KR101232403B1 - 열교환기 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본원 발명은, 발열체를 효율적으로 냉각하는 새로운 구조의 열교환기 및 그 제조 방법을 제공하는 것이며, 그 열교환기(1)는, 직선 형상으로 형성된 복수의 기립한 핀(11)이 일정한 간격을 두고 평행하게 배열되고, 인접하는 핀(11)끼리의 간극이 당해 핀(11)의 기립 방향의 상하에 배치된 상판(14) 및 하판(12)에 의해 폐쇄되어 생긴 복수의 유로(3)를 갖는 것이며, 상판(14) 및 하판(12)의 한쪽 또는 양쪽에는, 유로(3) 내로 돌출되는 돌기(23)가, 각 유로(3)의 길이 방향으로 복수 형성된 것이다.

Description

열교환기 및 그 제조 방법 {HEAT EXCHANGER AND METHOD OF MANUFACTURING SAME}

본 발명은, 평행하게 배열된 복수의 직선 형상의 핀에 의해 유로가 형성되고, 그 유로에 냉매를 흘림으로써 발열체로부터의 열을 방산시키는 열교환기에 관한 것으로, 특히, 방열 효과를 높이는 냉매의 흐름을 발생시키는 유로를 가진 열교환기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

하이브리드 자동차 등에는, 모터를 구동하는 인버터에 반도체 소자가 사용되고 있고, 그것을 냉각하는 수냉식의 열교환기가 채용되어 있다. 반도체 소자를 탑재하는 인버터는, 보다 고출력이 요구되는 한편 소형화나 경량화의 요구가 엄격해지고 있으므로, 방열 효과가 우수한 열교환기가 요구되고 있다. 하기 특허문헌 1에는, 냉각 성능을 향상시킨 종래의 열교환기가 기재되어 있다. 도 16은, 동 문헌에 기재된 열교환기를 평면 방향에서 본 단면도이다.

열교환기(100)는, 공급 포트(102)와 배출 포트(103)가 형성된 케이스(101) 내에, 그 공급 포트(102)로부터 배출 포트(103)로 흐르는 냉매의 유로가 구성되어 있다. 이 열교환기(100)에서는, 복수의 핀(111)에 의해 유로가 형성되고, 또한 유로는 직선 방향으로 3분할된 제1, 제2, 제3 핀군(201, 202, 203)이 구성되어 있다. 핀군(201) 내지 핀군(203)은, 모두 횡방향으로 복수의 핀(111)이 평행하게 배치되고, 핀군(201) 내지 핀군(203)끼리는, 핀(111)이 동일 직선상에 있어, 이것에 의해 직선 유로가 복수 형성되어 있다. 단, 그 직선 유로는 각 핀군(201) 내지 핀군(203) 사이에서 도중에 끊어져, 합류부(105, 106)가 형성되어 있다.

또한, 열교환기(100)에는, 가로로 배열된 복수의 핀(111) 사이에 격리 핀(112, 112)이 설치되고, 핀(111)끼리보다도 넓은 유로(107)가 형성되어 있다. 또한, 제3 핀군(203)에서는, 인접하는 격리 핀(112)끼리가 연결되어 유로를 폐쇄하고 있다. 그리고 이 열교환기(100)에는, 합류부(105, 106) 및 격리 핀(112)에 의한 이격 유로(107)에 의해 구획된 9 구획에, 발열체인 반도체 소자가 각각 배치되어 있다. 또한, 열교환기(100)는, 공급 포트(102)로부터 유입된 냉매가 핀(111)에 의한 직선 유로를 흐르고, 합류부(105, 106)에서 혼합되어 유량 배분을 균일하게 하면서, 또한 하류로 분기되어 흐른다.

일본공개특허 제2007-335588호 공보

그런데, 핀에 의해 구성되는 유로가 열교환기(100)와 같이 직선인 경우, 냉매의 흐름은 층류로 되어 버린다. 그로 인해, 유로 중앙 부분에서는 흐름이 빨라지는 한편, 핀(111)과 접촉하는 경계층에서는 흐름이 느려져 버려, 핀에 전달된 발열체의 열은 방산되기 어려워, 냉각 성능이 높아지지 않는다고 하는 문제가 있었다. 이 점, 냉매가 핀으로부터의 열을 효율적으로 방산시키기 위해서는, 냉매의 흐름을 흐트러지게 하여 경계층을 파괴하는 것이 유효하다고 생각된다. 그러나 열교환기(100)와 같이 합류부(105, 106)에 의한 횡유로에서는 충분하지 않았다.

최근, 반도체 소자의 소형화에 의해 발열 밀도가 증대되어, 인버터 등에 사용되는 열교환기에 대해 냉각 성능의 향상이 요구되어, 핀을 오프셋시키거나 한 유로의 열교환기가 제안되어 있다. 그러나 그러한 열교환기는, 가공이 복잡해져 비용을 상승시켜 버리는 문제가 있었다. 특히, 주조 등에 의해 핀 부재를 형성하는 경우, 가공 비용이 들어 열교환기 자체가 고가인 것으로 되어 버리는 것 외에, 핀의 미세 가공이 곤란하기 때문에 냉각 성능의 향상도 기대할 수 없었다.

