KR101674068B1 - 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

게시된 내용은 차량 또는 통신기기 등에 장착되는 발열체로부터 발생되는 열을 쿨링 파이프의 냉각수에 의해 열교환시켜 방열시키기 위한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로,
본 명세서의 일 실시예에 의한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈은
발열체로부터 발생되는 열을 쿨링 파이프를 순환하는 냉각수와 상호 열교환에 의해 방열시키기 위한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈에 적용되고,
냉각수 입구를 통해 유입되고 냉각수 출구를 통해 배출되는 냉각수가 순환되도록 직렬형 임의의 관로를 형성하는 쿨링 파이프;
상기 발열체가 외측면에 밀착상태로 장착되고, 고정금형 및 가동금형으로 이루어지는 주형의 내부에 형성되는 임의의 캐비티에 상기 쿨링 파이프를 고정시키고, 상기 냉각수 입구 및 냉각수 출구를 상기 주형 외부로 노출시킨 상태에서 상기 캐비티에 용융된 알루미늄을 가압에 의해 주입시킬 경우, 상기 쿨링 파이프가 주입 압력에 의해 유동되지 않게 상기 쿨링 파이프를 클램프에 의해 상기 캐비티에 고정하게 되는 모듈 몸체;를 구비하되,
상기 주형에 용융된 알루미늄의 주입 압력에 의해 상기 쿨링 파이프의 형상 변형되는 것을 방지할 수 있도록 게이트 퍼팅면이 상기 쿨링 파이프의 윗쪽으로 위치하도록 용융된 알루미늄을 캐비티에 주입하게 되는 것을 특징으로 하는 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈을 제공한다.

Description

쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈 및 그 제조방법{a cooling module within cooling pipe and method thereof}
본 명세서는 발열체로부터 발생되는 열을 쿨링 파이프의 냉각수에 의해 열교환시켜 방열시키기 위한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 다이캐스팅은 다이 주조라고도 하며, 임의의 주조 형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계가공된 강제(鋼製)의 금형(金型)에 용융금속(熔融金屬)을 주입하여 금형과 동일한 주물을 얻는 정밀 주조법으로, 그 제품을 다이캐스트 주물이라고 하며, 자동차 부품, 전기기기, 광학기기 및 계측기 등의 부품을 제조하기 위해 사용된다.
중력주조법은 용융 금속을 중력 방향으로 금형에 주입 및 응고시켜 주물을 생산하는 것으로서, 성형 방식과 설비가 간단하고, 조직이 강하고 기계적 성질이 높기 때문에 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 등의 비철합금, 주철 또는 강철을 소재로 하여 피스톤, 슬리브, 크랭크 케이스, 실린더, 베어링 등을 제조하기 사용된다.
기지국이나 중계기와 같은 옥외용 통신 시스템은 다수의 고전력 증폭기(HPA;high power amplifier)를 채용하고 있기 때문에 증폭단에서 많은 열이 발생된다. 따라서 과열로 인해 통신 시스템이 오작동하거나 사용수명이 단축되는 것을 방지하기 위해 효율적인 냉각 장치가 요구된다.
전기자동차(Electric Vehicle:EV)는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC 전기모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로서, 배터리전용 전기자동차와 하이브리드 전기자동차로 분류된다. 전기자동차는 배터리를 충전시켜 사용하게 됨에 따라 배터리를 충전시킬 경우 온도가 상승되어 배터리의 사용수명이 단축되므로 이에 대한 대책이 요구되는 실정이다.
따라서, 차량에 장착되는 배터리 또는 통신기기의 발열체로부터 발생되는 열을 쿨링 파이프의 냉각수에 의해 열교환시켜 방열시킬 수 있도록 쿨링 파이프가 인서트 성형되는 냉각모듈이 개발되고 있다.
일 예로서, 쿨링 파이프가 인서트 성형되는 냉각모듈을 다이캐스팅에 의해 제조할 경우, 다이캐스팅은 고온(일 예로서 650℃ 정도를 말함)과 고압(일 예로서 700Kg/㎠ 정도를 말함) 상태로 용융 금속을 금형에 압입해서 성형하게 된다. 이로 인해 금형에 용융 금속을 주입시 주입 속도가 빠르면 내부에 설치된 쿨링 파이프의 형상 변형을 초래하여 불량품이 발생될 수 있고, 작업성이 떨어지므로 원가비용 상승을 초래할 수 있는 문제점이 있다.
