KR101188984B1

KR101188984B1 - 공기대 물 열교환기

Info

Publication number: KR101188984B1
Application number: KR1020110077039A
Authority: KR
Inventors: 정현종
Original assignee: 정현종
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2012-10-08

Abstract

공기대 물 열교환기가 개시된다. 본 발명에 의한 공기대 물 열교환기는 한 쌍의 대향하는 방열판 내부에 냉각수로가 구비되는 다수의 방열채널이 적층되는 구조를 갖는 열교환기에 관한 것으로, 1) 설치방향에 무관하게 대향류 열교환이 가능한 냉각수로 패턴을 가지며, 2) 냉각수로의 상단 일측에 냉각수의 유속이 일정구간 감속되는 기포필터부와 기화된 냉각수가 포집되어 응축되는 응축부가 형성되며, 3) 별도의 헤더를 두지 않고서 대향하는 방열판의 인입구, 토출구끼리 서로 연결되도록 설계함으로써 구조를 단순화하고 부피를 감소시켜 제조단가를 낮춤은 물론 소형의 공기대 물 열교환기의 제작을 가능케한다. 뿐만 아니라, 열교환 경로를 단축시킴으로써 비금속 재질의 방열판을 사용할 수 있도록 하여 부식으로 인한 문제에서 벗어날 수 있으며 이로 인하여 관리가 용이하며 제품 수명이 연장될 수 있다.

Description

공기대 물 열교환기{AIR TO WATER HEAT EXCHANGER}

본 발명은 공기대 물 열교환기에 관한 것이다.

종래기술에 의한 수냉식 열교환 시스템의 일반적인 구성을 살펴보면 고온으로 데워진 냉각수가 식혀지는 라디에이터, 상기 라디에이터에 저온의 기류를 인가하는 팬, 냉각수를 저장하는 리저브 탱크, 냉각수를 이송하는 펌프를 구비한다.

이러한 수냉식 열교환 시스템은 공냉식에 비하여 열교환 성능이 우수함에도 불구하고 사이즈가 크고 구조가 복잡할 뿐만 아니라 고장율이 높다는 단점을 가진다.

뿐만 아니라, 금속재질의 냉각수로를 따라 냉각수를 이송시키는 과정에서 냉각수로 등의 금속부재가 부식될 수 있기 때문에 필히 부식방지액을 넣어야 함은 물론, 희생금속을 넣어 금속부재의 부식을 방지하여야 한다.

따라서, 부식방지액과 희생금속을 정기적으로 교환하거나 보충해주어야 하므로 관리가 매우 까다롭다는 점 역시 단점으로 꼽힌다.

이러한 까닭에 수냉식 열교환 시스템의 열교환 성능이 우수함에도 불구하고 공냉식 열교환 시스템을 완전히 대체하기 어려운 실정이다.

따라서, 이러한 문제점을 해소하기 위해서는 기존과는 전혀 상이한 새로운 구조의 수냉식 열교환 시스템의 개발이 필요하다 하겠다.

한편, 컴퓨팅 기술의 발전에 따라 칩셋들의 클럭스피드가 매우 빠른 속도로 증가하고 있으며 이에 따라 컴퓨터에 사용되는 칩셋들의 발열량 또한 크게 증가하는 추세이다.

이에 따라, 최근에는 개인용 컴퓨터의 냉각을 위하여 공냉식 냉각장치 대신 수냉방식의 열교환 시스템을 갖추는 경우도 흔히 볼 수 있다.

컴퓨터용 수냉방식의 냉각장치 시스템은 타 기술분야에 적용되는 공기대 물 열교환기와 비교할 때 대체로 큰 열교환 용량을 요하지 않으므로 대체로 크기가 작으며 리저버를 생략하기도 한다. 그러나, 이러한 경우 냉각수의 온도상승에 따른 수증기 발생으로 내부 압력이 상승하여 누수 가능성이 높아지며, 냉각수의 흐름에 기체가 유입되어 소음이 발생하기도 한다.

이를 해소하기 위해서는 기화된 냉각수를 뽑아내는 별도의 부재가 필요할 뿐만 아니라, 냉각수가 점차 줄어들기 때문에 수시로 냉각수를 보충해주어야 한다는 번거로움이 있다.

이러한 문제점을 근본적으로 회피하기 위해서는 열교환 시스템을 완전밀폐형으로 구현할 수도 있다. 완전밀폐형 수냉식 열교환 시스템의 경우 기화된 냉각수를 도로 응축하여 액화시켜야 하는 어려움이 있다.

만약 응축이 적절히 이루어지지 아니하여 수냉시스템에 증발된 기체가 응축되지 않고 누적적으로 포집될 경우 수냉시스템 내부의 압력이 높아져 누수 또는 파손과 같은 손상발생 가능성이 높아진다.

특허공개 제10-2009-0036777호는 컴퓨터용 수냉식 열교환 시스템을 개시하고 있는데, 상기 공개특허에 의해 공지된 열교환 시스템은 도 1에 도시된 바와 같은 종래 흔히 사용되는 핀튜브 방식의 수냉식 열교환 시스템에 관한 것이다.

