KR101114313B1 - 열교환용 방열기 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환용 방열기 및 그 제조방법에 관한 것으로,
베이스 플레이트와 상기 베이스 플레이트 일면에 다수의 방열핀들이 일정간격으로 형성되도록 구성되는 열교환용 방열기에 있어서,
상기 열교환용 방열기의 베이스 플레이트는 알루미늄 재질로 형성하고, 상기한 방열핀들은 박판의 동(구리)판으로 형성하되, 상기 박판의 동판으로 형성된 다수의 방열핀들은 그들의 하단 일부가 상기한 알루미늄 베이스 플레이트 일면에 매립된 상태로 고정되도록 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 발명이다.

Description

열교환용 방열기 및 그 제조방법{Heat exchanging device and method for the production there of}

본 발명은 열교환용 방열기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 재질의 베이스 플레이트와 동 재질로 된 박판의 방열핀들을 일체적으로 결합시킨 구조로서 열교환 효율은 우수하고 제조비는 절감시킬 수 있도록 구성된 열교환용 방열기 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉동사이클에서 냉매를 냉각시키기 위한 열교환용 방열기 또는 각종 트렌지스터, 인쇄회로기판 등과 같은 전자부품에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 방열판 등은 주로 알루미늄 재질로 제작되고 있다.

알루미늄 재질은 구리(동)에 비하여 전도율이 떨어지지만 가격이 싸기 때문에 경제적인 측면에서 볼 때 유리하므로 열교환용 방열구조에 많이 사용되고 있는 실정이다.

통상적으로, 열교환용 방열구조는 베이스 플레이트의 일면에 일정간격으로 다수 형성되는 방열핀들의 두께(예를 들면, 0.2～0.6mm 정도)가 얇으면 얇을수록 열전도율이 우수하고, 또 방열핀들이 비교적 좁은 간격(예를 들면, 2～8mm 정도)으로 형성될 경우에는 열교환 효율이 우수하다는 평가를 받을 수 있다.

그런데, 종래 열교환용 방열구조는 소정 두께(10～30mm 정도)를 갖는 베이스 플레이트와, 이의 일면에 일정간격으로 이격되도록 형성된 다수의 방열핀을 알루미늄으로 압출 성형하는 데에는 기술적으로 한계가 있기 때문에 방열핀들을 얇은 두께(예를 들면, 0.2～0.6mm)로 압출하는 것이 어려웠을 뿐 아니라 각 방열핀들을 좁은 간격(예를 들면, 2～8mm)으로 압출하는 것이 어렵기 때문에 열교환 효율이 매우 낮을 수밖에 없다는 것이 단점으로 지적되고 있다.

또한 종래에는 베이스 플레이트의 일면에 끼움홈들이 일정간격으로 형성되도록 한 다음 상기한 끼움홈에 방열핀의 하단을 끼워주는 구성으로 일루미늄제 열교환 방열구조를 제작하는 것이 공개특허공보 특1999-0033862호로 소개된 바 있으나, 현 시점에서의 알루미늄 다이케스팅 성형기술로는 베이스 플레이트 일면에 일정간격으로 형성되는 다수의 끼움들의 홈간격을 10mm 이하의 폭으로 좁게 형성하는 데에는 기술적으로 한계가 있어 어렵고, 또 방열핀을 1mm 이하의 두께로 압출 성형하는 데에도 기술적인 한계가 뒤따르는 문제가 여전히 남아있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서 나타나는 제반 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 열교환용 방열기는 베이스 플레이트를 알루미늄 재질로 형성하는 한편, 다수의 방열핀들은 알루미늄 재질보다 열전도성이 우수한 박판의 동판으로 형성하되, 상기 박판의 동판으로 형성된 다수의 방열핀들의 하단이 상기한 알루미늄 베이스 플레이트의 일면에 일체로 결합된 상태가 되도록 제조하여 열교환 효율이 우수한 열교환용 방열기 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 구현하기 위한 수단으로서,

