KR102166978B1 - 냉각 부품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉매의 흐름이 원활하고 냉매와의 접촉 면적이 증가되어 냉각 효율이 향상된 냉각 부품에 관한 것이다. 본 발명은 내부에 냉매가 흐르도록 하여 접촉된 발열체를 냉각시키는 냉각 부품에 있어서, 하부 플레이트의 가장자리 부분이 위 방향으로 연장되어 하부 측벽을 형성하고 하부 플레이트 일부에 냉매가 흘러 나가는 냉매 유출구가 형성된 하부 멤버, 하부 플레이트 상에 접합되어 형성된 방열 구조체 및 플레이트의 가장자리 부분이 아래 방향으로 연장되어 하부 측벽과 대응되어 결합하여 밀폐되도록 상부 측벽을 형성하고 상부 플레이트의 일부에 외부로부터 냉매가 흘러 들어오는 냉매 유입구가 형성된 상부 멤버를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 냉매의 흐름을 원활하게 하고 냉매와의 접촉 면적을 증가시켜 냉각 효율을 향상시킨 냉각 부품을 제공할 수 있다.

Description

냉각 부품{A COOLING COMPONENT}
본 발명은 냉각 효율이 우수한 냉각 부품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉매의 흐름을 원활하게 하고 냉매와의 접촉 면적을 증가시켜 냉각 효율을 향상시킨 냉각 부품에 관한 것이다.
기술의 발달과 고기능성 제품의 증가 전기자동차 등의 고출력 모듈의 사용증가에 따라서 효율적인 냉각 시스템에 대한 요구가 증가하고 있다. 그 중에 냉각하고자 하는 발열체와 접촉하고 내부에 냉각수를 흘려서 냉각을 하는 냉각 부품 중 하나로서 냉각 바(cooling bar)라는 것이 있다. 냉각 바 내부에는 냉각수와의 접촉면을 증가시키기 위하여 돌기를 형성한다. 냉각수와 돌기의 접촉 면적을 증가시키기 위하여는 돌기의 수량을 증가시키는 방법 밖에 없는데, 돌기의 수량을 증가시키면 내부에 흐르는 냉각수의 원활한 흐름을 방해하여 압력이 증가하고 냉각 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
이에, 냉각수의 원활한 흐름을 방해하지 않으면서도 접촉 면적을 증가시켜 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 방법에 대하여 연구를 거듭한 끝에 본 발명을 완성하였다.
1. 공개특허공보 제10-2009-0035845호(2009.04.13.) 2. 공개특허공보 특2002-0088300호(2002.11.27.)
본 발명은 냉매의 흐름이 원활하고 냉매와의 접촉 면적이 증가되어 냉각 효율이 향상된 냉각 부품을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 내부에 냉매가 흐르도록 하여 접촉된 발열체를 냉각시키는 냉각 부품에 있어서, 하부 플레이트의 가장자리 부분이 위 방향으로 연장되어 하부 측벽을 형성하고 하부 플레이트 일부에 냉매가 흘러 나가는 냉매 유출구가 형성된 하부 멤버, 하부 플레이트 상에 접합되어 형성된 방열 구조체 및 플레이트의 가장자리 부분이 아래 방향으로 연장되어 하부 측벽과 대응되어 결합하여 밀폐되도록 상부 측벽을 형성하고 상부 플레이트의 일부에 외부로부터 냉매가 흘러 들어오는 냉매 유입구가 형성된 상부 멤버를 포함하는 냉각 부품일 수 있다.
방열 구조체는 복수 개의 방열 구조편으로 이루어질 수 있다.
방열 구조체는 하부 플레이트에 부착되는 방열 기판 및 방열 기판 위에 지그재그로 형성된 방열 돌기를 포함할 수 있다.
방열 돌기는 위쪽으로 가면서 가늘어지는 형상을 가질 수 있다.
냉매가 흘러 들어오는 쪽의 방열 돌기의 수평 단면은 반원 형상이고, 냉매가 흘러 나가는 쪽의 방열 돌기의 수평 단면은 냉매 흐름 방향을 따라 가늘어질 수 있다.
