KR102698574B1 - 통합된 멀티-챔버 열 교환기 - Google Patents

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라이언 엠. 알더퍼
랜달 제이. 스투츠만
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록히드 마틴 코포레이션
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Abstract

적층 가공 프로세스를 사용하여 제조된 일체형 열 교환기가 기술된다. 열 교환기는 열 교환기 내부에 형성된 복수의 채널을 포함한다. 복수의 채널 중 적어도 일부는 열 교환기의 중량을 감소시키게끔 열 교환기에 구조적 지지를 제공하도록 구성될 수도 있다. 상이한 냉각재 매체가 통합된 일체형 열 교환기 구조체에 상이한 타입의 냉각을 제공하도록 복수의 제1 채널 세트 및 제2 채널 세트에서 사용될 수도 있다.

Description

통합된 멀티-챔버 열 교환기
열 교환기는 컴포넌트가 동작 중에 있을 때 컴포넌트의 과열을 방지하도록 군사 산업, 자동차 산업, 및 전자기술 산업을 포함한 많은 산업에 걸쳐 제품에서 사용된다. 열 교환기는 열을 열 교환기 근방에 위치되고/거나 열 교환기에 연결된 열-생성 컴포넌트를 떠나 전달함으로써 온도 조절을 제공한다. 열 교환기는 열을 컴포넌트를 떠나서 그리고 과열을 방지하도록 컴포넌트를 떠나 열을 이동시키는, 열 교환기를 통해 순환하는 냉각재(예를 들어, 공기, 물) 내로 전달하는, 높은 열 전도율을 가진 재료를 포함한다.
본 발명의 배경기술은 미국 특허출원공개공보 US2014/0140829호 (발명의 명칭: TURBINE ENGINE COOLING SYSTEM WITH AN OPEN LOOP CIRCUIT, 2014. 05. 22 공개)에 개시되어 있다.
몇몇 실시형태는 열 교환기에 관한 것이다. 열 교환기는 제1 유입구, 제2 유입구, 제1 유출구, 및 제2 유출구를 포함하는 일체형 본체(one-piece body)를 포함한다. 열 교환기는 또한 일체형 본체 내에 형성된 제1 채널 세트로서, 제1 채널 세트가 제1 유입구 및 제1 유출구에 연결되고 그리고 제1 냉각재 매체를 사용하여 냉각을 제공하도록 구성되는, 상기 제1 채널 세트, 및 일체형 본체 내에 형성된 제2 채널 세트로서, 제2 채널 세트가 제2 유입구 및 제2 유출구에 연결되고 그리고 제1 냉각재 매체와는 상이한 제2 냉각재 매체를 사용하여 냉각을 제공하도록 구성되는, 상기 제2 채널 세트를 포함한다.
다른 실시형태는 열 교환기를 제조하는 방법에 관한 것이다. 방법은, 적층 가공(additive manufacturing) 프로세스를 사용하여, 일체형 본체 및 일체형 본체 내에 형성된 복수의 채널을 형성하는 단계를 포함하고, 복수의 채널은 제1 냉각재 매체를 사용하여 냉각을 제공하도록 구성된 제1 채널 세트 및 제1 냉각재 매체와는 상이한 제2 냉각재 매체를 사용하여 냉각을 제공하도록 구성된 제2 채널 세트를 포함한다.
다른 실시형태는 멀티-모드 냉각을 제공하도록 구성된 열 교환기를 사용하여 컴포넌트를 냉각하는 방법에 관한 것이다. 방법은 컴포넌트에 인접하게 열 교환기를 배열하는 단계를 포함하고, 열 교환기는 복수의 채널을 포함하며, 복수의 채널은 제1 냉각재 매체를 사용하여 제1 냉각 모드로 냉각을 제공하도록 구성된 제1 채널 세트 및 제1 냉각재 매체와는 상이한 제2 냉각재 매체를 사용하여 제2 냉각 모드로 냉각을 제공하도록 구성된 제2 채널 세트를 포함한다.
