KR102014222B1 - 냉각모듈의 제조방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 확산접합을 이용한 냉각모듈의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은; 접합면에 유로가 동일한 형태로 형성되어 있는 2장의 단위판재가 접합되어 일체를 이루며 내부에는 지그재그 형태로 유로가 마련되는 판형상의 냉각모듈을 제작하는 방법으로서; 상기 단위판재의 접합면에 단면이 반원 형태로 된 그루브(groove)를 지그재그 형태로 가공하는 단계; 가공된 단위판재를 정밀세척하는 단계; 세척된 2개의 단위판재를 포갠 상태로 조립하는 단계; 조립된 단위판재를 확산접합장치를 이용하여 확산접합하는 단계; 상기 확산접합장치에서 접합되어 일체를 이루게 된 냉각모듈을 인출하여 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉각모듈의 제조방법 및 이를 위한 장치{Method And Apparatus For Manufacturing Cooling Module}

본 발명은 냉각모듈의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 확산접합을 이용하여 내부에 냉각수 유로가 형성되도록 하는 냉각모듈 제조방법에 관한 것이다.

냉각모듈은 판재 접촉하고 있는 물질을 과열을 방지하기 위한 수단이다. 다양한 산업분야에서 장치의 과열방지를 위한 냉각모듈이 사용되고 있으며 그 방식도 다양하다. 특히 부재 내부에 냉각수를 순환시켜 냉각시키는 수냉식이 널리 사용되기도 하는데 이 수냉식은 부재의 내부에 냉각수가 관류되도록 하기 위한 유로가 구비된다. 부재를 고르게 냉각시키고 나아가 냉각효율을 높이기 위하여는 유로가 부재 곳곳에 혈관처럼 설치되는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명이 적용되는 종래의 냉각모듈(100')의 구성도이다. 냉각모듈(100')은 고온의 발열체를 탑재한 상태에서 발열체(P)를 운반하는 테이블 형태로 되어 있다. 이러한 냉각모듈(100')은 예를 들어 3m 정도로 길게 연장되어 있다. 이러한 냉각모듈(100') 내부에 냉각수 유로(101)를 형성하기 위하여는 냉각모듈(100')을 2개 이상의 단위로 분리하여 각각 냉각유로를 형성한 다음 이어 붙여야 했다. 그러나 이 같은 경우 그 단위 냉각모듈의 개수만큼 냉각수 공급시스템이 갖추어져야 한다. 이는 냉각장치의 구성이 매우 복잡해지는 요인이 된다.

일체형으로 할 경우에는 냉각모듈(100')을 일체형으로 제작할 수 없기 때문에 접합방식으로 제작하여야 한다. 종래의 부재 접합방식은 딥브레이징, 진공브레이징 방식을 이용하여 제작되어 왔다.

딥브레이징(dipped brazing)은 물체 간의 접합방법 중 하나로서 용융납(녹는점보다 20 ~ 50℃ 높은 것)을 흑연 도가니에 넣어, 이 속에 용접 물체를 침적하여 납땜하는 방법이다. 최근에는 욕탕용액의 화학적 반응열을 이용해서 미리 용착재료를 발라 조립된 용접 물체를 침지하여 단숨에 용접이 되는 방법이 많이 실용되고 있다. 이 방법은 자전거 프레임, 라디오 섀시, 열교환기, 라디에이터 등 세밀하고 복잡한 물체 제작 등에 광범위하게 이용된다.

딥브레이징 등의 방식에 의하면 접합하고자 하는 물체 이외의 연성의 제3의 물질을 필요로 하기 때문에 유로 내부에 이물질이 발생한다는 문제점을 가지고 있다. 이는 유로를 폐색시키는 중대한 문제를 일으킬 수 있다.

대한민국 특허출원 제10-2010-0096327호 대한민국 특허출원 제10-2012-0069866호

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은 내부 유로를 구비하고 있는 기다란 냉각모듈을 제작하는 방법을 제공하는 것에 있다. 좀 더 구체적으로는 유로에 이물질이 생기지 않으며 이물들에 의해 유로가 막히지 않는 접합방법을 이용한 냉각모듈의 제조방법을 제공하는 것에 목적이 있다.