특허출원 10-2015-0077013호에 제품 변형 방지 형개형 다이캐스팅 금형이 게시되어 있다.
본 명세서의 실시예는, 발열체로부터 발생되는 열을 방열시키기 위해 쿨링파이프가 인서트 되는 냉각모듈을 다이캐스팅에 의해 제조할 경우, 금형에 용융 금속의 주입 압력에 의해 쿨링 파이프의 형상 변형 또는 파손되는 것을 방지함에 따라 불량품 발생을 방지할 수 있도록 한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈 및 그 제조방법과 관련된다.
또한, 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈을 성형하는 작업시간 단축으로 인해 대량생산하여 원가비용을 절감할 수 있도록 한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈 및 그 제조방법과 관련된다.
본 명세서의 일 실시예에 의한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈은
발열체로부터 발생되는 열을 쿨링 파이프를 순환하는 냉각수와 상호 열교환에 의해 방열시키기 위한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈에 적용되고,
냉각수 입구를 통해 유입되고 냉각수 출구를 통해 배출되는 냉각수가 순환되도록 직렬형 임의의 관로를 형성하는 쿨링 파이프;
상기 발열체가 외측면에 밀착상태로 장착되고, 고정금형 및 가동금형으로 이루어지는 주형의 내부에 형성되는 임의의 캐비티에 상기 쿨링 파이프를 고정시키고, 상기 냉각수 입구 및 냉각수 출구를 상기 주형 외부로 노출시킨 상태에서 상기 캐비티에 용융된 알루미늄을 가압에 의해 주입시킬 경우, 상기 쿨링 파이프가 주입 압력에 의해 유동되지 않게 상기 쿨링 파이프를 클램프에 의해 상기 캐비티에 고정하게 되는 모듈 몸체;를 구비하되,
상기 주형에 용융된 알루미늄의 주입 압력에 의해 상기 쿨링 파이프의 형상 변형되는 것을 방지할 수 있도록 게이트 퍼팅면이 상기 쿨링 파이프의 윗쪽으로 위치하도록 용융된 알루미늄을 캐비티에 주입하게 되는 것을 특징으로 하는 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈을 제공한다.
본 명세서의 일 실시예에 의한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈의 제조방법은,
발열체로부터 발생되는 열을 쿨링 파이프를 순환하는 냉각수와 상호 열교환에 의해 방열시키기 위한 상기 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈의 제조방법에 적용되고,
고정금형 및 가동금형으로 이루어지는 주형을 준비하는 단계;
냉각수가 유입되는 냉각수 입구와 냉각수가 배출되는 냉각수 출구가 형성되고, 냉각수가 순환되는 직렬형 임의의 관로를 형성하도록 상기 쿨링 파이프를 제작하는 단계;
상기 주형의 내부에 형성되는 임의의 캐비티에 상기 쿨링 파이프를 고정시키되, 상기 캐비티에 용융된 알루미늄을 가압에 의해 주입시킬 경우 상기 쿨링 파이프가 주입 압력에 의해 유동되지 않게 상기 쿨링 파이프를 클램프에 의해 상기 캐비티 내부에 고정하게 되는 단계;
상기 냉각수 입구 및 냉각수 출구를 상기 주형 외부로 노출시킨 상태에서 상기 쿨링 파이프를 제외한 상기 캐비티의 공간에 용융된 알루미늄을 채우되, 상기 캐비티에 용융된 알루미늄의 주입 압력에 의해 상기 쿨링 파이프의 형상 변형되는 것을 방지할 수 있도록 게이트 퍼팅면이 상기 쿨링 파이프의 윗쪽으로 위치하도록 용탕을 주입시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈의 제조방법을 제공한다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 명세서에 의하면, 전기자동차 등에 장착되는 배터리 등의 발열체로부터 발생되는 열을 방열시키기 위해 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈을 다이캐스팅(고압주조를 말함)에 의해 제조할 경우, 쿨링 파이프에 주조 압력이 전달되는 것을 최소화시켜 용융금속에 의해 쿨링 파이프가 찌그러짐 등의 변형되는 것을 방지함에 따라, 냉각수의 원활한 순환으로 인해 냉각효율이 높고 불량품 발생을 방지하므로 생산성 및 실용성을 갖게 된다.
