KR20220026767A - 열교환기 - Google Patents

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KR20220026767A
KR20220026767A KR1020200107690A KR20200107690A KR20220026767A KR 20220026767 A KR20220026767 A KR 20220026767A KR 1020200107690 A KR1020200107690 A KR 1020200107690A KR 20200107690 A KR20200107690 A KR 20200107690A KR 20220026767 A KR20220026767 A KR 20220026767A
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pressure drop
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KR1020200107690A
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오광헌
강병훈
송성훈
손정욱
정순안
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 서로 이격 배치되는 한 쌍의 헤더; 양단이 한 쌍의 상기 헤더에 각각 연결되어 양측방향으로 서로 이격 배치되는 복수의 튜브;복수의 튜브 각각의 내부에 배치되는 이너핀; 및 복수의 튜브 사이에 개재된 냉각핀;을 포함하며, 상기 이너핀 및 냉각핀은 각각 양측방향으로 핀높이를 가지며, 상기 이너핀의 핀높이(Hh)와 상기 냉각핀의 핀높이(Hc)가 방열 효율이 최적화되도록 구성되는 열교환기에 관한 것이다.

Description

열교환기{Inter cooler}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 튜브 내부에 삽입되는 이너핀과 튜브 사이에 개재되는 냉각핀을 포함하는 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는, 내부를 순환하는 열교환매체가 외부로부터 흡열하거나 외부로 방열하는 방식으로 열교환을 수행하도록, 특정 유로 상에 설치되는 장치이다. 이러한 열교환기는 냉매를 열교환매체로 사용하는 응축기와 증발기, 그리고 냉각수를 열교환매체로 사용하는 라디에이터와 히터코어, 또한 엔진 및 변속기 등에서 사용된 오일을 열교환매체로 사용하는 오일쿨러 등 사용목적과 용도에 따라 다양하게 제작되고 있다.
이때 열교환기는 일반적으로, 내부 유체와 외부 유체 사이의 전열(傳熱)이 이루어지는 복수의 튜브의 양단에 헤더탱크가 결합되는 형태로 이루어진다. 그리고 상기 열교환기는 열교환매체가 유동되는 유입구 및 배출구를 고정하는 플레이트가 결합되고, 상기 유입구 및 배출구가 상기 헤더탱크와 연결되어 매니폴드 라인을 구축할 수 있다. 현재 이와 같은 열교환기에 대해서 다음과 같은 기술들이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 특표2013-514313호("熱交換器")에서는 도 1에서 도시된 바와 같이, 파이프가 고정된 하우징(10) 내에 튜브(11)가 배치되고, 상기 하우징(10)의 일면에 콜렉터(12) 및 플랜지(13)가 결합된다. 선행문헌 1에서는 튜브 타입의 열교환기를 개시하고 있으며, 이와 같은 튜브 타입 열교환기는 튜브 사이의 간격이 좁은 것이 보다 효율적으로 열교환할 수 있다.
프랑스 공개특허공보 제3028931호("HEAT EXCHANGER WITH INCREASED SEALING")에서는 도 2에서 도시된 바와 같이, 튜브(20)의 측면에 결합되는 4개의 하우징 벽(21,22,23,24)를 포함하고, 이 중 22개의 하우징 벽(22,23) 상에는 튜브고정수단(25)을 포함하되, 상기 튜브(20)가 노출된 측으로 콜렉터(26)가 결합되는 기술이 개시되어 있다.
이처럼, 현재 다수의 문헌에서는 보다 효율적인 열교환이 이루어지도록 다양한 방식의 구조가 개시되어 있다. 하지만, 기존 개시된 문헌에서는 콜렉터와 튜브 간의 결합구조를 통해 유체의 누출을 방지하면서 열교환의 효율을 증가시키는 기술만이 개시되었고, 튜브 내부에 배치되는 핀과 튜브 사이에 배치되는 핀으로 인해서 발생되는 방열량 저감이나 압력저하 등을 고려하지는 않으므로, 실제 사용 시에는 목표된 방열량의 출력을 내기가 어려운 문제점이 있었다.
JP 2013-514513 A ("熱交換器", 2013.04.25.) FR 3028931 A1 ("HEAT EXCHANGER WITH INCREASED SEALING" 2016.05.27.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 방열 효율이 극대화될 수 있도록 최적사양으로 설계된 튜브 내부에 삽입되는 이너핀과 튜브 사이에 개재되는 냉각핀을 포함하는 열교환기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는, 서로 이격 배치되는 한 쌍의 헤더; 양단이 한 쌍의 상기 헤더에 각각 연결되어 양측방향으로 서로 이격 배치되는 복수의 튜브; 복수의 튜브 각각의 내부에 배치되는 이너핀; 및 복수의 튜브 사이에 개재된 냉각핀;을 포함하며, 상기 이너핀 및 냉각핀은 각각 양측방향으로 핀높이를 가지며, 상기 이너핀의 핀높이(Hh)와 상기 냉각핀의 핀높이(Hc)는 아래의 관계식 1을 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.
[관계식 1]
Figure pat00001
(여기에서,
Hh : 이너핀의 핀높이
Hc : 냉각핀의 핀높이)
