KR100915994B1 - 냉각시스템의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 냉각시스템의 제조방법은, 중공관을 성형하는 단계; 중공관을 코일형상의 나선구조물로 성형하는 단계; 나선구조물을 주형에 삽입하는 단계; 용탕을 주입하는 동안 나선구조물을 냉각시키는 단계; 용탕을 응고시키는 단계를; 포함한다. 이에 의하면, 냉각시스템에 중공관을 용이하게 설치할 수 있으며, 주형에 고온의 용탕이 주입되어 나선구조물이 녹아버리는 문제점을 해결할 수 있고 작업인력, 작업시간, 작업물자 등을 절약할 수 있다.

냉각시스템, 중공관, 나선구조물, 주형, 용탕, 온도제어부, 냉각핀

Description

냉각시스템의 제조방법{A manufacturing method of a cooling system}

본 발명은 냉각시스템의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각유로로 사용될 나선구조물을 주형에 삽입하고 용탕을 부어 응고시킴으로써, 냉각시스템에 나선구조물을 용이하게 설치할 수 있는 냉각시스템의 제조방법에 관한 것이다.

전기자동차, 하이브리드(hybrid) 전기자동차, 수소연료전지차 등 전기 모터로 구동되는 각종 차량이나 비행기에 사용되는 모터 및 발전기는 그 특성상 경량화 및 냉각기능이 구비되어야 한다. 여기서 경량화 및 냉각기능은 모터 및 발전기에 한정되는 조건이기 보다는 발열하는 기계장치(이하 '발열체')가 갖추어야 할 조건이다. 발열체를 알루미늄으로 제조하여 경량화를 도모할 수 있으며 발열체의 둘레에 나선구조물을 감싸고 나선구조물에 냉각유체를 유동시켜 발열체의 냉각을 도모할 수 있다.

한편 기존에 개발되거나 사용되고 있는 냉각시스템의 제조방법은 냉각시스템에 나선구조물을 마련하기 위하여 별도의 복잡한 공정을 가진다. 먼저, 지름이 서로 다른 실린더를 만들기 위해 금속부재들을 절단한다. 벤딩기(bending machine) 등을 이용하여 절단된 금속부재들을 휘어지게 가공한다. 휘어진 금속부재들을 접합하여 서로 다른 직경의 실린더들을 만든다. 위와 같이 제작된 실린더들 중, 지름이 작은 실린더(이하 '내측실린더')의 외면에 냉각유로로 사용될 나선구조물을 설치한다. 나선구조물이 설치된 내측실린더를 지름이 큰 다른 실린더(이하 '외측실린더')의 내측에 끼워 설치한다. 그런 다음 내측 및 외측실린더를 용접에 의해 접합하여 최종적으로 냉각유로를 가지는 냉각시스템을 완성한다.

그런데 위와 같은 종래의 냉각시스템의 제조방법은 나선구조물을 냉각시스템에 설치하기 위해 절단 및 용접 등과 같은 별도의 복잡한 공정을 거쳐야 한다. 이로 인해, 작업인력이 많이 필요하고, 작업시간이 많이 소요되며, 작업물자 등이 많이 필요하게 되어 결국 생산성이 저하되고, 생산비용이 증가하는 문제점이 있었다.

한편 위와 같은 문제점을 감안하여, 주조법에 의해 냉각유로로 사용될 나선구조물을 주형에 넣고 고온의 용탕을 부어 응고시킴으로써, 간단하게 냉각시스템을 제조하는 방법이 시도되고 있다. 그러나 이와 같은 주조법의 경우에는 다음과 같은 문제점이 있었다. 제작하고자 하는 제품의 크기가 작고 생산수량이 많으면, 고압주조법을 사용할 수 있지만, 고압주조법은 투자비가 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한 모터의 크기가 크거나 생산수량이 적으면, 금형비의 부담으로 인해 저압주조법만을 사용할 수밖에 없다. 저압주조법의 경우 고온의 용탕을 주형에 주입하여 냉각시스템을 형성하였으나 주입되는 용탕의 온도가 냉각유로로 사용되는 나선구조물의 용융점보다 높아서 고온의 용탕온도로 인해 나선구조물이 녹아버리는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위하여 주입되는 용탕의 온도를 낮추면 용탕이 주형 내에서 상대적으로 저온인 외부와 열교환되면서 급속하게 냉각되어 용탕이 주형을 모두 채우기 전에 응고되어 제조하고자 하는 제품을 완전한 형상으로 제조하지 못하고 불량이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 간단한 공정에 의해 냉각시스템에 나선구조를 가지는 냉각유로를 용이하게 설치할 수 있는 냉각시스템의 제조방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.