전술한 개념과 이하에 더 상세히 논의되는 부가적인 개념(이러한 개념은 서로 모순되지 않는다고 가정)의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 발명의 주제의 일부로서 고려된다는 것이 이해되어야 한다. 특히, 본 개시 내용의 끝에 나타나는 청구항 주제의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 발명의 주제의 일부로서 고려된다. 또한 참조로서 포함된 어떤 개시 내용에 나타날 수도 있는, 본 명세서에 명백히 채용된 전문 용어에는, 본 명세서에 개시된 특정한 개념과 대부분 일치하는 의미가 부여되어야 한다는 것이 또한 이해되어야 한다.
첨부된 도면은 축척대로 도시되게 의도되지 않았다. 도면에서, 다양한 도면에 예시되는 각각의 동일하거나 거의 동일한 컴포넌트는 비슷한 숫자로 나타난다. 명료성을 위해, 어떤 컴포넌트는 모든 도면에서 번호가 매겨지지 않을 수도 있다.
도 1은 직사각형 패턴을 형성하는 복수의 핀(fin)을 포함한 종래의 열 교환기를 통한 단면을 도시한다.
도 2는 몇몇 실시형태에 따른, 복수의 채널을 포함한 열 교환기를 통한 단면을 도시한다.
도 3은 몇몇 실시형태에 따른, 열 교환기를 위한 교번하는 채널 디자인을 도시한다.
도 4는 몇몇 실시형태에 따른, 열 교환기를 위한 부가적인 교번하는 채널 디자인을 도시한다.
도 5는 몇몇 실시형태에 따른, 상이한 크기의 구성요소가 반복되는 채널 패턴을 가진 열 교환기를 통한 단면을 도시한다.
도 6은 몇몇 실시형태에 따른, 도 5의 채널 패턴의 채널 일부의 확대된 버전을 도시한다.
도 7은 몇몇 실시형태에 따른, 열 교환기의 3차원 도면을 도시한다.
도 8은 몇몇 실시형태에 따른, 상이한 냉각재 매체를 사용하여 다수의 타입의 냉각을 제공하도록 구성된 도 2의 열 교환기를 도시한다.
도 9는 몇몇 실시형태에 따른, 열 교환기의 사시도를 도시한다.
도 10은 도 9의 열 교환기의 대체 도면을 도시한다.
도 11은 도 9의 열 교환기를 통한 단면도를 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 몇몇 실시형태에 따른, 제1 채널 세트를 통해 흐르는 제1 냉각재 매체 및 제2 채널 세트를 통해 흐르는 제2 냉각재 매체에 대한 매니폴드 흐름 패턴을 각각 도시한다.
도 13은 몇몇 실시형태에 따른, 복수의 장착 구조체를 포함한 열 교환기를 도시한다.
도 14는 채널 패턴을 예시한 도 13의 열 교환기의 측면도를 도시한다.
도 15는 도 13의 열 교환기의 대체 도면을 도시한다.
도 16a는 몇몇 실시형태에 따른, 열 교환기의 대체 디자인을 도시한다.
도 16b는 도 16a의 열 교환기의 내부 구조의 도면을 도시한다.
도 16c는 도 16a의 열 교환기를 통한 단면도를 도시한다.
도 17은 몇몇 실시형태에 따른, 열 교환기를 제조하기 위한 프로세스의 흐름도를 도시한다.
