KR102566419B1 - 냉각용 덕트 및 이를 제작하는 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 실시예들은 발열하는 조립체를 냉각시키는 냉각용 덕트에 있어서, 덕트 바닥, 덕트 바닥을 일정 높이로 둘러싸도록 마련되되, 공기가 유입되도록 일 측면이 개방되는 덕트 커버 및 덕트 바닥에 일정 높이로 마련되어 덕트 커버와 적어도 일부 연결되며, 유입된 공기에 대한 유로를 형성하는 복수의 격벽을 포함하는 냉각용 덕트를 제안한다.

Description

냉각용 덕트 및 이를 제작하는 제작 방법{Cooling Duct and Method of Manufacturing this}

본 발명은 냉각용 덕트 및 이를 제작하는 제작 방법에 관한 것으로, 특히 M&S를 기반으로 최적화된 형상을 구현하고, 3D 프린팅이 가능한 냉각용 덕트 및 이를 제작하는 제작 방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

군용 전자장비는 제한된 운용 환경으로 설계 단계에서 제품 크기에 제한이 따르고, 정비를 고려하여 회로 카드가 배치되어 냉각 공기의 원활한 유동 경로 확보에 어려우며, 해상, 산간 지역 등 군 작전 지역에서 장비 고장 시 즉각적인 장비 교체가 제한되는 문제가 있다. 또한, 군용 전자장비는 다중 처리 보드 등과 같이 소모 전력이 200W 이상의 고밀도/고 직접화 모듈이 장착될 경우, 소음 기준에 따른 고성능 팬 적용이 제한되어 획기적인 냉각 구조 설계가 요구된다.

종래의 냉각용 덕트는 유동 가이드 또는 일반적 형태의 덕트로서, 공기 유동 경로 제어를 위한 구조물로 구현될 수 있다. 단, 종래의 냉각용 덕트는 설계 허용 공간이 제한되어 고밀도/고 직접화 모듈이 적용되고 있는 군용 전자 장비에 적용이 어려우며, 회로카드 조립체 개별 발열량을 고려한 냉각 공기 유량의 차등 적용이 어려운 문제가 있다.

또한, 일반적인 덕트는 3D 프린팅 제작에 제한이 있을 수 있으며, 구조적으로 내부 공간이 비어있어 출력 시 무너짐을 방지하기 위한 서포터를 함께 출력해야 하며, 유로 내부 서포터를 제거하기 위해서는 협소하고 좁은 공간을 가공하기 위한 특수 공구가 필요한 문제가 있다.

본 발명의 실시예들은 제한된 설계 공간 및 팬 성능으로 냉각 효율을 극대화 하기 위해 방열 해석(M&S)을 기반으로 냉각용 덕트의 최적 설계를 수행하고, 3D 프린팅이 가능한 냉각용 덕트를 구현하는데 발명의 주된 목적이 있다.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 본 발명은 발열하는 조립체를 냉각시키는 냉각용 덕트에 있어서, 덕트 바닥; 상기 덕트 바닥을 일정 높이로 둘러싸도록 마련되되, 공기가 유입되도록 일 측면이 개방되는 덕트 커버; 및 상기 덕트 바닥에 상기 일정 높이로 마련되어 상기 덕트 커버와 적어도 일부 연결되며, 상기 유입된 공기에 대한 유로를 형성하는 복수의 격벽을 포함하는 냉각용 덕트를 제안한다.