냉매는 증류수를 포함할 수 있다.
상부 멤버, 하부 멤버 및 방열 구조체는 열전도성 금속을 포함할 수 있다.
열전도성 금속은 구리를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 냉매의 흐름을 원활하게 하고 냉매와의 접촉 면적을 증가시켜 냉각 효율을 향상시킨 냉각 부품을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 냉각 부품을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 냉각 부품을 일부 분해하여 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 3는 본 발명의 일 측면에 따른 냉각 부품을 분해하여 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 측면에 따른 냉각 부품의 방열 돌기를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 냉각 부품의 방열 돌기의 수평 단면 형상을 도시한 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 본 발명에서, 제1 또는 제2 라는 표현은 순서, 중요도를 의미하는 것이 아니라 단순히 구성요소를 구분하기 위한 것이다.
본 발명은 냉매의 흐름이 원활하고 냉매와의 접촉 면적이 증가되어 냉각 효율이 향상된 냉각 부품에 관한 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 측면에 따른 냉각 부품의 사시도를 개략적으로 도시하였다. 도 2에는 본 발명의 일 측면에 따른 냉각 부품을 일부 분해하여 개략적으로 도시하였다. 도 3에는 본 발명의 일 측면에 따른 냉각 부품을 분해하여 개략적으로 도시하였다. 도 4에는 본 발명의 일 측면에 따른 냉각 부품의 방열 돌기(152)의 평면도를 개략적으로 도시하였다. 도 5에는 본 발명의 일 측면에 따른 냉각 부품의 방열 돌기의 수평 단면 형상을 도시하였다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 의하면, 내부에 냉매가 흐르도록 하여 접촉된 발열체를 냉각시키는 냉각 부품에 있어서, 하부 플레이트의 가장자리 부분이 위 방향으로 연장되어 하부 측벽(130)을 형성하고 하부 플레이트 일부에 냉매가 흘러 나가는 냉매 유출구(110)가 형성된 하부 멤버(100), 하부 플레이트 상에 접합되어 형성된 방열 구조체(150) 및 플레이트의 가장자리 부분이 아래 방향으로 연장되어 하부 측벽(130)과 대응되어 결합하여 밀폐되도록 상부 측벽(230)을 형성하고 상부 플레이트의 일부에 외부로부터 냉매가 흘러 들어오는 냉매 유입구(210)가 형성된 상부 멤버(200)를 포함하는 냉각 부품일 수 있다.
본 발명은 발열체에 접촉하여 발열체에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 방열 기능을 하는 냉각 부품에 관한 것이다. 발열체는 전자부품일 수 있으며, 전자부품과 접촉하여 설치되어 전자부품에서 발생하는 열을 외부로 방출하여 전자부품을 냉각시키는 역할을 할 수 있다.
최근에는 고성능의 전자부품을 많이 사용하기 때문에 전자부품에서 열이 많이 발생하는데, 이러한 열을 외부로 방출시킴으로써 전자부품이 안정적으로 동작할 수 있도록 하는 것이 하나의 중요한 이슈가 되고 있다. 전자부품에는 특별한 제한이 없다. 전자부품은 서버, 개인용 컴퓨터, 통신장치, 전기자동차 등 다양한 장치에 사용되는 것일 수 있다.
본 측면에 따른 냉각 부품은 하부 멤버(100)와 상부 멤버(200)가 결합되어 내부에 빈 공간이 형성되어 이를 통하여 냉매가 흐를 수 있는 구조를 가질 수 있다. 그리고 하부 멤버(100) 내면에는 방열 구조체(150)가 접합되어 고정될 수 있다. 하부 멤버(100)의 외면 및/또는 상부 멤버(200)의 외면에 전자부품이 접촉되어 설치될 수 있다.