이와 같은 종래의 컴퓨터용 공기대 물 열교환기는 상대적으로 큰 열교환 용량을 필요로하지 않는 컴퓨터용 냉각시스템에 기존 수냉식 냉각시스템의 구조를 그대로 채택함으로써 냉각수 -> 튜브 -> 핀 -> 외기에 이르는 긴 열교환 경로를 거치도록 하여 열교환 효율이 크게 떨어지며, 튜브와 핀의 경우 고가의 금속인 구리, 알루미늄을 이용하여 제조되기 때문에 단가가 크게 상승하며, 제품 수명을 위하여 냉각수를 보충하거나 부식방지제와 희생금속을 넣어주어야 한다는 문제점을 고스란히 가지고 있다.

한편, 이러한 핀튜브 방식의 수냉식 열교환 시스템은 핀 튜브를 병렬식으로 구성하는 경우 각각의 튜브를 연결하는 별도의 헤더가 필요한데 이때, 헤더에 기화된 냉각수가 존재하는 경우 열교환 효율을 크게 저해하거나 관내압력이 높아져 파손 또는 누수의 원인으로 작용하기도 한다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로 유로의 구조 설계를 통해 별도의 리저브 탱크 없이도 기화된 냉각수를 열교환기 내부에 가둬둠과 동시에 지속적으로 응축시켜 액화함으로써 내부 압력이 일정 이상 증가하지 않도록 하는 공기대 물 열교환기의 제공을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 박판의 방열판을 통해 대향류 열교환이 이뤄지도록 함과 동시에 한 쌍의 방열판을 적층하여 내부에 유로를 형성하되, 이와 같이 생성된 방열판들을 적층하되 각각 헤더에 의해 연결되도록 일체형으로 구현함으로써 단순한 구조를 통한 발열효율 증대와 생산비용의 절감을 동시에 가능케하는 공기대 물 열교환기의 제공에 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로 제 1 방열판(110); 상기 제 1 방열판(110)에 적층되는 제 2 방열판(120);을 구비하되, 상기 제 1 방열판(110) 및 상기 제 2 방열판(120)의 내부 공간에 냉각수가 이동하는 냉각수로가 구비되며, 상기 냉각수로를 따라 상기 제 1 방열판(110) 및 상기 제 2 방열판(120)의 접촉면이 상호 접합된 다수의 방열채널(100);을 구비하되,

상기 제 1 방열판(110)은 그 표면 일측에 냉각수가 인입되는 인입구(111); 냉각수가 토출되는 토출구(112)가 천공되어 형성되고,

상기 제 2 방열판(120)은 상기 인입구(111)에 대응하는 위치에 인입연결구(121); 상기 토출구(112)에 대응하는 위치에 토출연결구(122)가 천공되어 형성되며,

상기 제 1 방열판(110)은 설치시 상기 인입구(111)에서부터 위쪽으로 소정거리 연장되다 일측방향으로 절곡되어 소정거리 연장된 다음 아래쪽 반대방향으로 절곡되어 소정거리 연장되기를 반복하는 지그재그 형상을 가지되 끝단이 상기 토출구(112)로 연결되는 냉각수로(113);를 구비하며, 상기 제 2 방열판(120)이 설치시 상기 인입연결구(121)에서부터 위쪽으로 소정거리 연장되다 일측방향으로 절곡되어 소정거리 연장된 다음 아래쪽 반대방향으로 절곡되어 소정거리 연장되기를 반복하는 지그재그 형상을 가지되 끝단이 상기 토출연결구(122)로 연결되는 냉각수로(123);를 구비하고,

상기 다수의 방열채널(100)은 상호간 소정거리 이격되어 적층되며, 적층시 각 방열채널(110)의 인입구(111) 및 인입연결구(121)들이 일직선상으로 연결되고, 각 방열채널의 토출구(112) 및 토출연결구(122)들이 일직선상으로 연결되되,

상기 냉각수로(113)는 상기 인입구(111) 및 인입연결구(121)로부터 위쪽으로 소정거리 연장되다 일측방향으로 절곡되어 저면이 사선하향하며 연장된 다음 냉각수 유속이 감소하도록 상기 냉각수로(113) 저면의 각도가 완만해지는 구간인 기포필터부(114, 124)를 구비하며, 기포필터부(114, 124) 이후 반대방향으로 절곡되어 더 연장되되,

설치시 가장 위쪽에 위치한 구간의 수로폭이 그 아래에 위치한 구간의 수로폭에 비하여 넓으며, 상기 냉각수로(113)의 가장 위쪽에 위치한 구간 일측 공간에 기화된 냉각수가 모이는 응축부(115, 125)를 더 구비하며,

상기 제 1 방열판(110)의 냉각수로(113)는 상기 제 1 방열판(110) 표면에서 방열채널(100)의 내측방향에서 일정두께 음각됨으로써 형성되며, 상기 제 2 방열판(120)의 냉각수로(123)는 상기 제 1 방열판(110) 표면에서 방열채널(100)의 내측방향에서 일정두께 음각됨으로써 형성되되,

