KR20150053833A

KR20150053833A - 핀 파이프형 열교환기

Info

Publication number: KR20150053833A
Application number: KR1020130134763A
Authority: KR
Inventors: 박영우
Original assignee: 신상용
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2015-05-19

Abstract

본 발명은 핀 파이프형 열교환기 및 핀 파이프형 열교환기의 유도구의 압출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 핀 파이프형 열교환기의 내부에 중심부축이 있는 나선형 유도구가 삽입되어 열 교환면적과 열 교환 시간을 증가시켜 열 교환 효율을 최대한 높여줄 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.
전술한 본 발명의 특징은, 핀 파이프(10)의 외부에 나선형 방열핀(11)이 일체로 형성되고, 핀 파이프(10)의 내부에는 유도구(20)가 삽입된 열교환기(1)에 있어서, 상기 유도구(20)는 중앙에 원형의 중심부축(21)에 방사형으로 날개(22)가 형성되고, 날개(22)의 외주에 유도관(23)이 형성되어 구성됨을 특징으로 하는 핀 파이프형 열교환기에 의하여 달성될 수 있는 것이다.

Description

핀 파이프형 열교환기 및 핀 파이프형 열교환기의 유도구 압출방법{Finned pipe shape heat exchanger and induction plate extraction method of finned pipe shape heat exchanger}

본 발명은 핀 파이프형 열교환기 및 핀 파이프형 열교환기의 유도구 압출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 핀 파이프형 열교환기의 내부에 유도구가 삽입되어 열 교환면적과 열 교환 시간, 유체의 와류(Turbulence)를 유도 및 증가시켜 열 교환 효율을 최대한 높여줄 수 있도록 한 것이며, 또한 본 발명은 핀 파이프형 열교환기뿐만 아니라 일반 열교환기 파이프에도 적용이 가능하도록 한 발명에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기 중에서 핀 파이프형 열교환기와 방열핀을 이용한 열교환장치(냉각 및 가열)는 핀 파이프형 열교환기 내부를 지나는 유체(流體, fluid)의 열을 외부의 방열핀을 통해 공기 또는 액체 중으로 발산할 때는 냉각효과를 유발하고 방열핀을 통해 유도구으로 열교환이 증가되어 열을 흡수할 때는 유체가 급가열되어 열 교환이 이루어지도록 하는 것으로서 냉동기나 에어컨과 같은 공기조화기의 효과적인 응축기나 증발기, 자동차의 라디에이터, 급속 가열기, 전자부품 냉각용 히트싱크(heat sink) 등에 널리 사용되는 장치이다.

이중에서도 핀 파이프형 열교환기를 전조가공하고 인발(引拔)하여 방열핀이 일체형으로로 형성되도록 한 열교환기는 열 전달효율이 높아 공조기기나 라디에이터, 제습기용 기화부에 주로 사용된다.

그러나, 방열핀이 일체로 형성된 열교환기는 핀 파이프형 열교환기의 내부로 유체가 지날 때 액체 또는 기체인 유체가 핀 파이프형 열교환기 내부 표면에 100% 이상 고르게 접촉하여 열교환을 하지 않고 유체의 일부는 그대로 빠르게 관 중앙으로 통과되어 외부 방열핀과 열전달이 저하되는 것이 기존 유체의 열교환 및 핀 파이프용 열교환기에 가장 커다란 문제점으로 볼 수 있다.

즉, 일반적으로 유체의 열 교환기 내부에는 유체가 특별히 주기적으로 와류하는 장치가 없을 때 유체 덩어리 유관(Tube of flow)의 표면에 잔류하는 일부 열은 핀 파이프형 열교환기로 잘 전달되지만 유관(Tube of flow)의 내부 중심에 있는 열은 전달이 잘 이루어지지 않아 열 전달효율을 높이는데 한계점을 갖고 있었다. 앞으로 유체 덩어리인 유관을 유체라 칭한다.

또한, 유체는 핀 파이프형 열교환기 내부를 지날 때 실험 사진인 도 13에서 보듯이 장애물의 방해 없이 일정속도로 이동(Plug Velocity)되는 것이므로 유체의 열전달이 표면과 완전히 이루어지지 않은 상태로 이동되어 충분한 열 교환이 이루어지지 않았을 뿐 아니라 유체가 이동할 때 일부는 유동(流動)의 발생이 거의 없이 핀 파이프형 열교환기 내부를 그대로 통과하므로 유체의 내부에 흐르는 열의 전달이 효과적으로 이루어질 수 없었다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 그 목적은 핀 파이프형 열교환기의 내부에 용도에 따른 변형이 다양한 중심부축이 있는 유도구를 삽입, 브레이징하여 유체가 회전과 와류(Turbulence)를 동시에 하도록 유도하여 열교환기의 내부 표면과 접촉면적 및 접촉시간을 최대로 증가시키는 유체의 유동(流動)을 강제로 발생시키고, 유체의 흐름을 조절하여 효율적인 열교환이 외부 핀과 효과적으로 이루어질 수 있는 핀 파이프형 열교환기 및 핀 파이프형 열교환기의 유도구 압출방법을 제공함에 있는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 핀 파이프(10)의 외부에 나선형 방열핀(11)이 일체로 형성되고, 핀 파이프(10)의 내부에는 유도구(20)가 삽입된 열교환기(1)에 있어서, 상기 유도구(20)는 중앙에 원형의 중심부축(21)에 방사형으로 날개(22)가 형성되고, 날개(22)의 외주에 유도관(23)이 형성되어 구성됨을 특징으로 하는 핀 파이프형 열교환기에 의하여 달성될 수 있는 것이다.