몇몇의 종래의 열 교환기는 고온에서 동작하는 고가의 장비의 사용을 요구하는 기법을 사용하여 제작된다. 더 낮은 온도를 사용하는 다른 제작 기법은 보통 제작 프로세스 동안 사용된 본딩(bonding) 재료 때문에 더 불량한 열 전도율을 가진 열 교환기를 생산한다. 발명자는, 열 교환기를 제작하기 위한 종래의 기법이 종래의 납땜 또는 본딩 기법을 사용하지 않는 일체형 열 교환기 구조체를 생산하는 적층 가공 프로세스를 사용함으로써 개선될 수도 있다는 것을 인지하고 이해했다. 적층 가공의 사용은 또한 이하에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 다른 제작 기법을 사용하여 가능하거나 실현 가능하지 않은 채널 디자인을 가진 열 교환기의 제작을 가능하게 한다.
도 1은 박형 핀(110)이 상부 기저판(120A)과 하부 기저판(120B) 간에 직사각형 패턴을 형성하는 종래의 열 교환기(100)의 실시예를 통한 단면을 개략적으로 예시한다. 핀(110)은 본딩층(130A 및 130B)에 의해 상부 기저판(120A) 및 하부 기저판(120B)에 각각 본딩된다. 핀(110)은 높은 열 전도율을 가진 임의의 적합한 재료 또는 재료들로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 핀(110)은 알루미늄 또는 또 다른 적합한 금속으로 이루어질 수도 있다. 냉각재(예를 들어, 공기)는 핀(110)의 직사각형 패턴에 의해 형성된 채널(140)을 통과한다. 열 교환기에 인접하게 위치된 컴포넌트로부터 생성된 열은 상부 기저판 및 하부 기저판 중 하나 또는 둘 다를 통해 높은 열 전도율을 가진 핀(110)으로 전달된다. 이어서 열은 채널(140) 내의 냉각재로 더 전달되고 그리고 컴포넌트의 과열을 방지하도록 이동된다.
상부 기저판 및 하부 기저판에 대한 핀(110)의 본딩은, 금속계 납땜 계면 재료가 핀을 기저판에 부착하도록 고온(예를 들어, 300℃ 내지 1100℃)에서 사용되는 용융된 땜납 욕 또는 진공 납땜 프로세스를 사용하여 종종 수행된다. 그러나, 이러한 프로세스는 고가이고, 시간이 많이 걸리고, 그리고 잠재하는 부식에 대한 가능성이 있다. 핀(110)을 기저판(들)에 본딩하기 위한 대안적인 프로세스는 에폭시 또는 다른 유기(예를 들어, 폴리머계) 계면 재료를 사용하는 것이다. 유기 본딩 재료를 사용하는 것은, 부분적으로, 더 낮은 경화 온도(예를 들어, 100℃ 내지 150℃) 때문에 금속계 납땜을 사용한 본딩보다 더 단순한 본딩 프로세스를 제공한다. 그러나, 유기 계면 재료로 형성된 본딩부는 일반적으로 불량한 열 전도율을 갖고 납땜을 사용하여 제작된 열 교환기보다 더 불량한 열 전도 성질을 가진 열 교환기를 야기한다. 몇몇의 유기 본딩 재료가 재료의 열 전도율을 개선하도록 매우 전도성인 입자(예를 들어, 알루미나, 질화붕소, 다이아몬드 가루, 은, 금, 알루미늄)를 포함할 수도 있지만, 이러한 재료의 열 전도율은 상기에 기술된 금속계 납땜 프로세스보다 더 열등하다.
발명자는, 열 교환기를 제조하기 위한 종래의 프로세스가 고정장치, 패스너(fastener), 또는 상기에 기술된 본딩 기법의 사용을 요구하지 않는 열 교환기를 위한 일체형 구성을 발생시키는, 적층 가공(예를 들어, 3D 프린팅) 기법을 사용함으로써 개선될 수도 있다는 것을 인지하고 이해했다. 본드 계면 재료를 사용하지 않음으로써, 열 교환기의 열 전도성 성질이 개선되고, 그리고 종래의 납땜 기법과 연관된 비용 및 시간 지연이 감소된다. 특히, 적층 가공된 금속 합금은 유기 본드 재료와 비교하여 상당히 더 높은 열 전도율을 갖는다. 부가적으로, 열 교환기를 생성하기 위한 적층 가공의 사용은, 채널 디자인 자체 내에 구조적 지지를 포함하고/거나 이하에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 다수의 타입의 냉각재 매체가 단일의 열 교환기 내에서 사용되게 하는 새로운 열 교환기 디자인의 생성을 가능하게 한다.
