KR101997425B1

KR101997425B1 - 방열 용접장치

Info

Publication number: KR101997425B1
Application number: KR1020190040287A
Authority: KR
Inventors: 나종찬
Original assignee: 나종찬
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2019-07-05

Abstract

본 발명은, 외관을 형성하는 하우징(100) 및 상기 하우징(100) 내에 구비되는 메인제어부(10), 인버터(20), 교류 전원을 직류 전원으로 전환하는 정류부(30) 및 전환된 직류 전원을 교류 전원으로 전환하는 출력부(50)를 포함하는 방열 용접장치에 있어서, 일면에 상기 인버터(20), 상기 정류부(30) 및 상기 출력부(50) 중 적어도 하나 이상이 부착되고, 타면에는 높이 방향으로 연장되는 다수개의 냉각핀(220)이 구비되는 제1방열판(200), 일면에 상기 인버터(20), 상기 정류부(30) 및 상기 출력부(50) 중 상기 제1방열판(200)에 부착되지 않은 나머지 구성이 부착되고, 타면에는 높이 방향으로 연장되는 다수개의 냉각핀(220)이 구비되는 제2방열판(200') 및 상기 제1방열판(200) 및 상기 제2방열판(200')의 상부에 배치되고, 상기 제1방열판(200) 및 상기 제2방열판(200')으로 공기를 공급하거나 공기를 빨아들이는 팬(500)을 포함하고, 상기 제1방열판(200)과 상기 제2방열판(200')이 배치되는 상기 하우징(100)의 바닥면(110)은 외부와 연통되는 다수개의 통공(111)을 포함하고, 상기 제1방열판(200)의 냉각핀(220)과 상기 제2방열판(200')의 냉각핀(220)은 서로 마주보도록 배치되되 소정간격 서로 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방열 용접장치에 관한 것이다.

Description

방열 용접장치{Radiant welding device}

본 발명은 방열 기능을 포함하는 용접장치에 관한 것으로서, 인버터에서 발생하는 열을 효율적으로 발산시킬 수 있는 방열 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 용접이란 서로 분리된 금속 재료를 열, 압력 또는 열과 압력을 동시에 가해서 접합하는 것을 의미하며, 부재의 접합부를 국부 가열로 녹여 접합하는 융접과, 접합부 사이에 녹는점이 낮은 다른 금속을 놓고 이것을 녹여 합금화시켜 붙이는 납땜으로 구별된다.

상기 융접용접은 다시 아크용접, 가스 용접, 저항용접, 특수용접 등으로 구분될 수 있으며, 두 금속을 접합(coalescence)시키기 위하여 전기를 이용하므로 전기용접이라고도 한다.

상기 전기용접은 전극과 모재에 전기를 가하여 전극과 모재를 통해 강한 전류(약 10 ~ 500A)가 흐르도록 하여 그 때 발생하는 열에 의하여 금속을 녹여서 접합시킨다.

전기 용접에 사용되는 강한 전류는 용접기 인버터를 사용하여 얻고 있으며, 용접기 인버터는 상용전원을 정류하여 직류로 만들고, 그 직류를 다수의 전자스위치로 스위칭하여 교류로 변환한 다음, 변압기로 전압을 변환하고 정류하여 직류를 얻는다.

종래의 전기 용접 장치는 대형으로 제작되기 때문에 용접 장소로 이동하기가 쉽지 않은 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 선 공개된 특허 제10-2010-0094688호와 같이 휴대를 간편하기 할 수 있는 휴대용 인버터 용접 장치 또한 많이 개발되었다.

아크 용접은 전극과 전극 또는 전극과 모재 사이에서 발생하는 아크 열을 이용하여 용재 또는 모재를 용융시키고, 이를 통해 모재의 접합을 이루는 것이다. 용접에 이용되는 아크는 비교적 낮은 전압과 높은 전류 특성을 가지며, 아크의 정적 및 동적 특성은 용접법에 따라 각각 달라진다.