바람직하게는, 상기 냉각용 덕트는, 상기 복수의 격벽에 의해 복수의 유입구로 구성되어 상기 복수의 유입구로 상기 공기가 유입되며, 상기 복수의 격벽 간의 거리가 차등 구성되어 상기 조립체의 발열량에 따른 상기 공기의 유량을 개별적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복수의 격벽은, 제1 격벽, 제2 격벽 및 제3 격벽을 포함하고, 상기 덕트 커버와 상기 제1 격벽 사이에 제1 공간을 형성하고, 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽 사이에 제2 공간을 형성하며, 상기 제2 격벽과 상기 제3 격벽 사이에 제3 공간을 형성하고, 상기 제3 격벽과 상기 덕트 커버 사이에 제4 공간을 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복수의 격벽은, 상기 공기가 유입되는 유입구에서 상기 덕트 커버까지 곡선 형상을 형성하도록 구현되며, 상기 곡선 형상은 60°이하로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 격벽은 상기 제2 격벽이 위치하는 방향으로 상기 곡선 형상이 형성되도록 구현되고, 상기 제2 격벽은 일 직선으로 형성되도록 구현되며, 상기 제3 격벽은 상기 제2 격벽이 위치하는 방향으로 상기 곡선 형상이 형성되도록 구현되고, 상기 복수의 격벽은 상기 덕트 커버의 상기 공기가 유입되도록 개방된 일 측면의 반대 측면에서 상기 덕트 커버와 연결되어 상기 공기가 유입되도록 개방된 일 측면의 방향으로 형성되며, 상기 제1 격벽, 상기 제2 격벽 및 상기 제3 격벽이 각각 일정 거리만큼 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 공간 및 상기 제4 공간은 상기 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에서 반대 측면으로 갈수록 공간이 넓어지도록 구현되고, 상기 제2 공간 및 상기 제3 공간은 상기 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에서 반대 측면으로 갈수록 공간이 좁아지도록 구현되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 덕트 바닥은, 상기 조립체의 방열 핀으로 상기 공기가 고르게 흐르도록 곡면으로 구현되며, 상기 덕트 바닥의 곡면은, 상기 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에서 반대 측면까지 상기 덕트 바닥의 높이가 높아짐에 따라 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 냉각용 덕트는, 압력 강하에 의한 상기 공기의 유량 손실을 최소화하도록 상기 유입된 공기가 유출되는 유출구를 개방하고, 차폐가 필요한 부분에 적용되는 막음 판을 더 포함하고, 상기 막음 판은 외부 진동에 대해 상기 복수의 격벽의 강성을 보강하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 냉각용 덕트는, 복수의 파라미터 중 적어도 하나를 고려하여 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을 통한 3D 프린팅 및 PLA재질을 적용하여 구현되며, 상기 파라미터는 상기 3D 프린팅 타입, 상기 냉각용 덕트의 재질, 충진률, 상기 냉각용 덕트의 두께, 노즐 이송 속도, 노즐 두께, 히팅 온도, 상기 유입된 공기의 출력 방향을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 냉각용 덕트는, 상기 공기가 유입되는 유입구의 개수, 상기 복수의 격벽 간의 거리, 상기 덕트 바닥의 곡률, 상기 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에서 반대 측면까지의 길이, 상기 덕트 커버의 높이, 상기 유입된 공기가 유출되는 유출구를 막는 막음 판의 형상을 적어도 하나 고려하여 설계되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 냉각용 덕트를 제작하는 냉각용 덕트 제작 방법에 있어서, 복수의 파라미터 중 적어도 하나를 고려하여 상기 냉각용 덕트의 형상을 구현하는 단계; 및 상기 구현된 형상을 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을 통한 3D 프린팅 및 PLA재질을 적용하여 상기 냉각용 덕트를 제작하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 파라미터는 상기 3D 프린팅 타입, 상기 냉각용 덕트의 재질, 충진률, 상기 냉각용 덕트의 두께, 노즐 이송 속도, 노즐 두께, 히팅 온도, 상기 유입된 공기의 출력 방향을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 냉각용 덕트의 형상을 구현하는 단계는, 상기 공기가 유입되는 유입구의 개수, 상기 복수의 격벽 간의 거리, 상기 덕트 바닥의 곡률, 상기 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에서 반대 측면까지의 길이, 상기 덕트 커버의 높이, 상기 유입된 공기가 유출되는 유출구를 막는 막음 판의 형상을 적어도 하나 고려하여 상기 냉각용 덕트의 형상을 구현하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 본 발명은 3D 프린팅 덕트 적용으로, 이상적인 공기 유동 경로를 확보하여 조립체 방열 핀으로 원활한 공기를 공급할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 의하면 본 발명은 조립체의 발열량을 고려해 공기 유량을 차등 적용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 의하면 본 발명은 군 작전 지역에서 손상 시에도 손쉽게 제작/정비가 가능한 효과가 있다.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트를 나타내는 예시도이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트를 자세히 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트가 조립된 형상을 나타내는 예시도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트에 따른 방열 해석을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트를 3D 프린팅하여 제작하는 예시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 파라미터를 적용하여 냉각용 덕트를 3D 프린팅한 출력품 형상을 나타내는 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 발명은 냉각용 덕트 및 이를 제작하는 제작 방법에 관한 것이다.

종래에는 전자 장비 내부 공기 흐름을 제어하기 위한 일반적인 형태의 구조물로서 에어 가이드 또는 덕트 등을 사용하였으며, 강제 대류 방식이 적용된 전자 장비 시스템의 공기 흐름을 제어하였으나, 제한된 운용 환경으로 설계 단계에서 제품 크기에 제한이 따르며, 정비를 고려하여 회로 카드가 배치되어 냉각 공기의 원활한 유동 경로 확보에 어려움이 많았으며, 다중 처리 보드 등과 같이 소모 전력 200W이상의 고밀도/고 직접화 모듈이 적용되나, 소음 기준으로 고성능 팬 적용이 제한되어 획기적인 냉각 구조 설계가 요구된다. 또한, 군용 전자장비는 해상, 산간 지역 등 군 작전 지역에서 장비 고장 시 즉각적인 정비가 제한되는 점을 해소하기 위해 3D 프린팅을 이용한 군 자체 제작/정비 방안이 최근 검토되고 있으나, 이를 위해서는 부품에 대한 주요 출력 파라미터 확보해야만 일정한 제작 품질이 유지될 수 있다.

따라서, 본 발명의 냉각용 덕트(10)는 M&S(Modeling & Simulation)를 기반으로 최적화된 형상으로 구현되고, 3D 프린팅이 가능한 군용 고 발열 전자장비 냉각용 덕트이다. M&S(Modeling & Simulation)는 체계 종합 기술의 세부 기술로서, 체계 분석 결과의 검증에 필요한 모델링 시뮬레이션 기술이다.

