KR200365862Y1 - 열교환기용 루버핀 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열교환기에 내장되어 열교환기의 열교환 면적을 확대함으로써 유동유체에 대한 열교환기의 열교환효율을 높이는 열교환기용 루버핀에 관한 것이다.

본 고안에 따른 열교환기용 루버핀은 유동유체의 횡방향 단면이 파형이고 종과 횡으로 각각 겹치지 않게 교호적으로 배열 성형되는 복수 개의 루버(31)를 구비한 것을 특징으로 하며, 이와 같은 열교환기용 루버핀은 유동유체의 유동속도 저감률이 낮아 유동유체 순환주기를 단축할 수 있으므로 열교환기의 열교환 성능을 개선할 수 있다.

Description

열교환기용 루버핀{LOUVER FIN FOR HEAT EXCHANGER}

본 고안은 열교환기에 내장되어 열교환기의 열교환 면적을 확대함으로써 유동유체에 대한 열교환기의 열교환효율을 높이는 열교환기용 루버핀에 관한 것이다.

오일냉각장치 등과 같이 서로 유로를 따라 유동하는 두 유동유체를 열교환시키기 위한 열교환기에는 열교환기의 열교환면적을 확대하여 열교환율을 높일 수 있는 루버핀(Louver Fin)이 설치된다.

이러한 루버핀은 열전도율이 높고 비표면적(比表面積)이 클수록 열교환율이 높아지므로, 대개의 루버핀들은 예컨대 알루미늄과 같이 열전도율이 높고 성형하기 쉬운 재질의 금속재로 제조되고, 아울러 유체의 유동에 저항을 주지 않으면서 비표면적을 극대화할 수 있는 파형의 박판형상으로 제조된다. 그리고, 그 파형의 빗면에는 유동유체의 유동을 난류화하여 루버핀에 대한 유동유체의 접촉율을 높이는, 이에 결과적으로 열교환율을 더욱 높이는 루버(Louver)가 형성되기도 한다.

첨부도면의 도 1에는 이러한 루버핀을 구비하는 열교환장치의 일 예로서 라디에이터 내장형 자동차의 오일냉각장치가 도시되어 있으며, 도 2에는 그 내부구조를 보여주는 단면도가 도시되어 있다.

라디에이터 내장형 오일냉각장치(Oil Cooler)는 오토트랜스미션과 같은 동력전달요소의 기계적마찰부분에 사용되는 오일(유동유체)을 라디에이터의 냉각수를 이용하여 냉각하는 장치로서, 이 장치(5)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각 냉각수가 유입되고 배출되는 상,하부 탱크(1)(2)와 이들 탱크(1)(2) 사이를 연결하는 냉각튜브(3)와 그리고 각 냉각튜브(3)들 사이에 개재된 루버핀(4) 등으로 이루어진 라디에이터에서, 상기 상부탱크(1)로부터 냉각튜브(3)들을 따라 흘러내리면서 냉각된 냉각수가 모아져 흐르는 하부탱크(2)에 내장된다.

이 오일냉각장치(5)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하부탱크(2)의 냉각수 순환로(200) 내에서 오일이 순환되는 오일순환로(500)를 형성하는 내,외경관(51)(52)과, 상기 외경관(6) 양단부 측에 각각 연결되어 오일을 유입하고 배출하는 유입파이프(53)와 배출파이프(54)로 구성되는 바, 특히, 루버핀(10)은, 도 2의 단면도에 도시된 바와 같이, 내,외경관(51)(52) 사이에 개재되어 오일과 냉각수 사이의 열교환율을 높이는 작용을 한다. 즉, 루버핀(10)은 내,외경관(51)(52)과 접하고 있으면서 오일순환로(500)를 따라 유동하는 오일로부터 열을 흡수한 후 내,외경관(51)(52)에 전도(傳導)하여 줌으로써 오일순환로(500) 내를 유동하는 오일과 그 바깥의 냉각수순환로(200)로 흐르는 냉각수 사이의 열교환율을 높이게 된다.

이러한 루버핀(10)은, 서두에서 설명한 바와 같이, 오일의 유동을 방해하지 않으면서 오일로부터 보다 많은 열을 흡수할 수 있도록 비표면적인 큰 형상을 갖는 것이 바람직하며, 또한 그 재질은 앞서에서 언급한 바와 같이 열전도율이 높고 성형이 쉬운 금속재인 것이 좋다.