아크 용접은 보다 다양하게 분류될 수 있으나, 일반적으로 피복 아크 용접법, 텅스텐(tungsten) 전극을 사용하는 티그(Tunsten Inert Gas Welding, TIG) 용접법, 용가재(용접봉)을 전극으로 사용하는 미그(Metal Inert Gas Welding, MIG) 용접법과 매그(Metal Active Gas Welding, Mag) 용접법, CO2 용접법, 서브머지드 용접법 및 플라즈마 용접법 등, 여러 가지로 구분될 수 있다.

이들 용접법을 구현하는 용접기들은 용접봉 또는 가스의 공급 상태에 따라서 수동 또는 자동으로 구분된다.

한편, 용접시 교류전원을 직류전원으로 및 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 과정 중에 열이 많이 발생한다. 이로 인해 용접장치 내에 구비되는 부품이 손상되는 문제가 발생한다. 발생된 열을 제거하기 위한 다양한 구조 및 방법들이 적용되고 있으나 열 제거 효율이 높지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것이며, 장치의 내부에서 발생된 열을 용이하게 제거할 수 있는 방열 용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는, 외관을 형성하는 하우징 및 상기 하우징 내에 구비되는 메인제어부, 인버터, 교류 전원을 직류 전원으로 전환하는 정류부 및 전환된 직류 전원을 교류 전원으로 전환하는 출력부를 포함하는 방열 용접장치에 있어서, 일면에 상기 인버터, 상기 정류부 및 상기 출력부 중 적어도 하나 이상이 부착되고, 타면에는 높이 방향으로 연장되는 다수개의 냉각핀이 구비되는 제1방열판, 일면에 상기 인버터, 상기 정류부 및 상기 출력부 중 상기 제1방열판에 부착되지 않은 나머지 구성이 부착되고, 타면에는 높이 방향으로 연장되는 다수개의 냉각핀이 구비되는 제2방열판 및, 상기 제1방열판 및 상기 제2방열판의 상부에 배치되고, 상기 제1방열판 및 상기 제2방열판으로 공기를 공급하거나 공기를 빨아들이는 팬을 포함하고, 상기 제1방열판의 냉각핀과 상기 제2방열판의 냉각핀은 서로 마주보도록 배치되되 소정간격 서로 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방열 용접장치를 제공하며, 용접장치 내부에서 발생하는 열을 용이하게 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 제1방열판과 상기 제1방열판의 일면에 부착되는 적어도 하나 이상의 구성 사이 및 상기 제2방열판과 상기 제2방열판의 일면에 부착되는 적어도 하나 이상의 구성 사이에는 각각 펠티에 모듈이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 방열 용접장치를 제공하며, 발열이 심한 구성들을 효과적으로 냉각할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 제1방열판 및 상기 제2방열판은 각각 냉각파이프 모듈을 더 포함하고, 상기 냉각파이프 모듈은, 두 개의 이웃하는 냉각핀들 사이마다 구비되는 장착부에 설치되는 다수개의 냉각관 및 상기 다수개의 냉각관 끝단과 각각 연통되고 상기 제1방열판 및 상기 제2방열판의 상단에 각각 구비되는 저장탱크로 구성되고, 상기 다수개의 냉각관 및 상기 저장탱크 내에는 냉각매질이 흐르는 것을 특징으로 하는 방열 용접장치를 제공하며, 방열판에서 발생하는 열을 효과적으로 발산시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 제1방열판 및 상기 제2방열판은 상기 냉각핀이 연장되는 방향과 동일한 방향으로 관통되는 다수개의 관통홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 용접장치를 제공하며, 방열판이 공기와 접촉하는 면적을 넓혀 냉각 속도가 빨라지는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 관통홀의 단면적은 상기 하우징의 바닥면으로부터 멀어질수록 넓어지는 것을 특징으로 하는 방열 용접장치를 제공하며, 관통홀 내의 가열된 공기가 방열판의 상부로 쉽게 빠져나갈 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예는, 상기 냉각핀은 표면에 높이방향으로 연장되어 구비되는 다수개의 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 용접장치를 제공하며, 방열판과 공기가 접촉되는 면적이 증가되는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예는, 다양한 구성 및 구조적인 특징들을 통해 용접장치의 내부에서 발생된 열을 용이하게 외부로 제거할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 방열 용접장치 내에 구비되는 인버터 회로를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 용접장치의 내부 구성들을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열판의 단면을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열판의 단면을 도시한 것이다.
도 5은 방열판 내를 관통하는 관통홀을 도시한 투시도이다.
도 6는 펠티에 소자의 작동 원리를 도시한 것이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열판의 후면을 도시한 것이다.
도 8은 냉각핀의 세부 구성을 도시한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 한편, 이하에 기술될 장치의 구성은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위함은 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 방열 용접장치(1) 내의 구성들의 관계를 단순하게 도식화한 회로도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방열 용접장치(1)는 인버터(20)를 포함하는 용접장치에 해당하며, 인버터 회로는 도 1에 도시된 바와 같이, 60Hz 교류전원(41)은 입력 전원 속에 혼입되기 쉬운 노이즈 신호(Noise signal)를 제거하는 잡음 제거부(42)를 경유하여 필터링된 교류의 입력 전원을 직류의 입력 전원으로 변환시키는 정류부(30)에 인가된다. 인버터(20)는 메인제어부(10)의 제어에 따라 변환된 직류의 입력 전원을 저전류로부터 고전류에 이르기까지 광대역에서 안정된 고전압을 출력하는 구성이다.