이상에서 상술한 바와 같은 본 발명은, 상기 중심부축(21)이 있는 유도구가 삽입된 핀 파이프(10)로 유입된 유체(流體)가 와류(渦流) 및 회전을 일으키면서 이동되어 열매체(熱媒體)에는 상당한 유동(流動)과 내부 표면 접촉이 증가되고 접촉시간이 연장되므로 유체의 내·외부에 잔류하는 열이 고속으로 고르게 섞이면서 중심부축(21)이 있는 유도구가 삽입된 핀 파이프(10)에 전달되어 방열핀(11)을 통해 발산되는 열의 전달이 효율적으로 이루어지는 고효율의 열교환기를 구현할 수 있다. 동시에 와류(渦流)와 내부 표면 방향으로 회전을 일으키면서 이동되는 유체는 직선으로 이동(Plug velocity)하는 것에 비하여 유도구가 삽입된 핀 파이프(10) 내부에서 상당히 와류되면서 이동되는 것이므로 외부의 핀과 충분한 열 교환이 이루어진 상태로 이동되어 열 교환효율이 높고 대외 경쟁력이 우수한 고효율·고기능성의 유도구가 삽입된 핀 파이프형 열교환기를 제공할 수 있는 등의 이점이 있는 것이다. 여기서 유체의 점성도와 온도강하 정도에 따라 유도구의 회전수를 조절하여 이동속도는 조정이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 예시한 일부단면 사시도,
도 2는 본 발명의 일실시예를 예시한 정면도,
도 3은 본 발명의 일실시예를 예시한 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 예시한 일부단면 사시도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 예시한 정면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 예시한 단면도,
도 7은 본 발명에 의한 열 교환기를 적층한 상태의 사시도,
도 8은 본 발명에 의한 다른 실시예의 열 교환기를 적층한 상태의 사시도,
도 9는 본 발명에 의한 열교환기가 인터쿨러에 적용된 상태를 예시한 사시도,
도 10은 본 발명에 의한 유도구의 압출방법을 예시한 공정도,
도 11은 본 발명에 의한 유도구의 압출방법을 예시한 개략도,
도 12는 본 발명에 의한 유도구의 압출방법을 예시한 개략 사시도,
도 13은 본 발명과 일반 핀 파이프의 유체의 흐름 비교 실험 사진.

이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지는 도 13에서 도시한 바와 같이, 유체(流體)가 이동되는 핀 파이프(10)의 외부에는 나선형 방열핀(11)이 형성되고, 방열핀(11)은 전조가공에 의한 작업방법에 의하여 핀 파이프(10)의 표면을 인발(引拔)하여 방열핀(11)이 일체로 형성된다.

물론, 전술한 구성으로 이루어진 핀 파이프형 열교환기(1)는 이미 알려진 공지의 기술사상이다.

여기서 방열핀(11)의 형태는 원형, 사각형, 육각형 등의 다양한 형태로 구성할 수 있는 것이다.

본 발명에 있어서, 가장 중요한 특징은 상기 핀 파이프(10)의 내부에 삽입되는 중심부축(21)이 있는 다양한 유도구(20)의 구성에 있다.

즉, 상기 핀 파이프(10)의 내부에는 유도구(20)가 삽입되어 있고, 유도구(20)는 중앙에 원형의 중심부축(21)에 방사형으로 날개(22)가 형성되고, 날개(22)의 외주에 유도관(23)이 형성되게 압출 성형한 것이다.

상기 원형 중심부축(21)은 유도구(20)의 중심을 유지시키고 제작 상에 일정한 형태를 유지시키는 역할을 하며 날개(22)의 핀 파이프 내부에서는 유도구(20)의 회전 중심을 잡아준다.

또한, 상기 유도구(20)를 볼(24)들을 줄(25)로 연결하여 체인형태로 구성할 수도 있는 것이다.

여기서, 상기 유도구(20)의 재질은 Al, Cu, Plastic 등으로 성형하는 것이다.

상기 날개(22)의 외주에는 유도관(23)이 형성된 유도구(20)는 핀 파이프(10)의 내부와 접촉 면적이 넓어 외부 핀과 열 교환 효율이 높아지는 것이다.

상기 유도관(23)이 형성된 유도구(20)는 유도관(23)이 핀 파이프(10) 내부 표면에 최대로 접촉면을 증가시켜 외부핀(11)과 열교환 효과를 증가시키고 중심부축(21)과 유도관(23)은 유도구 삽입에 안정성과 핀파이프 내부 접촉면적이 증가되어 안정성이 증가되는 핀 파이프형 열교환기로 형성된다.