구체적으로, 냉각용 덕트(10)는 M&S를 기반으로, 냉각 성능이 극대화 될 수 있도록 형상이 최적화될 수 있다. 냉각용 덕트(10)는 3D 프린팅 방식인 FDM(Fused Deposition Modeling) 및 PLA 재질로 제작 가능 구조이며, 출력을 위한 주요 파라미터가 확보 될 수 있다.

냉각용 덕트(10)는 함정, 산간지역 등 군 작전 중 정비가 어려운 지역에서도 손쉽게 제작/정비가 가능하고, 출력 및 후 가공 시간 단축을 위해 공구 접근이 어려운 유로 내부 공간은 서포터를 적용하지 않고 출력 가능하도록 형상이 설계되었다. 이때, 냉각용 덕트(10)는 출력 시간 최소화 및 표면 품질을 최적화 할 수 있는 주요 출력 파라미터를 확보하여 설계될 수 있다.

냉각용 덕트(10)는 제한된 설계 공간 및 팬 성능으로 냉각 효율을 극대화 하기 위해 방열 해석(M&S) 기반의 최적 설계를 수행하여 3D프린팅이 가능한 덕트로 구현되며, 덕트 개발 과정에서 정비에 따른 군 작전 공백을 최소화할 수 있도록 주요 출력 파라미터를 확보하여 제작될 수 있다.

냉각용 덕트(10)는 강제 대류 냉각 방식이 적용된 고 발열 전자 장비를 효과적으로 냉각할 수 있다. 따라서, 냉각용 덕트(10)는 설계 허용 공간이 제한된 전자장비에 대한 유동 경로 확보가 필요한 경우, 고발열 회로카드 조립체가 적용되어 시스템 방열 성능의 극대화가 필요한 경우, 회로카드 조립체의 발열량(소모전력)을 고려한 냉각 유량의 개별 제어가 필요한 경우에 사용될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트를 나타내는 예시도이다.

도 1을 참조하면, 냉각용 덕트(10)는 덕트 바닥(100), 덕트 커버(200) 및 복수의 격벽(300)을 포함한다. 냉각용 덕트(10)는 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.

덕트 바닥(100)은 조립체(20)의 방열 핀(미도시)으로 공기가 고르게 흐르도록 곡면으로 구현될 수 있다. 이때, 덕트 바닥(100)의 곡면은, 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에서 반대 측면까지 덕트 바닥(100)의 높이가 높아짐에 따라 형성될 수 있다.

덕트 커버(200)는 덕트 바닥(100)을 일정 높이로 둘러싸도록 마련되되, 공기가 유입되도록 일 측면이 개방될 수 있다.

복수의 격벽(300)은 덕트 바닥(200)에 일정 높이로 마련되어 덕트 커버와 적어도 일부 연결되며, 유입된 공기에 대한 유로를 형성할 할 수 있다.

복수의 격벽(300)은 제1 격벽(310), 제2 격벽(320) 및 제3 격벽(330)을 포함한다.

복수의 격벽(300)은 덕트 커버(200)와 제1 격벽(310) 사이에 제1 공간(302)을 형성하고, 제1 격벽(310)과 제2 격벽(320) 사이에 제2 공간(304)을 형성하며, 제2 격벽(320)과 상기 제3 격벽(330) 사이에 제3 공간(306)을 형성하고, 제3 격벽(330)과 덕트 커버(200) 사이에 제4 공간(308)을 형성할 수 있다.

냉각용 덕트(10)는 복수의 격벽(300)에 의해 복수의 유입구로 구성되어 복수의 유입구로 공기가 유입될 수 있다. 이때, 냉각용 덕트(10)는 복수의 격벽(300) 간의 거리가 차등 구성되어 조립체(20)의 발열량에 따른 공기의 유량을 개별적으로 제어할 수 있다.

복수의 격벽(300)은 공기가 유입되는 유입구에서 덕트 커버(200)까지 곡선 형상을 형성하도록 구현될 수 있다. 이때, 곡선 형상은 60°이하로 형성될 수 있다.

제1 격벽(310)은 제2 격벽(320)이 위치하는 방향으로 곡선 형상이 형성되도록 구현될 수 있다.

제2 격벽(320)은 일 직선으로 형성되도록 구현될 수 있다.

제3 격벽(330)은 제2 격벽(320)이 위치하는 방향으로 곡선 형상이 형성되도록 구현될 수 있다.

복수의 격벽(300)은 덕트 커버(200)의 공기가 유입되도록 개방된 일 측면의 반대 측면에서 덕트 커버(200)와 연결되어 공기가 유입되도록 개방된 일 측면의 방향으로 형성될 수 있다. 이때, 복수의 격벽(300)은 제1 격벽(310), 제2 격벽(320) 및 제3 격벽(330)이 각각 일정 거리만큼 이격되도록 형성될 수 있다.

