KR100532689B1 - 슬림형 열교환기 및 그 제조방법, 이 열교환기를 이용한 컴퓨터의 수냉식 냉각장치 및 에어컨디셔너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬림형 열교환기 및 그 제조방법, 이 열교환기를 이용한 컴퓨터의 수냉식 냉각장치 및 에어컨디셔너에 관한 것이다. 본 발명의 열교환기는, 표면에 핀이 부착되고 내부에는 전열매체가 흐르는 유로관에 송풍기를 이용하여 공기를 통풍시킴으로써 열전달을 이루는 열교환기에 있어서, 핀이 배치되어 있는 평면에 대하여 평행한 방향으로 공기를 통풍시키는 것을 특징으로 한다. 따라서, 종래의 유로관에 수직한 방향으로 통풍시키는 구조에 비해, 열교환기의 초슬림화가 가능하고, 공기가 핀을 따라 실질적으로 균일하게 흘러 열교환 효율이 비약적으로 증가한다.

Description

슬림형 열교환기 및 그 제조방법, 이 열교환기를 이용한 컴퓨터의 수냉식 냉각장치 및 에어컨디셔너{Slim Heat Exchanger and Manufacturing Method Thereof, Water-Cooling System for Computer and Air Conditioner Using the Heat Exchanger}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열교환 효율을 높이면서도 소형화가 가능한 열교환기 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉각장치의 라디에이터나 에어컨디셔너의 실내기 또는 실외기와 같은 열교환기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전열매체(냉매 또는 열매)가 흐르는 유로관(10)의 공기와의 접촉면적을, 방열 핀(12) 등을 사용하여 최대한 넓게 하고, 유로관(10) 또는 방열 핀(12)이 배치된 평면에 대하여 수직한 방향으로 팬(20)을 이용하여 통풍시킴으로써 유로관(10) 내부의 전열매체와 공기와의 열교환을 수행한다.

따라서, 이러한 유로관(10) 또는 방열 핀(12)과 팬(20)의 배치관계에서는, 적어도 유로관의 두께와 팬(20)의 두께의 합 이상의 공간을 필요로 하므로, 컴퓨터나 프로젝터 등의 소형화 추세에 있는 전자제품의 냉각장치로서는 적합하지 않다. 또한, 에어컨디셔너의 실내기 또는 실외기 역시 이러한 배치관계에서는 슬림화에 한계가 있다.

아울러, 종래의 유로관(10) 또는 방열 핀(12)과 팬(20)의 배치관계에서는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 축류 팬(axial fan)의 속성상, 공기의 흐름이 화살표로 표시한 바와 같이 중앙부분은 거의 없고 주변부가 강하게 된다. 따라서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 유로관(10) 및 방열 핀(12)이 배치된 평면의 중앙부(A)에서는 열교환이 거의 일어나지 않고 주변부에서만 일어나게 된다. 즉, 종래의 열교환기에서는 열교환의 효율이 크게 떨어진다는 문제가 있다. 이러한 문제를 어느 정도 해소하고 균일한 열교환이 일어나도록 하기 위해서는 유로관(10)과 팬(20) 사이에 약간의 간격을 두어야 하는데, 이는 열교환기가 차지하는 공간을 증가시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 슬림화가 가능하면서도 열교환 효율이 높은 열교환기 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 열교환기는, 그 표면에 핀이 부착되고 내부에는 전열매체가 흐르는 유로관에 송풍기를 이용하여 공기를 통풍시킴으로써 열전달을 이루는 열교환기에 있어서, 핀이 배치되어 있는 평면에 대하여 평행한 방향으로 공기를 통풍시키는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 일형태에 따른 열교환기는, 내부에 작동 유체(전열매체)가 흐를 수 있도록 유로가 형성되고, 작동 유체의 입구와 출구가 형성된 평판 유로관; 평판 유로관의 일 면 상에 형성된 다수의 핀; 다수의 핀을 덮어 공기의 통로를 형성하는 덮개; 및 덮개의 측면을 통해 공기를 통풍시키는 팬;을 포함한다.

따라서, 본 발명의 열교환기에 따르면, 유로관 또는 핀에 평행한 방향으로 공기를 통풍시키므로 슬림화가 가능하고, 공기가 지나가는 통로의 단면적 전부에 대하여 열교환을 이룰 수 있으므로 열교환의 효율이 현저하게 향상된다.