따라서 본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해, 발열체를 효율적으로 냉각하는 새로운 구조의 열교환기 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 형태에 있어서의 열교환기는, 직선 형상으로 형성된 복수의 기립한 핀이 일정한 간격을 두고 평행하게 배열되고, 인접하는 핀끼리의 간극이 당해 핀의 기립 방향의 상하에 배치된 상판 및 하판에 의해 폐쇄되어 생긴 복수의 유로를 갖는 것이며, 상기 상판 및 하판 중 한쪽 또는 양쪽에는, 상기 유로 내로 돌출되는 돌기가, 상기 각 유로의 길이 방향으로 복수 형성되고, 상기 복수의 돌기를 상기 복수의 유로가 형성하는 평면과 직교하는 방향에서 본 경우에, 인접하는 유로에 형성된 돌기가 지그재그 형상으로 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 열교환기는, 상기 상판 또는 하판 중 한쪽을 구성하는 베이스에 대해 상기 복수의 핀이 일체로 형성된 핀 부재와, 상기 베이스의 반대측으로부터 상기 핀에 대해 접합되는 상기 상판 또는 하판 중 다른 쪽을 구성하는 접촉판을 갖고, 그 베이스 또는 접촉판에 대해 상기 돌기가 형성된 것인 것이 바람직하다.

또한, 상기한 열교환기는, 상기 핀 부재가 압출 성형에 의해 형성된 것인 것이 바람직하다.

또한, 상기한 열교환기는, 상기 돌기가 프레스 가공에 의해 형성된 것인 것이 바람직하다.

또한, 상기한 열교환기는, 상기 유로의 길이 방향으로 전후하는 상기 돌기가, 상기 돌기의 사이에서 발생하는 냉각 성능의 저하가, 소정의 기준치를 하회하지 않도록 한 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

삭제

본 발명의 다른 형태에 있어서의 열교환기는, 직선 형상으로 형성된 복수의 기립한 핀이 일정한 간격을 두고 평행하게 배열되고, 인접하는 핀끼리의 간극이 당해 핀의 기립 방향의 상하에 배치된 상판 및 하판에 의해 폐쇄되어 생긴 복수의 유로를 갖는 열교환기이며, 상기 상판 및 하판 중 한쪽 또는 양쪽에는, 상기 유로 내로 돌출되는 돌기가, 상기 각 유로의 길이 방향으로 복수 형성되고, 상기 상판 또는 하판 중 한쪽을 구성하는 베이스에 대해 상기 복수의 핀이 일체로 형성된 핀 부재와, 상기 베이스의 반대측으로부터 상기 핀에 대해 접합되는 상기 상판 또는 하판 중 다른 쪽을 구성하는 접촉판을 갖고, 그 베이스 또는 접촉판에 대해 상기 돌기가 형성되고, 상기 핀 부재는 압출 성형에 의해 형성되고, 상기 돌기는, 상기 베이스 또는 접촉판에 대해 유로면의 반대측으로부터 펀치가 압입되고, 유로면측으로 소재가 압출되어 형성되고, 상기 돌기가 형성될 때에 인접하는 핀끼리의 간극에 판 형상의 지지 부재를 삽입하여 핀을 지지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 형태에 있어서의 열교환기는, 직선 형상으로 형성된 복수의 기립한 핀이 일정한 간격을 두고 평행하게 배열되고, 인접하는 핀끼리의 간극이 당해 핀의 기립 방향의 상하에 배치된 상판 및 하판에 의해 폐쇄되어 생긴 복수의 유로를 갖는 열교환기이며, 상기 상판 및 하판 중 한쪽 또는 양쪽에는, 상기 유로 내로 돌출되는 돌기가, 상기 각 유로의 길이 방향으로 복수 형성되고, 상기 상판 또는 하판 중 한쪽을 구성하는 베이스에 대해 상기 복수의 핀이 일체로 형성된 핀 부재와, 상기 베이스의 반대측으로부터 상기 핀에 대해 접합되는 상기 상판 또는 하판 중 다른 쪽을 구성하는 접촉판을 갖고, 그 베이스 또는 접촉판에 대해 상기 돌기가 형성되고, 상기 핀 부재는 압출 성형에 의해 형성되고, 상기 핀 부재는, 인접하는 핀끼리의 간극에 상기 압출 방향으로 연속된 볼록부를 갖는 중간 핀 부재를 형성하고, 상기 돌기는, 상기 압출 방향으로 분할 형성된 프레스 판이 상기 간극에 삽입되어, 분할 부분을 남기고 상기 볼록부를 눌러 찌부러뜨림으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.