상기 유도구(20)는 금속일 경우 접촉부에 금속파우더가 입혀진 상태로 핀 파이프(10)의 내부에 삽입되고, 핀 파이프(10)에 열을 가하여 금속파우더를 용융(熔融)시켜 접합하는 용접방법(알루미늄 브레이징)을 사용하였다. 이때 중심부축(21)이 있는 유도구(20)는 유체를 회전 및 와류를 시키는 역할을 하여 유체의 속도 제한을 하는 중요한 역할을 하면서 또한 유도구(20) 역시 외부 핀 파이프(10)와 용접되어 있으므로 외부 방열핀(11)을 통해 유체의 열을 외부로 방출하기 때문에 극대화한 열교환 구조이다.

전술한 구성으로 이루어진 본 발명은, 상기 핀 파이프(10)로 유입된 유체(流體)가 와류(渦流) 및 회전을 일으키면서 이동되어 열매체(熱媒體)에는 상당한 유동(流動)이 발생되므로 유체의 내·외부에 잔류하는 열이 고르게 섞이면서 핀 파이프(10)에 전달되어 방열핀(11)을 통해 발산되는 것이므로 열의 전달이 효과적으로 이루어져 열 교환효율을 높여줄 수 있는 동시에 와류(渦流) 및 회전을 일으키면서 이동되는 유체는 직선이동에 비하여 중심부축(21)이 있는 유도구(20)가 삽입된 핀 파이프(10) 내부에서 상당히 지연되면서 이동되는 것이므로 충분한 외부와 열 교환이 이루어진 상태로 이동되어 열 교환효율이 높은 고품질·고기능성의 유도구가 삽입된 핀 파이프형 열교환기를 제공할 수 있는 것으로서 열교환기의 대외 경쟁력을 최대한 높여줄 수 있는 것이다.

이와 같은 본 발명의 중심부축(21)이 있는 유도구(20)의 압출방법을 설명하면 다음과 같다.

도 11에 도시된 압출방법을 예시한 개략도를 설명하면 압출 가공기(30)의 압출구에 금형(31)이 결합되며, 금형(31)의 전방에 롤러컨베이어(32)가 설치되어 그 위에 압출물을 잡고 이동되는 파지(把持)구(33)가 설치된 구성에 의해 본 발명의 압출방법을 설명한다.

먼저, 압출 가공기(30)를 가동시켜 유도구(20)를 압출한다(S10).

여기서 압출하는 재질은 Al, Cu, Plastic 등 압출이 가능한 모든 재질을 사용할 수 있는 것이다.

상기 압출단계(S10)에서 압출한 유도구(20)의 시작부분을 상기 중앙에 원형의 중심부축(21)에 방사형으로 날개(22)가 형성되고 날개(22) 주위에 유도관(23)이 형성된 유도구(20)의 금형(31)으로 통과시킨다(S20).

상기 성형단계(S20)에서 금형(31)을 통과한 유도구(20)의 시작부분을 롤러컨베이어(32) 위를 전후로 이동하는 파지(把持)구(33)로 잡아준다(S30).

상기 파지단계(S30)가 완료되면 파지구(33)가 유도구(20)를 당겨주면 유도구(20)가 완성되는 것이다(S40).

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

1 : 열교환기
10 : 핀 파이프
11 : 방열핀
20 : 유도구
21 : 중심부축
22 : 날개
23 : 유도관
24 : 볼
25 : 줄
30 : 압출 가공기
31 : 금형
32 : 롤러컨베이어
33 : 파지(把持)구

Claims

핀 파이프(10)의 외부에 나선형 방열핀(11)이 일체로 형성되고, 핀 파이프(10)의 내부에는 유도구(20)가 삽입된 열교환기(1)에 있어서,
상기 유도구(20)는 중앙에 원형의 중심부축(21)에 방사형으로 날개(22)가 형성되고, 날개(22)의 외주에 유도관(23)이 형성되어 구성됨을 특징으로 하는 핀 파이프형 열교환기.
제 1항에 있어서,
상기 유도구(20)를 볼(24)들을 줄(25)로 연결하여 체인형태로 형성한 것으로 대체 구성함을 특징으로 하는 핀 파이프형 열교환기.
압출 가공기(30)를 가동시켜 유도구(20)를 압출하는 압출단계(S10);
상기 압출단계(S10)에서 압출한 유도구(20)의 시작부분을 원형의 중심부축(21)에 방사형으로 날개(22)가 형성되고 날개(22) 주위에 유도관(23)이 형성된 유도구(20)의 금형(31)으로 통과시키는 성형단계(S20);
상기 성형단계(S20)에서 금형(31)을 통과한 유도구(20)의 시작부분을 롤러컨베이어(32) 위를 전후로 이동하는 파지구(33)로 잡아주는 파지단계(S30);
상기 파지단계(S30)가 완료되면 파지구(33)가 유도구(20)를 당겨주어 유도구(20)를 완성하는 완성단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 핀 파이프형 열교환기의 유도구 압출방법.