상기와 같은 슬림형 열교환기는 예컨대 컴퓨터의 수냉식 냉각장치에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 형태에 따른 컴퓨터의 수냉식 냉각장치는, 상기와 같은 열교환기를 라디에이터로서 구비하고, 작동 유체는 컴퓨터의 발열 블록으로부터 열을 흡수하여 상기 열교환기에서 열을 방출하는 냉각수이며, 냉각수가 평판 유로관의 입구로 들어와서 유로를 경유하여 출구를 통해 다시 상기 발열 블록으로 순환하도록 냉각수를 순환시키는 펌프를 더 구비한다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기는, 내부에 작동 유체가 흐를 수 있는 유로, 작동 유체의 입구와 출구가 형성된 평판 유로관을 준비하고, 평판 유로관의 일 면 상에 다수의 핀을 형성한 후, 다수의 핀이 형성된 평판 유로관을 덮는 덮개를 장착하고, 덮개의 측면을 통해 공기를 통풍시키는 팬을 장착함으로써 제조할 수 있다.

여기서, 상기 평판 유로관은 보다 구체적으로, 내부에 서로 평행한 복수의 직선상 관통공이 형성된 금속 평판을 준비하고, 직선상 관통공의 양끝단에서 이 관통공에 수직하는 방향으로 하나씩 걸러가며 관통공 사이의 격벽의 단부를 제거함으로써 "ㄹ"자형 유로를 형성한 후, 격벽의 단부가 제거된 관통공의 양끝단이 위치한 금속 평판의 양측면을 봉하여 상기 유로를 형성함으로써 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기와 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기의 외관을 도시한 사시도이다. 도 3b에 도시된 열교환기(100')는 공기를 통풍시키는 팬이 블로어 팬(20')으로 이루어졌다는 점을 제외하고는 도 3a의 열교환기(100)와 동일하다. 블로어 팬(20')이 두께 방향의 공간을 덜 차지한다는 점에서 축류 팬(20)에 비해 유리하다는 점이 있지만 본질적으로 통풍 수단이라는 점에서 동일하므로, 이하에서는 도 3a의 열교환기(100)를 중심으로 설명한다.

도 3a, 도 4 내지 도 6을 함께 참조하여 본 실시예의 열교환기(100)를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 실시예의 열교환기(100)는, 내부에 지그재그 상으로(또는 "ㄹ"자 상으로) 유로가 형성된 평판 유로관(30), 평판 유로관(30) 상에 형성된 핀(40), 핀이 형성된 평판 유로관(30)을 덮는 덮개(50), 및 덮개의 연장된 일단에 장착된 팬(20)을 포함하여 이루어진다.

평판 유로관(30)은 열전도율이 높은 알루미늄이나 구리 등의 금속으로 이루어져 있으며, 내부에 지그재그 상 유로가 형성되어 있다. 유로의 단면 형상은 직사각형으로 도시되어 있고, "ㄹ"자 상으로 배치되어 있지만(도 6 참조), 그 형상이나 배치형태는 다양하게 변형할 수 있다. 유로의 양단은 작동 유체의 입구 및 출구(36)와 연결되고, 입구 및 출구(36)는 도시하지 않았지만 히트 블록이나 히트 싱크 등의 발열 또는 흡열 부재와 펌프에 연결된다. 따라서 평판 유로관(30)의 유로는 입구 및 출구(36), 펌프, 발열 또는 흡열 부재를 경유하는 폐쇄 루프를 형성한다. 또한, 평판 유로관(30)의 유로에는 유로에 맞게 제작된 스프링(33)이 삽입되어 있어, 유로 내부를 흐르는 작동 유체가 열교환에 유리한 난류(turbulence)가 되도록 도와 준다.

평판 유로관(30)의 표면에 형성된 핀(40)은 공기와의 접촉면적을 최대한 넓게 하기 위한 것으로, 열전도율이 높은 알루미늄이나 구리 등의 금속으로 이루어진다. 핀(40) 역시 공기의 흐름이 가능한 한 난류가 되도록 중간중간이 끊긴 불연속적인 배치가 되도록 한다.