삭제

삭제

따라서, 본 발명의 열교환기에 따르면, 유로를 흐르는 냉매가 돌기에 의해 흐름이 흐트러져, 핀과 접하는 경계층을 파괴하므로, 핀으로부터 열을 빼앗은 냉매가 정체하는 일 없이 하류로 원활하게 흐름으로써 냉각 성능이 향상된다. 따라서, 소형의 발열체에 의해 발열 밀도가 증대되었다고 해도, 종래에 비해 냉각 성능이 향상됨으로써 대응이 가능해진다. 또한, 직선의 핀으로 이루어지는 유로에 돌기를 설치할 뿐인 열교환기는, 그 구성 및 가공이 단순화되어, 가공 비용을 억제할 수 있다. 특히, 핀 부재를 압출 성형에 의해 형성하고, 그 베이스나 접촉판에 프레스에 의해 돌기를 형성하는 제조 방법을 취함으로써 양산화가 가능해져, 열교환기를 저렴하게 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 열교환기의 실시 형태를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 열교환기로부터 받침 프레임을 제거한 구조를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 열교환기를 구성하는 핀 부재를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1의 열교환기의 유로 내에 있어서의 냉매의 흐름을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 5는 열교환기의 유로 내에 냉매를 흘려 행한 냉각 성능 시험의 결과를 그래프로 하여 나타낸 도면이다.
도 6은 실시 형태의 열교환기에 대해 사용 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 열교환기를 구성하는 핀 부재의 일 가공 공정을 도시한 개념도이다.
도 8은 돌기를 형성하기 위한 돌기용 프레스 장치를 도시한 단면도이다.
도 9는 열교환기의 다른 실시 형태에 대해 받침 프레임을 제거한 구조를 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9의 핀 부재에 돌기를 형성하기 위한 가공 공정을 간략화하여 도시한 모식도이다.
도 11은 유로 내의 돌기에 대해 하나의 배치예를 도시한 평면도이다.
도 12는 돌기를 형성하기 위한 돌기용 프레스 장치를 도시한 단면도이다.
도 13은 프레스 성형에 의한 돌기의 가공 방법을 도시한 도면이다.
도 14는 도 13의 방법에 의해 돌기를 형성하는, 압출 성형 직후의 핀 부재의 형상을 도시한 도면이다.
도 15는 도 13의 방법에 의해 돌기가 형성된 핀 부재를 도시한 도면이다.
도 16은 종래의 열교환기를 도시한 평면의 단면이다.

다음에, 본 발명에 관한 열교환기 및 그 제조 방법의 일 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태의 열교환기를 도시한 사시도이다.

이 열교환기(1)는, 통 형상으로 형성된 본체(2) 내에 복수의 핀(11)이 배치되고, 본체(2)의 유입측 개구부(21)로부터, 반대측의 배출측 개구부로 연통된 복수의 유로(3)가 형성되어 있다. 열교환기(1)의 본체(2)는, 예를 들어 화살표 Q로 나타내는 방향으로부터 냉매가 유입되는 것이며, 그 유입측 개구부(21)로부터, 반대측의 배출측 개구부로 관통되어 있다.

또한, 도 1에는, 본체(2)에 유입측 개구부(21)와 반대측의 배출측 개구부가 크게 개방된 열교환기(1)가 도시되어 있지만, 사용 시에는 폐쇄된 상태에서 각각이 도시하지 않은 냉매 공급관 또는 냉매 배출관에 접속된다. 그리고 냉매 공급관에는, 냉매를 열교환기(1)에 대해 일정한 압력으로 송입하는 공급 펌프가 접속되고, 냉매 배출관에는, 열교환기(1)로부터 배출된 냉매를 회수하는 탱크가 접속된다.

그런데, 본 실시 형태의 열교환기(1)는, 단면이 ㄷ자인 받침 프레임(13)에 대해, 도면 상방의 개방측에 접촉판(14)이 끼워 맞추어져, 통 형상의 본체(2)가 형성되어 있다. 그리고 본체(2) 내에는, 복수의 유로(3)를 구성하는 핀 부재(10)가 삽입되어 있다. 여기서 도 2는, 도 1에 도시하는 열교환기(1)로부터 받침 프레임(13)을 제거한 구조를 도시한 사시도이고, 도 3은, 또한 접촉판(14)을 제거한 핀 부재(10)를 도시한 사시도이다.

핀 부재(10)는, 베이스(12) 상에 복수의 핀(11)이 돌출 설치되어 일체로 형성된 것이다. 베이스(12)는 직사각형의 평판이고, 그것에 대해 복수의 핀(11)이 직교 방향으로 기립하여 형성되어 있다. 복수의 핀(11)은 전부 동일한 높이이며, 또한 베이스(12)의 치수와 동등한 길이로 형성되고, 인접하는 것끼리가 평행하게 배열되어 있다. 이러한 핀 부재(10)는, 받침 프레임(13) 내에 덜걱거림 없이 넣어져, 그 핀(11)의 선단에 갖다 대어 부착되도록 접촉판(14)이 덮인다. 열교환기(1)는, 조립 장착된 핀 부재(10), 받침 프레임(13) 및 접촉판(14)이 용접에 의해 접합되어 일체로 되어 있다.

이 열교환기(1)에는, 이와 같이 하여 인접하는 핀(11)끼리의 간극이 하판인 베이스(12)와 상판인 접촉판(14)에 의해 둘러싸여, 평행한 복수의 유로(3)가 구성되어 있다. 또한, 핀 부재(10)의 양단부에 위치하는 핀(11)은, 받침 프레임(13)의 기립한 벽판과의 사이에 간극을 형성하고, 그 간극이 베이스(12)와 접촉판(14)에 의해 둘러싸인 유로(3)로 되어 있다.