본 측면에 따른 냉각 부품의 내부에는 냉매가 흐를 수 있다. 냉각 부품의 외부 면에 접촉된 전자부품에서 발생된 열을 냉매의 흐름을 통하여 외부로 방열할 수 있다. 냉매가 원활하게 흐를 수 있어야 한다. 냉매가 원활하게 흐르지 않는 경우에는 압력이 상승할 수 있고 이로 인하여 냉각 부품의 내구성이 저하될 수 있으며, 냉매의 흐름을 유지시키는 펌프 등에도 과부하가 걸리는 문제도 발생할 수 있다.
하부 멤버(100)는 하부 플레이트와 하부 측벽(130)을 포함할 수 있다. 하부 측벽(130)은 하부 플레이트의 가장자리 부분이 위 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 하부 플레이트에는 냉매가 흘러 나갈 수 있는 냉매 유출구(110)가 형성될 수 있다.
상부 멤버(200)는 상부 플레이트와 상부 측벽(230)을 포함할 수 있다. 상부 측벽(230)은 상부 플레이트의 가장자리 부분이 아래 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 상부 측벽(230)은 하부 측벽(130)과 대응되어 결합하여 외부와 차단되도록 밀폐시킬 수 있다. 상부 플레이트에는 외부로부터 냉매가 흘러 들어오는 냉매 유입구(210)가 형성될 수 있다.
냉매 유입구(210)와 냉매 유출구(110)는 냉각 부품의 서로 반대편 측에 형성될 수 있다. 예를 들어 냉매 유입구(210)가 일단 측에 형성된 경우 냉매 유출구(110)는 타단 측에 형성될 수 있다. 냉매가 냉각 부품의 내부를 흐르면서 열을 빼앗아 가는데, 이러한 기능을 보다 효율적으로 발휘하기 위하여는 냉매 유입구(210)와 냉매 유출구(110) 사이의 거리는 먼 것이 바람직하다.
하부 플레이트의 내면에는 방열 구조체(150)가 접합되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 브래이징에 의하여 접합될 수 있다. 방열 구조체(150)는 복수 개의 방열 구조편으로 이루어질 수 있다. 방열 구조편을 먼저 다수 제작한 다음에, 이를 순차적으로 하부 플레이트 내면에 접합하여 방열 구조체(150)를 완성할 수 있다. 방열의 대상이 되는 전자부품에 따라 냉각 부품의 길이도 그에 맞추어 달라질 수 있는데, 이렇게 방열 구조편을 제작한 후 이를 복수 개 접합하여 방열 구조체(150)를 형성하게 되면 전자부품의 길이에 맞추어 방열 구조체(150)를 각각 별도로 제작해야 하는 불편을 없앨 수 있다.
방열 구조체(150)는 하부 플레이트에 부착되는 방열 기판(151) 및 방열 기판(151) 위에 지그재그로 형성된 방열 돌기(152)를 포함할 수 있다. 방열 기판(151)과 방열 돌기(152)는 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어 MIM(Metal Injection Molding) 방법을 이용하여 방열 기판(151)과 방열 돌기(152)를 일체로 성형할 수 있다. 방열 기판(151)과 방열 돌기(152)가 일체인 경우가 그렇지 않은 경우에 비하여 방열 기판(151)으로부터 방열 돌기(152)로의 열 전달이 우수하여 방열 효과가 증대될 수 있기 때문이다. 그렇다고 이에 한정되는 것은 아니며 방열 기판(151)을 제작한 후에 방열 돌기(152)를 결합하여 제작할 수도 있다. 예를 들어 방열 기판(151)에 나사 홈을 형성한 후 방열 돌기(152)를 삽입하여 결합할 수도 있다.
냉매는 방열 기판(151) 위에 형성된 방열 돌기(152)들 사이들 지나 흐를 수 있다. 이 과정에서 방열 돌기(152)의 표면과 냉매가 접촉하면서 방열 돌기(152)로부터 열이 냉매로 전달되고 냉매로 전달된 열은 외부로 전달되어 방열 작용을 하게 된다. 방열 돌기(152)와 냉매의 접촉 면적을 크게 하기 위하여 방열 돌기(152)는 지그재그로 배열할 수 있다. 방열 돌기(152)의 개수가 지나치게 많은 경우에는 오히려 냉매의 흐름을 방해하게 되어 방열 효과가 저하될 수 있다.