위와 같은 목적은, 접합면에 유로가 동일한 형태로 형성되어 있는 2장의 단위판재가 접합되어 일체를 이루며 내부에는 지그재그 형태로 유로가 마련되는 판형상의 냉각모듈을 제작하는 방법으로서,

상기 단위판재의 접합면에 단면이 반원 형태로 된 그루브(groove)를 지그재그 형태로 가공하는 단계;

가공된 단위판재를 정밀세척하는 단계;

세척된 2개의 단위판재를 포갠 상태로 조립하는 단계;

조립된 단위판재를 확산접합장치를 이용하여 확산접합하는 단계;

상기 확산접합장치에서 접합되어 일체를 이루게 된 냉각모듈을 인출하여 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각모듈의 제조방법에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 확산접합장치의 내부 공간에 진공을 형성하기 위하여 진공발생장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 냉각단계 이후에, 소재를 강도를 높이기 위한 열처리 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 2개의 판재의 정밀세척은 알코올세척과 알루미늄 전용 수용성 알칼리 세척제를 이용한 수동세척을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면 확산접합시 상기 확산접합장치의 내부 공간에 진공을 형성하는 진공형성단계가 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 제품에 적합한 열과 압력을 일정시간 유지하여 필요한 영역에 확산접합이 일어나도록 하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은, 내부에 밀폐된 작업공간을 제공하기 위한 것으로서 개방 또는 폐쇄가 가능한 진공챔버; 상기 진공챔버 내부의 작업공간에 투입된 소재를 가열하기 위한 가열장치; 상기 소재에 압력을 가하기 위한 프레스장치; 상기 작업공간을 진공화시키기 위한 진공발생장치;를 포함하되;

상기 진공챔버의 작업공간은 길이가 2,000 ~ 3,000mm이며, 폭이 500 ~1000mm가 되는 냉각모듈을 접합시킬 수 있는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 프레스장치는 상기 소재의 길이방향을 따라서 2 ~ 4곳에서 가압할 수 있도록 상기 진공챔버의 길이방향을 따라 2 ~ 4곳에 설치될 수 있다.

상기 본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 진공챔버는 상부개방형 하부케이싱과, 상기 하부케이싱에 결합되어 상기 작업공간을 밀폐 또는 개방시키기 위한 하부케이싱으로 구성되되;

상기 상부케이싱의 측벽 상단에는 제1레일이 설치되어 있으며;

상기 하부케이싱의 측벽 하단에는 상기 제1레일과 암수결합하여 슬라이딩 운동을 할 수 있는 제2레일이 설치되어 있음으로써;

상기 상부케이싱은 수평방향으로 슬라이딩되면서 상기 작업공간이 밀폐 또는 개방되도록 하는 것일 수 있다.

위와 같은 구성에 따르면, 2개의 판재를 조립하여 하나의 완성된 제품을 구성하게 되는 냉각모듈을 확산접합에 의해 접합됨으로써, 냉각모듈 내부의 미세한 유로가 이물질 등에 의해 손상되지 않게 된다. 따라서 냉각효율을 높일 수 있으며, 내구성을 높일 수 있게 된다.

도 1은 종래 냉각모듈의 사용 형태를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 냉각모듈의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 냉각모듈의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 확산접합장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 확산접합장치의 단면구성도로서, 도 4의 A-A선을 따라 취한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다. 본 발명은 접합면에 유로가 동일한 형태로 형성되어 있는 2장의 단위판재(1,3)가 접합되어 일체를 이루며 내부에는 지그재그 형태로 유로(5,7)가 마련되는 판형상의 냉각모듈(100)을 제작하는 방법을 제안한다. 냉각모듈(100)은 미로와 같은 유로를 가지고 있으므로 접합과정에서 이 유로가 부분적으로 폐쇄되는 경우 품질에 심각한 문제가 생길 수 있다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하는 것을 내용으로 한다.

우선 단위판재(1,3)의 접합면에 단면이 반원 형태로 된 그루브(groove)를 지그재그 형태로 가공하는 단계가 선행된다.