따라서, 열교환기(1)에 대해 도 1의 화살표 Q로 나타내는 방향으로부터 냉매가 유입되면, 그 유입측 개구부(21)로부터 본체(2) 내로 들어간 냉매는, 핀(11)에 의해 구획된 각 유로(3)로 갈라져 흐른다. 그 때, 본 실시 형태의 열교환기(1)는, 핀(11)에 의해 형성된 유로(3)가 직선 유로이므로, 그 상태로는 상기 종래예와 마찬가지로 냉매의 흐름이 층류로 되어 버려, 충분한 냉각 능력을 발휘시킬 수 없다. 따라서, 본 실시 형태의 열교환기(1)에서는, 냉매의 흐름을 흐트러지게 하는 구성이 유로(3) 내에 설치되어 있다. 즉, 유로(3)를 구성하는 접촉판(14)에 대해 돌기(23)가 형성되고, 그것이 유로(3) 내를 흐르는 냉매의 장해물로 되어 있다.

돌기(23)는, 접촉판(14)에 형성된 도 2에 도시하는 구멍(25)의 반대측에 존재하고, 접촉판(14)의 종방향 및 횡방향으로 소정의 간격으로 복수 형성되어 있다. 구체적으로는, 접촉판(14)이 도 1에 도시한 바와 같이 열교환기(1)로서 조립 장착되었을 때, 인접하는 핀(11)의 사이로 들어가, 1개의 유로(3) 내에 일정한 간격으로 복수의 돌기가 존재하도록 형성되어 있다.

여기서 도 4는, 어느 유로(3) 내에 있어서의 냉매의 흐름을 모식적으로 도시한 도면이다. 핀(11)에 의해 구성되는 유로(3)는 직선이므로, 그 상태이면 냉매의 흐름이 층류로 되어, 종래와 마찬가지의 문제가 발생한다. 그러나 본 실시 형태에서는, 돌기(23)가 존재함으로써 냉매의 흐름이 흐트러져, 층류시에 발생하는, 핀(11)과 접촉하는 경계층이 파괴되어, 핀(11)의 열을 효율적으로 방산하는 것을 가능하게 하고 있다.

그리고 특히 본 실시 형태의 열교환기(1)에서는, 냉각 성능을 유지하기 위해, 하나의 유로(3) 내에 복수 형성된 돌기(23)가 특정한 간격으로 배치되어 있다. 도 5는, 유로(3) 내에 냉매를 흘려 행한 냉각 성능 시험의 결과를 나타낸 그래프이다. 횡축에는 유로(3) 내의 어느 범위를 취출하여 나타낸 유로 위치를 나타내고, 종축에는 냉각 성능(열전달률)을 나타내고 있다. 횡축에 나타낸 유로 위치 p1, p2, p3이 돌기(23)가 존재하는 위치이며, 냉매는 p1로부터 p3의 방향으로 흐르고 있다.

도 5의 그래프로부터는, 유로(3)를 냉매가 흐르는 것에 의한 냉각 성능이, 일정하지 않고 파형으로 변화되어, 유로 내의 위치에 따라 열전달률이 다른 것을 알 수 있다. 특히 그래프 k는, 돌기(23)가 존재하는 p1, p2, p3의 바로 앞에서 상승하기 시작하여, 그 직후에서 피크치를 얻지만, 그 후 서서히 하강하고 있다. 이것은, 돌기(23)에 의해 냉매의 흐름이 흐트러져, 그 냉매가 핀(11)으로부터 열을 빼앗아 효율적으로 흐르기 때문이며, 한편, 돌기(23)로부터 이격되는 것에 따라서 냉매의 흐름이 다시 층류에 가까워져, 핀(11)과의 경계층의 흐름이 정체하기 쉬워지기 때문이라고 생각된다.

따라서 본 실시 형태에서는, 발열체의 열을 방산시키는 데 요구되는 냉각 능력을 기준치 s로서 설정하고, 그 이하로 열전달률이 내려가지 않도록 돌기(23)의 위치가 결정되어 있다. 즉, 유로(3)의 길이 방향으로 배열된 복수의 돌기(23)는, 그래프 k에서 나타내어지는 열전달률의 값이 기준치 s를 하회하기 전에 상승하도록 돌기(23)끼리의 거리가 정해져 있다. 또한, 돌기(23)끼리의 거리는, 유로(3)의 크기나 냉매의 공급 유량, 돌기(23)의 높이, 혹은 발열체의 발열량 등에 따라 변화된다. 또한 돌기(23)는, 냉매의 흐름을 방해하여 압력 손실을 발생시키는 것이기도 하므로, 공급 펌프의 능력 등을 고려하여, 본 실시 형태에서는 유로(3)의 높이의 1/3로 형성되어 있다.

다음에, 이러한 열교환기(1)는, 사용에 있어서, 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이 열 확산을 위한 히트 스프레더(6)가 접촉판(14)에 부착되고, 그 위에 발열체인 복수의 반도체 소자(7)가 정연하게 배열되어 부착된다. 그리고 인버터 등에 사용되는 반도체 소자(7)가 발열되면, 그 열은 히트 스프레더(6)로 전달되어 확산되고, 다시 본체(2)로부터 내부의 핀(11)으로 전달된다. 본체(2) 내에는 유입측 개구부(21)로부터 냉매가 공급되어, 반대측의 배출측 개구부로 흐르고 있다. 따라서, 핀(11)에 전달된 열은, 그 핀(11)에 접하면서 흐르는 냉매에 의해 빼앗겨, 방열이 실행된다.