제1 공간(302) 및 제4 공간(308)은 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에서 반대 측면으로 갈수록 공간이 넓어지도록 구현될 수 있다.

제2 공간(304) 및 제3 공간(306)은 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에서 반대 측면으로 갈수록 공간이 좁아지도록 구현될 수 있다.

덕트 바닥(200)에 일정 높이로 마련되는 덕트 커버(200) 및 복수의 격벽(300)은 서로 같은 높이로 형성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

막음 판(400)은 압력 강하에 의한 공기의 유량 손실을 최소화하도록 유입된 공기가 유출되는 유출구를 개방하고, 차폐가 필요한 부분에 적용될 수 있다.

막음 판(400)은 외부 진동에 대해 복수의 격벽(300)의 강성을 보강할 수 있다.

냉각용 덕트(10)는 복수의 파라미터 중 적어도 하나를 고려하여 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을 통한 3D 프린팅 및 PLA재질을 적용하여 구현될 수 있다. 여기서, 파라미터는 3D 프린팅 타입, 냉각용 덕트의 재질, 충진률, 냉각용 덕트의 두께, 노즐 이송 속도, 노즐 두께, 히팅 온도, 유입된 공기의 출력 방향을 적어도 하나 포함할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

냉각용 덕트(10)는 공기가 유입되는 유입구의 개수, 복수의 격벽 간의 거리, 덕트 바닥의 곡률, 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에서 반대 측면까지의 길이, 덕트 커버의 높이, 유입된 공기가 유출되는 유출구를 막는 막음 판의 형상을 적어도 하나 고려하여 설계될 수 있다.

도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트를 자세히 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트를 정면에서 나타내는 도면이다.

일반적으로, 유동 채널의 수가 많아질수록 냉각 공기를 회로 카드 조립체(20)의 방열 핀으로 고르게 주입할 수 있지만, 유동 저항이 증가하여 팬 성능이 하락할 수 있다. 이에, 본 발명의 냉각용 덕트(10)는 M&S 기반의 분석을 통해 최적의 냉각 성능을 확보할 수 있는 채널 수를 도출하여 구현되었다.

도 2를 참조하면, 냉각용 덕트(10)는 4개의 유동 채널을 가지며, 각각의 유동 채널로 냉각 공기가 공급될 수 있다. 여기서, 4개의 유동 채널은 공기가 유입되는 유입구를 나타낼 수 있다.

유동 채널은 냉각 공기가 지나가는 공간을 나타내며, 제1 공간(302), 제2 공간(304), 제3 공간(306) 및 제4 공간(308)으로 형성될 수 있다.

예를 들어, 제1 공간(302) 및 제4 공간(308)은 각각 회로 카드 조립체(20)의 2개소로 냉각 공기가 공급될 수 있으며, 제2 공간(304), 제3 공간(306)은 각각 200W 이상 고발열 회로카드 조립체(20)의 1개소로 냉각 공기가 공급될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각용 덕트(10)는 조립체(20)의 방열 핀으로 고르게 공기를 주입할 수 있으며, 유동 저항도 감소시킬 수 있다.

복수의 격벽(300)은 제1 격벽(310), 제2 격벽(320) 및 제3 격벽(330)을 포함하며, 이를 통해 제1 공간(302), 제2 공간(304), 제3 공간(306) 및 제4 공간(308)이 형성될 수 있다. 이때, 복수의 격벽(300)을 통해 형성되는 복수의 공간 각각의 면적은 서로 다르게 구현될 수 있다.

또한, 냉각용 덕트(10)는 복수의 격벽(300)에 의해 각각의 공간에 공기가 유입되는 유입구의 크기가 결정될 수 있다. 예를 들어, 각각의 공간에 공기가 유입되는 유입구는 제3 공간(306), 제2 공간(304), 제1 공간(302), 제4 공간(308)의 순서로 크기가 작게 형성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트를 상면에서 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 냉각용 덕트(10)는 공기가 유입되는 유입구가 유출되는 유출구를 형성할 수 있으며, 공기가 유입되는 유입구와 마찬가지로 4채널로 구성될 수 있다.

냉각용 덕트(10)는 유출구를 조립체(20)의 공기 유입구와 동일한 형상으로 구현될 경우 불필요한 공기의 유동을 방지할 수 있다. 하지만, 공기가 좁은 공간으로 급격히 이동함에 따라 압력 강하 상승에 따른 유량 저하가 나타날 수 있다.

냉각용 덕트(10)는 압력 강하에 의한 유량 손실을 최소화 할 수 있도록 면적을 최대한 개방하고, 필수적으로 공기 흐름의 차폐가 필요한 부위(더미 보드)에 대해서만 막음판(400)을 더 적용하여 최적의 냉각성능을 확보할 수 있다.