또한, 상기 이너핀의 핀높이(Hh)는 4mm 내지 9.5mm 사이, 상기 냉각핀의 핀높이(Hc)는 2.9mm 내지 3.5mm 사이인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 튜브는 일정 폭(W)을 가지며, 상기 튜브의 폭(W)과 상기 이너핀의 핀높이(Hh)는 아래의 관계식 2를 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.
[관계식 2]
Figure pat00002
(여기에서,
Hh : 이너핀의 핀높이
W : 튜브의 폭)
아울러, 상술한 바와 같은 열교환기를 설계하기 위한 본 발명의 열교환기 설계방법은, a) 고정 파라미터, 제1가변 파라미터 및 제2가변 파라미터를 설정하는 단계; b) 상기 제1가변파라미터가 포함하는 복수의 파라미터 중 하나의 파라미터의 수치를 고정하고, 상기 제2가변 파라미터의 수치를 가변하여 데이터를 추출하는 단계; 및 c) 추출된 데이터들을 취합하여 수학식을 산출하는 단계;를 포함하며, 상기 제1가변파라미터는 방열량(Q), 상기 이너핀으로 유동하는 제1유체의 압력강하량(dPh), 상기 냉각핀으로 유동하는 제2유체의 압력강하량(dPc) 중 하나 이상의 파라미터를 포함하고, 상기 제2가변 파라미터는 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 c단계에서의 수학식은, 상기 냉각핀의 핀높이(Hc) 및 상기 이너핀의 핀높이(Hh)를 종속변수 및 독립변수로 설정한 함수인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 b단계에서는 제1가변 파라미터가의 복수의 파라미터 각각에 대해서 목표성능으로 수치를 설정하고, 상기 c단계에서는, 방열량(Q), 상기 이너핀으로 유동하는 제1유체의 압력강하량(dPh), 상기 냉각핀으로 유동하는 제2유체의 압력강하량(dPc) 각각에 대한 아래의 수학식 1 내지 수학식 3의 상수값이 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[수학식 1] (방열량)
Figure pat00003
[수학식 2] (제1유체의 압력강하량)
Figure pat00004
[수학식 3] (제2유체의 압력강하량)
Figure pat00005
(여기에서,
Hh : 이너핀의 핀높이
Hc : 냉각핀의 핀높이
A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3 : 상수값)
또한, 본 발명의 열교환기 설계방법은, d) 2차원 좌표계 상에서 도시된 상기 수학식 1 내지 수학식 3의 그래프가 연결되어 형성된 범위를 추출하는 단계; 및 e) 상기 범위 내에서 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)의 수치를 선정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 열교환기에서, 상기 이너핀은, 길이 방향으로 연장되는 핀몸체 및, 상기 핀몸체 상에 형성되어 길이방향 기준으로 경사지게 형성된 복수의 루버를 포함하되, 상기 루버는 길이방향 기준으로 일 방향으로 루버각(La)만큼 경사지게 형성되고, 복수의 상기 루버는 서로 일정 루버피치(Lp) 간격으로 이격 배치되며, 상기 루버각(La)과 상기 루버피치(Lp)는 아래의 관계식 3을 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.
[관계식 3]
Figure pat00006
(여기에서,
La : 루버각 = 루버의 Degree Angle단위의 경사각
Lp : 루버피치 = 루버 간의 mm단위의 간격)
또한, 상기 루버각(La)은 10° 내지 28° 사이, 상기 루버피치(Lp)는 10mm 내지 28mm 사이인 것을 특징으로 할 수 있다.
아울러, 상술한 바와 같은 열교환기를 설계하기 위한 본 발명의 열교환기 설계방법은, a) 고정 파라미터, 제1가변 파라미터 및 제2가변 파라미터를 설정하는 단계; b) 상기 제1가변파라미터가 포함하는 복수의 파라미터 중 하나의 파라미터의 수치를 고정하고, 상기 제2가변 파라미터의 수치를 가변하여 데이터를 추출하는 단계; 및 c) 추출된 데이터들을 취합하여 수학식을 산출하는 단계;를 포함하며, 상기 제1가변파라미터는 방열량(Q) 및 상기 이너핀으로 유동하는 제1유체의 압력강하량(dPh)을 포함하고, 상기 제2가변 파라미터는 루버각(La) 및 루버피치(Lp)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 b단계에서는, 상기 방열량(Q) 및 제1유체의 압력강하량(dPh) 각각에 대해서 목표성능으로 수치를 설정하고, 상기 c단계에서는, 목표성능으로 설정된 상기 방열량(Q) 및 제1유체의 압력강하량(dPh) 각각에 대하여 상기 루버피치(Lp) 및 루버각(La)이 종속변수 및 독립변수로 설정된 함수로 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 b단계에서는, 상기 방열량(Q) 및 제1유체의 압력강하량(dPh) 각각에 대해서 목표성능을 최대 및 최소 성능으로 구획하고, 상기 c단계에서는, 상기 방열량(Q)의 최대 및 최소 성능에 대한 상기 루버피치(Lp) 및 루버각(La)이 종속변수 및 독립변수로 설정되어 아래의 수학식 4 및 수학식 5의 상수값이 산출되고, 상기 제1유체의 압력강하량(dPh)의 최대 및 최소 성능에 대한 상기 루버피치(Lp) 및 루버각(La)이 독립변수 및 종속변수로 설정되어 아래의 수학식 6 및 수학식 7의 상수값이 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[수학식 4] (방열량의 최소치)
Figure pat00007
[수학식 5] (방열량의 최대치)
Figure pat00008
[수학식 6] (제1유체의 압력강하량의 최대치)
Figure pat00009
[수학식 7] (제1유체의 압력강하량의 최소치)
Figure pat00010
(여기에서,
Lp : 루버피치
La : 루버각