이때 유로(3)를 흐르는 냉매는, 돌기(23)에 의해 흐름이 흐트러져, 핀(11)과 접하는 경계층이 파괴된다. 돌기(23)가 소정의 간격으로 배치되어 있으므로, 유로(3) 내에서는 항상 냉매가 교반된 상태로 흐르고, 열을 빼앗은 냉매가 효율적으로 하류로 흘려져, 특히, 도 5에 나타내는 바와 같이 냉각 성능이 기준치 s 이상으로 유지되어 있다.

그로 인해, 열교환기(1)에 따르면, 반도체 소자(7)가 소형화되어 발열 밀도가 증대되었다고 해도, 종래에 비해 냉각 능력이 현저하게 향상됨으로써 대응이 가능해졌다. 또한, 직선의 핀(11)으로 이루어지는 유로(3)에 돌기(23)를 설치할 뿐인 열교환기(1)는, 그 구성이 단순하고, 부품 개수도 적어짐으로써 비용을 억제하는 것이 가능해졌다.

또한, 본 실시 형태에서는, 이러한 냉각 효과가 높은 열교환기(1)의 제조에 있어서, 그 가공 비용을 저감하여, 열교환기(1) 자체를 저렴하게 제공하는 것을 가능하게 하였다. 여기서 다음으로, 열교환기(1)의 제조 방법에 대해 설명한다.

우선, 열교환기(1)를 구성하는 핀 부재(10)는 압출 성형에 의해 형성된다. 핀 부재(10)에는, 열전달률이 좋은 알루미늄이 재료로서 사용되고, 융해된 재료가 복수의 핀(11)이나 베이스(12)를 일체 성형하는 성형형으로부터 압출되어, 예를 들어 수 m의 길이의 롱 핀 부재가 형성된다. 여기서, 도 7은, 핀 부재(10)의 가공 공정의 일부를 도시한 개념도이다.

압출 성형된 롱 핀 부재(10L)는, 압출 성형 직후에 그대로 도시하는 프레스 장치로 반송되어 절단된다. 롱 핀 부재(10L)는, 롱 베이스(12L)에 대해 롱 핀(11L)이 기립한 상태로 일체 성형되고, 그 후, 그 상태 그대로 도시하는 바와 같이 압출 방향 F로 반송된다. 압출 성형된 성형 직후의 롱 핀 부재(10L)는, 재료가 어느 정도 열을 갖고 있으므로 유연하고, 그 상태에서 절단용 프레스 장치(50)로 보내져 절단이 행해진다.

절단용 프레스 장치(50)는, 롱 베이스(12L)를 하방에서 지지하는 도시하지 않은 하형과, 압출 방향 F에 직교하여 배치되고, 하형을 향해 내려지는 판 형상의 상형(51)이 설치되어 있다. 상형(51)은, 일정한 두께를 가진 평판이며 하단부가 편평하게 형성되어 있다. 그리고 상형(51)의 압박력에 의해 핀(11)이 좌굴(buckling)되거나 쓰러져 버리지 않도록, 상형(51)을 끼운 위치에 한 쌍의 핀 억제 지그(53, 53)가 설치되어 있다. 핀 억제 지그(53, 53)는, 복수개 있는 핀(11) 사이로 들어가도록 판 형상의 지지 돌기(55)가 복수 형성되어 있다.

따라서, 압출 성형에 의해 형성된 롱 핀 부재(10L)는, 도중에 반송이 일단 정지된다. 그리고 그 롱 핀 부재(10L)에 대해, 그 롱 핀(11L)끼리의 간극에 핀 억제 지그(53, 53)의 지지 돌기(55)가 삽입되고, 1매마다 롱 핀(11L)이 양면측으로부터 지지된다. 계속하여, 핀 억제 지그(53, 53)의 사이를 상형(51)이 하강하고, 그것에 의해 복수의 롱 핀(11L)이 한번에 절단되고, 또한 롱 베이스(12L)도 동일한 위치에서 절단된다. 이 절단 공정에서는, 이러한 절단이 장척(長尺)의 롱 핀 부재(10L)에 대해 일정 간격으로 행해져, 복수의 핀 부재(10)가 연속하여 취출된다. 또한, 받침 프레임(13)도 마찬가지로 압출 성형과 절단에 의해 형성된다.

다음에, 접촉판(14)의 가공에 대해 설명한다. 접촉판(14)은, 일정 두께의 알루미늄판으로부터 소정의 크기로 잘라내어진 평판에 대해, 복수의 돌기(23)가 소정의 위치에 형성된 것이다. 그리고 그 평판에 대한 돌기(23)의 형성이 프레스 가공에 의해 행해진다. 도 8은 돌기를 형성하기 위한 돌기용 프레스 장치를 도시한 단면도이다.

그런데, 열교환기(1)의 돌기(23)는 삼각형을 하고 있지만, 그 기능을 달성하는 것이면 돌기(23)의 형상은 한정되지 않는다. 도 8에서 도시하는 돌기용 프레스 장치(60)에서 형성되는 돌기는 원기둥 형상이며 형상이 다르지만, 여기서는 도 2에 도시하는 것과 마찬가지로 돌기(23)로서 설명한다.