가공은 통상 CNC를 이용하며, 가공된 단위판재(1,3)를 세척하는 단계가 후속된다. 단위판재(1,3)의 세척은 초음파를 이용한 세척방법을 이용한다. 그리고 세척된 2개의 단위판재(1,3)를 포갠 상태로 임시 고정하는 단계가 후속된다. 이 과정에서 지그수단이 사용될 수 있다. 지그수단은 압력을 가할 때 피접합물, 즉 단위판재(1,3)의 접합면에 고르게 압력이 가해질 수 있으며, 단위판재의 위치가 정확하게 고정된 상태를 유지하도록 한다.

지그수단으로는 복수 개의 세팅핀(13) 및 이 세팅핀(13)이 박음 고정될 수 있도록 단위판재(1,3)에 마련되는 핀홀(9,11)을 포함할 수 있다. 핀홀은 유로(15)가 형성되어 있지 않는 모서리 부분을 위주로 하여서 마련된다. 세팅핀(13)과 핀홀(9,11)의 공차가 단위판재(1,3) 및 완성된 제품(100)의 형태에 영향을 주어서는 아니 된다.

본 발명의 핵심적 사항으로서 임시 고정된 단위판재를 확산접합장치를 이용하여 확산접합하는 단계가 이어진다.

확산접합 과정은 확산접합장치(1)에 의해 이루어진다. 확산접합장치(1)는 밀폐될 수 있으며 게이트가 구비된 진공챔버(11)와, 진공챔버(11) 내부에 설치되는 가열장치(27)와, 진공챔버(11) 내부에 장입된 피접합물인 단위판재(1,3)에 압력을 가하기 위한 프레스장치(19)와, 진공챔버(11) 내부를 진공화시키기 위한 진공발생장치(29)를 포함한다. 진공챔버(11)의 진공도는 높을수록 좋다. 이 확산접합과정에 소요되는 시간은 12~48시간이 될 수 있다.

확산접합(diffused bonding)이란 금속재료를 밀착시켜 소재를 융점 이하의 온도로 가열하면서 소성변형을 일으키지 않을 정도로 압력을 가해, 접합면 사이에서 발생하는 원자의 확산을 이용하여 접합하는 방법을 말한다. 접합 후의 열응력이나 변형이 적고, 변형량이 적으며, 조직 변화에 의한 재료의 열화가 적다는 특징이 있다. 서로 다른 금속끼리도 접합이 가능하다는 특징을 갖는 접합방식이다.

그리고 확산접합장치에서 접합되어 일체를 이루게 된 냉각모듈을 인출하여 냉각하는 단계가 시행된다.

본 발명의 실시예에 의하면 확산접합 이후에 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 열처리 단계는 확산접합에 의해 재질이 연해진 것을 다시 강하게 만들기 위한 단계로서 보통 담금질(quenching)이 주를 이룬다. 본 발명의 실시예에 의하면 열처리로에 소재를 투입한 후 밀폐 상태에서 액체 질소를 분사하는 방식으로 열처리를 수행하도록 한다.

이하, 확산접합장치를 설명한다. 확산접합장치는 핫프레스(hot press)라 불리는 장치의 구성을 가진다.

확산접합장치는 내부에 밀폐된 작업공간을 제공하기 위한 것으로서 개방 또는 폐쇄가 가능한 진공챔버(11)와, 상기 진공챔버(11) 내부의 작업공간에 투입된 소재를 가열하기 위한 가열장치(27)와, 상기 소재에 압력을 가하기 위한 프레스장치(19)와, 상기 작업공간을 진공화시키기 위한 진공발생장치(29)를 포함하고 있다.

본 발명의 특징에 의하면, 진공챔버(11)는 길이가 2,000 ~ 3,000mm이며 폭이 500 ~1000mm가 되는 냉각모듈을 접합시킬 수 있는 규모로 제공된다.

프레스장치(19)는 소재의 길이방향을 따라서 2 ~ 4곳에서 가압할 수 있도록 케이싱의 길이방향을 따라 2 ~ 4곳에 설치될 수 있다. 진공챔버(11)는 상부개방형 하부케이싱(15)과, 상기 하부케이싱(15)에 결합되어 상기 작업공간을 밀폐 또는 개방시키기 위한 상부케이싱(17)으로 구성된다.