A4, A5, A6, A7, B4, B5, B6, B7, C4, C5, C6, C7 : 상수값)
또한, 본 발명의 열교환기 설계방법은, d) 2차원 좌표계 상에서 도시된 상기 수학식 4 내지 수학식 7의 그래프가 연결되어 형성된 범위를 추출하는 단계; 및 e) 상기 범위 내에서 상기 루버피치(Lp) 및 루버각(La)의 수치를 선정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 열교환기에서, 상기 냉각핀은, 길이 방향으로 연장되는 핀몸체 및, 상기 핀몸체 상에 형성되어 길이방향 기준으로 경사지게 형성된 복수의 루버를 포함하되, 복수의 상기 루버는 서로 일정 루버피치(Lpc) 간격으로 이격 배치되며, 상기 냉각핀의 루버피치(Lpc)는 0.5mm 내지 2.8mm 사이인 것을 특징으로 할 수 있다.
아울러, 상술한 바와 같은 열교환기를 설계하기 위한 본 발명의 열교환기 설계방법은, 방열량(Q), 상기 이너핀으로 유동하는 제2유체의 압력강하량(dPc) 및, 상기 냉각핀의 루버피치(Lpc)의 상관관계를 분석하여, 상기 방열량(Q)과 제2유체의 압력강하량(dPh)의 효율이 최적화된 상기 냉각핀의 루버피치(Lpc)의 길이를 산정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 구성에 의한 본 발명의 본 발명의 열교환기는, 이너핀의 핀높이, 냉각핀의 핀높이, 루버피치 및 루버각을 최적의 수치로 설계하여 사용자가 요구하는 방열량과 압력강하량을 충족시켜 기존 보다 효율이 향상되는 장점이 있다.
아울러 본 발명은, 다수의 파라미터 간의 상관관계를 분석하여 사용자가 요구하는 성능에 대한 최적의 수치를 보다 용이하게 추출할 수 있는 장점이 있다.
아울러 본 발명은, 이너핀의 핀높이과 냉각핀의 핀높이에 대한 설계와, 루버피치 및 루버각에 대한 설계를 통해 제작툴의 가격을 낮추어 제조단가가 낮아지는 장점과 더불어, 제작성 또한 높아지는 효과로 이어질 수 있다.
아울러 본 발명은, 수냉식 인터쿨러로 형성된 열교환기에 있어서 보다 효율적인 각 제품들이 보다 효율적인 수치로 설계됨에 따라 면적 대비 방열 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 열교환기를 나타낸 분해사시도.
도 3은 본 발명에 따른 열교환기의 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 열교환기의 분해 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 코어부의 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 코어부의 정면도.
도 7 내지 도 9는 제1유체의 유량에 따른 표면도.
도 10은 제2유체의 유량에 따른 표면도.
도 11은 방열량 대 이너핀의 핀높이 및 냉각핀의 핀높이의 등고선도.
도 12는 제1유체의 압력강하량 대 이너핀의 핀높이 및 냉각핀의 핀높이의 등고선도.
도 13은 제2유체의 압력강하량 대 이너핀의 핀높이 및 냉각핀의 핀높이의 등고선도.
도 14는 이너핀의 핀높이 및 냉각핀의 핀높이의 2차원 좌표계.
도 15는 이너핀의 루버를 도시한 도면.
도 16은 루버각 및 루버피치를 포함하는 표면도.
도 17은 방열량 대 루버피치 및 루버각의 등고선도.
도 18은 제1유체의 압력강하량 대 루버피치 및 루버각의 등고선도.
도 19는 루버피치 및 루버각의 2차원 좌표계.
도 20은 제2유체의 압력강하량 대 냉각핀의 루버피치와 방열량의 표면도.
도 21은 냉각핀의 루버피치 및 방열량의 그래프와 냉각핀의 루버피치 및 제2유체의 압력강하량의 그래프를 함께 도시한 2차원 좌표계.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 열교환기에 관한 것으로, 도 3은 열교환기의 사시도를, 도 4는 분해사시도를 각각 나타낸다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 열교환기(100)는 일 예로 수냉식 인터쿨러로 구성될 수 있으며, 하우징(110), 제1유체파이프(120) 및 제2유체파이프(130)를 포함할 수 있다. 이때 상기 제1유체파이프(120) 및 제2유체파이프(130)는 각각, 제1유체(F1) 및 제2유체(F2)가 유동되는 관일 수 있으며, 상기 하우징(110) 상에 일단이 연결될 수 있다. 그리고 상기 제1유체파이프(120)는 상기 제1유체(F1)가 유입되는 제1유입구(121)와 상기 제1유체(F1)가 배출되는 제1배출구(122)를 포함할 수 있고, 상기 제2유체파이프(130)는 상기 제2유체(F2)가 유입되는 제2유입구(131)와 상기 제2유체(F2)가 배출되는 제2배출구(132)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 제1유입구(121) 및 제2유입구(131)를 통해 인입된 제1유체(F1)와 제2유체(F2)는 서로 열교환이 이루어질 수 있으며, 상기 제1유체(F1)가 과급기와 연결되어 유동하는 과급공기로 상기 제2유체(F2)가 상기 제1유체(F1)를 냉각하도록 냉각수로 구성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 열교환기는 상기 하우징(110)의 내부에 수용되는 코어부(200)를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 하우징(110)은 상기 제1유입구(121) 및 제1배출구(122)와 연결되는 제1헤더탱크(111) 및 제2헤더탱크(112)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 제1유입구(121) 및 제1배출구(122)는, 상기 제1헤더탱크(111) 및 제2헤더탱크(112)에 각각 연결되거나, 상기 제1헤더탱크(111) 및 제2헤더탱크(112) 중 어느 하나에 연결될 수도 있다. 이때 보다 명확한 설명을 위해서 상기 제1헤더탱크(111) 및 제2헤더탱크(112)는 길이 방향(도면 상에서 좌측 상 방향 및 우측 하 방향)을 따라 서로 이격되도록 배치되는 것으로 정의한다. 아울러 상기 제1헤더탱크(111)는 제1헤더(111a) 및 제1탱크(111b)를 포함하고, 상기 제2헤더탱크(112)는 제2헤더(112a) 및 제2탱크(112b)를 포함할 수 있다. 이때 상기 제1헤더(111a) 및 제2헤더(112a)는 상기 제1탱크(111b) 및 제2탱크(112b) 보다 상기 코어부(200)에 인접하도록 배치될 수 있다.