PWM(Pulse Width Modulation)제어부(13)는 인버터(20)로부터 출력되는 검출신호에 따라 전압의 오차를 검출하여 펄스파를 발생시킨 다음 시스템 제어신호를 출력한다. 메인제어부(10)는 PWM 제어부(13)로부터 수신된 제어신호를 근거로 하여 패널스위치(43)의 조작에 의하여 선택된 용접 파라미터를 연산 처리하여 최적의 희망 용접전압 및 희망 용접전류를 출력시킬 수 있도록 인버터(20)를 제어한다.

출력부(50)는 권선비 및 코일의 굵기를 달리하여 용접에 필요한 저전압 대전류로 변환시키는 메인 트랜스포머(51), 메인 트랜스포머(51)를 통하여 출력된 교류 저전압 대전류를 고속 정류시켜 맥류화된 전기성분으로 변환시키는 출력정류부(52), 및 출력정류부(52)를 통하여 맥류화된 전기 성분을 직류성분으로 평활시키는 리액터(53)들로 구성된다.

한편, 방열 용접장치(1)는 장치 내부의 열을 외부로 배출시키는 냉각팬(500)이 더 구비한다.

인버터(20), 정류부(30) 및 출력부(50)의 경우, 발산되는 열량이 매우 크며 주변 구성들을 손상시킬 수 있기 때문에 별도의 냉각 모듈이 더 구비는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 용접장치(1)의 전체 구성들이 도시된 분해도이다.

방열 용접장치(1)는 각 구성들을 전기적으로 제어하기 위한 다양한 소자들이 구비되는 메인제어부(10), 직류 입력 전원을 저전류로부터 고전류에 이르기까지 안정된 고전압을 출력하는 인버터(20), 외부 교류전원을 직류로 변환시키는 정류부(30), 전환된 직류를 교류로 변환시키는 출력부(50)를 포함한다. 이러한 구성들은 외관을 형성하는 하우징(100) 내에 구비된다.

또한 방열 용접장치(1)는 인버터(20), 정류부(30) 및 출력부(50) 등에서 발생되는 열을 흡수하는 방열판(200, 200')을 더 포함한다. 방열판(200, 200')은 제1방열판(200) 및 제2방열판(200')으로 구성된다.

출력부(50)는 정류부(30)에서 변환시킨 직류를 다시 고주파수의 교류로 만들어 용접에 적합한 전압으로 변압을 하는 구성이다.

교류를 직류로 및 직류를 교류로 다시 변환시키는 과정 중에 상당량의 열손실이 발생한다. 발생된 열은 주변의 다른 장치를 손상시키는 주요 원인이 되기 때문에 제1방열판(200) 및 제2방열판(200') 등과 같은 열을 흡수하여 외부로 발산시키는 구조가 필수적이다.