본 발명의 열교환용 방열기는,

베이스 플레이트와 상기 베이스 플레이트 일면에 다수의 방열핀들이 일정간격으로 형성되도록 구성되는 열교환용 방열기에 있어서,

상기 열교환용 방열기의 베이스 플레이트는 알루미늄 재질로 형성하고, 상기한 방열핀들은 박판의 동(구리)판으로 형성하되, 상기 박판의 동판으로 형성된 다수의 방열핀들은 그들의 하단 일부가 상기한 알루미늄 베이스 플레이트 일면에 매립된 상태로 고정되도록 구성하여서 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 방열핀들 각각에는 열교환용 유체를 순환시키는 열교환관을 지그재그상으로 배설할 수 있도록 각 방열핀들 각각에 일정간격으로 형성되는 복수의 관통공과 이들 각 관통공에는 같은 방향을 향해 돌일한 길이로 돌출하는 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 복수의 관통공들 각각에서 돌출되는 돌출부들은 서로 이웃하는 방열핀에서 같은 위치에 형성되어 있는 관통공에 맞닿은 상태로 조립되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 방열핀들은 열교환용 유체를 순환시키는 열교환관이 지그재그상으로 관통 설치되는 관통공들 사이에는 각 방열핀들의 강도를 높여줌과 동시에 열교환면적을 넓혀주기 위해 수평방향을 향해 절곡 형성되는 절곡부가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 방열핀들의 좌,우 양측에는 철판으로 형성된 좌,우측 앤드 플레이드가 형성되어 있으며, 상기 좌,우측 앤드 플레이트는 각 방열핀과 같이 하단 일부만 알루미늄 베이스 플레이트에 매립 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 열교환용 방열기의 제조방법은,

600～700℃ 고온으로 용해된 알루미늄용탕을 200～500℃의 고온으로 예열된 베이스 플레이트 성형용기에 15～40mm 높이로 저장하는 알루미늄용탕 저장단계;

철판 재질로 된 좌,우측 앤드 플레이트와, 이들 사이에 0.2～0.8mm 박판의 동판으로 형성되고 2～8mm의 일정간격으로 마주하게 설치되는 다수의 방열핀들을 200～500℃의 고온으로 예열시킨 상태에서 상기 좌,우측 앤드 플레이트 및 상기 다수의 방열핀들 각각의 하단 일부(5～15mm 정도)만 알루미늄용탕에 침투되도록 상기 베이스 플레이트 성형용기의 상측에서 알루미늄용탕으로 투입시키는 방열핀 투입단계;

상기 방열핀 투입단계를 거친 베이스 플레이트 성형용기에 저장된 알루미늄용탕을 냉각시켜서 다수의 방열핀들과 좌,우측 앤드 플레이트들의 하단 일부만 응고된 알루미늄 베이스 플레이트에 일체로 결합되게 하는 알루미늄용탕 냉각단계;

상기 알루미늄용탕 냉각단계에서 베이스 플레이트 성형용기내에서 응고되어 다수의 방열핀들 및 좌,우측 앤드 플레이트들 각각의 하단 일부만 매립된 상태로 일체 결합되어 있는 알루미늄 베이스 플레이트를 상기한 성형용기에서 꺼내는 탈형단계; 로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 알루미늄용탕 냉각단계는 냉풍을 이용하여 베이스 플레이트 성형용기에 저장되어 있는 알루미늄용탕을 냉각 응고시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 열교환용 방열기는 알루미늄 베이스 플레이트의 일면에 박판의 동판으로 형성된 다수의 방열핀들이 일체로 결합되어 있어 열방출 효율이 우수하므로 냉동사이클에서 냉매를 냉각시키는 열교환장치에 적용하게 될 경우에는 냉매의 냉각효율을 높일 수 있으며, 또는 트랜지스터 등 각종 전자장비에 적용하였을 경우에는 인쇄회로기판 등에서 발생하는 열을 효율적으로 방출시킬 수 있도록 하는 효과가 있으며, 또한 상기 베이스 플레이트는 저가의 알루미늄 재질로 형성하는 한편, 다수의 방열핀들은 열전도율이 우수한 박판의 동판으로 형성하였으므로 열교환 효율이 매우 우수한 열교환용 방열기를 제공할 수 있도록 하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 열교환용 방열기의 사시도이며,
도 2는 본 발명의 다수의 방열핀 조립상태 사시도이고,
도 3은 본 발명의 베이스 플레이트와 방열핀의 결합상태 단면도이며,
도 4는 본 발명의 방열핀 확대 단면도이고,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 열교환용 방열기의 제조공정도이다.

본 발명에 의한 열교환용 방열기에 대한 구체적인 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하기로 한다.

도면부호 1은 열교환용 방열기를 나타내는 것으로, 상기 열교환용 방열기(1)는 알루미늄 베이스 플레이트(2)와 박판의 동판들이 일정간격으로 격설된 상태로 다수 조립되어 있는 방열핀(3)과, 상기 다수의 방열핀(3)들을 지지하기 위해 다수의 방열핀(3)들의 좌,우 양측에 고정 설치되어 있는 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b)로 구성되어 있다.