또한, 막음판(400)은 차량 진동 등에 대한 복수의 격벽(300)의 강성 보강을 위해 적용될 수 있다. 여기서, 복수의 격벽(300)의 강성 보강을 위해 적용되는 막음판(400)은 서로 마주보는 덕트 커버(200)를 연결함과 동시에 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에 구비된 복수의 격벽(300) 상단을 일정 부분 덮도록 형성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트의 형상을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, a 및 b는 복수의 격벽(300) 간의 거리를 나타낸다. 구체적으로, a는 제1 격벽(310)과 제2 격벽(320) 사이의 거리를 나타내고, b는 제2 격벽(320)과 제3 격벽(330) 사이의 거리를 나타낸다. 이때, 격벽 간의 거리 a 및 b는 복수의 격벽(300)에 의해 형성된 각각의 공간에 공기가 유입되는 유입구의 크기를 나타낼 수 있다.

격벽 간의 거리(a, b)는 200W 이상 고발열 회로카드 조립체로 유입되는 유동 채널의 넓이를 나타낸다.

예를 들어 격벽 간의 거리(a, b)의 넓이가 클수록 유입되는 공기량이 증가하지만, 과도하게 커질 경우 유로 단면적의 급격한 축소로 압력 강하가 증가하게 되어 유량이 저하될 수 있다.

이에, 본 발명의 격벽 간의 거리(a, b) 및 복수의 격벽(300)의 곡선 형상을 최적화하는 형상을 도출하였으며, 이는 제1 격벽(310)과 제2 격벽(320) 사이의 거리 a 보다 제2 격벽(320)과 제3 격벽(330) 사이의 거리 b가 더 넓으며, 제1 격벽(310)과 제3 격벽(330)의 곡선 형상을 형성할 수 있다.

격벽 간의 거리(a, b) 및 복수의 격벽(300)의 곡선 형상은 회로카드 조립체의 가장 취약품(FPGA칩)의 온도가 최저가 되는 조건에 의해 형성될 수 있으며, 본 발명의 냉각용 덕트(10)의 형상은 도출된 최적 형상으로, 고발열 회로카드 조립체를 제외한 회로카드 조립체 또한 허용 최대 온도 이하에서 온도 분포가 안정적으로 형성될 수 있다.

도 4를 참조하면, 복수의 격벽(300)에 의해 형성된 각각의 공간에 공기가 유입되는 유입구의 크기를 나타내는 격벽 간의 거리는 제3 공간(306)의 유입구, 제2 공간(304)의 유입구, 제1 공간(302)의 유입구 및 제4 공간(308)의 유입구의 순서로 크기가 점차 작아질 수 있다. 또한, 제1 격벽(310)과 제3 격벽(330)은 제2 격벽(320)이 위치하는 방향으로 곡선 형상을 형성하며, 덕트 커버(200)와 맞닿아 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 공간(302)에 따른 유입부의 길이는 27 mm 내지 31 mm로 구현될 수 있으며, 제2 공간(304)에 따른 유입부의 길이는 80 mm 내지 84 mm로 구현될 수 있고, 제3 공간(306)에 따른 유입부의 길이는 115 mm 내지 119 mm로 구현될 수 있으며, 제4 공간(308)에 따른 유입부의 길이는 118 mm 내지 122 mm로 구현될 수 있다. 바람직하게, 제1 공간(302)에 따른 유입부의 길이는 29.0 mm로 구현되고, 제2 공간(304)에 따른 유입부의 길이는 82.8 mm로 구현되며, 제3 공간(306)에 따른 유입부의 길이는 117,2 mm로 구현되고, 제4 공간(308)에 따른 유입부의 길이는 120 mm로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트의 곡선 형상을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 복수의 격벽(300)은 곡선 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 격벽(310)과 제3 격벽(330)은 곡선 형상을 형성할 수 있으며, 형성되는 곡선 형상이 각도 X로 형성될 수 있다.

구체적으로, 각도 X는 공기가 유입되도록 개방된 덕트 커버(200)의 일 측면에서 반대 측면까지를 일 직선으로 연결한 일직선을 기준으로 곡선 형상까지의 각도를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 각도 X는 60°이하로 구현될 수 있다. 구체적으로, 각도 X는 FDM 방식을 통한 3D 프린팅 및 PLA 재질 적용 시 별도의 서포터를 적용하지 않고도 무너짐 없이 원활한 출력이 가능하도록 하기 위해 60°이하로 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 격벽(300) 형상의 각도는 베지어 곡선(제어점 2개소)으로 구현되며, 방열 해석을 통해 최적화된 자유곡선을 형성하도록 구현될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트에 고발열 회로카드 조립체를 장착한 형상을 나타내는 도면이다.

회로카드 조립체는 냉각용 덕트의 상단에 구비될 수 있으며, 구체적으로 냉각용 덕트로 유입된 공기가 유출되는 위치에 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 회로카드 조립체는 냉각용 덕트가 구비되는 시스템 내부의 다른 구조물에 의해 공중에 떠 있는 형태로 위치하며, 하단에 냉각용 덕트가 일정 거리 이격되는 위치에 형성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트의 덕트 바닥을 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 냉각용 덕트(10)의 덕트 바닥(100)은 일정 곡선을 형성할 수 있다.

