KR20170083467A - 열 교환기용 핀 - Google Patents

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Abstract

열 교환기용 핀은 부재 및 이 부재에 형성된 제 1 행을 포함한다. 제 1 행은 복수의 정상 부분들과 번갈아 나타나는 복수의 골 부분들을 갖는다. 복수의 벽들이 복수의 골 부분들과 복수의 정상 부분들 사이에 끼워져 골 부분들과 정상 부분들을 일체형으로 연결한다. 제 1 행의 복수의 벽들 중 적어도 하나는 부재의 가로축에 대해 각이 이루어진다. 제 2 행이 부재에 형성되며, 제 2 행은 복수의 정상 부분들과 번갈아 나타나는 복수의 골 부분들을 갖고, 복수의 벽들이 복수의 골 부분들과 복수의 정상 부분들 사이에 끼워져 골 부분들을 정상 부분들에 일체형으로 연결한다.

Description

열 교환기용 핀{FIN FOR HEAT EXCHANGER}
본 발명은 열 교환기에 관한 것으로, 특히 각진 벽들을 갖는 열 교환기용 절개형 오프셋 핀(lanced offset fin)에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 바와 같이, 열 교환기를 통해 흐르는 유체와 공기 사이에 열을 전달하기 위해 열 교환기들이 이용된다. 열 교환기들은 일반적으로, 복수의 핀들과 함께 끼워진 복수의 튜브들 또는 플레이트들을 갖는 열 교환 코어를 포함한다. 열 교환 코어의 핀들을 통해 공기가 흐른다. 핀들은 열 교환기의 유체와 공기 사이의 열 전달을 가능하게 한다. 특정 애플리케이션들에서, 핀들은 추가로 열 교환 코어에 대한 구조적 지지를 제공할 수 있다.
핀들의 열 전달 효율을 개선하기 위한 다양한 타입들의 핀들이 해당 기술분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 특정 타입들의 핀들은 난류를 증가시키기 위해 핀의 평면부 상에 루버(louver)들을 포함한다. 증가된 난류는 핀의 표면과 이를 통해 흐르는 공기 사이의 열 전달 계수를 증가시킨다. 열 전달 계수의 증가는 핀의 열 전달 효율을 증가시킨다. 다른 예에서, 미국 특허 출원 공보 제2013/0199760호는 열 전달 효율을 더 개선하기 위한 스플릿 미니 루버핀들을 개시한다. 그러나 루버핀들은 핀 중량, 밀도 및 이용되는 재료들을 증가시키는데, 이는 바람직하지 않을 수 있다. 루버핀들 및 스플릿 미니 루버핀들은 열 교환 코어에 더 큰 로드들이 인가되는 시나리오들에서 특히, 문제가 될 수 있는 열 교환 코어의 구조적 무결성을 감소시킨다. 추가로, 미니 루버핀들은 일반적으로, 핀들의 최대 효율을 제한하는 설계 제약으로 인해 핀들의 평면부들의 전체 높이로 연장하지 않는다. 더욱이, 루버들은 핀들의 평면부들로부터 돌출하기 때문에, 핀들의 인접한 평면부들 사이의 유동 단면적이 절충되는데, 이는 핀들을 통한 공기 흐름을 억제할 수도 있다.
다른 예에서, 일부 열 교환기들에서는 절개형 오프셋 핀들이 이용된다. 제한된 패키지 크기 제약들을 갖는 열 교환기들에서 그리고/또는 히터 코어의 구조적 무결성을 증가시키도록 절개형 오프셋 핀들이 이용될 수도 있다. 패키지 크기가 제한되며 열 교환 코어가 증가된 구조적 견고성을 가질 것을 요구할 수도 있는 열 교환기들의 일례는 are 수냉식 과급 공기 냉각기(WCAC: water-cooled charge air cooler)들이다. WCAC들과 같이 제한된 패키지 크기들을 갖는 열 교환기들은 열 교환기 부피당 높은 열 전달 밀도를 요구한다. 열 교환기 부피당 높은 열 전달 밀도가 요구되는 애플리케이션들에서는, 열 전달 효율을 개선하는 것이 지속적으로 바람직하다.
따라서 열 교환기의 중량, 열 교환기에 이용되는 재료의 양, 그리고 열 교환기 제조 비용을 최소화하면서 열 전달 효율을 최대화하고 열 교환기의 구조적 무결성을 유지하는 열 교환기용 핀을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따라 그리고 이에 적응되게, 열 교환기의 중량, 열 교환기에 이용되는 재료의 양, 그리고 열 교환기 제조 비용을 최소화하면서 열 전달 효율을 최대화하고 열 교환기의 구조적 무결성을 유지하는 열 교환기용 핀 놀랍게도 발견되었다.