돌기용 프레스 장치(60)는, 평판(14X)을 끼운 하방의 받침형에 다이스(62)가 설치되고, 그 다이스(62)에는 단면 원형의 다이스 구멍(61)이 형성되어 있다. 한편, 상방의 압박형에는, 도시하지 않은 스프링에 의해 평판(14X)을 압박하는 스토퍼(63)가 설치되고, 그 스토퍼(63)에는 안내 구멍(64)이 관통되어 형성되고, 그곳으로 원기둥 형상의 펀치(65)가 삽입되어 있다. 또한, 펀치(65)의 직경은, 다이스 구멍(61)의 직경보다 크게 형성되어 있다. 그리고, 도 8에는 하나의 돌기(23)를 형성하는 일부의 구성만을 도시하고 있지만, 돌기용 프레스 장치(60) 전체적으로는 평판(14X)에 대해 한번에 소정수의 돌기(23)를 형성할 수 있도록 동일한 구성이 복수 설치되어 있다.

돌기 형성 공정에서는, 평판(14X)이 다이스(62)와 스토퍼(63)에 끼워져 위치 결정되고, 그 후, 안내 구멍(64)의 펀치(65)가 그 평판(14X)에 대해 압입된다. 그 때, 펀치(65)는, 평판(14X)을 관통하는 일 없이 도중까지 압입된다. 압입시의 가공 주변에서는, 펀치(65)에 의해 평판(14X) 표면의 소재가 끌어당겨지지만, 스토퍼(63)에 의해 어긋남이 억제되어 평면이 어느 정도 유지된다. 한편, 펀치(65)의 반대측에서는, 다이스 구멍(61) 내로 소재가 압출되어 원기둥 형상의 돌기(23)가 형성된다. 평판(14X)에 대해서는, 프레스 가공에 의해 소정수의 돌기(23)가 형성되고, 한번의 가공으로 접촉판(14)이 제작된다.

본 실시 형태의 열교환기의 제조 방법에 따르면, 압출 성형 직후의 롱 핀 부재(10L)를 프레스 장치(50)에 의해 절단하여 핀 부재(10)를 형성하도록 하였으므로, 주조 등에 비해 단시간에 대량의 핀 부재(10)를 생산할 수 있게 되었다. 특히, 압출 성형 직후의 재료가 유연한 단계에서 절단되기 때문에, 재가열 공정을 생략함으로써 가공 시간의 단축이 가능해졌다. 또한, 접촉판(14)에 관해서도, 평판(14X)에 대해 돌기용 프레스(60)에 의한 프레스 가공으로 돌기(23)를 형성하므로, 가공 작업의 단순화 및 가공 시간의 단축에 의해 대량 생산이 가능해졌다. 따라서, 열교환기(1)의 부품 비용의 저감에 의해, 열교환기(1) 자체를 저렴하게 제공하는 것이 가능해졌다.

계속해서, 상기 실시 형태의 열교환기나 그 제조 방법에 관한 변형예에 대해 설명한다.

상기 실시 형태의 열교환기(1)는, 접촉판(14)측에 돌기(23)를 형성하였지만, 도 9에 도시한 바와 같이 핀 부재(30)에 대해 돌기(33)를 형성하도록 해도 좋다. 도 9는, 도 1에 도시하는 것과 동일하게 구성된 열교환기로부터, 받침 프레임(13)을 제거한 구조를 도시한 사시도이다. 본 실시 형태에서는, 이 핀 부재(30)와 접촉판(34)이 도 1에 도시하는 받침 프레임(13)에 대해 조립 장착된 열교환기가 구성된다.

핀 부재(30)는, 베이스(32) 상에 직교한 복수의 핀(31)이 일체로 형성되고, 일정한 간격으로 평행하게 배치된 핀(31)의 간극에 돌기(33)가 형성된다. 또한, 도시되어 있는 돌기(33)는, 핀(31)과 받침 프레임(13)의 간극에 의해 생기는 유로에 위치하는 것이다. 그리고 돌기(33)는, 도 5에 도시한 바와 같이 냉각 성능이 기준치 s를 유지할 수 있도록, 유로(3) 내의 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 복수 형성되어 있다. 한편, 본 실시 형태의 접촉판(34)은 평판이다. 단, 도시는 하지 않지만, 본 실시 형태에서도 접촉판(34)에 돌기를 형성하고, 유로(3)의 상하에 있어서 돌기가 존재하는 열교환기를 구성해도 좋다. 돌기의 위치를 길이 방향으로 상하 교대로 어긋나게 하여 배치하면, 높은 레벨에서의 냉각 성능의 유지를 기대할 수 있다.

다음에, 열교환기의 제조 방법에 대해, 특히 돌기(33)를 갖는 핀 부재(30)의 가공에 대해 설명한다. 도 10은 핀 부재(30)의 돌기(33)를 형성하는 가공 공정을 간략화하여 도시한 모식도이다. 핀 부재(30)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 롱 핀 부재(10L)로부터 절단된 핀 부재(10)와 동일하게 하여 형성된다. 그 후, 또한 돌기 형성용의 프레스 공정으로 반송되어, 거기에서 베이스(32)에 돌기(33)가 형성된다.