적층 가공 기법은 전자 파일에 명시된 구조체에 대한 3D 디자인에 기초하여 재료(예를 들어, 금속 합금)의 연속적인 박형 층을 형성함으로써 3D 구조체를 제작하도록 사용된다. 매우 다양한 형상이 적층 가공을 사용하여 제작될 수 있다. 그러나, 지지받지 못한 돌출부(예를 들어, 도 1에 도시된 돌출부(150))를 포함하는 디자인은 제작 동안 사용된 부가적인 지지 구조체의 포함 없이 적층 가공을 사용하여 생산될 수 없고, 부가적인 지지 구조체는 제작 후 남아 있거나 제거될 수도 있다. 이러한 지지 구조체가 제작 후 제거될 때 돌출부의 구조적 무결성이 절충될 수도 있다. 따라서, 지지받지 못한 돌출부를 포함하는, 도 1에 도시된 반복된 직사각형 구조체와 같은, 직교 구조체를 생산하기 위한 적층 가공 기법의 능력은 제한된다.
발명자는 또한 적층 가공이 상기에 논의된 납땜 및 본딩 기법을 포함한, 열 교환기를 제조하기 위한 종래의 기법을 사용하여 가능하거나 실현 가능하지 않은 열 교환기의 채널 디자인의 제작을 가능하게 한다는 것을 인지하고 이해했다. 예를 들어, 적층 가공은 중실형 재료(solid material)에서 기계 가공될 수 없는, 내부 격자 구조체의 사용을 허용한다. 이하에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 적층 가공은 지지받지 못한 돌출부를 갖지 않고 그리고 별개의 지지 구조체(예를 들어, 상부 기저판(120A) 또는 하부 기저판(120B))의 사용을 요구하지 않는 열 교환기를 위한 전적으로- 또는 부분적으로-자립형 채널을 생성하도록 사용될 수도 있다.
적층 가공의 사용에 의해 제공된 디자인 융통성은 또한 이로 제한되지 않지만, 크기, 중량, 채널 벽 강성도, 출력 냉각 능력, 및 제조 비용을 포함한, 열 교환기의 디자인 시 하나 이상의 요인의 최적화를 가능하게 한다. 부가적으로, 복잡한 매니폴드 구조체가 열 교환기의 채널 내의 냉각재 흐름의 보다 복잡한 제어를 가능하게 하도록 적층 가공을 사용한 열 교환기 내에 포함될 수도 있다.
도 2는 몇몇 실시형태에 따른, 열 교환기(200)를 통한 단면의 개략도를 도시한다. 열 교환기(200)는 도 1의 반복되는 직사각형 채널 디자인을 대체하는 복수의 다이아몬드 형상의 채널(210)을 포함한다. 다이아몬드 형상의 채널(210)은 지지받지 못한 돌출부 부분을 포함하지 않고 따라서 적층 가공을 사용하여 제작될 때 부가적인 지지 구조체를 반드시 필요로 하지 않는다. 사용된 채널의 특정한 형상에 따라, 일부 지지는 하나 이상의 채널의 측면을 보강할 필요가 있을 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 상부 삼각형 채널(220) 또는 하부 삼각형 채널(230) 중 하나 이상은 다이아몬드 형상의 채널(210)의 구조체를 보강하도록 지지 재료로 충전될 수도 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 하나 이상의 상부 삼각형 채널(220) 및/또는 하부 삼각형 채널(230)은 이하에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 단일-모드 또는 멀티-모드 열 교환기를 제공하도록 냉각재로 충전될 수도 있다.