본 개시의 한 실시예에 따르면, 열 교환기용 핀이 개시된다. 핀은 핀 부재를 포함한다. 제 1 행이 부재에 형성된다. 제 1 행은 복수의 정상(crest) 부분들과 번갈아 나타나는 복수의 골(valley) 부분들을 갖는다. 제 1 행의 복수의 골 부분들과 제 1 행의 복수의 정상 부분들 사이에 복수의 벽들이 끼워져 골 부분들과 정상 부분들을 연결한다. 제 1 행의 복수의 벽들 중 적어도 하나는 부재의 가로축에 대해 각이 이루어진다. 제 2 행이 부재에 형성된다. 제 2 행은 복수의 정상 부분들과 번갈아 나타나는 복수의 골 부분들을 갖는다. 복수의 벽들이 제 2 행의 복수의 골 부분들과 제 2 행의 복수의 정상 부분들 사이에 끼워져 골 부분들을 정상 부분들에 연결한다. 제 1 행의 복수의 정상 부분들 및 제 1 행의 복수의 골 부분들은 제 2 행의 복수의 정상 부분들 및 제 2 행의 복수의 골 부분들로부터 오프셋된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 열 교환기용 핀은 부재를 포함한다. 부재는 복수의 가로 행들을 포함한다. 복수의 행들 각각은 복수의 정상 부분들과 번갈아 나타나는 복수의 골 부분들을 갖는다. 복수의 행들 중 인접한 행들의 복수의 골 부분들과 복수의 정상 부분들은 서로로부터 오프셋된다. 복수의 벽들이 복수의 행들 각각의 복수의 골 부분들과 복수의 정상 부분들 사이에 끼워져 골 부분들과 정상 부분들을 일체형으로 연결하고 있다. 복수의 벽들 중 하나는 부재의 폭 방향으로 연장하는 가로축에 대해 각이 이루어진다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 열 교환기용 핀은 부재를 포함한다. 부재는 복수의 가로 행들을 포함한다. 복수의 가로 행들 각각은 복수의 정상 부분들과 번갈아 나타나는 복수의 골 부분들을 갖는다. 복수의 가로 행들 중 인접한 행들의 복수의 골 부분들과 복수의 정상 부분들은 서로로부터 가로로 오프셋된다. 복수의 벽들이 복수의 행들 각각의 복수의 골 부분들과 복수의 정상 부분들 사이에 끼워져 골 부분들과 정상 부분들을 일체형으로 연결한다. 복수의 벽들 각각은 부재의 폭을 따라 연장하는 가로축에 대해 각이 이루어진다.
첨부 도면을 참고로 고려될 때 본 발명의 실시예의 아래의 상세한 설명의 일독으로부터 상기는 물론, 본 발명의 다른 과제들 및 이점들도 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열 교환기의 핀의 단편적인 상면 투시도이다.
도 2는 2-2 라인을 따라 취해진 도 1의 핀의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 교환기의 핀의 단편적인 상면 투시도이다.
도 4는 4-4 라인을 따라 취해진 도 3의 핀의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 교환기의 핀의 단편적인 상면 투시도이다.
도 6은 6-6 라인을 따라 취해진 도 5의 핀의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 교환기의 핀의 단편적인 상면 투시도이다.
도 8은 8-8 라인을 따라 취해진 도 7의 핀의 단면도이다.
아래 상세한 설명 및 첨부 도면들은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하고 예시한다. 설명과 도면들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 제작 및 사용할 수 있게 하는 역할을 하며, 어떤 식으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되는 것은 아니다.
도 1 - 도 8은 절개형 오프셋 핀들(10, 110, 210, 310)의 다양한 실시예들을 나타낸다. 핀들(10, 110, 210, 310)은 자동차의 (도시되지 않은) 열 교환기의 열 교환 코어에서 플레이트들 또는 튜브들 사이에서의 사용을 위해 구성된다. 핀들(10)은 이를 통해 흐르는 공기와 열 교환기의 플레이트들 또는 튜브들을 통해 흐르는 유체 간의 열 전달을 가능하게 한다. 핀들(10, 110, 210, 310)을 통해 화살표로 표시된 방향으로 공기가 흐른다. 한정적이지 않은 예에서, 열 교환기는 자동차의 과급 공기 회로에 사용하기 위한 수냉식 과급 공기 냉각기(WCAC)일 수 있다. 그러나 핀들(10, 110, 210, 310)은 원하는 대로, 임의의 타입의 열 교환 코어에 이용될 수 있다고 이해된다.