상부케이싱(17)의 측벽 상단에는 제2레일(25)이 설치되어 있으며, 하부케이싱(15)의 측벽 하단에는 상기 제2레일(25)과 암수결합하여 슬라이딩 운동을 할 수 있는 제1레일(23)이 설치되어 있다. 이에 의하면 상부케이싱(13)은 수평방향으로 슬라이딩되면서 상기 작업공간이 밀폐 또는 개방되도록 구성된다. 제1,2레일(35,25)은 도브테일 형태로 마련될 수 있다. 경우에 따라 LM가이드가 사용될 수도 있으며 압력을 가할 때 케이싱이 벌어지는 것을 방지하기 위한 록킹장치가 마련될 수도 있다.

진공챔버(11)의 하부케이싱(15) 바닥에는 단위판재(1,3)를 올려놓기 위한 베드(18)가 설치될 수 있다.

본 발명은 예를 들어, 길이가 3,000mm 정도로 기다란 판재형 냉각모듈을 일체형으로 제작하는 것에 큰 의미가 있다. 이에 의하면 냉각시스템을 단순화시킬 수 있고, 냉각효율을 높일 수 있게 된다. 또한 냉각수 유로를 자유 자재하게 배치 설계할 수 있어 어떠한 발열체(P, 도 1 참조)에도 적용할 수 있게 된다. 도시된 유로(5,7)의 형태에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 아니함은 당연하다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다.

1,3 : 단위판재 5,7 : 유로
9 : 핀홀 11 : 진공챔버
13 : 세팅핀 15 : 하부케이싱
17 : 상부케이싱 19 : 프레스장치
23 : 제1레일 25 : 제2레일
27 : 가열장치 29 : 진공발생장치
100 : 냉각모듈

Claims (6)

1. 접합면에 유로가 동일한 형태로 형성되어 있는 2장의 단위판재가 접합되어 일체를 이루며 내부에는 지그재그 형태로 유로가 마련되는 판형상의 냉각모듈을 제작하는 방법으로서,
   상기 단위판재의 접합면에 단면이 반원 형태로 된 그루브(groove)를 지그재그 형태로 가공하는 단계;
   가공된 단위판재를 초음파 세척하는 단계;
   세척된 2개의 단위판재를 포갠 상태로 조립하는 단계;
   조립된 단위판재를 확산접합장치를 이용하여 확산접합하는 단계;
   상기 확산접합장치에서 접합되어 일체를 이루게 된 냉각모듈을 인출하여 냉각하는 단계; 및
   상기 냉각단계 이후에 소재를 강성을 높이기 위한 열처리 단계;를 포함하되,
   상기 확산접합은 진공 상태에서 이루어지고,
   상기 열처리는 열처리로에 소재를 투입한 후 밀폐 상태에서 액체 질소를 분사하는 방식으로 수행되며,
   상기 확산접합장치는,
   내부에 밀폐된 작업공간을 제공하기 위한 것으로서 개방 또는 폐쇄가 가능한 진공챔버;
   상기 진공챔버 내부의 작업공간에 투입된 소재를 가열하기 위한 가열장치;
   상기 소재에 압력을 가하기 위한 것으로서, 상기 소재의 길이방향을 따라서 2 ~ 4곳에서 가압할 수 있도록 상기 진공챔버의 길이방향을 따라 2 ~ 4곳에 설치되는 프레스장치; 및
   상기 작업공간을 진공화시키기 위한 진공발생장치;를 포함하되,
   상기 진공챔버의 작업공간은 길이가 2,000 ~ 3,000mm이며 폭이 500 ~1000mm가 되는 냉각모듈을 접합시킬 수 있는 규모로 제공되고,
   상기 진공챔버는 상부개방형 하부케이싱과, 상기 하부케이싱에 결합되어 상기 작업공간을 밀폐 또는 개방시키기 위한 상부케이싱으로 구성되되,
   상기 상부케이싱의 측벽 상단에는 제1레일이 설치되어 있으며, 상기 하부케이싱의 측벽 하단에는 상기 제1레일과 암수결합하여 슬라이딩 운동을 할 수 있는 제2레일이 설치되어 있음으로써, 상기 상부케이싱은 수평방향으로 슬라이딩되면서 상기 작업공간이 밀폐 또는 개방되도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각모듈의 제조방법.
   
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