상기 열교환용 방열기(1)에서 알루미늄 베이스 플레이트(2)의 일면에 일정간격으로 형성되어 있는 다수의 방열핀(3)들과 이들 좌,우 양측에 형성되어 있는 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b)들은 각기 하단 일부만 알루미늄 베이스 플레이트(2) 일면에 매립된 상태에서 돌출하도록 고정되어 있다.

또한 상기 알루미늄 베이스 플레이트(2)의 일면에 하단 일부만 매립된 상태에서 일정간격으로 형성되는 다수의 방열핀(3)들 각각에는 냉매 또는 공기 등의 열교환용 유체를 순환시키는 열교환관(5)을 지그재그상으로 배설할 수 있도록 하기 위하여 상기 다수의 방열핀(3)들 각각에는 복수의 관통공(31)들이 종횡으로 일정간격이 유지되는 상태로 형성되어 있으며, 또한 상기 다수의 방열핀(3) 각각에 형성되는 복수의 관통공(31)들 각각은 모두 같은 방향을 향해 동일한 길이로 돌출하는 돌출부(32)가 형성되어 있다.

또한 상기 다수의 방열핀(3)들 각각에서 같은 방향을 향해 돌출하는 돌출부(32)들은 서로 이웃하는 방열핀(3)들 각각에 형성된 각 관통공(31)의 일측에 맞닿는 상태로 조립되므로써 다수의 방열핀(3)들은 모두 상기한 돌출부(32)의 돌출 길이만큼씩 이격 설치되는 것이다.

또한 상기 다수의 방열핀(3)들 각각에는 열교환관(5)이 지그재그상으로 관통하는 관통공(31)들 사이에 각 방열핀(3)들의 강도를 보강함과 동시 열교환면적을 넓혀주기 위해 상기 열교환관(5)에 대하여 직교하는 수평방향을 향해 절곡 형성되는 절곡부(33)를 구비하고 있다.

또한 상기 다수의 방열핀(3)들의 좌,우 양측에는 다수의 방열핀(3)을 지지하기 위하여 철판 재질로 된 좌,우측 앤드플레이트(4a,4b)가 형성되는데, 상기한 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b) 각각에도 각 방열핀(3)에 형성되는 복수의 관통공(31)들 각각에 연결되는 관통구멍(부호 생략)이 형성되어 있어 열교환관(5)을 지그재그상으로 배설할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되는 열교환용 방열기(1)의 제조공정을 단계별로 설명하면 다음과 같다.

<알루미늄용탕 저장단계>

이 저장단계는 600～700℃의 고온으로 용해된 알루미늄용탕(2a)을 베이스 플레이트 성형용기(6)에 설정된 높이로 저장하는 단계로서, 이 단계에서는 고온으로 용해된 알루미늄용탕(2a)이 급속한 온도변화로 튀는 현상을 배제하기 위하여 상기 베이스 플레이트 성형용기(6)를 200～500℃의 고온으로 예열시킨 상태에서 알루미늄용탕(2a)을 베이스 플레이트 성형용기(6)에 저장하는 것이다.

상기와 같이 고온으로 예열된 베이스 플레이트 설형용기(6)에 알루미늄용탕(2a)을 부어넣게 되면 알루미늄용탕(2a)의 온도가 급속하게 변화되지 않게 되어 튀는 현상이 나타나지 않고 상기 베이스 플레이트 성형용기(6)에 안정된 상태로 저장되는 되는 것이며, 이때 상기 베이스 플레이트 성형용기(6)에 저장되는 알루미늄용탕(2a)의 저장 높이(H)는 대략 15～40mm 정도이다.

<방열핀 투입단계>

이 투입단계는 일정간격으로 설치되는 다수의 방열핀(3)과 이들 양측에 배열 설치되는 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b) 각각의 하단 일부만 베이스 플레이트 성형용기(6)에 저장되어 있는 알루미늄용탕(2a)에 침투시키는 단계이다.

먼저, 상기 다수의 방열핀(3)과 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b)를 조립하는 과정에 대하여 설명한다.

상기 다수의 방열핀(3)들은 두께가 0.2～0.8mm의 박판으로 형성된 동판이 사용되며, 또한 상기 다수의 방열핀(3)들 각각은 서로간에 2～8mm의 일정한 간격(S)으로 이격된 상태로 마주하도록 조립되는 것이며, 상기 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b)는 0.5～2mm 두께의 철판을 소재로 하여 제작된 것이 사용된다.