방열 돌기(152)는 위쪽으로 가면서 가늘어지는 테이퍼 형상을 가질 수 있다. 결합된 상태에서 방열 돌기(152)의 끝 부분과 상부 플레이트 내면 사이에는 일정 거리 이격될 수 있다. 위쪽으로 갈수록 냉매의 흐름 속도가 더 빨라지는 구조를 구현할 수 있다. 방열 돌기(152)의 아래 부분에서는 냉매와의 접촉 면적은 크게 하고 냉매의 흐름은 느리게 하고, 반면에 방열 돌기(152)의 위 부분에서는 냉매와의 접촉은 작게 하고 냉매의 흐름은 상대적으로 빠르게 함으로써, 냉매의 흐름 속도와 냉매와 방열 돌기(152)와의 접촉 면적의 장점을 모두 채용하여 적용하였다.
도 5를 참조하면, 방열 돌기(152)의 냉매가 흘러 들어오는 쪽의 수평 단면은 반원 형상일 수 있다. 방열 돌기(152)의 냉매가 흘러 나가는 쪽 수평 단면은 냉매 흐름 방향을 따라 점점 가늘어지는 테이퍼 형상일 수 있다(물방울형 돌기). 예를 들어, 반원의 반지름은 1.4mm 이고, 테이퍼진 각도는 55°일 수 있다.
방열 돌기(152)의 수평 단면이 원형인 경우(원형 돌기) 방열 돌기(152)의 냉매가 흘러 나가는 쪽 외면 부근에는 와류가 발생하여 냉매가 정체될 수 있고 이로 인하여 냉각 부품의 냉각 작용 즉 방열 효과가 저하될 수 있다. 방열 돌기(152)의 냉매가 흘러 나가는 쪽 수평 단면을 점점 가늘어지도록 함으로써 와류로 인한 냉매의 정체를 방지할 수 있어 냉매의 흐름을 더 빨라지게 할 수 있고, 또한 냉매와 방열 돌기(152)의 접촉 면적을 더욱더 증가시킬 수 있어 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
원형 돌기인 경우에는 냉각 성능을 향상시키기 위해서 방열 돌기(152)의 개수를 늘이면 냉매의 흐름을 방해하여 과도한 압력이 걸리는 문제가 있었는데, 방열 돌기(152)의 수평 단면 형상을 물방울 형태로 설계함으로써 냉매의 와류를 제거하여 냉매 흐름 속도를 더 빨라지게 할 수 있다. 따라서 기존 냉매 흐름 속도라면 물방울형 방열 돌기(152)의 개수를 더 증가시킬 수 있고, 이로 인하여 방열 돌기(152)와 냉매의 접촉 면적이 30% 이상 증가될 수 있어 냉각 효율은 현저하게 증대될 수 있다.
냉각 부품을 구성하는 상부 멤버(200), 하부 멤버(100) 및 방열 구조체(150)는 열전도성 금속을 포함할 수 있다. 상부 멤버(200) 및/또는 하부 멤버(100)의 외면에 접촉되어 있는 전자부품에서 발생하는 열을 빠르게 냉각 부품의 내부를 흐르는 냉매에 전달하기 위하여 상부 멤버(200), 하부 멤버(100) 및 방열 구조체(150) 모두 열전도율이 높은 것을 사용할 수 있다. 열전도성 금속으로 열전도율이 가장 우수한 은(silver)을 사용할 수도 있지만 은(silver)은 가격이 비싸기 때문에 구리를 사용하는 것이 바람직하다.
냉매는 냉각수를 포함할 수 있다. 냉각수는 증류수 또는 정제수를 포함할 수 있다. 냉각수에 불순물이 포함되어 있는 경우에는 불순물이 내측면에 침전되어 냉각 효율이 저하될 수 있고 냉각수의 순환에 악영향을 미칠 수 있기 때문이다. 자동차,　건설기계　등 야외에서 쓰이는 기계에 사용되는 경우에는 기온이 영하로 떨어져 냉각수가 얼어붙어 순환이 안될 상황에 대비해 필수적으로　부동액이 첨가될 수 있다. 부동액의 첨가 비율은 해당 기기의 특성, 현지 날씨에 따라 다를 수 있다. 부동액으로는 주로　에탄디올이나　프로판디올을 사용할 수 있다.