돌기용 프레스 장치는, 베이스(32)의 하측에 복수의 펀치(71)를 갖는 압박형(72)과, 프레스 하중을 받는 받침형(74)이 설치되어 있다. 받침형(74)은, 압박형(72)으로부터의 하중에 의해 핀(31)이 좌굴되거나 쓰러져 버리지 않도록, 핀(31)의 간격에 대응하여 복수의 지지 돌기(73)가 형성되어 있다. 따라서, 핀 부재(30)는, 핀(31)이 지지 돌기(73)의 사이에 삽입되고, 또한 핀(31)의 선단이 받침형(74)에 대어져 지지된다. 그러한 핀 부재(30)에 대해서는, 누름형(72)의 펀치(71)가 베이스(32)에 충돌되고, 그 베이스(32)에는, 펀치(71)의 압입에 의해 변형된 소재가 핀(31)의 사이로 압출되어 돌기(33)가 형성된다.

그런데, 도 1에 도시하는 열교환기(1)에서는, 각 유로(3)마다를 따라 돌기(23)(도 2 참조)가 형성되어 있지만, 그 돌기(23)는, 유로(3)와 직교하는 방향으로도 직선 형상으로 배열되어 있다. 이 경우, 냉각 성능을 향상시키는 등의 이유에 의해 핀(11)끼리의 거리가 짧아지면, 돌기(23)끼리의 거리도 줄어들어 버린다. 그러면, 돌기(23)에 대해, 그 각 돌기(23)를 형성하는 펀치의 쪽이 사이즈가 크기 때문에, 인접하는 펀치끼리가 간섭해 버리는 문제가 있었다. 또한, 돌기(23)끼리의 거리가 짧으면, 접촉판(14)의 평면도가 악화된다고 하는 문제가 있었다. 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 접촉판(14)에 돌기(23)를 형성할 때, 구멍(25)의 주위에는, 펀치의 압입에 의해 소재가 끌어당겨져 다소의 오목부가 발생한다. 그로 인해, 구멍(25)끼리의 거리가 가까워지면, 구멍(25)의 주위의 오목부가 서로 겹쳐져 변형을 크게 해 버린다.

따라서, 핀(11)의 거리가 좁아지는 경우에는, 도 11에 도시한 바와 같이, 핀(11)에 직교하는 방향으로 배열된 복수의 돌기(23)를 지그재그 형상으로 배치시킨다. 이에 의해, 인접하는 돌기(23)끼리의 거리가 넓어져 펀치끼리의 간섭을 회피할 수 있고, 핀(11)의 거리를 좁게 한 냉각 성능을 향상시킨 열교환기의 제공이 가능해진다. 또한, 돌기(23)와 마찬가지로 구멍(25)끼리의 거리도 이격되므로, 평면도의 악화를 방지할 수 있다. 또한, 구멍(25)이 형성되는 면에는 절연 시트가 접합되지만, 그로 인한 평면도를 확보할 수 있다.

다음에, 유로에 위치하는 돌기의 가공에 대해 설명한다. 돌기의 가공에는, 도 8에 돌기용 프레스 장치를 도시하였지만, 이 밖에도 도 12에 도시하는 압출 가공의 돌기용 프레스 장치라도 좋다. 이 돌기용 프레스 장치(80)는, 평판(14X)을 끼운 하방의 받침형에 다이스(82)가 설치되고, 그 다이스(82)에는 돌기의 형에 맞춘 구멍(81)이 형성되어 있다. 한편, 상방의 압박형에는, 도시하지 않은 스프링에 의해 평판(14X)을 압박하는 스토퍼(83)가 설치되어 있다. 그 스토퍼(83)에는 안내 구멍(84)이 관통되어 형성되고, 거기에 선단을 예각으로 한 원기둥 형상의 펀치(85)가 삽입되어 있다.

본 실시 형태의 장치는, 펀치(85)가 구멍(81)보다 작고, 비교적 큰 사이즈의 돌기(23)를 형성하는 경우의 것이다. 이에 대해 도 8에 도시한 돌기용 프레스 장치(60)는, 작은 사이즈의 돌기를 형성하는 데 적합하다. 그리고 도 12에서도 하나의 돌기(23)를 형성하는 일부의 구성만을 도시하고 있지만, 돌기용 프레스 장치(80)는, 평판(14X)에 대해 한번에 소정수의 돌기(23)를 형성할 수 있도록, 동일한 구성이 복수 설치되어 있다. 또한, 도 12에서 도시하는 돌기용 프레스 장치(80)에서 형성되는 돌기는 사다리꼴이며, 도 2에 도시하는 것과 형상이 다르지만 여기서도 돌기(23)로서 설명한다.

돌기용 프레스 장치(80)에서는, 평판(14X)이 다이스(82)와 스토퍼(83)에 끼워져 위치 결정되고, 그 후, 안내 구멍(84)의 펀치(85)가 그 평판(14X)에 대해 압입된다. 펀치(85)는, 그 선단이 구멍(81)에 도달하는 위치까지 밀어 넣어져 있다. 이때, 가공 주변에서는, 펀치(85)에 의해 평판(14X) 표면의 소재가 끌어당겨지지만, 스토퍼(83)에 의해 어긋남이 억제되어 평면이 어느 정도 유지된다. 한편, 반대측에서는, 구멍(81) 내에 소재가 압출되어, 사다리꼴의 돌기(23)가 형성된다. 평판(14X)에 대해서는, 프레스 가공에 의해 소정수의 돌기(23)가 형성되어, 한번의 가공으로 접촉판(14)이 제작된다.