또한 상기 하우징(110)은 폭 방향(도면 상에서 상하방향)을 따라 서로 이격 배치되는 제1가이드플레이트(113) 및 제2가이드플레이트(114)와, 높이 방향(도면 상에서 좌축 하 방향 및 우측 상 방향)을 따라 서로 이격 배치되는 제1측플레이트(115) 및 제2측플레이트(116)를 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 하우징(110)은 상기 코어부(200)가 배치된 내부에서 외부로 유체가 누출되는 것을 방지할 수도 있다. 여기서 상기 제1가이드플레이트(113) 또는 제2가이드플레이트(113)에는 상기 제2유입구(131) 및 제2배출구(132)가 연결될 수 있다. 아울러 도시된 바와 같이 상기 제1가이드플레이트(113)는 제1측플레이트(115)와 일체로 연결되되 상기 제2가이드플레이트(114)가 제2측플레이트(116)와 일체로 연결된 구조로 이루어지거나, 각각이 서로 별개의 구성품으로 이루어져 조립 시에 결합되도록 구성될 수도 있다.
아울러 상기 코어부(200)는 양측방향으로 서로 이격 배치되는 복수의 튜브(210)와 복수의 상기 튜브(210) 사이사이에 개재되는 냉각핀(220)을 포함할 수 있다. 이때 상기 코어부(200)는 후술하는 도면에서 보다 상세히 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 열교환기에 관한 것으로, 도 5는 코어부의 사시도를, 도 6은 코어부의 정면도를 각각 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 코어부(200)는 상술한 제1유체(F1) 및 제2유체(F2)가 서로 열교환하도록, 양측방향으로 서로 이격 배치되는 복수의 튜브(210), 복수의 상기 튜브(210)의 사이에 개재되는 냉각핀(220) 및 상기 튜브(210)의 내부에 수용되는 이너핀(230)을 포함할 수 있다. 이때 도 5에서는 높이방향을 따라 서로 이격되는 복수의 튜브(210)를 도시하고 있으며, 복수의 상기 튜브(210) 내부로는 상기 제1유체(F1)가 유동될 수 있으며, 상기 튜브(210) 사이로는 상기 제2유체(F2)가 유동될 수 있다. 여기서 과급공기로 이루어진 상기 제1유체(F1)는 상대적으로 낮은 온도인 상기 제2유체(F2)로 열 에너지를 전달하여 방열하도록 이루어질 수 있으며, 상기 튜브(210)는 전열(傳熱)이 가능한 재질로 구성될 수 있다.
또한, 복수의 상기 튜브(210) 사이에 개재되는 냉각핀(220)과 상기 튜브(210)의 내부에 삽입되는 이너핀(230)은 평판핀(Plain Fin), 루버핀(Louvered Fin), 파형핀(Wavy Fin), 톱니형핀(Serrated Fin), 관통형핀(Perforated Fin) 등 다양한 형상의 핀 형태로 구성될 수 있다. 도 5에서는 상기 냉각핀(220)은 톱니형핀 형태로 구성되고, 상기 이너핀(230)은 루버핀 형태로 구성되는 것을 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 따른 형상에 한정하지는 아니한다.
도 6을 함께 참조하면, 높이방향을 따라 서로 이격배치되는 복수의 상기 튜브(210) 각각의 내부에 삽입되는 상기 이너핀(230)은 소정길이의 이너핀의 높이(Hh)를 가지고, 복수의 상기 튜브(210) 사이에 개재되는 상기 냉각핀은 소정길이의 냉각핀의 높이(Hc)를 가질 수 있다. 여기서, 본 발명은 상기 이너핀의 핀높이(Hh)와 상기 냉각핀의 핀높이(Hc)가 아래의 관계식 1을 만족하도록 형성될 수 있으며, 상기 튜브는 일정 폭(W)을 가지며, 상기 튜브의 폭(W, 도면 상에서 상하방향의 길이)과 상기 이너핀의 핀높이(Hh)는 아래의 관계식 2를 만족하도록 형성될 수 있다.
[관계식 1]
Figure pat00011
[관계식 2]
Figure pat00012
(여기에서,
Hh : 이너핀의 핀높이
Hc : 냉각핀의 핀높이)
Hh : 이너핀의 핀높이
W : 튜브의 폭)
이하, 후술하는 내용에서는 위 상기 관계식 1 및 관계식 2를 도출하는 열교환기 설계방법에 대해서 보다 상세히 설명한다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 열교환기 설계방법에 관한 것으로, 도 7 내지 도 9는 제1유체의 유량에 따른 표면도를, 도 10은 제2유체의 유량에 따른 표면도를 각각 나타낸다.
도 7-(a), 도 8-(a) 및 도 9-(a)에서는 제1유체의 유량에 따른, 제1유체의 압력강하량(dPh) 대 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)의 표면도를 도시하고 있으며, 도 7-(b), 도 8-(b) 및 도 9-(b)에서는 제1유체의 유량에 따른, 방열량(Q) 대 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)의 표면도를 도시하고 있다. 그리고 도 7 내지 도 9에서는 과급공기로 형성된 제1유체의 유량이 200kg/h, 300kg/h 및 550kg/h로 공급되는 것을 각각 도시하고 있다.
고정파라미터 설정수치 단위
이너핀 피치(FPDM) 100 Fin Pitch/dm
냉각핀 피치(FPDM) 40 Fin Pitch/dm
과급공기 압력 210 kPa(abs)
과급공기 입구온도 150 ℃