본 발명의 일 실시예의 경우, 인버터(20), 정류부(30) 및 출력부(50)는 각각 제1방열판(200) 및 제2방열판(200') 중 어느 하나와 직접 접촉하거나 펠티에 모듈(300)과 같은 구성을 통해 간접 접촉할 수 있다.

메인제어부(10)는 방열 용접장치(1)의 구성들을 전기적으로 제어할 수 있는 구성이다. 따라서 제어회로기판(10)은 IC칩 및 다양한 전자부품으로 구성된다. 다만 IC칩 및 다양한 전자부품들은 열에 매우 취약하다.

따라서 메인제어부(10) 내의 전자부품들을 인버터(20), 정류부(30) 및 출력부(50)에서 발생하는 열로부터 보호하기 위해 메인제어부(10) 하단에 방열부(12)가 더 구비될 수 있다.

메인제어부(10)와 방열부(12)는 방열부(12)의 가장자리에 구비된 연결핀(11)을 통해 연결된다. 방열부(12)는 인버터(20), 정류부(30) 및 출력부(50)에서 발생된 열의 일부를 흡수하기 때문에 메인제어부(10)와 직접 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 정리하면, 연결핀(11)는 메인제어부(10)와 방열부(12)를 고정적으로 결합시키되 접촉 면적을 최소화할 수 있다. 따라서 메인제어부(10)를 열로부터 보호할 수 있는 효과가 있다.

하우징(100)은 방열판(200, 200') 및 다양한 구성들이 배치되는 바닥면(110), 전면하우징(130), 후면하우징(140) 및 덮개하우징(120)으로 구성된다. 방열 용접장치(1) 내의 다양한 구성들을 설치하거나 점검하기 용이하도록 덮개하우징(120)은 바닥면(110), 전면하우징(130) 및 후면하우징(140)에 탈착 가능한 형태로 구비된다.

또한 덮개하우징(120)은 상기 덮개하우징(120)을 관통하는 다수개의 환기홀을 포함한다. 팬(500)의 작동에 의해 공기 순환이 일어나며 하우징(100) 내부의 뜨거운 공기가 상기 다수개의 환기홀을 통해 하우징(100) 외부로 배출될 수 있다. 환기홀은 덮개하우징(120)의 측면 및 상단면에 모두 구비된다.

바닥면(110)은 다수개의 통공(111)을 포함한다. 팬(500)의 작동에 의해 지면과 가장 가깝게 위치한 바닥면(110) 주변의 공기들이 다수개의 통공(111)을 통해 하우징(100)의 내부로 유입된다. 지면 주변의 공기 온도가 상대적으로 낮기 때문에 냉각 효율이 높아질 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열판(200, 200')의 단면을 도시한 것이다.

방열판(200, 200')은 열 흡수량이 많고 열 흡수 속도가 빠른 금속 재질을 가진 구성으로서, 판 형상의 방열플레이트(210), 방열플레이트(210)의 일면으로부터 돌출되고 높이방향으로 연장되는 다수개의 냉각핀(220)으로 구성된다. 각각의 냉각핀(220)은 방열플레이트(210)의 최하단에서 최상단까지 연장되는 긴 바 형태로 구성된다.

다수개의 냉각핀(220)은 소정 간격 일정하게 서로 이격되도록 배치되며, 어느 하나의 냉각핀(220)과 이웃하는 냉각핀(220) 사이에는 공기와 열교환이 일어나는 접촉공간(230)이 형성된다.

한편, 폭이 일정한 냉각핀(220)이 설치될 경우, 접촉공간(230) 내에서 가열된 공기의 순환이 원활하게 이루어지지 않아 방열 효과가 떨어지는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각핀(220)은 방열플레이트(210)로부터 멀어질수록 폭이 좁아지며, 이에 따라 접촉공간(230)의 폭은 방열플레이트(210)로부터 멀어질수록 폭이 넓어진다. 이러한 구조적인 특징으로 인해 접촉공간(230) 내로 주변 공기의 유입 및 유출이 용이해지는 효과가 있다.

또한 방열판(200, 200')은 두 개의 이웃하는 냉각핀(220)들 사이마다 높이 방향으로 연장되는 원기둥 형상의 장착부(240)를 더 포함한다. 장착부(240)는 도 7에 도시된 냉각파이프 모듈(400)의 냉각관(410)들이 설치되는 공간을 제공한다.