본 측면은 냉매 유입 가이드(300)를 더 포함할 수 있다. 냉매 유입 가이드(300)는 냉매 유입구(210)에 결합되어 장착될 수 있다. 외부로부터 냉매가 유입될 때 냉매 유입구(210)로 정확하게 유입되도록 하는 역할을 할 수 있다. 냉매 유입 가이드(300)를 장착함으로써 외부의 냉매 라인과 쉽게 결합하거나 분리할 수 있다. 외부 냉매 라인과 냉매 유입 가이드(300)는 원터치 결합에 의하여 결합되거나 분리될 수 있다.
본 발명에서 사용하는 용어는 특정한 실시형태를 설명하기 위한 것으로 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하지 않는 한, 복수의 의미를 포함한다고 보아야 할 것이다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재한다는 것을 의미하는 것이지, 이를 배제하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부한 도면에 의하여 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 보아야 할 것이다.
100: 하부 멤버 110: 냉매 유출구
120: 막힘부 130: 하부 측벽
150: 방열 구조체 151: 방열 기판
152: 방열 돌기 200: 상부 멤버
210: 냉매 유입구 230: 상부 측벽
300: 냉매 유입 가이드 310: 냉매 유입 가이드 개구

Claims (8)

  1. 내부에 냉매가 흐르도록 하여 접촉된 발열체에서 발생하는 열을 외부로 방출하여 상기 발열체를 냉각시키는 냉각 부품에 있어서,
    상면 및 하면 중 하나 이상에 상기 발열체가 접촉되어 장착되고;
    긴 바(bar) 형상을 가지고;
    하부 멤버와 상부 멤버가 밀폐 접합되어 내부에 상기 냉매가 흐르는 빈 공간인 유로가 형성되고, 상기 하부 멤버의 내면에는 방열 구조체가 접합되어 장착되고;
    일단 측 상부 멤버에는 냉매가 유입되는 냉매 유입구가 형성되고, 타단 측 하부 멤버에는 냉매가 유출되는 냉매 유출구가 형성되고;
    상기 상부 멤버는 모서리가 라운드 처리된 직사각형 상부 플레이트의 가장자리가 아래로 연장되어 형성된 상부 측벽을 가지고, 상기 하부 멤버는 모서리가 라운드 처리된 직사각형 하부 플레이트의 가장자리가 위로 연장되어 형성된 하부 측벽을 가지되, 상기 상부 측벽과 상기 하부 측벽이 접합되어 상기 냉매가 흐르는 밀폐된 빈 공간인 상기 유로가 형성되고;
    상기 방열 구조체는 상기 하부 플레이트에 부착되는 방열 기판 및 상기 방열 기판 위에 지그재그로 형성된 방열 돌기를 포함하고, 상기 냉매가 흘러 들어오는 쪽의 상기 방열 돌기의 수평 단면은 반지름이 1.4mm인 반원 형상이고, 상기 냉매가 흘러 나가는 쪽의 상기 방열 돌기의 수평 단면은 냉매 흐름 방향을 따라 가늘어지는 각도가 55°인 테이퍼 형상을 가지는;
    냉각 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열 구조체는 복수 개의 방열 구조편으로 이루어진, 냉각 부품.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열 돌기는 위쪽으로 가면서 가늘어지는 형상을 가지는, 냉각 부품.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉매는 증류수 또는 정제수를 포함하는, 냉각 부품.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 멤버, 상기 하부 멤버 및 상기 방열 구조체는 열전도성 금속을 포함하는, 냉각 부품.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열전도성 금속은 구리를 포함하는, 냉각 부품.
KR1020180160719A 2018-12-13 2018-12-13 냉각 부품 KR102166978B1 (ko)

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