도 1 - 도 2에 도시된 바와 같이, 핀(10)은 길이(l), 폭(w), 리딩 에지(14) 및 트레일링 에지(16)를 갖는 주름진 핀 부재(12)를 포함한다. 부재(12)는 복수의 실질적으로 평행한 가로 행들 또는 스트립들(20)을 포함한다. 설명되는 예시적인 실시예에서, 핀(10)은 8개의 행들(20)을 갖는다. 그러나 다른 실시예들에서, 핀(10)은 원하는 대로, 임의의 수의 행들을 가질 수 있다. 예를 들어, 핀(10)은 열 교환기 구성에 따라 4개의 행들, 20개의 행들, 40개의 행들, 또는 100개의 행들을 가질 수 있다. 행들(20) 각각은 교대로 나타나는 골 부분들(18)과 정상 부분들(19)을 갖는다. 골 부분들(18) 각각과 정상 부분들(19) 각각은 실질적으로 평평하며 열 교환기의 플레이트들 또는 튜브들의 표면에 맞물리도록 구성된다. 골 부분들(18)과 정상 부분들(19)은 원하는 대로, 특정 제조 프로세스들을 수용하도록 약간 아치형 부분들을 가질 수 있다고 이해된다. 추가로, 행들(20) 각각의 단 4개의 정상 부분들(19)만이 도시되지만, 각각의 행(20)은 4개보다 더 많은 또는 더 적은 정상 부분들(19)을 포함할 수 있다고 이해된다.
행들(20) 각각에서는, 벽들(22)이 골 부분들(18)과 정상 부분들(19) 사이에 끼워져 이들을 일체형으로 연결한다. 정상 부분들(19) 각각과 정상 부분들(19) 각각에 인접한 벽들(22)이 서로 협력하여 실질적으로 직사각형 단면 형상을 형성한다. 마찬가지로, 골 부분들(18) 각각과 골 부분들(18) 각각에 인접한 벽들(22)이 서로 협력하여 실질적으로 직사각형 단면 형상을 형성한다. 도시된 실시예에서, 실질적으로 날카로운 에지를 갖는 실질적으로 직교하는 모서리들(24)이 벽들(22), 골 부분들(18) 및 정상 부분들(19)에 의해 형성된다. 그러나 벽들(22)을 골 부분들(18)과 정상 부분들(19)에 연결하는 모서리들(24)은 약간의 반경 또는 만곡부를 가질 수 있다, 도 1에 점선들로 예시된 바와 같이. 반경을 갖는 모서리들은 예를 들어, 롤링 프로세스들과 같은 특정 성형 프로세스들을 가능하게 하거나 이러한 프로세스들에 기인한다.
도 1 - 도 2에 도시된 실시예에서, 복수의 행들(20)은 행들(20) 중 행들의 세트들(26a, 26b)로 나뉠 수 있다. 예시된 실시예에서, 행들의 세트들(26a, 26b) 중 (본 명세서에서 행들의 제 1 세트(26a) 및 행들의 제 2 세트(26b)로도 또한 지칭되는) 2개의 세트들이 도시된다. 행들의 세트들(26a, 26b) 각각은 행들(20) 중 4개를 포함한다. 그러나 행들(20)은 행들의 세트들(26a, 26b)로 분할될 필요가 없고, 원하는 대로 행들의 2개보다 많은 수의 세트들(26a, 26b), 예컨대 행들의 3개, 4개, 10개, 20개, 30개 또는 임의의 수의 세트들(26a, 26b)로 분할될 수 있다고 이해된다. 추가로, 행들의 세트들(26a, 26b) 각각은 행들(20) 중 4개보다 더 많은 또는 더 적은 수를 포함할 수 있다.