이에, 종래에는 도 3과 도 5에 도시된 바와 같이, 파형단면이 오일유동방향으로 연장된 형상을 갖고 파형을 이루는 각 경사면에 빗면에 다수의 미늘살들을 형성된 알루미늄재의 파형(波形) 루버핀이 사용되었으며, 또한, 더 바람직한 형상으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 그 파형이 오일유동방향을 따라 분할되어 형성되는 다수의 루버(11)들이 오일유동방향에 대하여 교호적으로 배열된 루버핀(10)이 사용되어 왔다.

도 3의 종래 루버핀(10)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 루버(11)들이 오일유동방향으로 서로 교차 배열됨과 아울러 오일 유동단면적에 대해 더욱 조밀하게 배치됨으로써 루버핀(10)에 대한 오일의 접촉율이 높아지게 함과 동시에 오일 유동이 각 루버(11)들의 선단을 통과하면서 난류화되게 한 것이다. 따라서, 이 루버핀(10)은 유동하는 오일이 보다 큰 비율로 루버핀(10)에 접촉하게 됨에 따라 오일과 루버핀(10) 사이의 열교환율이 높아져 결과적으로는 오일과 냉각수의 열교환율을 높임으로써 오일냉각장치의 냉각성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 5의 루버핀(20)은 루버(21)들의 종방향 간격에 비해 상대적으로 긴 길이를 갖는 루버(21)들이 종횡방향으로 엇갈리게 배열된 것으로, 도시된 바와 같이, 이 루버핀(20)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 루버(21)의 전후 간격에 비해 상대적으로 긴 길이의 루버(21)들이 교호적(交互的)으로 배열되어 있어서, 횡방향에서 볼 때, 그 선,후단 일부가 중첩되는 루버(21)들을 갖는다.

이 루버핀(20)은 도 3의 루버핀과 마찬가지로 각 루버(21)들의 선단이 유동유체(오일)의 유동을 난류화하여 유동되는 오일의 루버에 대한 접촉비율이 높아서 열교환율 개선 효과가 크다. 또한, 도 3의 루버핀(10)이 2 중의 파형구조를 가지는 반해 단일 파형구조를 가지므로 상대적으로 성형이 쉽다는 장점도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 도 3과 도 5의 종래 루버핀(10)(20)은 유동유체(앞서 종래 예에서는 오일) 유동방향의 횡방향으로 배열되며 종방향에 대해서는 교호하는 루버(11)(21)의 선단들이 상류측 두 루버 사이를 빠져나오는 유동유체의 유동을 난류화하여 루버(11)(21)에 대한 오일의 접촉비율을 높임으로써 오일과 루버핀(10)(20)사이 열교환을 촉진하여 결과적으로 열교환장치의 열교환성능을 높일 수 있다.

그러나, 이들 종래 루버핀은, 도 4와 도 6에 도시된 바와 같이, 각 루버의 선단(11)(21)들이 그 상류측 두 루버 사이를 빠져나와 비점성 유동화한 유동유체의 유동에 새로운 경계층을 형성하면서 점성유동화하여 유체 유동속도를 크게 떨어뜨리는 문제점을 가지고 있었다. 열교환장치에 있어서 유동유체 유동속도가 저하되면 유체의 순환주기가 길어지므로 열교환성능을 떨어뜨리는 결과를 초래하게 된다. 이와 같이 도 3과 도 5의 종래 루버핀(10)(20)들은, 단위영역당 열교환비율이 높은 반면, 유체 유동속도를 떨어뜨려 유체 순환주기를 늘리게 되므로 열교환장치의 열교환성능을 높이는데 한계를 가지고 있었다.

이에, 본 고안은, 상술한 바와 같은 종래 루버핀이 가진 문제점을 해소한 것으로서, 루버에 대한 유동유체의 접촉비율이 높고 또 유동유체의 유동속도도 떨어뜨리지 않음에 따라 유동유체에 대한 열교환율이 높은 루버핀과, 또 그 루버핀이 적용된 열교환기로서 상기 루버핀을 구비한 오일냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이외에, 본 고안은 오일 유동에 횡방향 유동성을 부여하여 루버핀의 횡방향 열교환율 편차를 감소시킴으로써 열교환율을 더욱 높일 수 있는 루버핀과 그 루버핀이 적용된 열교환기로서 오일냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 라디에이터 내장형 오일냉각장치를 보인 사시도.