덮개(50)는 핀(40)이 형성된 평판 유로관(30)을 덮어 공기의 통로를 형성한다. 또한, 덮개(50)의 일단은 평판 유로관(30)보다 연장되어 있고, 이 연장부에 팬(20)을 장착하도록 되어 있다. 따라서 연장부에는 팬(20)에 의해 생성되는 바람이 통하도록 통공(54)이 형성되어 있다. 한편, 도 3b에 도시된 바와 같은 블로어 팬(20')을 장착하는 경우에는, 덮개(50)의 연장부가 별도로 필요하지 않으며, 도 5에 도시된 바와 같은 통공(54)도 필요하지 않다. 대신에 블로어 팬(20')을 덮개(50)의 일 측면에 부착하면 된다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 덮개(50)의 세 측면은 막혀 있고 한쪽 측면이 개방되어 있다. 따라서, 덮개(50)의 개방된 한 측면, 핀(40) 및 팬(20)을 경유하는 공기의 주통로가 형성된다. 다시 말해, 팬(20)은 핀(40)이 형성된 평면 즉, 평판 유로관(30)이 이루는 평면에 평행한 방향으로 송풍하므로, 공기가 흐르는 단면(도 5의 B)의 전면적에 걸쳐 실질적으로 균일한 공기의 흐름이 발생된다. 따라서, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 종래의 배치관계에 비해, 열교환의 효율과 균일성이 현저하게 향상된다.

한편, 덮개(50)에는 소정 간격과 폭, 소정의 각도로 절개부(52)가 형성되어 있다. 따라서, 절개부(52)를 통해 유입 또는 배출되는 공기와 핀(40)을 따라 흐르는 공기의 간섭에 의해 난류가 형성되고 그만큼 열교환의 효율이 높아진다. 절개부(52)의 간격, 폭, 각도는 절개부를 통해 유입 또는 배출되는 공기의 양과 방향(팬의 회전방향)을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 열교환기(100)를 에어컨디셔너의 실내기로서 사용하는 경우에는, 덮개(50)의 측면 개방면적(도 5의 B)을 낮추고 절개부(52)의 비율을 높임과 함께 절개부(52)의 각도가 점진적으로 변화하게 하는 등의 변형이 가능하다.

도 7은 본 발명의 열교환기를 컴퓨터의 수냉식 냉각장치에 적용한 예를 도시한 도면이다. 도 7에서 참조부호 60은 냉각수 펌프이고, 70은 컴퓨터 케이스이다. 본 적용예에서, 유로의 입구와 출구(36)중 하나는 CPU와 같은 발열 부재에 연결되고, 다시 냉각수 펌프(60)를 거쳐 입구와 출구(36)중 다른 하나로 연결된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 열교환기(100)는 초슬림형 디자인이 가능하기 때문에 컴퓨터 케이스(70)의 내부 또는 외부, 저면 또는 상면이나 측면 등 어디에도 배치 가능하다. 한편, 도 7에서는 팬(20)과 냉각수 펌프(60)를 컴퓨터 본체의 뒤쪽에 돌출하도록 하였으나, 컴퓨터 내부 공간이 충분하다면 케이스(70) 안쪽에 배치할 수도 있다.

이어서, 본 발명의 열교환기를 제조하는 방법에 대하여 도 6을 주로 참조하여 설명한다.

먼저, 평판 유로관(30)을 준비한다. 평판 유로관(30)은 상술한 바와 같이, 열전도율이 높은 금속 평판 내부에 지그재그상 유로를 형성한 것으로, 다양한 방법에 의해 제작될 수 있다. 먼저, 내부에 서로 평행한 복수의 직선상 관통공이 형성된 띠 상의 금속관을 압출 성형방법에 의해 얻는다. 이어서, 띠상의 금속관을 적절한 길이로 절단하여 관통공의 양단이 노출된 금속관의 양측면에서, 관통공 사이의 격벽을 하나씩 걸러 가며 격벽의 단부를 절삭가공하여 제거한다. 그러면 "ㄹ"자 상의 지그재그 유로가 형성된다.

이어서, 유로의 양 끝점에서 유로의 입구와 출구를 형성하기 위한 홈(34)을 천공한다. 그리고 각 유로에 맞게 제작된 스프링(33)을 각 유로에 삽입하고, 유로가 개방되어 있는 금속관의 양측면을 유로 마감 부재(38)로 봉함으로써 평판 유로관(30)이 완성된다.

평판 유로관(30)이 완성되면, 또는 완성 전이라도, 브레이징(brazing) 등의 방법으로 핀(40)을 평판 유로관(30)의 표면에 부착시킨다.

한편, 덮개(50)는 용도와 사용 온도 등을 고려하여 금속이나 플라스틱으로 형성할 수 있다. 금속의 경우에는 대표적으로 판금에 의해, 또 플라스틱의 경우에는 전형적으로 사출 성형에 의해 기본 구조와 절개부(52), 통공(54) 등을 형성한다.