냉각수 유량 12 L/min
냉각수 입구온도 70 ℃
코어사이즈(W*H*D) 70*100*70 mm
표 1에서 기술된 바와 같이, 일부 파라미터들은 실험 시에 수치를 고정하여 고정파라미터로 설정할 수 있다. 그리고 상술한 제1유체는 과급공기로 제2유체는 냉각수로 설정될 수 있다. 그리고 도 7 내지 도 9는 제1유체의 유량을 제1가변파라미터로 설정하고, 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)를 제2가변파라미터로 설정할 수 있다. 그리고 상기 방열량(Q)은 상기 제1유체의 유량이 설정되면 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)를 변경시켜 제1유체의 압력강하량(dPh) 또는 방열량(Q)과의 상관분석이 이어질 수 있다. 이때 상기 제1유체의 압력강하량(dPh) 또는 방열량(Q)을 목표성능으로 설정하는 경우에는 제1유체의 압력강하량(dPh) 또는 방열량(Q)을 제1가변파라미터로 설정하되 목표성능을 부여하도록 구성될 수도 있다.
아울러 제1유체의 압력강하량(dPh) 대 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)의 3D 표면도와, 방열량(Q) 대 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)의 3D 표면도에서 각각 도시된 바와 같이 제1유체의 유량이 변경되어도, 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)의 최적치가 존재하는 것을 알 수 있다.
도 10-(a) 내지 도 10-(c)에서는 제2유체의 유량에 따른, 제2유체의 압력강하량(dPc) 대 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)의 표면도를 도시하고 있다.
고정파라미터 설정수치 단위
이너핀 피치(FPDM) 100 Fin Pitch/dm
냉각핀 피치(FPDM) 40 Fin Pitch/dm
과급공기 압력 210 kPa(abs)
과급공기 입구온도 150 ℃
과급공기 유량 200 kg/h
냉각수 입구온도 70 ℃
코어사이즈(W*H*D) 70*100*70 mm
표 2에서 기술된 바와 같이, 일부 파라미터들은 실험 시에 수치를 고정하여 고정파라미터로 설정할 수 있다. 그리고 냉각수로 이루어진 제2유체의 유량은 제1가변파라미터로 설정되어 도 10-(a)에서는 4LPM(L/min)으로, 도 10-(b)에서는 12LPM으로, 도 10-(c)에서는 20LPM으로 각각 제어될 수 있다. 아울러 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)를 변경시켜 제2유체의 압력강하량(dPc)과의 상관분석이 이어질 수 있다. 이때 상기 제2유체의 압력강하량(dPc)를 목표성능으로 설정하는 경우에는, 상기 제2유체의 압력강하량(dPc)을 제1가변파라미터로 설정하여 목표성능을 부여하도록 구성될 수도 있다. 여기서 상기 제2유체의 압력강하량(dPc) 대 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)의 3D표면도에서 도시된 바와 같이, 제2유체의 유량이 변경되어도 표면도의 양상이 유사하여 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)의 최적치가 존재하는 것을 알 수 있다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 열교환기 설계방법에 관한 것으로, 도 11은 방열량 대 이너핀의 핀높이 및 냉각핀의 핀높이의 등고선도를, 도 12는 제1유체의 압력강하량 대 이너핀의 핀높이 및 냉각핀의 핀높이의 등고선도를, 도 13은 제2유체의 압력강하량 대 이너핀의 핀높이 및 냉각핀의 핀높이의 등고선도를 각각 나타낸다.
도 11에서는 상술한 고정파라미터가 설정되고 제1가변파라미터 중 제1유체의 유량 및 제2유체의 유량이 설정되는 경우, 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)에 따라 달라지는 방열량(Q)의 등고선도가 도시되어 있다. 이때 도 11-(a)에서는 제1유체의 유량이 200kg/h로 설정된 경우를 도시하고 있으며,
도 11-(b)에서는 상기 제1유체의 유량이 300kg/h로 설정된 경우를 도시하고 있다. 도 11-(a) 및 도 11-(b)에서 도시된 바와 같이, 제1유체의 유량에 따라 등고선의 형태는 큰 변화가 없음을 확인할 수 있으며, 이에 따라 제1가변파라미터 중 방열량(Q)에 대한 목표성능 타깃 1(Target 1)을 낼 수 있는 최적치는 아래와 같은 수학식으로 산출할 수 있다.
[수학식 1] (방열량)
Figure pat00013
(여기에서,
Hh : 이너핀의 핀높이,
Hc : 냉각핀의 핀높이,
A1, B1, C1 : 상수값)
.이때 표 1의 고정파라미터를 적용한 일 예에서는 A1이 -0.01, B1이 0.269, C1이 3.03으로 산출될 수 있다. 그리고 도시된 바와 같이 상기 수학식 1 보다 하측에 배치된 영역에서는 방열량(Q)이 커지는 것을 알 수 있다.
도 12에서 또한 상술한 고정파라미터가 설정되고 제1가변파라미터 중 제1유체의 유량 및 제2유체의 유량이 설정되는 경우, 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)에 따라 달라지는 제1유체의 압력강하량(dPh)의 등고선도가 도시되어 있다. 이때 도 12-(a)에서는 제1유체의 유량이 200kg/h로 설정된 경우를 도시하고 있으며, 도 12-(b)에서는 상기 제1유체의 유량이 300kg/h로 설정된 경우를 도시하고 있다.
도 12-(a) 및 도 12-(b)에서 도시된 바와 같이, 제1유체의 유량에 따라 등고선의 형태는 큰 변화가 없음을 확인할 수 있으며, 이에 따라 제1가변파라미터 중 제1유체의 압력강하량(dPh)에 대한 목표성능 타깃 2(Target 2)를 낼 수 있는 최적치는 아래와 같은 수학식으로 산출할 수 있다.