장착부(240)는 방열판(200, 200')에 있어서, 구조적으로 stress가 가장 많이 인가되고 열피로가 가장 높은 지점에 형성된다. 일반적으로 꺾이는 부위, 즉 각도가 급격하게 변화는 부위에 stress가 가장 많이 인가되며 열에 의해 손상될 확률도 가장 높다. 본 발명의 일 실시예의 경우, 두 개의 이웃하는 냉각핀(220) 사이 및 방열플레이트(210)에 의해 형성되는 지점이 이에 해당한다.

따라서 두 개의 이웃하는 냉각핀(220)들 사이에 장착부(240)를 형성함으로써 방열판(200, 200')의 내구성을 높일 수 있다. 또한 장착부(240)는 방열판(200, 200')을 냉각시킬 수 있는 냉각관(410)이 설치되는 공간을 제공하기 때문에 방열판(200, 200')의 냉각 효율을 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.

도 4를 살펴보면, 방열플레이트(210)에 다수개의 관통홀(260)이 더 형성된 것을 알 수 있다.

관통홀(260)은 방열판(200, 200')의 상단면에서 하단면에 이르기까지 관통된 긴 관형태의 홀에 해당한다. 관통홀(260)은 방열판(200, 200')이 주변 공기와 접촉할 수 있는 접촉면을 넓힐 수 있는 효과가 있다.

관통홀(260) 내의 공기는 방열판(200, 200')에 의해 온도가 상승된다. 기체는 온도가 높아질수록 밀도가 작아진다. 따라서 관통홀(260) 내의 공기는 상승하려는 움직임을 가진다. 즉, 방열판(200, 200')이 열을 흡수하면, 관통홀(260)의 상단으로 가열된 공기가 계속해서 토출되고, 관통홀(260)의 하단으로부터 공기가 계속해서 유입될 것이다.

도 5는 관통홀(260)의 단면적을 확인할 수 있는 도면이며, 방열판(200, 200')의 측면을 기준으로 관통홀(260)의 위치 및 크기 등이 도시되어 있다.

관통홀(260)의 단면적은 바닥면(110)으로부터 멀어질수록 넓어진다. 구체적으로, 관통홀(260)의 단면적은 방열판(200, 200')의 하단으로부터 방열판(200, 200')의 상단으로 갈수록 넓어진다.

가열된 공기(기체)는 팽창하기 때문에 관통홀(260)의 단면적이 방열판(200, 200')의 하단에서 상단에 이르기까지 일정하다면 팽창된 공기가 방열판(200, 200')의 상단으로 모두 배출되지 못하고 일부는 하단으로 배출된다. 냉각의 효율을 높이기 위해서는 관통홀(260) 내의 공기의 흐름 방향이 일정할수록 좋다.

따라서 관통홀(260)의 단면적이 방열판(200, 200')의 상단으로 갈수록 넓어지도록 가공되면, 관통홀(260) 내에서 가열된 공기는 방열판(200, 200')의 상단 방향으로 팽창되어 배출될 수 있다. 즉, 관통홀(260)의 하단을 통해서 계속해서 주변 공기가 유입될 것이고 관통홀(260)의 상단을 통해서 계속해서 관통홀(260) 내의 가열된 공기가 배출될 것이다.

한편, 도 3 및 도 4를 살펴보면, 방열판(200, 200')과 인버터(20), 정류부(30) 및 출력부(50) 사이에 펠티에 모듈(300)이 더 구비된 것을 알 수 있다. 도 6을 통해 펠티에 모듈(열전소자)에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

펠티에 모듈(300)은 직류 전류에 의해 자유로이 냉각, 가열, 온도 제어를 하는 열전 반도체 소자(펠티에 소자)를 포함하여 구성되는 것으로, 냉각 및 가열, 온도 제어가 필요한 여러 산업분야에 이미 널리 사용되고 있는 장치이다.

작동에 필요한 직류 전류를 적절히 인가받음에 따라 냉각, 가열, 온도 제어를 수행하는 펠티에 모듈(300)과 이를 제어하는 제어회로부의 세부적인 회로구성 및 전기적 연결관계 등에 대해서는 이미 공지의 기술이다.