행들의 세트들(26a, 26b) 각각은 교대로 엇갈리게 된 구성(50)을 갖는데, 여기서 행들(20) 중 교대로 나타나는 행들의 골 부분들(18)과 정상 부분들(19)은 서로 정렬되지만 행들(20) 중 인접한 행들의 골 부분들(18)과 정상 부분들(19)로부터 오프셋된다. 교대로 엇갈리게 된 구성(50)에서, 행들의 세트들(26a, 26b) 각각은 제 2 교대 행들(20b) 사이에 끼워지고 이들과 연결되는 제 1 교대 행들(20a)을 포함한다. 제 1 교대 행들(20a)의 골 부분들(18)과 정상 부분들(19)은 제 2 교대 행들(20b)의 골 부분들(18)과 정상 부분들(19)로부터 가로로 오프셋된다. 제 1 교대 행들(20a)은 제 2 교대 행들(20b)로부터 원하는 대로 임의의 거리만큼 가로로 오프셋될 수 있다. 한정적이지 않은 예에서, 제 1 교대 행들(20a)은 행들(20) 각각의 핀 피치(P f )의 약 25%와 같은 거리만큼 제 2 교대 행들(20b)로부터 가로로 오프셋될 수 있다. 다른 예에서, 제 1 교대 행들(20a)은 행들(20) 각각의 핀 피치(P f )의 약 50%와 같은 거리만큼 제 2 교대 행들(20b)로부터 가로로 오프셋될 수 있다. 다른 예들에서, 오프셋 거리는 핀 피치(P f )의 임의의 비율, 예컨대 원하는 대로 10%, 30%, 75% 또는 다른 비율과 같을 수 있다. 예컨대, 도시된 특정 실시예들에서, 제 1 교대 행들(20a)이 제 2 교대 행들(20b)에 인접하여, 제 1 교대 행들(20a) 각각의 정상 부분들(19) 각각의 일부가 경계면(28)에서 제 2 교대 행들(20b)의 정상 부분(19)의 일부와 계속 이어진다.
도시된 바와 같이, 행들(20) 각각의 벽들(22) 각각은 핀(10)의 폭(w) 방향으로 연장하며 핀(10)을 통하는 공기의 흐름 방향에 평행하지 않은 가로축(L)에 대해 직교하지 않게 각이 이루어진다. 또한, 도시된 바와 같이, 핀(10)을 가로질러 연장하는 가로축(L)은 핀(10)의 리딩 에지(14) 및 트레일링 에지(16)와 실질적으로 평행하다. 그러나 행들(20)의 벽들(22) 중 일부는 가로축(L)에 직교할 수도 있고 리딩 에지(14) 및 트레일링 에지(16)는 원하는 대로 다른 배향들을 가질 수도 있다고 이해된다. 벽들(22) 각각과 가로축(L) 사이에 예각들(
Figure pat00001
)이 형성된다. 형성된 예각들(
Figure pat00002
)은 핀(10)을 통해 흐르는 공기의 난류 및 벽들(22) 사이의 유동 단면적을 최대화하도록 원하는 대로 임의의 각일 수 있다. 예를 들어, 예각(
Figure pat00003
)은 60도보다 더 클 수 있다. 그러나 예각(
Figure pat00004
)은 원하는 대로 60도 미만일 수 있다.
도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 행들의 세트들(26a, 26b) 각각의 벽들(22) 각각 가로축(L) 및 핀(10)의 길이 방향으로 연장하며 가로축(L)에 수직인 세로축(l)에 대해 경사를 이룬다. 예시된 바와 같이, 특정 실시예들에서, 행들의 제 1 세트(26a)의 벽들(22)의 기울기 값들은 행들의 제 2 세트(26b)의 벽들(22)의 기울기 값과 같지만 반대 방향인 기울기 값을 갖는다. 행들의 세트들(26a, 26b)은 행들의 세트들(26a, 26b) 중간에 핀(10)의 폭(w) 방향으로 축(a)에 대해 서로 실질적으로 반전된 구성으로 또는 서로의 미러 이미지들로 배열된다. 이러한 배열에서, 행들의 세트들(26a, 26b)이 만나는 행들(20)의 벽들(22)의 단부들이 축(a)에서 정렬된다. 원하는 대로, 다른 구성들이 고려될 수 있다. 예를 들어, 행들의 세트들(26a, 26b)은 실질적이지 않게 반전된 구성으로 배열될 수 있으며, 여기서 행들의 세트들(26a, 26b)이 만나는 행들(20)의 벽들(22)의 단부들은 축(a)에서 서로로부터 오프셋된다. 행들(20)이 행들의 2개보다 많은 세트들(26a, 26b)로 나뉘는 실시예들에서, 행들의 세트들(26a, 26b) 각각의 벽들(22) 각각에 대한 기울기 값은 교대 패턴들로 연속적인 일련의 행들의 교대 세트들(26a, 26b)을 형성하도록 행들의 세트들(26a, 26b) 중 인접한 행들의 벽들(22)의 기울기 값들과 같지만 방향이 반대일 수도 있다고 이해된다. 행들(20)이 행들의 세트들로 나뉘지 않는 경우, 행들(20) 각각의 벽들(22) 각각에 대한 기울기 값은 행들(20) 중 인접한 행들의 벽들(22) 각각에 대한 기울기 값과 같지만 반대 방향이라고 또한 이해된다.