[수학식 2] (제1유체의 압력강하량)
Figure pat00014
(여기에서,
Hh : 이너핀의 핀높이,
Hc : 냉각핀의 핀높이,
A2, B2, C2 : 상수값)
이때 표 1의 고정파라미터를 적용한 일 예에서는 A2가 -0.2, B2가 0.3, C2가 -4.74로 산출될 수 있다. 그리고 도시된 바와 같이 상기 수학식 2 보다 하측에 배치된 영역에서는 제1유체의 압력강하량(dPh)이 작아지는 것을 알 수 있다.
도 13에서 또한 상술한 고정파라미터가 설정되고 제1가변파라미터 중 제1유체의 유량 및 제2유체의 유량이 설정되는 경우, 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)에 따라 달라지는 제2유체의 압력강하량(dPc)의 등고선도가 도시되어 있다. 이때 도 13-(a)에서는 제2유체의 유량이 12LPM으로 설정된 경우를 도시하고 있으며, 도 13-(b)에서는 상기 제2유체의 유량이 20LPM으로 설정된 경우를 도시하고 있다.
도 13-(a) 및 도 13-(b)에서 도시된 바와 같이, 제2유체의 유량에 따라 등고선의 형태는 큰 변화가 없음을 확인할 수 있으며, 이에 따라 제1가변파라미터 중 제2유체의 압력강하량(dPc)에 대한 목표성능 타깃 3(Target 3)을 낼 수 있는 최적치는 아래와 같은 수학식으로 산출할 수 있다.
[수학식 3] (제2유체의 압력강하량)
Figure pat00015
(여기에서,
Hh : 이너핀의 핀높이,
Hc : 냉각핀의 핀높이,
A3, B3, C3 : 상수값)
이때 표 2의 고정파라미터를 적용한 일 예에서는 A3가 -0.004, B3가 0.16, C3가 1.89로 산출될 수 있다. 그리고 도시된 바와 같이 상기 수학식 2 보다 상측에 배치된 영역에서는 제2유체의 압력강하량(dPc)이 작아지는 것을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 열교환기 설계방법에 관한 것으로, 도 14는 이너핀의 핀높이 및 냉각핀의 핀높이의 2차원 좌표계를 나타낸다.
도 14에서 도시된 바와 같이, 상수가 산출된 위 수학식 1 내지 수학식 3을 x축 및 y축이 각각 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)로 구성된 2차원 좌표상에 나타낼 수 있다. 여기서 산출된 위 수학식 1 내지 수학식 3에서 상기 방열량(Q)이 목표성능보다 높고, 상기 제1유체의 압력강하량(dPh) 및 제2유체의 압력강하량(dPc)이 목표성능보다 낮도록 하는 영역은, 수학식 1 내지 수학식 3의 그래프가 연결되어 형성된 제1-1범위(A)로 구성될 수 있다. 이때 해당 제1-1범위(A) 내에 해당하는 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)의 수치와 비율이 열교환기의 최적의 성능으로 이어질 수 있다. 이때 제1-1범위(A)를 보다 더 세밀하게 제2-2범위(B)로 구분하면 상기 이너핀의 핀높이(Hh)는 4mm 내지 9.5mm 사이, 상기 냉각핀의 핀높이(Hc)는 2.9mm 내지 3.5mm 사이로 구성될 수 있으며, 상기 이너핀의 핀높이(Hh)와 상기 냉각핀의 핀높이(Hc)는 아래의 관계식 1을 만족하도록 설계될 수 있다.
[관계식 1]
Figure pat00016
(여기에서,
Hh : 이너핀의 핀높이
Hc : 냉각핀의 핀높이)
아울러 상술한 바와 같이, 코어의 폭은 70mm로 형성되고 상기 이너핀의 핀높이(Hh)는 4mm 내지 9.5mm 사이로 형성되는 경우에는, 상기 이너핀의 핀높이(Hh)와 상기 코어의 폭(W)은 아래의 관계식 2를 만족하도록 설계될 수도 있다.
[관계식 2]
Figure pat00017
(여기에서,
Hh : 이너핀의 핀높이
W : 튜브의 폭)
도 15는 본 발명의 열교환기에 관한 것으로, 도 15는 이너핀의 루버를 도시한 도면을 나타낸다.
도 15를 참조하면, 상기 이너핀(230)은 길이방향으로 연장되는 핀몸체(231) 및 상기 핀몸체(231) 상에 형성되어 길이방향 기준으로 소정각도 경사지게 형성된 복수의 루버(232)를 포함할 수 있다. 이때 상기 루버(232)가 경사진 각은 루버각(La)으로 정의하며, 복수의 루버가 길이방향을 따라 서로 이격된 간격은 루버피치(Lp)로 정의하여 설명한다. 그리고 도시되지는 않았으나, 복수의 튜브 사이에 개재되는 냉각핀의 경우에도 루버가 포함될 수 있으며, 도 15에서 도시된 바와 같은 구조로 형성될 수도 있다.
도 16 내지 도 19는 본 발명의 열교환기 설계방법에 관한 것으로, 도 16은 루버각 및 루버피치를 포함하는 표면도를, 도 17은 방열량 대 루버피치 및 루버각의 등고선도를, 도 18은 제1유체의 압력강하량 대 루버피치 및 루버각의 등고선도를, 도 19는 루버피치 및 루버각의 2차원 좌표계를 각각 나타낸다.
고정파라미터 설정수치 단위
이너핀 피치(FPDM) 100 Fin Pitch/dm
이너핀 핀높이 6.7 mm
냉각핀 피치(FPDM) 40 Fin Pitch/dm
냉각핀 핀높이 3 mm
과급공기 압력 210 kPa(abs)
과급공기 입구온도 150 ℃
과급공기 유량 200 kg/h
냉각수 입구온도 70 ℃
냉각수 유량 12 L/min
코어사이즈(W*H*D) 70*100*70 mm
표 3에서 기술된 바와 같이, 일부 파라미터들은 실험 시에 수치를 고정하여 고정파라미터로 설정할 수 있다. 그리고 방열량(Q) 및 제1유체의 압력강하량(dPh)는 제1가변파라미터로 설정하고, 상기 루버각(La) 및 루버피치(Lp)를 제2가변파라미터로 설정할 수 있다. 이때 도 16-(a)에서는 상기 방열량(Q)이 상기 루버피치(Lp) 및 루버각(La)에 의해 3D표면도가 변화되고, 상기 도 16-(b)에서는 상기 제1유체의 압력강하량(dPh)이 상기 루버각(La) 및 루버피치(Lp)에 의해 3D표면도가 변화되는 것을 나타내고 있다.