덕트 바닥이 평평한 경우, 유입된 공기가 도관의 끝에 공기가 모인 채로 회로카드 조립체(20)의 방열 핀으로 고르게 공기가 흘러가지 않게 될 수 있다.

이에, 본 발명의 덕트 바닥(100)은 상술한 공기 흐름의 편중을 방지하기 위해 도관 바닥의 곡률(110) 및 냉각 유로의 깊이(120)를 일정 크기로 형성할 수 있다.

구체적으로, 덕트 바닥(100)은 일정 곡률(110)을 형성할 수 있으며, 이를 통해 공기가 구석에 모이지 않고 회로카드 조립체(20)의 방열 핀으로 최대한 고르게 흘러갈 수 있다.

또한, 덕트 바닥(100)의 유로의 깊이(120)는 유입된 공기가 회로카드 조립체(20)로 전달되도록 회로카드 조립체(20)의 크기에 따라 다르게 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 유로의 깊이(120)는 130 mm 내지 150 mm로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게, 유로의 깊이(120)는 140 mm로 구현될 수 있다.

냉각용 덕트(10)는 3D 프린팅을 하기 위한 최적의 형상을 도출하는 과정에서, 주요 변수들을 변경하여 방열 해석을 기반으로 최적의 형상을 도출할 수 있다. 주요 변수들은 유동 채널의 수, 격벽 간의 거리, 덕트의 깊이, 덕트 바닥의 곡률, 유출구를 막는 형상 등을 포함할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

덕트 바닥(100)의 곡률은 베지어 곡선(제어점 1개소)으로 구현되며, 방열 해석을 통해 최적화된 자유곡선을 형성하도록 구현될 수 있다.

또한, 덕트 바닥(100)은 고정부(130, 140)를 더 포함한다. 고정부(130, 140)는 덕트가 별도의 장치에 고정되도록 별도의 장치와 조립되기 위한 부분으로 볼트 및 너트의 조립을 위한 홀로 형성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 고정부(130, 140)는 너트 조립 시 손 및 공구 접근 용이성을 위해 바닥 두께에 따라 제1 고정부(130), 제2 고정부(140)와 같이 적용될 수 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트가 조립된 형상을 나타내는 예시도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트를 통과하는 공기의 흐름에 따른 경로를 간략히 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트가 조립된 형상을 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 공기 이동 경로(22)는 조립체(20)의 하단에 구비되는 냉각용 덕트(10)를 통과한 공기 이동 경로를 나타낸다.

냉각용 덕트(10)는 조립체(20)의 하단에 구비될 수 있으며, 유입된 공기를 상단으로 유출시켜 조립체에 전달할 수 있다.

냉각용 덕트(10)는 최적화된 형상으로 형성되어 회로카드 조립체(20)의 방열 핀으로 냉각 공기가 고르게 흘러가도록 할 수 있다.

도 9를 참조하면, 냉각용 덕트(10)는 복수의 회로카드가 장착되는 조립체(20)의 하단에 구비되며, 가장 아래에 위치할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이에, 복수의 회로카드가 장착되는데 냉각용 덕트(10)를 통해 복수의 공간 별로 공기 유동 양을 달리하여 회로카드 발열량에 따라 냉각 능력을 차등 적용할 수 있다.

도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트에 따른 방열 해석을 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트의 공기 유동을 실험한 결과를 나타내는 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열 회로카드 조립체의 FPGA칩 온도를 나타내는 도면이다.

다양한 변수들을 달리 한 냉각용 덕트의 형상들에 대해 방열 해석을 수행하였으며, 해석 결과에 따라 공기의 유동과 고발열 조립체(20)의 온도를 고려하여 냉각용 덕트(10)의 최적의 형상을 도출할 수 있다.

이때, 최적의 형상을 도출하기 위한 주요 판단 기준은 (i) 공기를 회로카드 조립체(20)의 방열 핀에 고르게 주입하는지, (ii) 방열 해석 결과에서 나타나는 팬 작동점(Fan Operating point)을 극대화 할 수 있는지, (iii) 고발열 회로카드 조립체(20) 2종의 주요 모니터링 포인트(FPGA칩 등)가 허용 온도 이하이며, 가장 낮은 온도를 형성하게 하는지를 고려하여 냉각용 덕트(10)의 형상을 도출할 수 있다. 여기서, 냉각용 덕트(10)의 최적의 형상은 도 2 내지 도 7을 통해 자세히 설명하였다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각용 덕트를 3D 프린팅하여 제작하는 예시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 12는 냉각용 덕트(10)를 3D 프린팅 하기 위한 출력 방향을 나타낸다. 3D 프린팅 시 도 12와 같이 서포터(12)가 생성될 수 있다.

3D 프린팅은 3D 모델링을 수행하고, 프린팅을 한 후 후가공을 수행할 수 있다. 이때, 후가공은 프린팅을 한 후 서포터가 남으며, 이 서포터를 제거하는 과정을 나타낸다. 서포터는 3D 프린터의 출력물에 지지대로 나오는 부산물을 나타내며, 후가공 시 출력 후 불필요한 서포터를 제거할 수 있다.