따라서 본 명세서에서는 본 발명의 명확한 이해를 위하여 반드시 설명되어야 할 부분, 즉 펠티에 모듈(300)의 기본 설명 및 개념, 작동원리, 이를 채용하여 인버터(20), 정류부(30) 및 출력부(50) 등을 냉각하는 원리에 대해서만 언급하기로 한다.

상기 펠티에 모듈(300)에서는 직류 전류를 인가함으로써 열전 반도체 소자(310, 320) 양면에 소정 온도차가 발생하게 된다. 이 때 열전 반도체 소자(310, 320)는 저온부(도면부호 330a에 해당)측에서 고온부(도면부호 330b, 200, 200' 부분에 해당)측으로 열을 이동시키는 열 펌프 역할을 한다.

펠티에 모듈(300)는 인가되는 전류의 극성을 바꾸면 열이 흐르는 방향을 바꿀 수 있다. 또한 전류의 세기를 바꿈으로써 이동되는 열량의 크기를 조절할 수 있다. 따라서 냉각, 가열, 온도 제어가 쉽게 이루어진다.

펠티에 모듈(300)은 도시된 바와 같이 두 개의 세라믹 기판(330a, 330b) 사이에 2개 이상의 P형 및 N형 열전 반도체 소자(310, 320) 쌍들이 솔더 플레이트(solder plate)(340a, 340b)에 의해 고정되어 있는 구조를 가진다. 이 때 열전 반도체 소자(310, 320)들은 전기적으로는 직렬 구조로 구성되며 열적으로는 병렬 구조로 구성된다.

양측의 세라믹 기판(330a, 330b)은 각각 펠티에 모듈(300)에서의 저온부와 고온부가 되며, 인버터(20), 정류부(30) 및 출력부(50)와 같은 냉각대상체들과 방열판(200, 200')를 전기적으로 절연시키는 역할을 한다.

도 6에서 N형 소자(310)에 (+)방향의 직류 전류를 흘려주면, P형 소자(320)쪽에서 N형 소자(310)쪽으로 전자 이동이 일어나며 동시에 저온부를 통해 열을 흡수하면서 냉각대상체들의 온도가 떨어진다.

또한 흡수한 열은 펠티에 모듈(300)의 고온부쪽으로 이동하게 되며, 방열판(200, 200') 및 냉각핀(220)를 통해 주위로 방출된다.

공급 전원(350)의 극성이 바뀌면 전류의 흐름 방향이 반대가 되면서 냉각과 발열 현상이 역전된다.

이러한 펠티에 모듈(300)은 압축기와 냉매를 가진 일반적인 냉동 사이클을 채용한 방식과 비교해서 다음과 같은 특징을 가지고 있다.

- CFC 냉매를 사용하지 않으며, 소형, 경량이고, 모양을 자유롭게 선택할 수 있다.

- 전류의 방향을 바꾸기만 하면 냉각뿐만 아니라 가열도 가능하고, 냉각과 가열의 양 기능을 가지므로 상온에서의 온도 제어가 가능하다.

- 온도 응답성이 좋으며, 가동부분이 없으므로 진동, 소음이 없고, 피로 및 파손되는 기계부분이 없으므로 수명이 길고 높은 신뢰성을 가진다. 냉매순환식 냉각방식과는 달리 기계적인 작동부분이 필요 없고, 다만 서로 다른 두 P형, N형 열전 반도체 소자를 이용하여 모듈을 구성한 후 여기에 전류를 흘려주면, 펠티에 효과에 의한 소자 양단의 흡열 또는 발열 현상에 의해 온도를 제어할 수 있는 고체 냉각 방식이다.

- 전기 배선뿐이므로 취급이 간단하다.

도 6은 본 발명에서 저온수단으로 채용되는 펠티에 모듈(300)의 구성 및 작동원리를 설명하기 위한 기본적인 예를 도시한 것일 뿐, 실제 본 발명에 적용하기 위해서는 여러 형태로의 변경이 가능하다.