또한, 냉각유체 및 용탕의 온도를 제어하여 제조하고자 하는 제품의 불량률의 발생을 최소화하는 냉각시스템의 제조방법을 제공하는 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각시스템의 제조방법은, 압출 등의 방법으로 중공관을 성형하는 단계; 중공관을 코일형상의 나선구조물로 성형하는 단계; 나선구조물을 주형에 삽입하는 단계; 용탕을 주입하는 동안 나선구조물을 냉각시키는 단계; 용탕을 응고시키는 단계를; 포함한다.

여기서 나선구조물을 냉각시키는 단계에서 중공관에 냉각유체를 유동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 용탕을 응고시키는 단계는, 냉각유체의 온도를 기설정된 온도로 제어하는 온도 제어단계를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서 제어단계는, 나선구조물에 냉각유체가 주입되는 온도를 검지하는 단계; 나선구조물에서 냉각유체가 배출되는 온도를 검지하는 단계; 주입온도 및 배출온도를 근거로 나선구조물의 소정위치에서의 냉각유체의 온도를 산출하는 단계; 산출된 온도와 기설정된 온도를 비교하는 단계; 및 비교결과에 따라서 나선구조물에 주입된 냉각유체를 가열 또는 냉각 시키는 단계를; 포함하는 것이 바람직하다.

한편 압출 단계에서는 중공관의 내부에 냉각핀이 일체로 포함되도록 압출하는 것이 바람직하다.

본 발명의 냉각시스템의 제조방법에 따르면, 종래 복잡한 공정에 의한 제조방법과는 달리 간단한 공정에 의해 냉각유로로 사용될 나선구조물을 냉각시스템에 용이하게 설치할 수 있다. 따라서 냉각시스템을 제조하는데 투입되는 많은 작업인력과 작업시간 및 작업물자를 절약할 수 있게 되어 생산비용을 줄일 수 있고 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 주형에 고온의 용탕 투입시 초기 고열을 냉각시킴으로써 나선구조물의 용융점 이하로 용탕온도를 제어하여 나선구조물의 훼손 및 변형을 방지함과 동시에 용탕이 주형을 모두 채운 후 응고되므로, 제조하고자 하는 제품을 완전한 형상으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 냉각유로로 사용되는 나선구조물에는 냉각유체와의 접촉면적을 증가시키기 위한 냉각핀이 마련되어 있어서, 높은 냉각효율을 기대할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 냉각시스템의 제조방법에 관하여 자세히 설명하기로 한다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 나선구조물로 사용될 중공관(20)을 압출한다. 여기서 중공관(20)은 일반적인 압출방법으로 압출되며 본 실시예에는 원형의 중공관(20)을 예시하고 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 일반적으로 냉각유로로 사용되는 중공관을 알루미늄을 사용하여 제작하는 경우에는 압출방법으로 제작되고, 구리를 사용하는 경우에는 박판을 굽혀서 용접하여 잇는 방법, 압연방법 또는 압출방법 등을 통해 제작된다. 따라서 중공관(20)은 여러 종류의 재질을 사용하여 제작될 수 있다. 즉 중공관(20)은 그 형상 및 재질에 구애받지 않으며 냉각유체를 원활히 유동시키는 것을 사용한다.

이어서, 도 1b에 도시한 바와 같이, 중공관(20)을 코일형상의 나선구조물(22)로 성형한다. 중공관(20)은 벤딩기(bending machine) 등을 이용하여 나선구조물(22)로 성형한다. 나선구조물(22)은 발열체(미도시)를 감싸도록 설치되어 발열체(미도시)를 효과적으로 냉각시키기 위해 코일형상으로 성형하는 것이다.

이후, 도 1c에 도시된 바와 같이, 나선구조물(22)을 주형(30)에 삽입한다. 여기서 주형(30)은 내경과 외경을 가지는 실린더 형상이며 내경과 외경의 사이에 비어있는 공간이 마련되어 있다. 또한 주형(30)은 길이방향의 일면은 차단되고, 타면은 개방된 구조로 되어있다. 나선구조물(22)은 주형(30)의 내경과 외경 사이의 비어있는 공간으로 삽입된다. 특히 나선구조물(22)은 주형(30)의 내경 또는 외경 중 어느 한쪽으로 치우쳐 설치되지 않고 내경 또는 외경의 중간에 설치되는 것이 바람직하다.