상기 제 1 방열판(110) 및 상기 제 2 방열판(120)은 상기 냉각수로(113, 123)의 외측을 따라 상호간 접합되며,

상기 제 1 방열판(110)가 그 표면에 방열채널(100)의 외측방향으로 돌출된 다수개의 외측결합돌기(117)를 가지며, 상기 제 2 방열판(120)이 그 표면에 방열채널(100)의 외측방향으로 돌출된 다수개의 외측결합돌기(127)를 가지되,

상기 다수의 방열채널(100)이 적층되면 인접한 두 방열채널(100)의 외측결합돌기(117, 127)가 상기 인접한 두 방열채널(100)이 소정거리 이격되도록 지지하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의할 때 별도의 리저브 탱크 없이도 기화된 냉각수를 열교환기 내부에 가둬둠과 동시에 지속적으로 응축시켜 액화함으로써 내부 압력이 일정 이상 증가하지 않도록 하는 단순한 구조의 완전밀폐형 공기대 물 열교환 시스템의 구현이 가능해진다.

특히, 별도의 헤더를 생략함으로써 기화된 냉각수가 헤더에 모여 냉각효율을 떨어뜨리는 것을 미연에 방지할 수 있다는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 박판의 방열판을 통해 대향류 열교환이 이뤄지도록 함과 동시에 한 쌍의 방열판을 적층하여 내부에 유로를 형성하고, 이와 같이 생성된 방열판들을 적층하되 각각 헤더에 의해 연결되도록 일체형으로 구현함으로써 우선 열교환 경로가 냉각수 -> 박판 -> 외기로 짧아져 열교환 효율이 크게 향상되며,

헤더, 방열핀, 응축기, 리저브 탱크의 기능을 올인원으로 구현하여 구성을 간소화함으로써 부피가 작아질 뿐 아니라 생산비용이 크게 절감된다는 효과가 있다.

한편, 열교환 경로가 박판을 매개로 하여 냉각수와 외기가 직접 열교환을 하는 구조이므로 공기에 의한 대류 열교환 계수가 지배적인 변수가 된다. 따라서, 재료에 대한 제한에서 상대적으로 자유로울 수 있다.

따라서, 방열판의 재료로 구리와 알루미늄과 같은 고가의 금속을 사용하지 않아도 무방하며 경우에 따라서는 수지를 사용할 수도 있게 된다.

특히, 수지를 방열판의 재료로 사용하는 경우 부식으로 인한 문제점이 근본적으로 해결될 수 있다. 따라서, 부식방지제나 희생금속을 넣는 등의 번거로움이 해소되어 유지관리가 간편할 뿐만 아니라, 제품 수명이 크게 증가한다.

최근 상용화되기 시작한 열전도성 수지를 사용하는 경우 열교환 효율을 유지하면서도 방열판의 두께를 조절함으로써 내압성을 향상시킬 수도 있다.

도 1은 종래기술에 의한 핀튜브 방식의 공기대 물 열교환기이며,
도 2는 다수의 방열채널이 적층된 구조를 갖는 본 발명에 의한 공기대 물 열교환기의 외형을 설명하는 참고도이며,
도 3은 도 2에 도시된 방열채널의 구조를 설명하는 참고도이며,
도 4는 방열채널을 구성하는 일측 방열판과 타측 방열판의 결합시 용착되는 면적 부위를 도시하는 참고도이며,
도 5는 두장의 방열채널이 적층되는 구조를 설명하는 참고도이며,
도 6은 본 발명에 의한 공기대 물 열교환기를 통해 냉각수가 이동하는 경로를 개념적으로 설명하는 참고도이며,
도 7은 본 발명에 의한 공기대 물 열교환기의 설치시 대향류에 의한 열교환이 이루어지는 과정을 설명하는 참고도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명에 의한 공기대 물 열교환기의 구성을 상세히 설명한다. 한편, 본 발명을 명확히 하기 위하여 본 발명의 구성과 관련없는 내용은 생략하기로 하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명한다.

한편, 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 "~수단", "~부", "~모듈", "~블록"으로 명명된 구성요소들은 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.

도 2는 다수의 방열채널이 적층된 구조를 갖는 본 발명에 의한 공기대 물 열교환기의 외형을 설명하는 참고도이며, 도 3은 도 2에 도시된 방열채널의 구조를 설명하는 참고도이다.

도 2에 도시된 바에 의할 때 본 발명에 의한 공기대 물 열교환기는 다수의 방열채널(100)이 적층된 구조를 가진다.

각 방열채널(100)은 도 3에 도시된 바와 같이 한 쌍의 제 1 방열판(110)과 제 2 방열판(120)이 상호간 접합됨으로써 이루어진다.