본 발명의 일 실시예의 경우, 펠티에 모듈(300)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 방열판(200, 200')과 인버터(20), 정류부(30) 및 출력부(50) 사이에 배치된다. 즉, 펠티에 모듈(300) 중 저온부 세라믹 기판(330a)은 방열판(200, 200')과 접촉하며 고온부 세라믹 기판(330b)은 인버터(20), 정류부(30) 및 출력부(50)와 접촉하도록 구비된다.

한편, 펠티에 모듈(300)은 온도 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 센서는 인버터(20), 정류부(30) 및 출력부(50)의 온도를 측정할 수 있으며, 측정된 온도 정보는 메인제어부(10)로 송신될 수 있다. 메인제어부(10)로 송신된 온도 정보는 기 설정된 온도 수치와 비교하는 단계를 거친 후, 기 설정된 온도 수치보다 송신된 온도 수치가 더 높은 경우, 메인제어부(100)는 펠티에 모듈(300)에 공급되는 전류의 크기를 단계적으로 상승시킬 수 있다.

더불어 메인제어부(100)는 팬(500)의 rpm을 조절할 수 있다. 온도 센서에서 측정되는 인버터(20), 정류부(30) 및 출력부(50)의 온도에 따라 팬(500)의 rpm을 조절할 수 있다. 팬(500)의 rpm과 온도 센서에서 측정되는 온도 수치는 linear한 관계로 형성됨이 바람직하다.

도 7을 통해 냉각파이프 모듈(400)의 상세 구성들을 살펴보도록 한다.

냉각파이프 모듈(400)은 방열판(200, 200')의 장착부(240)에 설치되는 다수개의 냉각관(410)과 다수개의 냉각관(410)의 끝단과 각각 연통되고 제1방열판(200) 및 제2방열판(200')의 상단에 각각 구비되는 저장탱크(420)로 구성된다.

다수개의 냉각관(410)과 저장탱크(420) 내부에는 액체 형태의 냉각 매질이 충전된다. 냉각 매질은 다양한 종류의 매질이 적용될 수 있다.

냉각관(410)은 높이 방향으로 길게 연장되고 내부가 텅빈 파이프 형상을 가지며, 장착부(240)에 설치됨으로 인해 지면과 수직한 관계에 놓이게 된다. 냉각관(410)의 하부 끝단은 폐쇄되어 있으며, 냉각관(410)의 상부 끝단만 저장탱크(420)와 연통된다.

저장탱크(420)는 다수개의 냉각관(410)의 끝단 중 지면과 멀리 떨어진 끝단과 연통된다. 즉, 도 7과 같이 저장탱크(420)는 방열판(200, 200')의 상단에 위치된다.

방열판(200, 200')과 직접 접촉하는 다수개의 냉각관(410) 내부의 냉각 매질은 방열판(200, 200')의 열을 흡수할 수 있다. 열을 흡수한 냉각 매질은 부피 팽창에 의해 밀도가 작아지기 때문에 냉각관(410)의 상부 끝단을 지나 저장탱크(420) 내부로 유입된다. 반대로 저장탱크(420) 내의 냉각 매질은 냉각관(410)으로 유입될 것이다. 즉, 냉각파이프 모듈(400)의 구조적인 특징으로 인해 다수개의 냉각관(410) 및 저장탱크(420) 내의 냉각 매질이 원활하게 순환할 수 있으며, 종국적으로 방열판(200, 200')의 냉각 효율을 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.

도 8은 냉각핀(220)의 세부 구조가 도시된 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각핀(220)은 냉각핀(220)의 표면에 높이 방향으로 연장되는 다수개의 돌기부(250)를 포함한다.

각각의 돌기부(250)는 냉각핀(220)의 최하단에서 최상단에 이르기까지 연장되며 지면과 수직한 관계를 형성한다. 냉각핀(220)의 표면에 다수개의 돌기부(250)가 구비됨으로 인해 냉각핀(220)이 공기와 접촉하는 접촉면이 넓어지며, 방열판(200, 200')이 흡수한 열을 좀 더 효율적으로 외부로 발산시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예의 경우, 각각의 돌기부(250)는 바닥면(110)과 멀어질수록 폭이 점점 좁아진다. 접촉공간(230) 내에서 가열된 공기가 원활하게 방열판(200, 200')의 상단으로 상승할 수 있도록 하기 위함이다.