본 발명의 몇몇 실시형태에 따라 디자인된 열 교환기 채널은 임의의 적합한 치수를 가질 수도 있다. 예를 들어, 하나의 구현예에서, 다이아몬드 형상의 채널(210)의 측면의 치수는 0.106인치일 수도 있고 그리고 삼각형 채널(220, 230)의 치수는 0.106 x 0.106 x 0.146인치일 수도 있고 채널 벽 두께는 0.015인치이다. 이 치수는 단지 예시를 위해 제공되고 임의의 적합한 채널 치수 및 채널 형상은 대안적으로 사용될 수도 있음이 이해되어야 한다.
열 교환기(200) 내의 채널 패턴은 45°로 지향된 측면을 가진 다이아몬드 형상의 채널을 포함한다. 그러나, 다른 방향을 가진 다이아몬드 형상의 채널이 대안적으로 사용될 수도 있다. 도 3은 다이아몬드 형상의 채널(310)의 측면의 피치가 45°보다 더 가파른 대안적인 채널 디자인을 가진 열 교환기(300)를 통한 단면을 예시한다. 이러한 디자인은 도 2에 도시된 열 교환기와 동일한 길이를 가진 열 교환기를 위한 반복되는 패턴에서 다이아몬드 형상의 채널(310), 상부 삼각형 채널(320), 및 하부 삼각형 채널(330)의 수를 증가시킨다.
도 2 및 도 3에 예시된 채널 디자인은 열 교환기의 길이에 걸쳐 반복된 동일한 채널 구성요소(예를 들어, 다이아몬드 및 삼각형)를 포함한다. 그러나, 실시형태에 따른 열 교환기를 위한 채널 디자인은 너무 제한되지 않고, 그리고 디자인 시 채널에 충분한 지지를 제공하는 임의의 적합한 채널 디자인이 대안적으로 사용될 수도 있다. 도 4는 2개의 상이한 다이아몬드 형상의 채널(예를 들어, 넓은 다이아몬드 채널(410) 및 좁은 다이아몬드 채널(415))이 열 교환기의 길이에 걸쳐 교번하는 또 다른 채널 디자인을 예시한다. 상부 삼각형 채널(420) 및 하부 삼각형 채널(430)은 이에 대응하여 임의의 적합한 형상을 취할 수도 있고 그리고 구조적 지지를 제공하도록 중실형 재료로 충전될 수도 있거나 상기에 기술된 바와 같이, 충전되지 않을 수도 있다.
몇몇 실시형태에 따른, 열 교환기에서 사용되는 채널 디자인을 위한 다른 형상 및 패턴이 또한 가능하다. 예를 들어, 다이아몬드 및 삼각형-형상의 채널이 본 명세서에 기술되지만, 이로 제한되지 않지만, 6각형, 피라미드형, 원형, 및 타원형을 포함한 다른 형상이 또한 사용될 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 열 교환기 내의 채널의 형상 및/또는 패턴은, 적어도 부분적으로, 사용된 냉각재의 타입, 원하는 냉각재의 양, 열 교환기 내에서 사용된 냉각재의 상이한 타입의 수, 채널 내에서 사용된 냉각재의 압력, 요구된 충전 지지량, 임의의 다른 적합한 요인, 또는 이 요인의 임의의 조합에 기초하여 결정될 수도 있다.
상기에 논의된 바와 같이, 몇몇 실시형태는 열 교환기의 다른 채널에 지지를 제공하도록 중실형 재료로 충전된 적어도 하나의 채널을 포함한다. 예를 들어, 도 2 내지 도 4에 도시된 상부 또는 하부 삼각형 채널의 적어도 일부는 열 교환기의 다이아몬드 형상의 채널에 지지를 제공하도록 중실형 재료로 충전될 수도 있다. 발명자는, 열 교환기의 충전 용적이 냉각재를 위해 이용 가능한 채널의 수를 증가시키기 위해 채널 중 적어도 일부 내에 부가적인 채널을 포함함으로써 뿐만 아니라 채널 디자인에 부가적인 구조적 안정성을 제공함으로써 감소될 수도 있다는 것을 인지하고 이해했다. 중실형 재료로 적어도 부분적으로 충전된 구조체가 본 명세서에서 "채널"로서 지칭되지만, 적층 가공을 사용하여 제작될 때, 어떤 채널도 실제로 형성되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 오히려, 중실형 재료는 채널이 제작되는 층 내에 형성된다.