제 1 방열판(110)은 그 표면 일측에 냉각수가 인입되는 인입구(111)와 냉각수가 토출되는 토출구(112)가 천공되어 형성되며, 상기 인입구(111)에서부터 위쪽으로 소정거리 연장되다 일측방향으로 절곡되어 소정거리 연장된 다음 아래쪽 반대방향으로 절곡되어 소정거리 연장되기를 반복하는 지그재그 형상을 가지되 끝단이 상기 토출구(112)로 연결되는 냉각수로(113)를 더 구비한다.

한편, 제 2 방열판(120)은 상기 인입구(111)에 대응하는 위치에 인입연결구(121)가, 상기 토출구(112)에 대응하는 위치에 토출연결구(122)가 천공되어 형성되며, 상기 인입연결구(121)에서부터 위쪽으로 소정거리 연장되다 일측방향으로 절곡되어 소정거리 연장된 다음 아래쪽 반대방향으로 절곡되어 소정거리 연장되기를 반복하는 지그재그 형상을 가지되 끝단이 상기 토출연결구(122)로 연결되는 냉각수로(123)를 구비한다.

이때, 제 1 방열판(110)과 제 2 방열판(120)은 서로 대칭되는 구조를 가지며, 도 2에 도시된 바와 같이 상호접합함으로써 냉각수로(113, 123)가 일체로 된다.

도 4는 방열채널을 구성하는 일측 방열판과 타측 방열판의 결합시 용착되는 면적 부위를 도시하는 참고도이다.

도 4에는 제 2 방열판(120)이 도시되어 있다. 이때, 냉각수로(123)의 외측으로 초록색으로 표시된 부분은 제 1 방열판(110)에 적층될 때 상기 제 1 방열판(110)의 대응되는 부분과 융착 또는 접착된다.

한편, 제 1 방열판(110)의 냉각수로(113)는 도 2를 기준으로 할 때 제 1 방열판(110) 표면에서 방열채널(100)의 내측방향에서 일정두께 음각됨으로써 형성되며, 제 2 방열판(120)의 냉각수로(123) 또한 제 2 방열판(110) 표면에서 방열채널(100)의 내측방향에서 일정두께 음각됨으로써 형성된다.

이에 의하여 제 1 방열판(110)과 제 2 방열판(120)을 적층하여 상호 접합함에 따라 상기 제 1 방열판(110)과 제 2 방열판(120)의 외곽 부분은 마치 원래 하나의 평판이었던 것처럼 접합되며, 그 내부에 냉각수로(113, 123)만이 외부로 노출된다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 방열판(110)의 냉각수로(113)는 그 내부에 방열채널(100)의 내측방향으로 돌출된 내측결합돌기(116)을 가지며, 제 2 방열판(120)의 냉각수로(123)는 그 내부에 방열채널(100)의 내측방향으로 돌출된 내측결합돌기(126)을 가진다.

이러한 내측결합돌기(116, 126)는 제 1 방열판(110)과 제 2 방열판(120)을 적층하여 접합시, 상호간 융착 또는 접착되거나 또는 상대측 냉각수로(113, 123) 내측면에 융착되거나 접착되어 유로의 형상을 유지함은 물론 냉각수의 압력에 따른 변형을 방지한다.

도 5는 두장의 방열채널이 적층되는 구조를 설명하는 참고도이다.

도 5의 (a)는 제 1 방열판(110)을 방열채널(100)의 외측에서 바라본 모습을 도시한다.

도 5의 (a)에 도시된 바에 의할 때 방열채널(100)의 외측, 즉 공기 유동측에서 바라볼 때 냉각수로(113)는 양각으로 형성되어 있으며, 그 위에 돌출된 다수의 외측결합돌기(117)를 가짐을 확인할 수 있다.

제 2 방열판(120) 또한 제 1 방열판(110)과 대칭되는 구조이므로 마찬가지로 외측방향으로 외측결합돌기(127)를 가진다.

도 5의 (a)에서 초록색으로 표시된 부분은 외측결합돌기(117)의 상부면으로 다수의 방열채널(100)을 적층하였을 때 인접하는 타 방열채널(100)의 외측결합돌기(127)에 융착되거나 접착된다.

한편, 도 5의 (a)에 도시된 바에 의할 때 제 1 방열판(110)의 인입구(111)와 토출구(112)의 외곽 가장자리 부분은 상기 외측결합돌기(117)와 마찬가지로 외측방향으로 돌출됨을 알 수 있다.

물론, 제 2 방열판(120)의 인입연결구(121)와 토출연결구(122) 또한 외측방향으로 돌출됨이 바람직하다.

도 5의 (b)는 두개의 방열채널(100)이 적층된 구조를 위쪽에서 바라본 모습이다.

이에 의할 때, 인접하는 두 방열채널(100)의 돌출된 외측결합돌기(117, 127)간 상호 융착되거나 접착되며, 돌출된 인입구(111)와 인입연결구(121), 토출구(112)와 토출연결구(122)가 각각 상호 융착되거나 접착됨을 알 수 있다.

따라서, 인접한 두 방열채널(100)은 서로 일정거리 이격된 상태로 적층될 수 있으며, 두 방열채널(100) 사이의 공간 사이로 팬(미도시)에 의해 발생된 기류가 강제로 유입될 수 있다.