도 3 - 도 4는 본 개시의 다른 실시예에 따른 핀(110)을 나타낸다. 도 1 - 도 2에 예시된 핀(10)과 비슷한 특징들은 명확하게 하기 위해 참조 번호 앞에 리딩 번호 "1"을 갖는 동일한 참조 번호로 표기된다. 핀(110)은 행들(120)이 행들(120)의 세트들로 나뉘지 않고 교대로 엇갈리게 된 구성(50) 대신 연속적으로 엇갈리게 된 구성(60)을 포함한다는 점을 제외하면 도 1 - 도 2를 참조로 위에서 설명한 핀(10)과 실질적으로 유사하다.
연속적으로 엇갈리게 된 구성(60)에서, 리딩 에지(114)로부터 트레일링 에지(116) 방향으로 행들(120) 각각의 골 부분들(118)과 정상 부분들(119)은 점선 화살표로 표시된 오프셋 방향으로 오프셋 거리에서 행들(120) 중 인접한 선행하는 행의 골 부분들(118)과 정상 부분들(119)로부터 연속해서 오프셋된다. 설명되는 예시적인 실시예에서, 핀(110)은 리딩 에지(114)에서부터 트레일링 에지(116)까지 120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f, 120g, 120h로 연속적으로 넘버링된 8개의 행들(120)을 갖는다. 그러나 8개보다 더 많거나 더 적은 수의, 예컨대 10개, 50개, 100개, 또는 예를 들어, 열 전달 효율을 가능하게 하도록 구성된 임의의 다른 개수의 행들(120)이 고려될 수 있다. 행들(120b, 120c, 120d, 120e, 120f, 120g, 120h) 각각의 골 부분들(118) 및 정상 부분들(119)과 행들(120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f, 120g) 중 선행하는 인접한 행들의 골 부분들(118) 및 정상 부분들(119) 간의 오프셋 거리는 행들(120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f, 120g) 각각의 핀 피치(Pf)의 비율, 예컨대 핀 피치(Pf)의 15%, 20%, 25%, 50% 또는 원하는 대로 다른 비율과 같다. 행들(120b, 120c, 120d, 120e, 120f, 120g) 각각의 골 부분들(118)과 정상 부분들(119) 각각은 동일한 오프셋 방향으로 선행하는 행들(120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f) 각각의 골 부분들(118)과 정상 부분들(119)로부터 오프셋된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 연속적으로 엇갈리게 된 구성(60)에서, 정상 부분들(119)은 핀(110)의 길이에 걸쳐 대각 패턴을 형성한다.
도 5 - 도 6은 본 개시의 다른 실시예에 따른 핀(210)을 나타낸다. 도 1 - 도 4에 예시된 핀들(10, 110)과 비슷한 특징들은 명확하게 하기 위해 리딩 번호 "1" 대신 리딩 번호 "2"를 갖는 동일한 참조 번호로 표기된다. 핀(210)은 행들(220)이 행들의 세트들(226a, 226b)로 나뉜다는 점을 제외하면 도 3 - 도 4를 참조로 위에서 설명한 핀(110)과 실질적으로 유사하다. 행들의 세트들(226a, 226b) 각각은 연속적으로 엇갈리게 된 구성(260)을 포함한다. 추가로, 행들의 제 1 세트(226a)의 벽들(222)의 기울기 값들은 행들의 제 2 세트(226b)의 벽들(222)의 기울기 값들과 갖지만 반대 방향일 기울기 값을 갖는다.
행들의 세트들(226a, 226b)은 행들의 세트들(226a, 226b) 중간에 핀(210)의 폭(w) 방향으로 축(a)에 대해 서로 실질적으로 반전된 구성으로 또는 서로의 미러 이미지들로 배열된다. 이러한 배열에서, 행들의 세트들(226a, 226b)이 만나는 행들(220)의 벽들(222)의 단부들이 축(a)에서 정렬된다. 원하는 대로, 다른 구성들이 고려될 수 있다. 예를 들어, 행들의 세트들(226a, 226b)은 실질적이지 않게 반전된 구성으로 배열될 수 있으며, 여기서 행들의 세트들(226a, 226b)이 만나는 행들(220)의 벽들(222)의 단부들은 축(a)에서 서로로부터 오프셋된다. 예시된 실시예에서, 핀(210)은 4개의 행들(220)을 각각 포함하는 2개의 세트들(226a, 226b)을 포함한다. 그러나 행들의 2개보다 많은 세트들(226a, 226b)이 고려될 수 있다. 마찬가지로, 4개보다 더 많거나 더 적은 수의, 예컨대 1개, 2개, 10개, 20개, 또는 원하는 대로 임의의 다른 개수의 행들(220)이 고려될 수 있다. 행들(220)이 행들의 2개보다 많은 세트들(226a, 226b)로 나뉘는 실시예들에서, 행들의 세트들(226a, 226b) 각각의 벽들(222) 각각에 대한 기울기 값은 교대 패턴들로 연속적인 일련의 행들의 교대 세트들(226a, 226b)을 형성하도록 행들의 세트들(226a, 226b) 중 인접한 행들의 벽들(222)의 기울기 값들과 같지만 방향이 반대일 수도 있다고 이해된다. 행들(220) 각각의 벽들(222) 각각에 대한 기울기 값은 행들(220) 중 인접한 행들의 벽들(222) 각각에 대한 기울기 값과 같지만 반대 방향이라고 또한 이해된다.