이때 도 17에서 도시된 바와 같이 상기 방열량(Q)이 일정 구간으로 설정될 수 있다. 즉, 방열량(Q)의 최소수치와 최대수치를 결정할 수 있으며, 상기 방열량(Q)의 최소수치는 타깃 4(Target 4)로 상기 방열량(Q)의 최대수치는 타깃 5(Target 5)로 정의할 수 있다. 그리고 상기 타깃 4 및 타깃 5는 상기 루버피치(Lp)-루버각(La)을 독립 및 종속변수로 하는 아래의 수학식 4 및 수학식 5로 나타낼 수 있다.
[수학식 4] (방열량의 최소치)
Figure pat00018
[수학식 5] (방열량의 최대치)
Figure pat00019
(여기에서,
Lp : 루버피치,
La : 루버각,
A4, A5, B4, B5, C4, C5 : 상수값)
여기서 표 3의 고정파라미터를 적용한 일 예에서는, A4가 -24, B4가 90, C4가 -35.5로 산출될 수 있으며, A5는 -14.4, B5는 95.2, C5는 -124.3으로 산출될 수 있다. 그리고 목표성능의 범위가 설정된 상기 방열량(Q)은 상기 타깃 4와 타깃 5 사이의 영역 사이에 상기 루버피치(Lp) 및 루버각(La)이 배치됨을 알 수 있다.
이어 도 18에서 도시된 바와 같이, 상기 제1유체의 압력강하량(dPh) 또한 일정 구간으로 설정될 수 있다. 즉, 제1유체의 압력강하량(dPh)의 최소수치와 최대수치를 결정할 수 있으며, 상기 제1유체의 압력강하량(dPh)의 최소수치는 타깃 6(Target 6)으로 상기 제1유체의 압력강하량(dPh)의 최대수치는 타깃 7(Target 7)로 정의할 수 있다. 그리고 상기 타깃 6 및 타깃 7은 상기 루버피치-루버각을 독립 및 종속변수로 하는 아래의 수학식 6 및 수학식 7로 나타낼 수 있다.
[수학식 6] (제1유체의 압력강하량의 최대치)
Figure pat00020
[수학식 7] (제1유체의 압력강하량의 최소치)
Figure pat00021
(여기에서,
Lp : 루버피치
La : 루버각
A6, A7, B6, B7, C6, C7 : 상수값)
여기서 표 3의 고정파라미터를 적용한 일 예에서는, A6이 -0.15, B6이 0.805, C6이 31.3으로 산출될 수 있으며, A7는 -0.15, B7는 0.805, C7는 5로 산출될 수 있다. 그리고 목표성능의 범위가 설정된 상기 제1유체의 압력강하량(dPh)은 상기 타깃 6과 타깃 7 사이의 영역 사이에 상기 루버피치(Lp) 및 루버각(La)이 배치됨을 알 수 있다.
도 19를 참조하면, 상수가 산출된 위 수학식 4 내지 수학식 7을 x축 및 y축이 각각 루버피치(Lp) 및 루버각(La)으로 구성된 2차원 좌표상에 나타낼 수 있다. 여기서 상기 방열량(Q) 및 제1유체의 압력강하량(dPh)이 목표성능의 범위 내로 출력되는 영역은, 수학식 4 내지 수학식 7의 그래프가 연결되어 형성된 제2-1범위(C)로 구성될 수 있다. 이때 해당 제2-1범위(C) 내에 해당하는 상기 루버피치(Lp) 및 루버각(La)의 수치와 비율이 열교환기의 최적의 성능으로 이어질 수 있다. 이때 상기 제2-1범위(C)를 보다 세밀하게 제2-2범위(B)로 구분하면, 상기 루버각(La)은 10° 내지 28° 사이, 상기 루버피치(Lp)는 10mm 내지 28mm 사이로 구성될 수 있으며, 상기 루버피치(Lp)와 루버각(La)은 아래의 관계식 3을 만족하도록 설계될 수 있다.
[관계식 3]
Figure pat00022
(여기에서,
La : 루버각 = 루버의 Degree Angle단위의 경사각
Lp : 루버피치 = 루버 간의 mm단위의 간격)
도 20 및 도 21는 본 발명의 열교환기 설계방법에 관한 것으로, 도 20은 제1유체의 압력강하량 대 냉각핀의 루버피치와 방열량의 표면도를, 도 21은 냉각핀의 루버피치 및 방열량의 그래프와 냉각핀의 루버피치 및 제2유체의 압력강하량의 그래프를 함께 도시한 2차원 좌표계를 각각 나타낸다.
냉각핀 또한 복수의 루버를 포함하도록 형성될 수 있으며, 상기 냉각핀은 복수의 루버가 서로 일정한 루버피치(Lpc) 간격으로 이격 될 수 있다. 이때 상기 냉각핀의 루버피치(Lpc)와 방열량(Q) 및 제2유체의 압력강하량(dPc)은 도 20에서 도시된 바와 같이 3D표면도 형태로 등고선 형태가 변화됨을 알 수 있다. 여기서 도 20은 표 3에서 나타난 고정파라미터를 반영하여 산출될 수 있다.
도 21을 참조하면, 상기 방열량(Q) 및 제2유체의 압력강하량(dPc)에 대한 목표성능을 설정하면 도시된 바와 같은 타깃 8(Target 8) 및 타깃 9(Target 9)가 설정될 수 있다. 그리고 상기 타깃 8 및 타깃 9를 2차원 좌표계 상에 도시하면, 상기 타깃 8의 하측 영역과 상기 타깃 9의 상측 영역이 각각 방열량(Q)이 목표 성능이상의 출력이 되고 제2유체의 압력강하량(dPc)이 일정 이하로 낮아지는 영역일 수 있다. 여기서 상기 냉각핀의 루버피치(Lpc)의 제작성을 고려하여 하한을 정할 수 있으며, 일 예로 하한이 0.5mm로 설정될 수 있다. 이에 따라 본 발명에서 상기 냉각핀의 루버피치(Lpc)의 범위는 0.5mm 내지 2.8mm 사이로 설정될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 열교환기
110 : 하우징
111 : 제1헤더탱크
111a : 제1헤더 111b : 제1탱크
112 : 제2헤더탱크
112a : 제2헤더 112b : 제2탱크
113 : 제1가이드플레이트 114 : 제2가이드플레이트
115 : 제1측플레이트 116 : 제2측플레이트
120 : 제1유체파이프
121 : 제1유입구 122 : 제1배출구
130 : 제2유체파이프
131 : 제2유입구 132 : 제2배출구
200 : 코어부
210 : 튜브
220 : 냉각핀
230 : 이너핀
231 : 핀몸체 232 : 루버