이와 같은 적층구조를 연속적으로 형성함으로써 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명에 의한 공기대 물 열교환기가 제조될 수 있다.

이렇게 다수의 방열채널(100)이 적층됨에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 각 방열채널(110)의 인입구(111) 및 인입연결구(121)들이 일직선상으로 연결되고, 각 방열채널의 토출구(112) 및 토출연결구(122)들이 일직선상으로 연결된다.

도 2에 도시된 공기대 물 열교환기에서 가장 좌측에 도시된 방열패널(100)의 인입구(111)로 냉각수가 유입이되면, 유입된 냉각수는 일부는 냉각수로(113, 123)를 따라 이동하되, 나머지는 인입연결구(121)를 통해 바로 우측의 방열패널(100)의 인입구로 들어간다. 이런식으로 가장 우측의 방열패널(100)의 인입구(111)까지 냉각수가 유입이되며, 유입된 냉각수는 각각 냉각수로(113, 123)를 따라 토출구(112)까지 이동하여 도출된다.

토출순서는 가장 우측의 방열패널(100)의 토출구(112)를 통해 토출된 냉각수가 바로 좌측의 방열패널(100)의 토출연결구(122)로 이동하며, 이러한 과정을 거쳐 마지막에는 가장 좌측의 방열패널(100)의 토출구(112)를 통해 토출된다.

도 2의 예에서 가장 우측의 방열패널(100)은 인입연결구(121) 및 토출연결구(122)가 없거나 막혀있어야 할 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이 다수의 방열패널(100)이 적층됨으로써 제조된 공기대 물 열교환기가 설치되면 각 방열패널(100)들 사이의 공간으로 기류가 유입되며, 냉각수로(113, 123)와 직접 대면하여 공기대 물의 열교환이 이루어진다.

한편, 방열판(110, 120)은 방열효율의 극대화를 위하여 종래기술과 마찬가지로 구리나 알루미늄 판으로 제조될 수도 있으나, 상기 살펴본 바와 같이 냉각수가 방열판(110, 120)을 사이에 두고 팬에 의해 유입되는 기류와 직접 열교환을 할 뿐 아니라, 후술하는 바와 같이 설치방향에 무관하게 대향류에 의한 열교환이 가능하기 때문에 종래 핀튜브 방식에 의해 열교환 효율이 월등하다. 따라서, 금속재질 대신 부식의 염려가 없는 수지 재질로 제조할 수도 있다.

이때 수지로 방열판(110, 120)을 제조하는 경우 한장의 박판 수지필름을 프레스 또는 진공성형 함으로써 인입구(111), 토출구(112), 냉각수로(113, 123) 및 내측결합돌기(116, 126)와 외측결합돌기(127, 117)까지 일체로 성형할 수 있어 제조단가를 낮출 수 있고 제조공정과 구조를 단순화할 수 있으나, 충분한 내압성을 확보해야 하는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우 방열판(110, 120)의 강성을 높여야 하는데 최근 상용화되기 시작한 열전도성 수지를 사용하거나, 금속으로 대체할 경우 열교환 효율을 떨어뜨리지 않을 수 있다.

이때, 방열판(110, 120)과 냉각수로(113, 123)를 모두 수지 재질로 제조하는 경우 제 1 방열판(110)과 제 2 방열판(120)을 적층한 다음 접착제로 접착하거나 고주파 접합을 통해 결착시킬 수 있다.

방열판(110, 120)을 박막의 수지재질로 제작할 경우 냉각수압으로 인한 변형이 발생할 수 있는데, 이 경우 한 쌍의 방열채널(100)들 사이의 공간이 협소해질 수 있으며 이 경우 기류의 유속이 떨어져 방열적 측면에서의 급격한 성능저하를 가져올 수 있으며, 이는 제품의 신뢰도 하락으로 이어진다.

따라서, 인접한 방열채널(100) 사이의 공간이 일정하게 유지됨은 물론, 냉각수로(113, 123)의 형상을 일정하게 유지하기 위하여 냉각수로(113, 123)의 내측과 외측에 각각 내측결합돌기(116, 126) 및 외측결합돌기(117, 127)를 두어 발생되는 변형력을 전체로 골고루 분산시켜 변형을 막고 내압성을 향상시킨다.

뿐만 아니라, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 인입구(111), 토출구(112), 인입연결구(121) 및 토출연결구(122)의 가장자리 부분을 외측으로 돌출시켜 인접한 방열채널(100)들간 융착 또는 접착시키는 경우 각 방열채널(100)의 인입구(111)와 인입연결구(121), 토출구(112)와 토출연결구(122) 사이 공간을 통한 변형이 발생할 수 있으며, 이를 방지하기 위하여 각 방열채널(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 헤더(130)를 갖는다.

헤더(130)는 인입구(111)와 인입연결구(121), 토출구(112)와 토출연결구(122) 사이 공간에 삽입되어 상기 공간을 지지함으로써 변형되지 않도록 한다.