만약, 도 12와 다른 출력 방향으로 출력 시 서로 마주보는 덕트 커버(200)를 연결함과 동시에 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에 구비된 복수의 격벽(300) 상단을 일정 부분 덮도록 형성되는 부분과, 제2 격벽(320)이 형성되는 부분과, 제4 공간(308)이 형성되는 일면에 서포터가 필수적으로 적용되어야 하며, 이때, 서포터는 공기의 지나가는 유동경로의 표면으로 필수적인 후 가공이 필요하지만, 좁고 복합한 구조적 특징으로 서포터 제거 및 표면 거칠기 향상을 위한 후 가공에 제한이 따르는 문제가 있다.

따라서 도 12를 참고하면, 본 발명의 서포터(12)는 출력 과정에서 막음 판(400)의 무너짐을 방지하기 위해 적용이 필요한 서포터이며, 외부에서 쉽게 제거 및 표면 거칠기 향상(후 가공)이 가능하다. 이때, 서포터(12)는 공기가 유출되는 유출구 부분에 형성될 수 있다. 상술한, 막음 판(400)은 서로 마주보는 덕트 커버(200)를 연결함과 동시에 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에 구비된 복수의 격벽(300) 상단을 일정 부분 덮도록 형성되는 부분을 나타낸다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 파라미터를 적용하여 냉각용 덕트를 3D 프린팅한 출력품 형상을 나타내는 예시도이다.

도 13은 상술한 도 12의 방법을 통해 냉각용 덕트를 3D 프린팅한 출력품 형상을 나타내며, 구체적으로, 도 13의 (a)는 파라미터를 준수하여 프린팅한 냉각용 덕트를 나타내는 예시도이고, 도 13의 (b)는 파라미터를 미준수하여 프린팅한 냉각용 덕트를 나타내는 예시도이다.

냉각용 덕트(10)를 프린팅 하기 위한 최적의 주요 파라미터는 3D 프린팅 TYPE, 충진률, 재질, 외벽 두께, 노즐 두께, 노즐 이동 속도, 출력 방향 및 히팅 온도를 적어도 하나 포함하며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 3D 프린팅 TYPE은 FDM(Fused Deposition Modeling)일 수 있다. FDM(Fused Deposition Modeling)은 열가소성 수지를 성형 판에 압출 성형하여 한 번에 하나의 부품을 생산할 수 있다. 충진률은 20% 이상으로 형성될 수 있으며, 재질은 PLA로 형성되고, 외벽 두께는 1mm 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 노즐 두께는 0.15mm 내지 0.25mm일 수 있으며, 노즐 이동 속도는 130mm/s 내지 170 mm/s일 수 있고, 히팅 온도는 200℃ 내지 230℃로 형성될 수 있다. 여기서, 노즐 두께는 0.2mm, 노즐 이동 속도는 150mm/s, 히팅 온도는 215℃, 출력 방향은 도 13과 같이 형성되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도출된 주요 파라미터 준수 여부에 따른 품질 차이는 도 13의 (a)와 (b)를 통해 확인할 수 있으며, 파라미터 미준수 시 표면 거칠기가 저하되며, 이를 해소하기 위해서 협소한 공간에서 표면 거칠기 향상을 위해 특수 공구를 이용한 후가공이 필요한 문제가 있을 수 있다. 따라서, 상술한 파라미터를 준수하여 후가공을 생략할 수 있도록 도 2 내지 도 7과 같은 최적의 형태의 냉각용 덕트(10)를 3D 프린팅할 수 있다

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 냉각용 덕트
100: 덕트 바닥
200: 덕트 커버
300: 복수의 격벽

Claims (13)