도 5는 열 교환기의 길이 치수를 따라 그리고 또한 길이 치수에 직교하는 방향으로 반복되는 구조체 내에 배열된 복수의 채널을 가진 열 교환기(500)를 통한 단면을 예시한다. 열 교환기(500)는 열 교환기의 길이 치수를 따라 반복되는 패턴을 형성하는, 복수의 다이아몬드 형상의 채널(510), 상부 삼각형 채널(220), 및 하부 삼각형 채널(230)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 상부 삼각형 채널(220) 각각은 잇따라서-더 작은 다이아몬드 형상의 채널의 다수의 층 및 삼각형 채널의 최상부 층을 포함한다. 다이아몬드 형상의 채널(512)은 채널(510) 위에 더 작은 채널의 제1 층을 형성하고, 다이아몬드 형상의 채널(514)은 채널(512) 위에 훨씬 더 작은 채널의 제2 층을 형성하며, 그리고 다이아몬드 형상의 채널(516)은 채널(514) 위에 훨씬 더 작은 채널의 제3 층을 형성한다.
부가적인 채널을 추가하는 것은, 내부 격자 구조체를 제공함으로써 열 교환기 내의 채널 구조체의 구조적 무결성을 개선하고 그리고 얼마나 많은 냉각재가 다양한 실시형태에 따라 사용될 수도 있는지에 관한 부가적인 융통성을 제공한다. 예를 들어, 이하에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 몇몇 실시형태에 따른 열 교환기는 다수의 냉각재를 포함할 수도 있고, 그리고 다수의 냉각재 각각은 특정한 구성을 가진 채널의 세트에 수용될 수도 있다.
삼각형 채널(518)의 제4 층은 채널(516) 위에 형성된다. 몇몇 실시형태에서, 삼각형 채널(518)의 적어도 일부는 열 교환기(500)의 계면 제어 상부 표면을 형성하도록 중실형 재료로 충전될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 계면 제어 상부 표면은 실질적으로-편평한 표면이다. 그러나, 다른 실시형태에서, 열 교환기는 하나 이상의 편평하지 않은 형상에 의해 형성되는 계면 제어 표면을 포함할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 중실형 재료로 삼각형의 상부 층만을 충전하는 것은, 열 교환기의 지지를 위한 충전 용적을 감소시키고, 이는 구조체의 더 큰 부분(예를 들어, 상부 삼각형 채널(220))이 중실형 재료로 충전되는 경우보다 더 가벼운 열 교환기 디자인을 야기한다.