계속해서, 도 13에 도시한 프레스 성형에 의한 돌기의 가공 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는, 압출 성형에 의해 롱 핀 부재가 형성되고, 그곳으로부터 소정의 길이로 절단하여 핀 부재가 얻어진다. 그리고 그 핀 부재에 대해 도 13에 도시하는 프레스 성형에 의해 돌기가 형성된다. 본 실시 형태에서 압출 성형 된 핀 부재(40)는, 그 길이 방향 단면이 도 14에 도시하는 형상을 하고 있다. 즉, 베이스(42)에 대해 일정한 간격으로 핀(41)이 직교하여 기립하고, 또한 유로를 구성하는 핀(41)의 사이에는, 단면이 사다리꼴인 볼록부(43)가 형성되어 있다. 볼록부(43)는, 핀(41)과 마찬가지로 길이 방향으로 연속되어 있다.

돌기용 프레스 장치(90)는, 핀 부재(40)를 하측에서 지지하는 하형(91)과, 돌기를 구성하기 위한 상형(92)에 의해 구성되어 있다. 상형(92)은, 인접하는 핀(41)끼리의 간극(45)으로 들어가는 프레스판(95, 96, 97)에 의해 구성된 것이다. 1세트의 프레스판(95, 96, 97)은, 1개의 간극(45)을 따라 일직선상에 배치되고, 서로의 사이에는 분할부(98)가 형성되어 있다. 그리고 각 프레스판(95, 96, 97)은, 핀(41)을 끼우도록 복수 준비되고, 도시하는 바와 같이 각각이 평행하게 되어 배치되어 있다. 또한, 모든 프레스판(95, 96, 97)은 독립된 상태로 도시되어 있지만, 이들은 일체로 되어 하나의 가압 수단에 의한 프레스 하중을 전달하도록 구성되어 있다.

따라서, 돌기용 프레스 장치(90)는, 도 14에 도시하는 단면의 핀 부재(40)에 대해, 상형(92)이 하강하여, 프레스판(95, 96, 97)이 핀(41)을 끼워 넣도록 하여 간극(45) 내로 들어간다. 그리고 상형(92)이 그대로 하강함으로써, 볼록부(43)가 프레스판(95, 96, 97)의 가압에 의해 눌러 찌부러진다. 그 때, 프레스판(95, 96, 97) 사이의 분할부(98) 부분만이 찌부러지지 않고 남아, 도 15에 도시한 바와 같이 돌기(46)가 형성된다.

따라서, 본 실시 형태의 제조 방법에 따르면, 돌기를 형성하는 복잡한 형의 가공 장치를 필요로 하지 않고, 단순한 형에 의해 돌기(46)의 형성이 가능해졌다. 그로 인해, 가공 장치의 비용을 억제함으로써, 열교환기의 가공 비용도 낮추는 것이 가능해졌다.

이상, 본 발명에 관한 열교환기 및 그 제조 방법에 대해 실시 형태를 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 일 없이, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

1 : 열교환기
2 : 본체
3 : 유로
6 : 히트 스프레더
7 : 반도체 소자
10 : 핀 부재
11 : 핀
12 : 베이스
13 : 받침 프레임
14 : 접촉판
23 : 돌기
50 : 절단용 프레스 장치
60 : 돌기용 프레스 장치
62 : 다이스
63 : 스토퍼
65 : 펀치

Claims (10)

1. 직선 형상으로 형성된 복수의 기립한 핀이 일정한 간격을 두고 평행하게 배열되고, 인접하는 핀끼리의 간극이 당해 핀의 기립 방향의 상하에 배치된 상판 및 하판에 의해 폐쇄되어 생긴 복수의 유로를 갖는 열교환기에 있어서,
   상기 상판 및 하판 중 한쪽 또는 양쪽에는, 상기 유로 내로 돌출되는 돌기가, 상기 각 유로의 길이 방향으로 복수 형성되고,
   상기 복수의 돌기를, 상기 유로가 형성되는 평면을 상하 방향에서 본 경우에, 인접하는 유로에 형성된 돌기가 지그재그 형상으로 배치된 것을 특징으로 하는, 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 상판 또는 하판 중 한쪽을 구성하는 베이스에 대해 상기 복수의 핀이 일체로 형성된 핀 부재와, 상기 베이스의 반대측으로부터 상기 핀에 대해 접합되는 상기 상판 또는 하판 중 다른 쪽을 구성하는 접촉판을 갖고, 그 베이스 또는 접촉판에 대해 상기 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는, 열교환기.
3. 제2항에 있어서, 상기 핀 부재는 압출 성형에 의해 형성된 것을 특징으로 하는, 열교환기.
4. 제3항에 있어서, 상기 돌기는 프레스 가공에 의해 형성된 것을 특징으로 하는, 열교환기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유로의 길이 방향으로 전후하는 상기 돌기는, 상기 돌기의 사이에서 발생하는 냉각 성능의 저하가, 소정의 기준치를 하회하지 않도록 한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는, 열교환기.
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