1. 발열하는 조립체를 냉각시키는 냉각용 덕트에 있어서,
   덕트 바닥;
   상기 덕트 바닥을 일정 높이로 둘러싸도록 마련되되, 공기가 유입되도록 일 측면이 개방되는 덕트 커버;
   상기 덕트 바닥에 상기 일정 높이로 마련되어 상기 덕트 커버와 적어도 일부 연결되며, 상기 유입된 공기에 대한 유로를 형성하는 복수의 격벽; 및
   압력 강하에 의한 상기 공기의 유량 손실을 최소화하도록 상기 유입된 공기가 유출되는 유출구를 개방하고, 차폐가 필요한 부분에 적용되는 막음 판을 포함하고,
   상기 막음 판은 외부 진동에 대해 상기 복수의 격벽의 강성을 보강하는 것을 특징으로 하는 냉각용 덕트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각용 덕트는,
   상기 복수의 격벽에 의해 복수의 유입구로 구성되어 상기 복수의 유입구로 상기 공기가 유입되며, 상기 복수의 격벽 간의 거리가 차등 구성되어 상기 조립체의 발열량에 따른 상기 공기의 유량을 개별적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각용 덕트.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 격벽은,
   제1 격벽, 제2 격벽 및 제3 격벽을 포함하고,
   상기 덕트 커버와 상기 제1 격벽 사이에 제1 공간을 형성하고, 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽 사이에 제2 공간을 형성하며, 상기 제2 격벽과 상기 제3 격벽 사이에 제3 공간을 형성하고, 상기 제3 격벽과 상기 덕트 커버 사이에 제4 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 냉각용 덕트.
4. 제3항에 있어서,
   상기 복수의 격벽은,
   상기 공기가 유입되는 유입구에서 상기 덕트 커버까지 곡선 형상을 형성하도록 구현되며,
   상기 곡선은 60°이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각용 덕트.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 격벽은 상기 제2 격벽이 위치하는 방향으로 상기 곡선 형상이 형성되도록 구현되고,
   상기 제2 격벽은 일 직선으로 형성되도록 구현되며,
   상기 제3 격벽은 상기 제2 격벽이 위치하는 방향으로 상기 곡선 형상이 형성되도록 구현되고,
   상기 복수의 격벽은 상기 덕트 커버의 상기 공기가 유입되도록 개방된 일 측면의 반대 측면에서 상기 덕트 커버와 연결되어 상기 공기가 유입되도록 개방된 일 측면의 방향으로 형성되며, 상기 제1 격벽, 상기 제2 격벽 및 상기 제3 격벽이 각각 일정 거리만큼 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각용 덕트.
6. 제3항에 있어서,
   상기 제1 공간 및 상기 제4 공간은 상기 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에서 반대 측면으로 갈수록 공간이 넓어지도록 구현되고,
   상기 제2 공간 및 상기 제3 공간은 상기 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에서 반대 측면으로 갈수록 공간이 좁아지도록 구현되는 것을 특징으로 하는 냉각용 덕트.
7. 제1항에 있어서,
   상기 덕트 바닥은,
   상기 조립체의 방열 핀으로 상기 공기가 고르게 흐르도록 곡면으로 구현되며,
   상기 덕트 바닥의 곡면은, 상기 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에서 반대 측면까지 상기 덕트 바닥의 높이가 높아짐에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각용 덕트.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 냉각용 덕트는,
   복수의 파라미터 중 적어도 하나를 고려하여 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을 통한 3D 프린팅 및 PLA재질을 적용하여 구현되며,
   상기 파라미터는 상기 3D 프린팅 타입, 상기 냉각용 덕트의 재질, 충진률, 상기 냉각용 덕트의 두께, 노즐 이송 속도, 노즐 두께, 히팅 온도, 상기 유입된 공기의 출력 방향을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각용 덕트.
10. 제1항에 있어서,
    상기 냉각용 덕트는,
    상기 공기가 유입되는 유입구의 개수, 상기 복수의 격벽 간의 거리, 상기 덕트 바닥의 곡률, 상기 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에서 반대 측면까지의 길이, 상기 덕트 커버의 높이, 상기 유입된 공기가 유출되는 유출구를 막는 막음 판의 형상을 적어도 하나 고려하여 설계되는 것을 특징으로 하는 냉각용 덕트.
11. 냉각용 덕트를 제작하는 냉각용 덕트 제작 방법에 있어서,
    복수의 파라미터 중 적어도 하나를 고려하여 상기 냉각용 덕트의 형상을 구현하는 단계; 및
    상기 구현된 형상을 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을 통한 3D 프린팅 및 PLA재질을 적용하여 상기 냉각용 덕트를 제작하는 단계를 포함하고,
    상기 냉각용 덕트의 형상을 구현하는 단계는, 덕트 바닥; 상기 덕트 바닥을 일정 높이로 둘러싸도록 마련되되, 공기가 유입되도록 일 측면이 개방되는 덕트 커버; 상기 덕트 바닥에 상기 일정 높이로 마련되어 상기 덕트 커버와 적어도 일부 연결되며, 상기 유입된 공기에 대한 유로를 형성하는 복수의 격벽; 및 압력 강하에 의한 상기 공기의 유량 손실을 최소화하도록 상기 유입된 공기가 유출되는 유출구를 개방하고, 차폐가 필요한 부분에 적용되며, 외부 진동에 대해 상기 복수의 격벽의 강성을 보강하는 막음 판을 포함하도록 상기 냉각용 덕트의 형상을 구현하는 것을 특징으로 하는 냉각용 덕트 제작 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 파라미터는,
    상기 3D 프린팅 타입, 상기 냉각용 덕트의 재질, 충진률, 상기 냉각용 덕트의 두께, 노즐 이송 속도, 노즐 두께, 히팅 온도, 상기 냉각용 덕트에 유입된 공기의 출력 방향을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각용 덕트 제작 방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 냉각용 덕트의 형상을 구현하는 단계는,
    상기 공기가 유입되는 유입구의 개수, 상기 복수의 격벽 간의 거리, 상기 덕트 바닥의 곡률, 상기 공기가 유입되도록 개방된 일 측면에서 반대 측면까지의 길이, 상기 덕트 커버의 높이, 상기 유입된 공기가 유출되는 유출구를 막는 막음 판의 형상을 적어도 하나 고려하여 상기 냉각용 덕트의 형상을 구현하는 것을 특징으로 하는 냉각용 덕트 제작 방법.

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