이어서, 유로의 입구와 출구(36)에 열교환 대상이 되는 히트 블록이나 히트 싱크 및 펌프를 연결하고, 만들어진 덮개(50)를 평판 유로관(30)에 결합시킨다.

마지막으로 팬(20)을 장착하면 완성된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명의 열교환기는, 유로관이나 핀이 배치된 평면에 대하여 평행한 방향으로 송풍시키는 구조를 가지므로, 종래의 유로관에 수직한 방향으로 송풍시키는 구조에 비해 열교환기의 초슬림화가 가능하고, 공기가 핀을 따라 실질적으로 균일하게 흘러 열교환 효율이 비약적으로 증가한다. 따라서, 본 발명의 열교환기를 컴퓨터 등의 전자 제품이나 에어컨디셔너의 실내기 또는 실외기로서 사용하는 경우, 설치 공간이 현저하게 감소하고 에너지 효율이 높아진다.

도 1은 종래의 열교환기와 팬의 배치관계를 도시한 사시도이다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 열교환기와 팬의 배치관계에 있어서의 비효율성을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기를 도시한 사시도이다.

도 4는 도 3b에 도시된 열교환기를 일부 분해하여 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기의 효율성을 설명하기 위한 사시도이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 열교환기를 제조하는 과정의 일부를 도시한 사시도이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기를 컴퓨터 냉각장치에 적용한 경우를 도시한 사시도이다.

Claims (12)

1. 내부에 작동 유체가 흐를 수 있도록 유로가 형성되고, 작동 유체의 입구와 출구가 형성된 평판 유로관;

   상기 평판 유로관의 일 면 상에 형성된 다수의 핀;

   상기 다수의 핀을 덮어 공기의 통로를 형성하는 덮개; 및

   상기 덮개의 측면을 통해 공기를 통풍시키는 팬;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 덮개의 상면에는 소정의 간격과 폭으로 절개된 복수의 절개부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 평판 유로관의 유로는 "ㄹ"자 모양인 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 평판 유로관의 유로 내에는 스프링이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 기재된 열교환기를 라디에이터로서 구비하고,

   상기 작동 유체는 컴퓨터의 발열 블록으로부터 열을 흡수하여 상기 열교환기에서 열을 방출하는 냉각수이며,

   상기 냉각수가 상기 평판 유로관의 입구로 들어와서 유로를 경유하여 출구를 통해 다시 상기 발열 블록으로 순환하도록 냉각수를 순환시키는 펌프를 더 구비하는 컴퓨터의 수냉식 냉각장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 열교환기는 상기 컴퓨터 본체의 저면, 상면, 또는 측면에 배치된 것을 특징으로 하는 컴퓨터의 수냉식 냉각장치.
7. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 기재된 열교환기를 실내기 또는 실외기로서 사용하는 에어컨디셔너.
8. 내부에 작동 유체가 흐를 수 있는 유로, 작동 유체의 입구와 출구가 형성된 평판 유로관을 준비하는 단계;

   상기 평판 유로관의 일 면 상에 다수의 핀을 형성하는 단계;

   상기 다수의 핀이 형성된 상기 평판 유로관을 덮는 덮개를 장착하는 단계; 및

   상기 덮개의 측면을 통해 공기를 통풍시키는 팬을 장착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 평판 유로관을 준비하는 단계는,

   내부에 서로 평행한 복수의 직선상 관통공이 형성된 금속 평판을 준비하는 단계;

   상기 직선상 관통공의 양끝단에서 이 관통공에 수직하는 방향으로 하나씩 걸러가며 상기 관통공 사이의 격벽의 단부를 제거함으로써 "ㄹ"자형 유로를 형성하는 단계;

   상기 격벽의 단부가 제거된 상기 관통공의 양끝단이 위치한 상기 금속 평판의 양측면을 봉함으로써 상기 유로를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 금속 평판의 양측면을 봉하기 전에,

    상기 관통공 안으로 스프링을 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
11. 제9항에 있어서,

    상기 복수의 직선상 관통공이 형성된 금속 평판은 압출에 의해 성형되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 제조방법.
12. 전열매체가 흐르는 유로관이 형성되어 있고, 이 유로관의 표면에 부착된 다수의 핀에, 송풍기를 이용하여 공기를 통풍시킴으로써 열전달을 이루는 열교환기에 있어서,

    상기 송풍기는 상기 다수의 핀이 배치되어 있는 평면에 대하여 평행한 방향으로 공기를 통풍시키는 것을 특징으로 하는 열교환기.