도 7 - 도 8은 본 개시의 다른 실시예에 따른 핀(310)을 나타낸다. 도 1 - 도 6에 예시된 핀(10, 110, 210)과 비슷한 특징들은 명확하게 하기 위해 리딩 번호 "1"과 "2" 대신 리딩 번호 "3"을 갖는 동일한 참조 번호로 표기된다. 핀(310)은 행들의 세트들(326a, 326b) 중간에 중간 행(30)이 배치된다는 점을 제외하면, 도 5 - 도 6을 참조로 위에서 설명한 핀(210)과 실질적으로 유사하다. 중간 행(30)은 중간 행(30)의 벽들(322)이 가로축(L)에 대해 실질적으로 직교하고 핀(310)을 통하는 공기의 흐름 방향에 실질적으로 평행하다는 점을 제외하면 행들(320)과 비슷하다. 특정 성형 방법들에서, 중간 행(30)은 핀(310)을 형성할 실행 가능성을 가능하게 한다. 추가로, 중간 행(30)은 행들의 제 1 세트(326a)에서 행들의 제 2 세트(326b)로 흐르는 공기의 최적의 전이를 가능하게 한다. 단 하나의 중간 행(30)이 도시되지만, 핀(310)은 원하는 대로, 행들의 세트들(326a, 326b) 사이에 배치된 임의의 수의 중간 행들(30)을 포함할 수 있다고 이해된다.
도 1 - 도 8에 예시된 핀들(10, 110, 210, 310)은 본 개시의 예시적인 실시예들을 나타낸다. 벽들(22, 122, 222, 322) 중 하나가 가로축(L)에 대해 각이 이루어지는 적어도 하나의 행(20, 120, 220, 320)을 갖는 다른 핀 구성들이 열 전달 효율을 최대화하도록 원하는 대로 고려될 수 있다. 예를 들어, 벽들(22, 122, 222, 322)의 각도들 및/또는 기울기 값들은 행들(20, 120, 220, 320)을 통해 또는 각각의 행들(20, 120, 220, 320) 내에서 서로 교대하거나 달라질 수 있다. 다른 예에서, 행들(20, 120, 220, 320)은 가로축(L)에 대해 교대하는 각진 벽들(22, 122, 222, 322) 및 직교 벽들(22, 122, 222, 322)을 가질 수 있다. 추가로, 핀 구성은 도 7 - 도 8의 핀(310)과 비슷할 수 있다. 그러나 행들의 세트들(26a, 26b) 중간에 중간 행(330) 대신 갭이 형성된다.
현재 공지된 또는 나중에 개발되는 절개형 오프셋 핀들을 형성하는 데 적합한 임의의 프로세스에 의해 핀들(10, 110, 210, 310)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 핀들(10, 110, 210, 310)은 시트 금속의 가늘고 긴 스트립들로부터의 롤 성형 프로세스에 의해 또는 펀칭 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 핀들(10, 110, 210, 310)을 형성하고 열 전달 효율을 최대화하기에 적합한 임의의 재료가 이용될 수 있다.
조립을 위해, 핀(10, 110, 210, 310)이 열 교환기의 열 교환 어셈블리에 포지셔닝된다. 골 부분들(18, 118, 218, 318)과 정상 부분들(19, 119, 219, 319)이 열 교환 어셈블리의 플레이트들 또는 튜브들에 접하도록 구성된다. 애플리케이션에서, 핀(10, 110, 210, 310)을 통해 그 리딩 에지(14, 114, 214, 314)로부터 트레일링 에지(16, 116, 216, 316)로 공기가 흐른다. 각진 벽들(22, 122, 222, 322)은 핀들(10, 110, 210, 310)의 전체 높이를 따라 공기의 증가된 난류를 달성한다. 핀(10, 110, 210, 310)을 통해 흐르는 공기와 플레이트들 또는 튜브들을 통해 흐르는 유체 사이에 열이 전달된다.