이후, 도 1d에 도시된 바와 같이, 주형(30)에 용탕(M)을 주입하는 동안 나선구조물(22)을 냉각시킨다. 용탕(M)은 상기 나선구조물(22)이 삽입되어 있는 주형(30)의 빈 공간에 주입된다. 바람직하게는 나선구조물(22)이 잠길 때 까지 용탕(M)이 주입된다. 한편 냉각유체(F)는 적어도 주형(30)에 용탕(M)이 주입되는 동안 나선구조물(22)에 유동되어 나선구조물(22)을 냉각시킨다. 여기서 냉각유체(F)는 냉각유체 주입구(23)로 주입되어 나선구조물(22)을 따라서 유동된 후, 냉각유체 배출구(24)로 배출된다. 종래에는 주형(30)에 고온의 용탕을 주입하지 않으면 용탕이 주형(30)을 모두 채우기 전에 응고되어 버려서 제조하고자 하는 제품을 완전한 형상으로 제조하지 못하고 불량이 발생하는 문제점이 있어서 고온의 용탕을 주입할 수밖에 없었다. 여기서 주형(30)에 주입되는 용탕(M)은 주형(30)에 설치된 나선구조물(22)의 용융점보다 높은 온도로 주형(30)에 주입된다. 따라서 용탕(M)을 주형(30)에 주입하면 주형(30)에 이미 설치되어 있는 나선구조물(22)이 녹아버리게 되어 저압주조법을 이용하여 냉각시스템을 제조하지 못하였다. 하지만 본 발명에서와 같이 적어도 용탕(M)이 주형(30)에 주입되는 동안 나선구조물(22)에 냉각유체(F)를 유동시키면 주형(30)에 투입되는 용탕(M)에 의하여 가열되는 나선구조물(22)을 용융점 이하로 냉각시킬 수 있으므로 주형(30)에 설치된 나선구조물(22)이 녹는 것을 억제할 수 있다.

마지막으로 주형(30)에 주입된 용탕(M)을 응고시킨 후, 주형(30)을 제거하면 도 1e에 도시된 냉각시스템(10)이 완성된다. 냉각시스템(10)은 중공의 부분에 발열체(미도시)가 마련되고 그 둘레에 나선구조물(22)이 마련되므로 발열체를 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 여기서 발열체는 모터를 예로 들 수 있다. 모터는 고정자와 회전자의 연동에 의해서 동력을 발생시킨다. 하지만 이 과정에서 고온의 열이 발생하게 되고 이렇게 발생되는 열은 모터의 작동효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 많은 에너지의 손실 및 모터의 내구성 저하를 수반하므로, 모터를 냉각시켜 줄 필요성이 있다. 여기서 본 발명에 따른 냉각시스템(10)의 중공부에 모터를 설치하고 냉각시스템(10)을 작동시키면 모터의 발열을 최소화하면서 모터를 구동시킬 수 있다. 이로 인해, 모터의 작동효율을 높여줄 뿐만 아니라 에너지를 절약할 수 있고, 내구성을 증가시킬 수 있다.

도 2는 주형(30)에 설치되어 냉각유체(F)의 온도를 제어하는 온도제어부(60)를 도시한 것이며, 온도제어부(60)는 제1, 제2센서부(61,62)와 제어부(64) 및 열전달부(65)를 포함한다.

제1센서부(61)는 주입구(23)로 주입되는 냉각유체(F)의 온도(이하 '주입온도')를 검지하며, 제2센서부(62)는 배출구(24)로 배출되는 냉각유체(F)의 온도(이하 '배출온도')를 검지한다. 주입온도 및 배출온도는 제어부(64)로 전송된다.

제어부(64)는 제1, 제2센서부(61,62)로 부터 전송된 주입온도와 배출온도를 근거로 나선구조물(22)의 소정의 위치에서의 온도(이하 '특정온도')를 산출한다. 여기서 특정온도는 변수의 조건을 달리하여 실험한 결과를 정리해 놓은 실험데이터와 실시자의 작업조건 및 주입온도와 배출온도를 근거로 산출된다. 특정온도가 산출되면 메모리(63)에 저장된 기설정온도와 비교하고, 열전달부(65)로 신호를 전송 한다. 여기서 신호에 의해 열전달부(65)가 특정의 작업을 수행한다.

열전달부(65)는 가열부(66)와 냉각부(67)를 포함한다.

가열부(66)는 제어부(64)에서 전송받은 신호에 의해 동작된다. 즉 특정온도가 기설정된 온도보다 낮을 경우 동작되어 나선구조물(22)에 주입된 냉각유체(F)의 온도를 높인다. 또한 냉각부(67)는 제어부(64)에서 전송받은 신호에 의해 동작되며 특정온도가 기설정된 온도보다 높을 경우 동작되어 나선구조물(22)에 주입된 냉각유체(F)의 온도를 낮춘다.