도 2는 오일냉각장치의 내부구조를 보인 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도.

도 3은 종래 열교환기용 루버핀의 일 예를 보인 사시도.

도 4는 도 3의 열교환기용 루버핀에 의한 유체의 유동양태를 보인 평단면도.

도 5는 종래 열교환기용 루버핀의 다른 예를 보인 사시도.

도 6은 도 5의 열교환기용 루버핀에 의한 유체의 유동양태를 보인 평단면도.

도 7은 본 고안의 일 실시예에 따른 열교환기용 루버핀 사시도.

도 8은 본 고안의 일 실시예에 따른 열교환기용 루버핀에 의한 유동유체의 유동양태를 보인 모식도.

도 9는 본 고안의 다른 실시예에 따른 열교환기용 루버핀 사시도.

도 10은 본 고안의 다른 실시예에 따른 열교환기용 루버핀에 의한 유동유체의 유동양태를 보인 모식도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

30, 40 : 루버핀 31 : 루버

41 : 통공

이상과 같은 목적을 가지고 안출된 본 고안의 열교환기용 루버핀은, 유동유체와 열교환하는 열교환기의 열교환 면적을 확대하여 열교환효율을 높이는 것으로서, 유동유체의 횡방향 단면이 파형이고 종과 횡으로 각각 겹치지 않게 교호적으로 배열 성형되는 복수 개의 루버를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 고안에 따른 루버핀은 유동유체의 횡방향 단면이 파형이고, 상기 파형들의 각 빗면에 오일 유동방향에 대해 사선방향으로 배열되는 통공들이 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 본 고안의 다른 특징에 따른 루버핀(40)은, 유동유체와 열교환하는 열교환면의 열교환 면적을 확대하여 그 열교환면과 유동유체 사이의 열교환율을 높이는 열전도판으로서, 유동유체 유동의 횡방향 단면이 파형이고, 그 파형을 이루는 각 빗면에 유동유체 유동방향의 사선방향으로 배열되는 통공(41)들이 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 그 적용예로서, 외경관, 상기 외경관 내에 수용되어 상기 외경관과의 사이에 유로를 형성하는 내경관 및 상기 내,외경관 사이에 개재되는 루버핀을 포함하여, 상기 외경관의 양단에 연결된 오일유입파이프와 오일 배출파이프를 통해 유출입하는 오일을 상기 외경관 둘레와 내경관 내부를 통해 흐르는 냉각수와 열교환시켜 냉각하도록 구성된 오일냉각장치에 있어서, 상기 루버핀이 종과 횡으로 각각 겹치지 않게 교호적으로 배열 성형되는 파형 횡단면 구조의 복수 개의 루버를 구비하거나, 상기 루버핀(40)이 파형의 횡방향을 구조를 가지며 파형 구조의 각 빗면에 오일 유동방향에 대해 사선방향으로 배열되는 복수 개의 통공(41)이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면으로 제시된 본 고안의 바람직한 실시예를 통하여 이상의 각 구성들의 기능과 작용을 보다 구체적으로 설명한다.

도 7은 본 고안의 일 실시예에 따른 열교환기용 루버핀 구조를 보인 사시도이고, 도 8은 그 루버핀에 의한 오일의 흐름을 도시한 단면도이다.

본 고안의 일 실시예에 따른 오일냉각장치에서 루버핀(30)은 열전도율이 높은 원통형 금속판으로, 도 2에 도시된 바와 같은 오일냉각장치의 내,외경관(51)(52) 사이에 개재되어 그 사이의 오일순환로(500)를 따라 유동하는 오일(유동유체)로부터 열을 흡수한 후 그 열을 내,외경관(51)(52)에 전도하는 기능을 한다.

이와 같은 루버핀(30)은 도 7에 도시된 바와 같이, 판금성형에 의해 형성되는 다수의 파형 루버(31)를 갖는데, 특히, 이 루버(31)들은 오일유동방향에 대한 횡방향의 피치(p)와 종방향의 단위 길이(l)를 가지면서 오일유동방향의 종횡으로 엇갈리게 배열된다.

