)(33,34)들이 각각 공기유동방향을 따라 등간격으로 배열되게 형성되는 바, 각 빗면(3a,3b)의 루버(31,32)(33,34)들은 공기흐름방향으로 4 개의 군(A,B,C,D)으로 나뉘어 경사 방향이 군단위로 반대방향으로 교번되면서 그 경사각도의 크기는 같게 형성된다. 그리고, 서로 마주보는 빗면(3a)(3b)에서는 동일한 방향의 경사각을 가지면서 그 크기만 다르게 형성된다. 즉, 도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기용 루버 핀(3)의 각 빗면(3a,3b)에 형성되는 루버들에 있어서, 같은 빗면에 형성된 루버들(31,32)(33,34)은 그 경사각의 크기가 같으면서 방향만 반대이고(T1=-T2, T3=-T4), 마주보는 빗면의 루버들(31,33)(32,34)은 경사방향은 같으면서 그 경사각의 크기가 다르도록(T1〉T3, -T2〉-T4) 형성된다. 마주보는 각 빗면(3a)(3b)에 형성되는 각 루버(31,32)(33,34)의 바람직한 경사각도(T1,T2)(T3,T4)는 각각 22.5도와 12.5도이다.

이와 같은 구조에 따라 본 발명의 일 실시에에 따른 열교환기용 루버 핀(3)은 도 5에 도시된 바와 같이, 입사되는 공기를 각 루버의 틈 각 빗면(3a)(3b)들을 교차하면서 사형(蛇形)의 유동을 하도록 유도하는 바, 특히 마주보는 빗면(3a)(3b)마다 경사각도의 크기가 다르게 설정된 루버들(31,32)(33,34)이 공기 유동의 난류화를 촉진하여 루버 핀(3)의 공기 접촉율을 크게 높이고 또 공기 입자 사이의 열교환을 활성화한다. 이에, 10 내지 15도 또는 20 내지 25도 정도의 상대적으로 작은 루버 경사각으로 공기 유속을 크게 저감시키지 않으면서 냉매와 공기 사이의 열교환율을 높일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기용 루버 핀(3)을 적용할 경우 열교환기의 열교환 성능을 크게 높일 수 있다.

다음의 표 1은 경사각도가 35도인 루버를 갖는 종래 열교환기용 루버 핀(2)과, 22.5도와 12.5도의 경사각으로 이원화된 두 종류의 루버를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기용 루버 핀(3)의 성능을 비교 시험하여 얻은 결과이다.

	△P(mmAq)
방열량(Kcal/h)
종래 기술	15.6
3507.1
본 발명	15.2
3678.9

위 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기용 루버 핀(3)은 종래 일반적인 열교환기용 루버 핀(2)에 비해 공기압, 즉 공기유속을 적게 저감하면서 단위시간당 방열량은 오히려 더 큰 것으로 나타났다. 따라서, 증발기 등과 같이 특정 저장소(자동차 실내)로 공급되는 유체(공기)를 매체(냉매)와 열교환시키는 열교환기, 즉, 두 유체 사이의 열교환율 및 그 열교환된 유체 공급량에 따라서 성능이 좌우되는 열교환기에 적용할 경우 그 성능을 크게 개선할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환기용 루버 핀은, 열교환기를 통해 송풍되는 공기의 유속을 크게 저하시키지 않는 반면 공기유동을 난류화하여 공기 접촉률이 매우 높고 공기 입자간 열교환율 편차를 줄일 수 있으므로 열교환기의 열교환 효율을 크게 높일 수 있다. 따라서, 열교환기의 부피 대비 열교환성능을 향상시킬 수 있으므로 열교환기 소형화에 기여할 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 일 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되도 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (3)

1. 내부 순환 유체와 외부 공기를 열교환시키는 열교환기에서 순환 유체 유로를 형성하는 튜브들의 열교환면적을 확대하기 위하여 상기 튜브 사이에 개재되는 파형의 박판으로서, 파형을 이루는 각 빗면에 비늘 형상의 루버들이 공기유동방향으로 배열되어 형성된 열교환기용 루버 핀에 있어서,

   상기 루버들은 동일 빗면에서 공기유동방향으로 연속되는 복수개가 하나의 루버군이 되는 복수개의 루버군을 이루면서 공기유동방향을 따라 군 단위로 경사각이 반대반향으로 교번되고 서로 마주 보는 빗면에서는 방향은 같으면서 절대값이 다른 경사각을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기용 루버 핀.
2. 제 1 항에 있어서,

   서로 마주 보는 빗면에 형성된 루버의 경사각은 각각 10∼15도와 20∼25도 범위인 것을 특징으로 하는 열교환기용 루버 핀.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 동일 빗면의 루버들은 적어도 4 개의 루버군을 이루는 것을 특징으로 하는 열교환기용 루버 핀.