몇몇 실시형태에서, 채널의 2개 이상의 단일의 상부 행은, 특정한 적용을 위해 필요하다면, 부가적인 지지를 제공하도록 중실형 재료로 충전될 수도 있다. 추가의 실시형태에서, 중실형 재료로 충전된 채널 중 하나 이상은, 열 교환기의 중량을 더 감소시키도록 중실형 재료로 오직 부분적으로 충전될 수도 있다. 도 6은 잇따라서-더 작은 다이아몬드 형상의 채널의 복수의 층이 형성되는 상부 삼각형 채널(220)의 확대도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 삼각형 채널(618)의 상단 층은 열 교환기의 일측 상에 실질적으로-편평한 중실형 표면을 제공하도록 중실형 재료로 충전된다. 열 교환기의 중량을 감소시키기 위해, 삼각형 채널(618) 중 하나 이상은 삼각형 채널(618) 내에 또 다른 채널(620)을 제공하는 중공형 부분을 포함한다. 도시된 바와 같이, 채널(620)은 다이아몬드 형상의 채널로서 형성된다. 그러나, 임의의 형상의 채널이 채널(들)(618)의 상단 층의 내부에 형성될 수도 있고, 실시형태가 이 점에 있어서 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
몇몇 실시형태에서, 몇몇 실시형태에 따라 디자인된 열 교환기는, 도 6에 도시된 바와 같이 냉각되기 위해 또 다른 컴포넌트에 열 교환기를 장착하도록 구성된 열 교환기의 표면에 부착된 하나 이상의 장착 구조체(630)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 장착 구조체(630)는 하나 이상의 전자 카드에 연결되도록 구성된 카드 가이드 레일 또는 슬롯일 수도 있다. 대안적으로, 장착 구조체는 임의의 다른 열원에 연결되도록 구성될 수도 있고, 실시형태는 이 점에 있어서 제한되지 않는다.
적층 가공 프로세스 동안, 장착 구조체(630)는, 중실형 재료로 적어도 부분적으로 충전된 삼각형 채널(618) 중 하나 이상이 열 교환기 내의 열 전달을 용이하게 하도록 열을 장착 구조체(630)로부터 삼각형 채널 내의 중실형 재료로 전달하게끔 열 교환기의 일체형 본체의 연속적인 연장부로서 형성될 수도 있다. 장착 구조체(630)는 임의의 적합한 치수를 가질 수도 있고 열 교환기의 표면을 따라 임의의 위치에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 구현예에서 장착 구조체(630)의 폭은 0.018인치이고 장착 구조체는 모든 다른 삼각형 채널(618) 바로 위에 형성된다. 장착 구조체(630)를 포함한 열 교환기의 부가적인 실시예는 이하에 더 상세히 논의된다.
잇따라서-더 작은 치수를 가진 형상(예를 들어, 다이아몬드)의 4개의 반복되는 층이 도 5에 도시되지만, 형상과 치수의 임의의 적합한 조합이 대안적으로 사용될 수도 있고, 도 5에 도시된 디자인은 단지 하나의 구현예라는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 4개보다 적거나 많은 수의 층이 대안적으로 사용될 수도 있고, 실시형태는 이 점에 있어서 제한되지 않는다. 부가적으로, 이로 제한되지 않지만, 6각형, 피라미드형, 원형, 및 타원형을 포함한, 다른 타입의 형상이 대신 사용될 수도 있다.
도 5는 동일한 반복되는 패턴이 열 교환기(500)의 전체 길이 치수를 따라 사용될 수도 있다는 것을 예시한다. 다른 실시형태에서, 채널의 상이한 패턴이 열 교환기의 길이 치수를 따라 상이한 위치에 사용될 수도 있다. 도 7은 열 교환기의 길이 치수를 따라 채널의 상이한 패턴을 포함하는, 몇몇 실시형태에 따라 디자인된 열 교환기(700)를 예시한다. 도시된 바와 같이, 열 교환기(700)는 중심에-위치된 다이아몬드 형상의 채널(710)을 포함한다. 열 교환기(700)의 상부-좌측 삼각형은 도 5와 관련하여 기술된 상부-좌측 삼각형과 유사한 채널 구조체를 포함한다. 특히, 상부-좌측 삼각형의 채널 구조체는 복수의 레벨의 잇따라서-더 작은 다이아몬드 형상의 채널을 포함한다. 상단 레벨의 삼각형 채널(718)은 실질적으로-편평한 중실형 표면(720)을 제공하도록 중실형 재료로 충전되는 것으로 도시된다.