또한, 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈을 성형하는 작업시간 단축으로 인해 대량생산하여 원가비용을 절감함에 따라 제품의 가격을 낮추고, 제품의 표면이 매끄러운 상태를 유지하게 되어 외관 및 품질이 향상되므로 동업종분야에서 경쟁력을 높일 수 있게 된다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 의한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈을 성형하기 위한 금형의 개략도,
도 2는 도 1에 도시된 금형의 분리사시도,
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 의한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈에서, 주형의 캐비티에 용탕을 주입시 쿨링 파이프의 유동을 방지하기 위한 클램프의 개략도,
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 의한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈에서, 금형에 쿨링 파이프를 고정시키는 클램프의 사용상태도,
도 5는 본 명세서의 일 실시예에 의한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈의 개략도,
도 6은 본 명세서의 일 실시예에 의한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈을 성형하는 제조방법을 나타내는 흐름도,
도 7은 본 명세서의 일 실시예에 의한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈을 성형하기 위한 금형에 용탕 주입되는 것을 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 명세서의 바람직한 일 실시예에 의한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈 및 그 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈(A)은
발열체로부터 발생되는 열을 쿨링 파이프를 순환하는 냉각수와 상호 열교환에 의해 방열시키기 위한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈에 있어서,
냉각수 입구(10)를 통해 유입되고 냉각수 출구(11)를 통해 배출되는 냉각수가 순환되도록 직렬형 임의의 관로를 형성하는 쿨링 파이프(12)(cooling pipe);
차량에 장착되는 배터리, 또는 옥외용 통신시스템의 기지국 또는 중계기에 사용되는 고전력 증폭기 등의 발열체(미 도시됨)가 외측면에 밀착상태로 장착되고, 고정금형(13) 및 가동금형(14)으로 이루어지는 주형의 내부에 형성되는 임의의 캐비티(15)에 쿨링 파이프(12)를 고정시키고, 냉각수 입구(10) 및 냉각수 출구(11)를 주형 외부로 노출시킨 상태에서 캐비티(15)에 용융된 알루미늄을 가압에 의해 주입시킬 경우, 쿨링 파이프(12)가 주입 압력에 의해 유동되지 않게 쿨링 파이프(12)를 클램프(16)에 의해 캐비티(15)의 내부에 고정하게 되는 모듈 몸체(17);를 구비하되,
주형에 용융된 알루미늄의 주입 압력에 의해 쿨링 파이프(12)의 형상 변형되는 것을 방지할 수 있도록 게이트 퍼팅면이 쿨링 파이프(12)의 윗쪽으로 위치하도록 용융된 알루미늄을 캐비티(15)에 주입하게 된다(도 7 참조).
전술한 냉각모듈(A)은 경량이고 열전도성이 우수한 알루미늄(Al)재, 또는 알루미늄 합금재가 사용될 수 있다. 즉 알루미늄은 용융점이 660℃정도로서 구리의 용융점(약 1084℃)보다 낮게 되므로, 주형에 용융 알루미늄을 주입시킬 경우에도 동(Cu) 파이프, 또는 스테인레스스틸재로 형성되는 쿨링 파이프(12)가 녹거나, 또는 찌그러짐 등의 휨변형되는 것을 최소화시킬 수 있게 된다.
도면에는 미 도시되었으나, 전술한 쿨링 파이프(12)를 이루는 파이프(12a)의 횡단면은 주형에 용융 알루미늄을 주입시킬 경우 용융 알루미늄의 흐름을 간섭하지 않도록 원형, 타원형, 유선형, 또는 다각형으로 다양한 형태로 변형되어 형성될 수 있다.
전술한 차량은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 수소자동차 등을 말한다.