아울러, 도 3에 도시된 바와 같이 냉각수가 골고루 분산될 수 있는 구조를 가짐이 바람직하며, 내부식성 재질로 제작됨이 바람직하다.

한편, 본 발명의 중요한 특징은 냉각수로(123)의 구조에 있다고 할 것인데, 도 4 및 도 6을 참조하여 냉각수로(113, 123)의 구조를 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명에 의한 공기대 물 열교환기를 통해 냉각수가 이동하는 경로를 개념적으로 설명하는 참고도인데, 녹색으로 표시된 부분은 냉각수로(113, 123) 내부의 공간을 나타낸다.

도 4에 도시된 바에 의할 때 냉각수로(113, 123)는 우선 인입구(111), 인입연결구(121)를 기준으로 일정 길이 위쪽으로 이어진다. 즉, 다수의 방열채널(100)이 병렬적으로 연결됨에도 불구하고 각 냉각수로(113, 123)가 위쪽으로 이어져 있어 각 방열채널(100)의 냉각수로(113, 123)로 고루 냉각수가 분산된다.

한편, 냉각수로(113, 123)는 중력 반대방향으로 따라 위쪽으로 이어진 다음 일측 방향으로 절곡되어 오른쪽 (또는 왼쪽)으로 연장된다.

이와 같이 인입구(111)로부터 위쪽으로 연장된 후 일측으로 절곡되어 사선하향하다 경사가 완만해지되, 그 끝부분에서 방향이 반대로 바뀌는 부분에 이르는 냉각수로(113, 123)의 구간은 기포필터부(114, 124)이다.

기포필터부(114, 124)는 냉각수가 데워짐에 따라 발생하는 기포를 포집한다.

기포필터부(114, 124)의 기작은 두가지인데, 첫번째는 인입구(111)에서부터 중력 반대방향으로 연장됨으로써 발생된 기포는 인입구(111)에 머물지 아니하고 중력반대방향으로 이동하게 된다.

두번째는 인입구(111)를 통해 유입된 고온의 냉각수가 기포필터부(114, 124)를 통과하는 동안 느린 유속으로 이동하되 냉각수로(113, 123)의 평균 폭에 비해 다소 두껍게 적층되도록 함으로써, 충분히 기화가 이루어진 이후에 이후의 구간으로 이동할 수 있도록 한다.

이를 위하여 기포필터부(114, 124)는 그 저면이 사선하향하여 유입된 냉각수가 아래로 이동할 수 있도록 하되, 도 4에 도시된 바와 같이 일정구간 급경사를 이루며 사선하향하다 끝부분에서는 그 경사가 완만해진다. 이에 의해 해당 구간에서의 유속이 줄어들 수 있다.

한편, 도 4의 예에 의할 때 우측으로 진행할수록 기포필터부(114, 124)의 저면과 냉각수로(113, 123) 내측 상면간 거리가 점점 멀어지므로 이후의 구간에 비해 고온의 냉각수가 다소 두껍게 적층될 수 있다.

도 4에 도시된 냉각수로(113, 123)의 맨 윗 구간은 그 아래의 구간에 비해 그 폭이 넓다. 도 4 및 도 6의 예에서는 냉각수로(113, 123)가 인입구(111), 인입연결구(131)를 기준으로 중력반대방향을 따라 위쪽으로 이어진 다음 일측 방향으로 절곡되어 그 저면만이 사선하향하되, 그 상면은 지면에 평행하도록 이어져 있어 그 폭이 점점 넓어짐을 알 수 있다.

이와 같은 기포필터부(114, 124)의 윗 부분 즉, 냉각수로(113, 123) 내측 상면 바로 아래의 공간은 응축부(115, 125)이다. 응축부(115, 125)는 기포필터부(114, 124)에서 포집된 기체를 포집한다.

한편, 응축부(115, 125)는 외부의 찬 공기에 의하여 급격하게 냉각되기 때문에 포집된 기체가 도로 액화되어 냉각수로 돌아간다.

물론, 이는 응축부(115, 125)에 일정량의 기체가 포집되어 압력이 일정한 수준에 도달했을때의 기작을 설명한 것이다.

이와 같은 기포필터부(114, 124)와 응축부(115, 125)의 기작에 의할 때 발생된 기체가 헤더 내에 포집되거나 좁은 유로에 머물지 아니함은 물론, 종래기술에 의한 리저브 탱크와 같이 포집된 기체를 외부로 배출시키지 아니하여도 액화시켜 냉각수로 되돌릴 수 있으므로, 기체에 의한 냉각수 유동 방해가 초래하는 열교환 효율의 저하가 방지될 수 있다.

한편, 냉각수로(113, 123)는 기포필터부(114, 124)의 구간 이후 그 방향을 반대로 틀어 왼쪽 (또는 오른쪽)으로 연장되며, 그 아래에서부터는 왼쪽과 오른쪽으로 번갈아가며 지그재그 방향으로 연장된다.

이러한 냉각수로(113, 123)는 도 4 및 도 6에 도시된 바에 의할 때, 방열판(110, 120)의 대각선을 대칭축으로 하여 대칭임을 알 수 있다.