또한 상기 다수의 방열핀(3) 및 좌,우측 앤드플레이트(4a,4b) 각각은 지그재그상으로 배설되는 열교환관(5)에 의하여 일정간격을 유지한 상태로 고정되는데, 이를 위해 상기 다수의 방열핀(3) 각각에는 종횡방향을 향해 일정간격으로 복수의 관통공(31)과 상기한 관통공(31)들 각각에는 같은 방향을 향해 동일한 길이로 돌출하는 돌출부(32)가 형성되어 있으며, 상기 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b) 각각에도 각 방열핀(3)에 형성되는 복수의 관통공(31)들과 일치하도록 복수의 관통구멍(부호 생략)이 형성되어 있다. 따라서 상기 다수의 방열핀(3)들과 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b)들 각각에 열교환관(5)을 지그재그상으로 배설할 수 있게 되는 것이다.

상기 열교환관(5)을 지그재그상으로 배설하는 구조에 대하여 간략하게 설명하면, 먼저 다수의 방열핀(3)에 형성된 복수의 관통공(31)과 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b)에 형성된 복수의 관통구멍(부호 생략) 각각에 직선으로 된 복수의 파이프를 각각 삽입하여 조립하는데, 이때 각 파이프의 양단이 좌,우측 앤드 플레이트에 노출되도록 한다. 이어서 상기 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b) 각각에 노출된 복수의 파이프들이 지그재그상으로 연결된 상태가 되도록 U자형 연결파이프를 상기 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b) 각각에서 노출된 복수의 파이프들의 단부에 용접 등의 방법으로 연결시키게 되면 상기 다수의 방열핀(3)과 이들 좌,우 양측에 조립되는 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b)에 배설되는 열교환관(5)은 지그재그상으로 연결되는 것이다.(도 3 참조)

또한 상기 다수의 방열핀(3)들은 복수의 관통공(31) 각각에 돌출되어 있는 돌출부(32)들이 서로 이웃하는 관통공(31)에 억지끼움된 것과 같이 맞닿은 상태로 조립되어 있으므로 다수의 방열핀(3)들 각각은 일정한 간격(S)으로 이격된 상태로 조립되는 것이다.(도 3 참조)

상기와 같이 열교환관(5)이 지그재그상으로 배설된 다수의 방열핀(3) 및 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b)를 베이스 플레이 성형용기(6)에 저장되어 있는 알루미늄용탕(2a)에 투입시키는데, 이때 고온의 알루미늄용탕(2a)이 급격한 온도변화로 인해 튀는 현상이 나타나지 않도록 하기 위해 상기 다수의 방열핀(3)과 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b)를 200～500℃의 고온으로 예열한 상태에서 상기 다수의 방열핀(3) 및 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b) 각각의 하단 일부만 알루미늄용탕(2a)에 투입하게 된다.

즉, 상기 다수의 방열핀(3) 및 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b) 각각의 하단부분에 배설되어 있는 열교환관(5)이 알루미늄용탕에 침투하지 아니하도록 도 5b의 도시와 같이 다수의 방열핀(3)과 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b) 각각의 하단 일부만 알루미늄용탕(2a)에 투입되는 것이며, 이때 다수의 방열핀(3) 및 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b)의 하단 일부가 알루미늄용탕(2a)에 투입되는 깊이는 5～15mm 정도이다.

<알루미늄용탕 냉각단계>

이 단계는 전 단계인 방열핀 투입단계에서 다수의 방열핀(3)과 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b) 각각의 하단 일부가 5～15mm의 깊이로 알루미늄용탕(2a)에 투입되어 있는 상태로 아루미늄용탕(2a)을 냉각시켜서 응고시키는 단계이다.

상기 알루미늄용탕(2a)의 냉각은 자연냉각시키거나 또는 냉풍을 강제 송풍시켜주는 방법으로 냉각시키는 것이며, 상기 알루미늄용탕(2a)이 냉각작용으로 응고되면 상기 다수의 방열핀(3) 및 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b) 각각은 하단 일부만 응고된 알루미늄 베이스 플레이트(2) 상면에 일체로 결합된 상태로 고정되는 것이다.

<탈형단계>

이 단계는 전 단계인 일루미늄용탕 냉각단계에서 냉각작용이 완료되어 응고된 알루미늄 베이스 플레이트(2)를 베이스 플레이트 성형용기(6)에서 꺼내는 단계이다.(도 5c 참조)

상기 베이스 플레이트 성형용기(6)에서 탈형된 알루미늄 베이스 플레이트(2)의 상면에는 하단 일부가 매립된 다수의 방열핀(3) 및 좌,우측 앤드 플레이트(4a,4b)가 알루미늄 베이스 플레이트(2)와 일체로 결합되어 있는 상태로 고정 부착되어 있다.