클램프(16)는
쿨링 파이프(12)를 이루는 파이프(12a)의 상,하면을 압착에 의해 지지할 수 있도록 반원형 요홈(18)이 대향되게 형성되고, 분할 형성되는 제1,2클램프(19,20)를 볼트(21)에 의해 고정시키되,
주형에 용융된 알루미늄을 캐비티(15)에 임의 압력으로 주입시 볼트(21)의 머리부(22) 돌출로 인해 용융된 알루미늄 흐름을 간섭하지 않도록 제1클램프(19) 또는 제2클램프(20)에 머리부(22)를 수용하기 위한 함몰부(23)가 형성될 수 있다.
탕구(13a)를 통해 용융된 알루미늄을 캐비티(15)에 임의 압력으로 주입시 쿨링 파이프(12)가 길이 방향으로 유동되는 것을 방지할 수 있도록 클램프(16)를 수용하기 위한 요홈(24)이 주형의 고정금형(13) 및 가동금형(14)의 밀착면에 각각 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이 주형을 이루는 고정금형(13)(하부금형을 말함) 및 가동금형(14)(상부금형을 말함)의 합형, 주형의 캐비티(15)에 용탕을 주입 및 응고, 고정금형(13) 및 가동금형(14)의 이형, 주물 주출 등의 전 단계가 자동화기기에 의해 수행되어 주물을 성형하는 기술내용은 본 기술이 속하는 기술분야의 당업자에게는 자명한 것이다. 일 예로서 주형의 일측에 설치되는 온도센서 또는 타이머에 의해 각각의 작업단계가 순차적으로 이루어지며, 주형의 온도 제어를 위해 히팅라인과 냉각라인에 공급되는 열량을 조절할 수 있음은 물론이다.
도 6을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 쿨링 파이프가 인서트되는 냉각모듈의 제조방법에 의하면,
발열체로부터 발생되는 열을 쿨링 파이프를 순환하는 냉각수와 상호 열교환에 의해 방열시키기 위한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈의 제조방법에 있어서,
S10에서와 같이, 고정금형(13) 및 가동금형(14)으로 이루어지는 주형(즉 금형을 말함)을 준비한다.
S20에서와 같이, 냉각수가 유입되는 냉각수 입구(10)와 냉각수가 배출되는 냉각수 출구(11)가 형성되고, 냉각수가 순환되는 직렬형 임의의 관로를 형성하도록 쿨링 파이프(12)를 제작한다.
S30에서와 같이, 주형의 내부에 형성되는 임의의 캐비티(15)에 쿨링 파이프(12)를 고정시키되, 캐비티(15)에 용융된 알루미늄(Al)을 가압에 의해 주입시킬 경우 쿨링 파이프(12)가 주입 압력에 의해 유동되지 않게 쿨링 파이프(12)를 클램프(16)에 의해 캐비티(15) 내부에 고정하게 된다.
S40에서와 같이, 냉각수 입구(10) 및 냉각수 출구(11)를 주형 외부로 노출시킨 상태에서 쿨링 파이프(12)가 차지하는 공간을 제외한 캐비티(15)의 공간에 용융된 알루미늄을 채워 냉각모듈(A)에 쿨링 파이프(12)를 매립시키되, 캐비티(15)에 용융된 알루미늄의 주입 압력에 의해 쿨링 파이프(12)의 찌그러짐 등의 형상 변형되는 것을 방지할 수 있도록 게이트 퍼팅면이 쿨링 파이프(12)의 윗쪽으로 위치하도록 용탕을 주입시킬 수 있다.
도 2에서와 같이, 고정금형(13)에 형성된 캐비티(15)에 쿨링 파이프(12)의 파이프(12a)를 안착시킨 후, 고정금형(13)에 가동금형(14)을 포개어 합형하여 탕구(13a)를 통해 용탕을 금형 내부로 임의압력으로 주입시키게 된다.
이때, 게이트의 퍼팅면이 파이프(12a)의 위쪽에 위치하게 되므로 용탕의 흐름을 간섭하지 않게 된다. 이로 인해 금형에 주입되는 용융 알루미늄의 주입 압력에 의해 파이프(12a)의 외형이 찌그러지는 등의 쿨링 파이프(12)의 형상 변형되는 것을 방지할 수 있다.