즉, 루버핀(30)에는 오일 유동방향에 직교하는 방향으로 배열되는 다수의 동일 피치(p) 파형들이 형성되는데, 이 때 각 파형들이 그 길이방향(즉 오일유동방향)을 따라 등간격으로 절개되어 분할된 후 그 분할된 부분들이 오일유동방향을 따라 횡방향 위상이 교번되게 파형으로 판금 성형됨으로써, 오일유동방향을 따라 순차적으로 엇갈리면서 배열되는 파형 단면의 루버(31)들이 성형된다.

이들 루버(31)들은, 그 파형의 최대폭(w)이 그 루버의 상,하류에서 횡방향으로 인접하는 두 루버 사이의 간격(tw)보다 작고 또 종방향 길이(l)가 그 앞과 뒤의 두 루버 사이의 간격(ti)보다 작거나 같게 성형되기 때문에, 루버핀(30)을 종방향 또는 횡방향에서 볼 때, 그 폭(w)과 길이(l)가 인접한 다른 루버와 중첩되지 않는다. 이에, 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 루버(31)의 선단에서 루버(31) 표면과의 마찰로 경계층이 형성되면서 점성유동하는 오일이 그 후단에서 비점성유동화되어 배출된 후 다음 차순의 두 루버(31) 사이를 통하여 적어도 다음 루버까지의 거리(ti)만큼은 루버(31)에 의한 마찰 저항없이 비점성적으로 유동하게 할 수 있다.

따라서, 본 고안의 일 실시예에 따른 루버핀(30)을 사용하면 서두에서 설명된 종래 루버핀(10)(20)을 사용하는 것에 비해 오일 유동속도 저감률 크게 낮출 수 있으므로 오일순환주기를 단축하여 열교환장치의 열교환성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 고안의 다른 실시예에 따른 루버핀(40)은, 앞서 실시예의 루버핀(30)이 분할된 다수의 루버(31)를 가지는데 반해, 도 9에 도시된 바와 같이 횡단면 파형이 종방향으로 연장된 것과 같은 구조를 갖는다. 그리고, 각 파형의 빗면에는 전체적으로 볼 때 사선방향으로 통공(41)들이 형성된다. 이 통공(41)들은 각 파형의 빗면이 오일 유로를 횡방향으로 구획하여 오일유동방향을 직진방향으로만 한정하는 것을 보완하기 위한 것으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 이 통공(41)들을 따라 오일의 일부가 사선방향으로 유동하게 함으로써 각 파형별로 구획된 유로사이에 오일교환이 이루어져 횡방향 열교환율 편차를 줄이고자 한 것이다.

이러한 본 고안의 다른 실시예에 따른 열교환기용 루버핀(40)은 오일에 마찰저항이 작기 때문에 앞서 언급된 다른 루버핀들에 비해 오일의 유속을 빠르게 하여 오일 순환주기를 단축할 수 있다. 이와 더불어 그 통공(41)들을 통하여 횡방향으로도 오일 교환이 이루어지므로 횡방향으로 열교환율 편차가 작게 발생된다.

따라서, 본 고안의 다른 실시예에 따른 열교환기용 루버핀(40)은 유동유체(앞서 실시예에서의 오일) 순환주기를 단축할 수 있고 또 횡방향으로 유동유체을 일부 교환하여 횡방향 열교환율 편차를 축소할 수 있으므로 열교환장치(앞서 실시예의 오일냉각장치)의 열교환성능을 향상시킬 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 고안에 따른 열교환기용 루버핀은 유동유체의 유동속도 저감을 극소화하여 유동유체의 순환률을 높일 수 있으므로 열교환기에 적용되는 경우 열교환 효율을 높일 수 있다.

Claims (4)

1. 유동유체와 열교환하는 열교환기의 열교환 면적을 확대하여 열교환효율을 높이는 루버핀(30)으로서, 유동유체의 횡방향 단면이 파형이고 종과 횡으로 각각 겹치지 않게 교호적으로 배열 성형되는 복수 개의 루버(31)를 구비한 것을 특징으로 하는 열교환기용 루버핀.
2. 삭제
3. 유동유체와 열교환하는 열교환기의 열교환 면적을 확대하여 열교환효율을 높이는 루버핀(40)으로, 유동유체의 횡방향 단면이 파형이고 상기 파형들의 각 빗면에 오일 유동방향에 대해 사선방향으로 배열되는 통공(41)들이 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기용 루버핀.
4. 삭제