뿐만 아니라 인입구(111)는 좌측 상단, 토출구(112)는 우측 하단으로 방열판(110, 120)의 우측상단 꼭지점과 좌측하단 꼭지점을 잇는 대각선을 기준으로 그 위치가 서로 대칭임을 알 수 있다.

이와 같이 냉각수로(123)와 인입구(111), 토출구(112)가 대각선을 기준으로 대칭을 이루도록 한 것은 설치방향이나 팬의 위치와 무관하게 대향류 열교환이 가능하도록 하기 위함이다.

도 7은 본 발명에 의한 공기대 물 열교환기의 설치시 대향류에 의한 열교환이 이루어지는 과정을 설명하는 참고도이다.

도 7 좌측 상단의 인입구로부터 유입된 냉각수는 아래쪽으로 이동할수록 점차 그 온도가 낮아지며, 반면 우측에서 좌측으로 유입되는 기류는 좌측으로 이동할 수록 점차 그 온도가 높아짐을 알 수 있다. 이에 따라 대향류 구간이 형성되어 고효율의 열교환이 가능하다.

한편, 냉각수로(113, 123)와 인입구(111), 토출구(112)의 형상을 상기에서 설명한 바와 같이 대칭형으로 설계함으로써 열교환기의 설치방향이나 팬의 위치와 무관하게 대향류 열교환이 가능하도록 설치할 수 있게 된다.

컴퓨터용 케이스의 경우 제조사마다 조금씩 구조와 규격이 상이하며 팬의 위치 또한 조금씩 상이하기 때문에 칩셋용 방열판 대비 상대적으로 크기가 큰 공기대 물 열교환기를 케이스 내부에 설치하고자 하는 경우 설치방향이나 팬의 위치에 따른 제약을 받게 되는데, 상기와 같이 설계함으로써 이러한 제약으로부터 자유로울 수 있다.

한편, 상기에서는 제 1 방열판(110)과 제 2 방열판(120)이 반드시 냉각수로(113, 123), 내측결합돌기(116), 외측결합돌기(117)를 가지는 것으로 설명했으나 이들은 제 1 방열판(110) 또는 제 2 방열판(120) 가운데 어느 한쪽에만 구비되는 것으로 구현될 수도 있다.

본 발명은 첨부 도면 및 상기와 같은 실시예를 참조하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 오직 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이며 상기와 같은 실시예에 국한되지 아니한다.

본 발명은 열교환기 기술분야에 이용될 수 있다. 특히, 컴퓨터용 냉각시스템 기술분야에 적용될 수 있다.

100 : 방열채널
110 : 제 1 방열판
111 : 인입구 112 : 토출구
113 : 냉각수로 114 : 기포필터부
115 : 응축부 116 : 내측결합돌기
117 : 외측결합돌기
120 : 제 2 방열판
121 : 인입연결구 122 : 토출연결구
123 : 냉각수로 124 : 기포필터부
125 : 응축부 126 : 내측결합돌기
127 : 외측결합돌기
130 : 헤더