Claims (15)

  1. 서로 이격 배치되는 한 쌍의 헤더;
    양단이 한 쌍의 상기 헤더에 각각 연결되어 양측방향으로 서로 이격 배치되는 복수의 튜브;
    복수의 튜브 각각의 내부에 배치되는 이너핀; 및
    복수의 튜브 사이에 개재된 냉각핀;
    을 포함하며,
    상기 이너핀 및 냉각핀은 각각 양측방향으로 핀높이를 가지며,
    상기 이너핀의 핀높이(Hh)와 상기 냉각핀의 핀높이(Hc)는 아래의 관계식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
    [관계식 1]
    Figure pat00023

    (여기에서,
    Hh : 이너핀의 핀높이
    Hc : 냉각핀의 핀높이)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이너핀의 핀높이(Hh)는 4mm 내지 9.5mm 사이,
    상기 냉각핀의 핀높이(Hc)는 2.9mm 내지 3.5mm 사이인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 튜브는 일정 폭(W)을 가지며,
    상기 튜브의 폭(W)과 상기 이너핀의 핀높이(Hh)는 아래의 관계식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
    [관계식 2]
    Figure pat00024

    (여기에서,
    Hh : 이너핀의 핀높이
    W : 튜브의 폭)
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 열교환기를 설계하기 위한 열교환기 설계방법에 있어서,
    a) 고정 파라미터, 제1가변 파라미터 및 제2가변 파라미터를 설정하는 단계;
    b) 상기 제1가변파라미터가 포함하는 복수의 파라미터 중 하나의 파라미터의 수치를 고정하고, 상기 제2가변 파라미터의 수치를 가변하여 데이터를 추출하는 단계; 및
    c) 추출된 데이터들을 취합하여 수학식을 산출하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 제1가변파라미터는 방열량(Q), 상기 이너핀으로 유동하는 제1유체의 압력강하량(dPh), 상기 냉각핀으로 유동하는 제2유체의 압력강하량(dPc) 중 하나 이상의 파라미터를 포함하고,
    상기 제2가변 파라미터는 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 설계방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 c단계에서의 수학식은,
    상기 냉각핀의 핀높이(Hc) 및 상기 이너핀의 핀높이(Hh)를 종속변수 및 독립변수로 설정한 함수인 것을 특징으로 하는 열교환기 설계방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 b단계에서는,
    제1가변 파라미터가의 복수의 파라미터 각각에 대해서 목표성능으로 수치를 설정하고,
    상기 c단계에서는,
    방열량(Q), 상기 이너핀으로 유동하는 제1유체의 압력강하량(dPh), 상기 냉각핀으로 유동하는 제2유체의 압력강하량(dPc) 각각에 대한 아래의 수학식 1 내지 수학식 3의 상수값이 산출되는 것을 특징으로 하는 열교환기 설계방법.
    [수학식 1] (방열량)
    Figure pat00025

    [수학식 2] (제1유체의 압력강하량)
    Figure pat00026

    [수학식 3] (제2유체의 압력강하량)
    Figure pat00027

    (여기에서,
    Hh : 이너핀의 핀높이
    Hc : 냉각핀의 핀높이
    A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3 : 상수값)
  7. 제6항에 있어서,
    d) 2차원 좌표계 상에서 도시된 상기 수학식 1 내지 수학식 3의 그래프가 연결되어 형성된 범위를 추출하는 단계; 및
    e) 상기 범위 내에서 상기 이너핀의 핀높이(Hh) 및 냉각핀의 핀높이(Hc)의 수치를 선정하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 설계방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이너핀은,
    길이 방향으로 연장되는 핀몸체 및, 상기 핀몸체 상에 형성되어 길이방향 기준으로 경사지게 형성된 복수의 루버를 포함하되,
    상기 루버는 길이방향 기준으로 일 방향으로 루버각(La)만큼 경사지게 형성되고,
    복수의 상기 루버는 서로 일정 루버피치(Lp) 간격으로 이격 배치되며,
    상기 루버각(La)과 상기 루버피치(Lp)는 아래의 관계식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
    [관계식 3]
    Figure pat00028

    (여기에서,
    La : 루버각 = 루버의 Degree Angle단위의 경사각
    Lp : 루버피치 = 루버 간의 mm단위의 간격)
  9. 제8항에 있어서,
    상기 루버각(La)은 10° 내지 28° 사이,
    상기 루버피치(Lp)는 10mm 내지 28mm 사이인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제8항 또는 제9항의 열교환기를 설계하기 위한 열교환기 설계방법에 있어서,
    a) 고정 파라미터, 제1가변 파라미터 및 제2가변 파라미터를 설정하는 단계;
    b) 상기 제1가변파라미터가 포함하는 복수의 파라미터 중 하나의 파라미터의 수치를 고정하고, 상기 제2가변 파라미터의 수치를 가변하여 데이터를 추출하는 단계; 및
    c) 추출된 데이터들을 취합하여 수학식을 산출하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 제1가변파라미터는 방열량(Q) 및 상기 이너핀으로 유동하는 제1유체의 압력강하량(dPh)을 포함하고,
    상기 제2가변 파라미터는 루버각(La) 및 루버피치(Lp)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 설계방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 b단계에서는,
    상기 방열량(Q) 및 제1유체의 압력강하량(dPh) 각각에 대해서 목표성능으로 수치를 설정하고,
    상기 c단계에서는,
    목표성능으로 설정된 상기 방열량(Q) 및 제1유체의 압력강하량(dPh) 각각에 대하여 상기 루버피치(Lp) 및 루버각(La)이 종속변수 및 독립변수로 설정된 함수로 산출하는 것을 특징으로 하는 열교환기 설계방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 b단계에서는,
    상기 방열량(Q) 및 제1유체의 압력강하량(dPh) 각각에 대해서 목표성능을 최대 및 최소 성능으로 구획하고,
    상기 c단계에서는,
    상기 방열량(Q)의 최대 및 최소 성능에 대한 상기 루버피치(Lp) 및 루버각(La)이 종속변수 및 독립변수로 설정되어 아래의 수학식 4 및 수학식 5의 상수값이 산출되고,
    상기 제1유체의 압력강하량(dPh)의 최대 및 최소 성능에 대한 상기 루버피치(Lp) 및 루버각(La)이 독립변수 및 종속변수로 설정되어 아래의 수학식 6 및 수학식 7의 상수값이 산출되는 것을 특징으로 하는 열교환기 설계방법.
    [수학식 4] (방열량의 최소치)
    Figure pat00029

    [수학식 5] (방열량의 최대치)
    Figure pat00030

    [수학식 6] (제1유체의 압력강하량의 최대치)
    Figure pat00031

    [수학식 7] (제1유체의 압력강하량의 최소치)
    Figure pat00032

    (여기에서,
    Lp : 루버피치
    La : 루버각
    A4, A5, A6, A7, B4, B5, B6, B7, C4, C5, C6, C7 : 상수값)
  13. 제12항에 있어서,
    d) 2차원 좌표계 상에서 도시된 상기 수학식 4 내지 수학식 7의 그래프가 연결되어 형성된 범위를 추출하는 단계; 및
    e) 상기 범위 내에서 상기 루버피치(Lp) 및 루버각(La)의 수치를 선정하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 설계방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 냉각핀은,
    길이 방향으로 연장되는 핀몸체 및, 상기 핀몸체 상에 형성되어 길이방향 기준으로 경사지게 형성된 복수의 루버를 포함하되,
    복수의 상기 루버는 서로 일정 루버피치(Lpc) 간격으로 이격 배치되며,
    상기 루버피치(Lp)는 0.5mm 내지 2.8mm 사이인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  15. 제14항의 열교환기를 설계하기 위한 열교환기 설계방법에 있어서,
    방열량(Q), 상기 냉각핀으로 유동하는 제2유체의 압력강하량(dPc) 및, 상기 냉각핀의 루버피치(Lpc)의 상관관계를 분석하여,
    상기 방열량(Q)과 제2유체의 압력강하량(dPc)의 효율이 최적화된 상기 냉각핀의 루버피치(Lpc)의 길이를 산정하는 것을 특징으로 하는 열교환기 설계방법.
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