상기와 같이 알루미늄 베이스 플레이트(2) 상면에 일체로 결합되어 있는 다수의 방열핀(3)들은 열전도율이 매우 우수한 박판의 동판으로 형성되어 있으므로 상기 알루미늄 베이스 플레이트(2)로부터 열을 빼았아 방출시키는 열방출작용이 매우 우수할 뿐 아니라 다수의 방열핀(3)들 각각은 일정한 간격(S)으로 이격 설치되어 있으므로 열방출 효율이 매우 우수한 특징을 나타내는 것이다.

한편, 본 발명은 냉매사이클의 열교환장치 및 트랜지스터와 같은 전자장치에서 발생되는 열을 외부로 방출시키기 위한 방열기로 사용할 수 있을 쁜 아니라 열을 흡수하는 용도에 다양하게 적용할 수 있는 것이다.

1 : 열교환용 방열기 2 : 알루미늄 베이스 플레이트
2a : 알루미늄용탕 3 : 방열핀
31 : 관통공 32 : 돌출부
33 : 절곡부 4a,4b : 좌,우측 앤드 플레이트
5 : 열교환관 6 : 베이스 플레이트 성형용기

Claims (6)

1. 베이스 플레이트와 상기 베이스 플레이트 일면에 다수의 방열핀들이 일정간격으로 형성되도록 구성되는 열교환용 방열기에 있어서,
   상기 열교환용 방열기의 베이스 플레이트는 알루미늄 재질로 형성하고, 상기한 방열핀들은 박판의 동(구리)판으로 형성하되, 상기 박판의 동판으로 형성된 다수의 방열핀들은 그들의 하단 일부가 상기한 알루미늄 베이스 플레이트 일면에 매립된 상태로 고정되도록 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 열교환용 방열기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수의 방열핀들 각각에는 열교환용 유체를 순환시키는 열교환관을 지그재그상으로 배설할 수 있도록 각 방열핀들 각각에 일정간격으로 형성되는 복수의 관통공과 이들 각 관통공에는 같은 방향을 향해 돌일한 길이로 돌출하는 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 복수의 관통공들 각각에서 돌출되는 돌출부들은 서로 이웃하는 방열핀에 같은 위치에 형성되어 있는 관통공에 맞닿은 상태로 조립되는 것을 특징으로 하는 열교환용 방열기.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 다수의 방열핀들은 열교환용 유체를 순환시키는 열교환관이 지그재그상으로 관통 설치되는 관통공들 사이에 각 방열핀들의 강도를 높여줌과 동시에 열교환면적을 넓혀주기 위해 수평방향을 향해 절곡 형성되는 절곡부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환용 방열기.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수의 방열핀들의 좌,우 양측에는 철판으로 형성된 좌,우측 앤드 플레이드가 형성되어 있으며, 상기 좌,우측 앤드 플레이트는 각 방열핀과 같이 하단 일부만 알루미늄 베이스 플레이트에 매립 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환용 방열기.
   
5. 600～700℃ 고온으로 용해된 알루미늄용탕을 200～500℃의 고온으로 예열된 베이스 플레이트 성형용기에 15～40mm 높이로 저장하는 알루미늄용탕 저장단계;
   철판 재질로 된 좌,우측 앤드 플레이트와, 이들 사이에 0.2～0.8mm 박판의 동판으로 형성되고 2～8mm의 일정간격으로 마주하게 설치되는 다수의 방열핀들을 200～500℃의 고온으로 예열시킨 상태에서 상기 좌,우측 앤드 플레이트 및 상기 다수의 방열핀들 각각의 하단 일부(5～15mm 정도)만 알루미늄용탕에 침투되도록 상기 베이스 플레이트 성형용기의 상측에서 알루미늄용탕으로 투입시키는 방열핀 투입단계;
   상기 방열핀 투입단계를 거친 베이스 플레이트 성형용기에 저장된 알루미늄용탕을 냉각시켜서 다수의 방열핀들과 좌,우측 앤드 플레이트들의 하단 일부만 응고된 알루미늄 베이스 플레이트에 일체로 결합되게 하는 알루미늄용탕 냉각단계;
   상기 알루미늄용탕 냉각단계에서 베이스 플레이트 성형용기내에서 응고되어 다수의 방열핀들 및 좌,우측 앤드 플레이트들 각각의 하단 일부만 매립된 상태로 일체 결합되어 있는 알루미늄 베이스 플레이트를 상기한 성형용기에서 꺼내는 탈형단계; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환용 방열기의 제조방법.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 알루미늄용탕 냉각단계는 냉풍을 이용하여 베이스 플레이트 성형용기에 저장되어 있는 알루미늄용탕을 냉각 응고시키는 것을 특징으로 하는 열교환용 방열기의 제조방법.
   

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