유리하게는, 골 부분들(18, 118, 218, 318), 정상 부분들(19, 119, 219, 319) 및 벽들(22, 122, 222, 322)에 의해 형성된 실질적으로 직사각형인 단면 형상으로 인해, 절개형 오프셋 핀(10, 110, 210, 310)이 열 교환 어셈블리의 구조적 견고성을 강화한다. 추가로, 핀들(10, 110, 210, 310)은 중량 및 재료를 최소화하는 것이 주요한 요인인, 제한된 패키지 크기 및 최대 효율 요건들을 갖는, WCAC와 같은 열 교환기를 이용하는 애플리케이션들에서 유리하다. 각진 벽들(22, 122, 222, 322)로, 핀(10, 110, 210, 310)을 통해 흐르는 공기의 난류가 증가될 수 있다. 난류의 증가들은 핀(10, 110, 210, 310)의 표면들과 이를 통해 흐르는 공기 사이의 열 전달 계수를 증가시킨다. 열 전달 계수의 증가는 핀(10, 110, 210, 310)의 열 전달 효율을 증가시킨다. 핀들(10, 110, 210, 310)의 추가 이점들은 핀(10, 110, 210, 310)의 전체 높이에 걸친 공기의 증가된 난류를 포함한다. 본 개시의 핀들(10, 110, 210, 310)로, 열 교환기의 열 전달 효율도, 구조적 무결성도, 원하는 중량 또는 비용도 절충되지 않는데, 이러한 절충은 흔히 종래 기술의 핀들을 이용할 때 발생한다.
상기 설명으로부터, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이 발명의 본질적인 특징들을 쉽게 확인할 수 있으며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 다양한 용도들 및 조건들에 적응시키도록 본 발명에 대해 다양한 변경들 및 수정들을 실시할 수 있다.
10, 110, 210, 310: 핀
12: 부재
14, 114, 214, 314: 리딩 에지
16, 116, 216, 316: 트레일링 에지
18, 118, 218, 318: 골 부분
19, 119, 219, 319: 정상 부분
20, 120, 220, 320: 행
22, 122, 222, 322: 벽
24: 모서리
28: 경계면
30: 중간 행

Claims (20)

  1. 열 교환기용 핀으로서,
    핀 부재;
    상기 부재에 형성된 제 1 행 ― 상기 제 1 행은 복수의 정상(crest) 부분들과 번갈아 나타나는 복수의 골(valley) 부분들을 갖고, 복수의 벽들이 상기 제 1 행의 복수의 골 부분들과 상기 제 1 행의 복수의 정상 부분들 사이에 끼워져 상기 골 부분들과 상기 정상 부분들을 연결하고, 상기 제 1 행의 복수의 벽들 중 적어도 하나는 상기 부재의 가로축에 대해 각이 이루어짐 ―; 및
    상기 부재에 형성된 제 2 행 ― 상기 제 2 행은 복수의 정상 부분들과 번갈아 나타나는 복수의 골 부분들을 갖고, 복수의 벽들이 상기 제 2 행의 복수의 골 부분들과 상기 제 2 행의 복수의 정상 부분들 사이에 끼워져 상기 골 부분들을 상기 정상 부분들에 연결함 ― 을 포함하며,
    상기 제 1 행의 복수의 정상 부분들 및 상기 제 1 행의 복수의 골 부분들은 상기 제 2 행의 복수의 정상 부분들 및 상기 제 2 행의 복수의 골 부분들로부터 오프셋되는,
    열 교환기용 핀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 행의 복수의 벽들 각각과 상기 제 2 행의 복수의 벽들 각각은 상기 가로축에 대해 각이 이루어지는,
    열 교환기용 핀.
  3. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 행의 복수의 벽들 중 하나의 벽의 기울기 값은 상기 제 2 행의 복수의 벽들 중 하나의 벽의 기울기 값과 상이한,
    열 교환기용 핀.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 행의 복수의 벽들 중 각각의 벽의 기울기 값은 상기 제 2 행의 복수의 벽들 중 각각의 벽의 기울기 값과 같고 반대 방향인,
    열 교환기용 핀.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 행의 복수의 정상 부분들 각각, 상기 제 1 행의 복수의 골 부분들 각각, 그리고 상기 제 1 행의 복수의 골 부분들과 상기 제 1 행의 복수의 정상 부분들 사이에 끼워진 상기 제 1 행의 복수의 벽들은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 형성하는,
    열 교환기용 핀.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 행의 복수의 정상 부분들 각각, 상기 제 2 행의 복수의 골 부분들 각각, 그리고 상기 제 2 행의 복수의 골 부분들과 상기 제 2 행의 복수의 정상 부분들 사이에 끼워진 상기 제 2 행의 복수의 벽들은 실질적으로 직사각형 단면 형상을 형성하는,
    열 교환기용 핀.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 행의 복수의 골 부분들과 상기 제 1 행의 복수의 벽들 사이에 형성된 모서리들 및 상기 제 1 행의 복수의 정상 부분들과 상기 제 1 행의 복수의 벽들 사이에 형성된 모서리들은 반경을 갖고,
    상기 제 2 행의 복수의 골 부분들과 상기 제 2 행의 복수의 벽들 사이에 형성된 모서리들 및 상기 제 2 행의 복수의 정상 부분들과 상기 제 2 행의 복수의 벽들 사이에 형성된 모서리들은 반경을 갖는,
    열 교환기용 핀.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 행의 복수의 벽들 중 적어도 하나는 상기 부재의 가로축에 대해 직교하지 않게 각이 이루어지는,
    열 교환기용 핀.