Claims

제 1 방열판(110); 상기 제 1 방열판(110)에 적층되는 제 2 방열판(120);을 구비하되, 상기 제 1 방열판(110) 및 상기 제 2 방열판(120)의 내부 공간에 냉각수가 이동하는 냉각수로가 구비되며, 상기 냉각수로를 따라 상기 제 1 방열판(110) 및 상기 제 2 방열판(120)의 접촉면이 상호 접합된 다수의 방열채널(100);을 구비하되,
상기 제 1 방열판(110)은 그 표면 일측에 냉각수가 인입되는 인입구(111); 냉각수가 토출되는 토출구(112)가 천공되어 형성되고,
상기 제 2 방열판(120)은 상기 인입구(111)에 대응하는 위치에 인입연결구(121); 상기 토출구(112)에 대응하는 위치에 토출연결구(122)가 천공되어 형성되며,
상기 제 1 방열판(110)이 상기 인입구(111)에서부터 위쪽으로 소정거리 연장되다 일측방향으로 절곡되어 소정거리 연장된 다음 아래쪽 반대방향으로 절곡되어 소정거리 연장되기를 반복하는 지그재그 형상을 가지되 끝단이 상기 토출구(112)로 연결되는 냉각수로(113);를 구비하거나, 또는 상기 제 2 방열판(120)이 상기 인입연결구(121)에서부터 위쪽으로 소정거리 연장되다 일측방향으로 절곡되어 소정거리 연장된 다음 아래쪽 반대방향으로 절곡되어 소정거리 연장되기를 반복하는 지그재그 형상을 가지되 끝단이 상기 토출연결구(122)로 연결되는 냉각수로(123);를 구비하며,
가장 위쪽에 위치한 구간의 수로폭이 그 아래에 위치한 구간의 수로폭에 비하여 넓으며, 상기 냉각수로(113, 123)의 가장 위쪽에 위치한 구간 일측 공간에 기화된 냉각수가 모이는 응축부(115, 125)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공기대 물 열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각수로(113, 123)는 상기 인입구(111) 및 인입연결구(121)로부터 위쪽으로 소정거리 연장되다 일측방향으로 절곡되어 저면이 사선하향하며 연장된 다음 냉각수 유속이 감소하도록 상기 냉각수로(113, 123) 저면의 각도가 완만해지는 구간인 기포필터부(114, 124);를 더 구비하되,
상기 냉각수로(113, 123)는 상기 기포필터부(114, 124) 이후 반대방향으로 절곡되어 더 연장되고,
상기 다수의 방열채널(100)은 상호간 소정거리 이격되어 적층되며, 적층시 각 방열채널(110)의 인입구(111) 및 인입연결구(121)들이 일직선상으로 연결되고, 각 방열채널의 토출구(112) 및 토출연결구(122)들이 일직선상으로 연결되는 것을 특징으로 하는 공기대 물 열교환기.
제 1 항 또는 제 2 항 가운데 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 방열판(110)의 냉각수로(113)는 상기 제 1 방열판(110) 표면에서 방열채널(100)의 내측방향에서 일정두께 음각됨으로써 형성되며, 상기 제 2 방열판(120)의 냉각수로(123)는 상기 제 2 방열판(120) 표면에서 방열채널(100)의 내측방향에서 일정두께 음각됨으로써 형성되되,
상기 제 1 방열판(110) 및 상기 제 2 방열판(120)은 상기 냉각수로(113, 123)의 외측을 따라 상호간 접합되며,
상기 제 1 방열판(110)가 그 표면에 방열채널(100)의 외측방향으로 돌출된 다수개의 외측결합돌기(117)를 가지거나, 상기 제 2 방열판(120)이 그 표면에 방열채널(100)의 외측방향으로 돌출된 다수개의 외측결합돌기(127)를 가지되,
상기 다수의 방열채널(100)이 적층되면 인접한 두 방열채널(100)의 외측결합돌기(117, 127)가 상기 인접한 두 방열채널(100)이 소정거리 이격되도록 지지하는 것을 특징으로 하는 공기대 물 열교환기.
제 1 항 또는 제 2 항 가운데 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 방열판(110)의 냉각수로(113)가 그 내부에 방열채널(100)의 내측방향으로 돌출된 내측결합돌기(116)을 가지거나, 상기 제 2 방열판(120)의 냉각수로(123)가 그 내부에 방열채널(100)의 내측방향으로 돌출된 내측결합돌기(126)을 가지는 것을 특징으로 하는 공기대 물 열교환기.
제 1 항 또는 제 2 항 가운데 어느 한 항에 있어서,
상기 인입구(111), 토출구(112), 인입열결구(121) 및 토출연결구(122) 가운데 하나 이상은 방열채널(100)의 외측방향으로 돌출되되 상기 다수의 방열채널(100)의 적층시 인접하는 두 방열채널(100)의 인입구(111)와 인입연결구(121), 토출구(112)와 토출연결구(122)가 상호간 접합되며,
각 방열채널(100)의 인입구(111)와 인입연결구(121) 사이 공간 및 토출구(112)와 토출연결구(122) 사이 공간에 상기 사이 공간을 지지하는 헤더(130)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 공기대 물 열교환기.
제 1 항 또는 제 2 항 가운데 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각수로(113, 123)는 상기 제 1 방열판(110) 또는 제 2 방열판(120)의 대각선을 대칭축으로 하여 대칭인 형상을 가지며, 상기 인입구(111) 및 상기 인인연결구(121)는 상기 대각선을 대칭축으로 하여 상기 토출구(112) 및 상기 토출연결구(122)와 대칭되는 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 공기대 물 열교환기.
제 1 항 또는 제 2 항 가운데 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 방열판(110)은 수지재질 박판으로 제조되되, 상기 냉각수로(113), 내측결합돌기(116) 및 외측결합돌기(117)가 상기 제 1 방열판(110)에 일체로 성형되며,
상기 제 2 방열판(120)은 수지재질 박판으로 제조되되, 상기 냉각수로(123), 내측결합돌기(126) 및 외측결합돌기(127)는 상기 제 2 방열판(110)에 일체로 성형되며,
상기 제 1 방열판(110)과 상기 제 2 방열판(120)의 접합시 상기 냉각수로(113, 123) 외측을 따라 상호간 결착되되, 상기 내측결합돌기(116, 126)간 상호 결착됨으로써 방열채널(100)을 형성하고,
상기 내측결합돌기(116, 126)간 상호 결착됨으로써 상기 냉각수로(113, 123)간 거리가 유지되며,
다수의 방열채널(100)의 적층시 인접하는 두 방열채널(100)의 인입구(111) 및 인입연결구(121)가 상호 결착되고, 토출구(112) 및 토출연결구(122)가 상호 결착되되, 외측결합돌기(117, 127)가 상호 결착됨으로써 적층되되,
외측결합돌기(117, 127)간 상호 결착됨으로써 인접하는 두 방열채널(100)들은 각각 일정거리 이격되는 것을 특징으로 하는 공기대 물 열교환기.