S50에서와 같이, 용융된 알루미늄을 냉각시켜 쿨링 파이프(12)가 인서트 된 냉각모듈(A)을 제조할 수 있다. 냉각모듈(A)은 차량 등에 장착되는 배터리 등의 외관에 따라 T자형(미 도시됨), 일자형(미 도시됨), 또는 이들을 조합(미 도시됨)시킨 형상을 갖도록 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
이때, 냉각모듈(A)에 인서트 된 쿨링 파이프(12)의 용융된 알루미늄을 급속 냉각시킬 경우 온도 응력으로 인해 냉각모듈(A)의 내구성이 떨어질 수 있고 쿨링 파이프(12)와의 열 저항이 증가될 수 있게 되므로, 냉각모듈(A)의 용융된 알루미늄을 상온에서 서서히 냉각시키는 것이 바람직하다.
도면에는 미 도시되었으나, 차량에 탑재되는 배터리, 또는 옥외 통신시스템의 중계기 등의 발열체를 냉각모듈(A)의 외측면에 밀착되도록 장착시킨 상태에서, 발열체로부터 발생되는 열이 냉각모듈(A)과의 접촉면을 통해 냉각모듈(A)에 전도되고 다시 쿨링 파이프(12)에 전도된다. 냉각수 펌프(미 도시됨)로부터의 냉각수가 냉각수 입구(10)를 통해 쿨링 파이프(12)에 공급되어 순환된 후 냉각수 출구(11)를 통해 배출된다.
전술한 바와 같이 발열체로부터 발생되는 열을 쿨링 파이프(12)의 냉각수와 상호 열교환에 의해 흡수하여 방열시키는 기술내용은 당해분야에서 사용되는 구성에 속하는 것이므로 이들의 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
여기에서, 전술한 본 명세서에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 기술자가 하기의 청구범위에 기재된 본 명세서의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 명세서의 내용을 다양하게 수정및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10; 냉각수 입구
11; 냉각수 출구
12; 쿨링 파이프
13; 고정금형
14; 가동금형
15; 캐비티
16; 클램프
17; 모듈 몸체
18; 반원형 요홈
19; 제1클램프
20; 제2클램프
21; 볼트
22; 머리부
23; 함몰부
24; 요홈

Claims (4)

  1. 발열체로부터 발생되는 열을 쿨링 파이프를 순환하는 냉각수와 상호 열교환에 의해 방열시키기 위한 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈에 적용되고,
    냉각수 입구를 통해 유입되고 냉각수 출구를 통해 배출되는 냉각수가 순환되도록 직렬형 임의의 관로를 형성하는 쿨링 파이프;
    상기 발열체가 외측면에 밀착상태로 장착되고, 고정금형 및 가동금형으로 이루어지는 주형의 내부에 형성되는 임의의 캐비티에 상기 쿨링 파이프를 고정시키고, 상기 냉각수 입구 및 냉각수 출구를 상기 주형 외부로 노출시킨 상태에서 상기 캐비티에 용융된 알루미늄을 가압에 의해 주입시킬 경우, 상기 쿨링 파이프가 주입 압력에 의해 유동되지 않게 상기 쿨링 파이프를 클램프에 의해 상기 캐비티에 고정하게 되는 모듈 몸체;를 구비하되,
    상기 주형에 용융된 알루미늄의 주입 압력에 의해 상기 쿨링 파이프의 형상 변형되는 것을 방지할 수 있도록 게이트 퍼팅면이 상기 쿨링 파이프의 윗쪽으로 위치하도록 용융된 알루미늄을 캐비티에 주입하게 되는 것을 특징으로 하는 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈에 있어서:
    상기 클램프는
    상기 쿨링 파이프의 상,하면을 압착에 의해 지지할 수 있도록 반원형 요홈이 대향되게 형성되고, 분할 형성되는 제1,2클램프를 볼트에 의해 고정시키되,
    주형에 용융된 알루미늄을 상기 캐비티에 주입시 상기 볼트의 머리부 돌출로 인해 용융된 알루미늄 흐름을 간섭하지 않도록 상기 제1클램프 또는 제2클램프에 상기 머리부를 수용하기 위한 함몰부가 형성되는 것을 특징으로 하는 쿨링 파이프가 인서트 되는 냉각모듈.
  2. 삭제
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