본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 따라서 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1: 방열 용접장치 10: 메인제어부 11: 연결핀
12: 방열부 20: 인버터 30: 정류부
50: 출력부 53: 리액터 100: 하우징
110: 바닥면 111: 통공 120: 덮개하우징
130: 전면하우징 140: 측면하우징 200: 방열판
200': 방열판 210: 방열플레이트 220: 냉각핀
230: 접촉공간 240: 장착부 250: 돌기부
260: 관통홀 300: 펠티에 모듈 310: N형 소자
320: P형 소자 330a, b: 세라믹 기판 340a, b: 숄더 플레이트
350: 직류전원 400: 냉각파이프 모듈 410: 냉각관
420: 저장탱크 500: 팬

Claims

외관을 형성하는 하우징(100) 및 상기 하우징(100) 내에 구비되는 메인제어부(10), 인버터(20), 교류 전원을 직류 전원으로 전환하는 정류부(30) 및 전환된 직류 전원을 교류 전원으로 전환하는 출력부(50)를 포함하는 방열 용접장치에 있어서,
일면에 상기 인버터(20), 상기 정류부(30) 및 상기 출력부(50) 중 적어도 하나 이상이 부착되고, 타면에는 높이 방향으로 연장되는 다수개의 냉각핀(220)이 구비되는 제1방열판(200);
일면에 상기 인버터(20), 상기 정류부(30) 및 상기 출력부(50) 중 상기 제1방열판(200)에 부착되지 않은 나머지 구성이 부착되고, 타면에는 높이 방향으로 연장되는 다수개의 냉각핀(220)이 구비되는 제2방열판(200'); 및,
상기 제1방열판(200) 및 상기 제2방열판(200')의 상부에 배치되고, 상기 제1방열판(200) 및 상기 제2방열판(200')으로 공기를 공급하거나 공기를 빨아들이는 팬(500);을 포함하고,
상기 제1방열판(200)과 상기 제2방열판(200')이 배치되는 상기 하우징(100)의 바닥면(110)은 외부와 연통되는 다수개의 통공(111)을 포함하고, 상기 제1방열판(200)의 냉각핀(220)과 상기 제2방열판(200')의 냉각핀(220)은 서로 마주보도록 배치되되 소정간격 서로 이격되도록 배치되며,
상기 제1방열판(200) 및 상기 제2방열판(200')은 각각 냉각파이프 모듈(400)을 더 포함하고,
상기 냉각파이프 모듈(400)은,
두 개의 이웃하는 상기 냉각핀(220)들 사이마다 높이 방향으로 연장되어 구비되는 장착부(240)에 설치되는 다수개의 냉각관(410); 및,
상기 다수개의 냉각관(410)의 끝단과 각각 연통되고 상기 제1방열판(200) 및 상기 제2방열판(200')의 상단에 각각 구비되는 저장탱크(420);로 구성되고,
상기 다수개의 냉각관(410) 및 상기 저장탱크(420) 내에는 냉각 매질이 흐르며,
상기 제1방열판(200) 및 상기 제2방열판(200')은 상기 냉각핀(220)이 연장되는 방향과 동일한 방향으로 관통되는 다수개의 관통홀(260)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 용접장치.
제1항에 있어서,
상기 제1방열판(200)과 상기 제1방열판(200)의 일면에 부착되는 적어도 하나 이상의 구성 사이 및 상기 제2방열판(200')과 상기 제2방열판(200')의 일면에 부착되는 적어도 하나 이상의 구성 사이에는 각각 펠티에 모듈(300)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 방열 용접장치.
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제1항에 있어서,
상기 관통홀(260)의 단면적은 상기 하우징(100)의 바닥면(110)으로부터 멀어질수록 넓어지는 것을 특징으로 하는 방열 용접장치.
제1항에 있어서,
상기 냉각핀(220)은 표면에 높이방향으로 연장되어 구비되는 다수개의 돌기부(250)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 용접장치.