  9. 열 교환기용 핀으로서,
    복수의 행들을 포함하는 핀 부재 ― 상기 복수의 행들 각각은 복수의 정상 부분들과 번갈아 나타나는 복수의 골 부분들을 갖고, 상기 복수의 행들 중 인접한 행들의 복수의 골 부분들과 복수의 정상 부분들은 서로로부터 오프셋됨 ―; 및
    상기 복수의 행들 각각의 복수의 골 부분들과 복수의 정상 부분들 사이에 끼워져 상기 골 부분들과 상기 정상 부분들을 연결하는 복수의 벽들을 포함하며,
    상기 복수의 행들 중 하나의 행의 복수의 벽들은 상기 부재의 폭 방향으로 연장하는 가로축에 대해 각이 이루어지는,
    열 교환기용 핀.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 행들 각각의 복수의 벽들 각각은 상기 가로축에 대해 각이 이루어지는,
    열 교환기용 핀.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 행들은 교대로 엇갈리게 된 구성을 갖는,
    열 교환기용 핀.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 행들의 제 1 세트의 복수의 벽들의 기울기 값은 상기 복수의 행들의 제 2 세트의 복수의 벽들의 기울기 값과 같고 반대 방향인,
    열 교환기용 핀.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 행들은 연속적으로 엇갈리게 된 구성을 갖는,
    열 교환기용 핀.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 행들의 제 1 세트의 복수의 벽들의 기울기 값은 상기 복수의 행들의 제 2 세트의 복수의 벽들의 기울기 값과 같고 반대 방향인,
    열 교환기용 핀.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 행들의 제 1 세트와 상기 복수의 행들의 제 2 세트 중간에 중간 행이 배치되고,
    상기 중간 행은 복수의 정상 부분들과 번갈아 나타나는 복수의 골 부분들 및 상기 중간 행의 복수의 골 부분들과 상기 중간 행의 복수의 정상 부분들 사이에 끼워져 상기 골 부분들과 상기 정상 부분들을 연결하는 복수의 벽들을 가지며,
    상기 중간 행의 복수의 벽들은 상기 가로축에 대해 직교하게 배치되는,
    열 교환기용 핀.
  16. 열 교환기용 핀으로서,
    복수의 가로 행들을 포함하는 핀 부재 ― 상기 복수의 가로 행들 각각은 복수의 정상 부분들과 번갈아 나타나는 복수의 골 부분들을 갖고, 상기 복수의 가로 행들 중 인접한 행들의 복수의 골 부분들과 복수의 정상 부분들은 서로로부터 가로로 오프셋됨 ―; 및
    상기 복수의 가로 행들 각각의 복수의 골 부분들과 상기 복수의 가로 행들 각각의 복수의 정상 부분들 사이에 끼워져 상기 골 부분들과 상기 정상 부분들을 연결하는 복수의 벽들을 포함하며,
    상기 복수의 벽들 각각 상기 부재의 폭 방향으로 연장하는 가로축에 대해 각이 이루어지는,
    열 교환기용 핀.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 행들은 행들의 복수의 세트들로 나뉘고,
    상기 행들의 세트들 각각에서 상기 복수의 벽들 각각은 상기 행들의 복수의 세트들 중 인접한 세트들의 복수의 벽들 각각에 대한 기울기 값과는 다른 기울기 값을 갖는,
    열 교환기용 핀.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 행들의 복수의 세트들 각각은 교대로 엇갈리게 된 구성을 갖는,
    열 교환기용 핀.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 행들의 복수의 세트들 각각은 연속적으로 엇갈리게 된 구성을 갖는,
    열 교환기용 핀.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 행들의 복수의 세트들 중 인접한 세트들 사이에 중간 행이 배치되는,
    열 교환기용 핀.
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