이와 같이, 온도제어부(60)는 나선구조물(22)에 주입된 냉각유체(F)의 온도를 제어한다. 여기서 냉각유체(F)는 주형(30)에 주입된 용탕(M)과 열전달이 되므로 냉각유체(F)의 온도는 용탕(M)의 온도와 밀접한 관련성을 가진다. 따라서 주형(30)에 주입되는 용탕(M)의 온도가 나선구조물(22)의 용융점보다 높거나 주형(30)의 소정의 위치에서의 용탕(M)의 온도가 메모리(63)에 저장된 기설정온도보다 높으면 온도제어부(60)가 냉각유체(F)의 온도를 낮추게 된다. 이로 인해, 주형(30)에 주입된 용탕(M)에 의하여 가열되는 나선구조물(22)을 냉각시켜 나선구조물(22)이 녹아버리는 문제를 해결할 수 있다. 같은 원리로서, 주형(30)의 소정의 위치에서의 용탕(M)의 온도가 메모리(63)에 저장된 기설정온도보다 낮으면 온도제어부(60)가 냉각유체(F)의 온도를 높이게 된다. 이로 인해, 용탕(M)의 급속한 냉각을 최소화하여 안전하게 응고되게 함으로써 제조하고자 하는 제품에 불량이 발생하는 문제를 해결할 수 있게 된다.

도 3a 및 도 3b는 냉각핀(70)이 마련된 중공관(20)의 일부분을 도시한 것이 다. 냉각핀(70)은 중공관(20)의 내면에 마련되며, 냉각유체(F)와의 접촉면적을 증가시키는 역할을 한다. 즉 종래보다 적은 양의 냉각유체(F)를 사용하고, 냉각유체(F)를 종래보다 적게 유동시켜도 종래와 같은 냉각효과를 얻을 수 있다. 따라서 발열체(미도시)를 냉각시키기 위해 사용되는 냉각유체(F)와 냉각유체(F)를 유동시키는 동력을 절약할 수 있어서 생산비를 줄일 수 있고 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1a는 압출된 중공관을 나타내는 사시도.

도 1b는 나선구조물을 나타낸 사시도.

도 1c는 나선구조물을 주형에 삽입하는 과정을 나타내는 도면.

도 1d는 나선구조물이 주형에 삽입된 상태를 나타낸 사시도.

도 1e는 냉각시스템의 사시도.

도 2는 온도제어부의 흐름도.

도 3a는 냉각핀이 마련된 중공관의 사시도.

도 3b는 냉각핀이 마련된 중공관의 단면도.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 중공관을 성형하는 단계;

   상기 중공관을 코일형상의 나선구조물로 형성하는 단계;

   상기 나선구조물을 주형에 삽입하는 단계;

   용탕을 주입하는 동안 상기 나선구조물을 냉각시키는 단계; 및

   상기 용탕을 응고시키는 단계;를 포함하며,

   상기 나선구조물을 냉각시키는 단계에서, 상기 중공관에 냉각유체를 유동시키며,

   상기 용탕을 응고시키는 단계는,상기 냉각유체의 온도를 기설정된 온도로 제어하는 온도 제어단계;를 포함하며,

   상기 온도 제어단계는,

   상기 나선구조물에 상기 냉각유체가 주입되는 온도를 검지하는 단계;

   상기 나선구조물에서 상기 냉각유체가 배출되는 온도를 검지하는 단계;

   상기 주입온도 및 배출온도를 근거로 나선구조물의 소정위치에서의 냉각유체의 온도를 산출하는 단계;

   상기 산출된 온도와 기설정된 온도를 비교하는 단계; 및

   상기 비교결과에 따라서 상기 나선구조물에 주입된 냉각유체를 가열 또는 냉각 시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 제조방법.
4. 삭제
5. 중공관을 성형하는 단계;

   상기 중공관을 코일형상의 나선구조물로 형성하는 단계;

   상기 나선구조물을 주형에 삽입하는 단계;

   용탕을 주입하는 동안 상기 나선구조물을 냉각시키는 단계; 및

   상기 용탕을 응고시키는 단계;를 포함하며,

   상기 나선구조물을 냉각시키는 단계에서, 상기 중공관에 냉각유체를 유동시키며,

   상기 용탕을 응고시키는 단계는,상기 냉각유체의 온도를 기설정된 온도로 제어하는 온도 제어단계;를 포함하며,

   상기 온도 제어단계는,

   상기 나선구조물에 상기 냉각유체가 주입되는 온도를 검지하는 단계;

   상기 나선구조물에서 상기 냉각유체가 배출되는 온도를 검지하는 단계;

   상기 주입온도 및 배출온도를 근거로 나선구조물의 소정위치에서의 냉각유체의 온도를 산출하는 단계;

   상기 산출된 온도와 기설정된 온도를 비교하는 단계; 및

   상기 비교결과에 따라서 상기 나선구조물에 주입된 냉각유체를 가열 또는 냉각 시키는 단계;를 포함하며,

   상기 중공관 성형 단계에서는,

   상기 중공관의 내부에 냉각핀이 일체로 형성되도록 압출하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 제조방법.

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