발명자는, 적층 가공이, 수평 채널, 수직 채널, 비스듬히 형성된 채널, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한, 열 교환기의 임의의 방향으로 형성된 채널을 포함할 수도 있는 열 교환기의 생성을 가능하게 한다는 것을 인지하고 이해했다. 예를 들어, 열 교환기(700)의 상부-우측 삼각형은 상부-좌측 삼각형의 채널 구조체와는 상이한 채널 구조체를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상부-우측 삼각형은 열 교환기의 길이 방향을 따라 중실형 재료로 충전되고, 복수의 수직 채널(740)은 열 교환기의 우측 부분에 형성된다. 수직 채널(740)은 직사각형 채널로서 도시된다. 그러나, 임의의 형상의 채널이 이로 제한되지 않지만 열 교환기(700)의 상부 좌측 삼각형 채널에 도시된 반복되는 형상의 채널 구조체를 포함하여, 대안적으로 사용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
임의의 적합한 재료는, 재료가 적층 가공과 양립 가능하다면, 본 명세서에 기술된 기법에 따라 열 교환기 내의 채널의 벽을 형성하도록 사용될 수도 있다. 예를 들어, 채널을 형성하도록 사용된 재료는, 금속, 세라믹, 유리, 탄소계 재료(예를 들어, 다이아몬드), 또는 특정한 열 교환 적용을 위해 충분한 열 전달을 제공하는 임의의 다른 적합한 재료를 포함할 수도 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.
부가적으로, 임의의 적합한 냉각재 또는 냉각재들은 본 명세서에 기술된 열 교환기와 함께 사용될 수도 있다. 예를 들어, 임의의 유체 또는 유체의 조합(예를 들어, 상이한 유체, 화합물 및/또는 입자의 다양한 혼합물, 에멀젼 또는 슬러리)은 액체 또는 기체 상태의 유체, 또는 열을 흡수하고 이동시킬 수 있는, 상변화 재료(예를 들어, 열 파이프, 파라핀) 내의 유체를 포함하며 사용될 수도 있다. 액체 질소와 같은 다른 냉각 유체, 고체 이산화탄소의 탈기, 냉동되고 압축된 공기, 암모니아, 부동액, 폴리알파올레핀(PAO) 냉각재, 등은, 또한 양상이 이 점에 있어서 제한되지 않기 때문에, 다양한 실시형태와 함께 활용될 수도 있다.
몇몇의 종래의 열 교환기는 상기에 논의된 바와 같이, 열 조절을 제공하기 위해 열 이동 매체로서 공기, 액체, 또는 일부 다른 냉각재를 사용함으로써 단일-모드 냉각을 제공하도록 구성된다. 멀티-모드 냉각이 다수의 단일-모드 냉각 열 교환기를 함께 부착함으로써 제공될 수도 있다. 그러나, 다수의 독립된 단일-모드 냉각 열 교환기의 조합으로 형성된 멀티-모드 열 교환기는 부피가 크고 그리고 단일-모드 열 교환기 간의 계면에서 감소된 열효율을 갖는다. 예를 들어, 상변화 재료를 포함하는 독립된 열 교환기에 부착된 유체 열 교환기는 보다 큰 용적을 요구하고 2개의 단일-모드 열 교환기 간의 불량한 열 계면을 겪는다.
발명자는 몇몇 실시형태에 따른 열 교환기를 위한 채널 디자인의 사용이 동일한 통합된(예를 들어, 일체형 구성) 열 교환기 구조체 내의 다수의 혼합되지 않은 냉각재의 사용을 제공한다는 것을 인지하고 이해했다. 통합된 열 교환기 구조체 내의 다수의 혼합되지 않은 냉각재의 사용은, 위에서 논의된 바와 같은, 다수의 연결된 단일-모드 열 교환기로 구성된 멀티-모드 열 교환기와 비교하여 열효율 손실을 감소시키고/거나 열 교환기 용적을 감소시킨다. 도 8은 다이아몬드 형상의 채널(810)이 제1 냉각재(예를 들어, 물)로 충전되고 삼각형-형상의 채널(820)이 제2 냉각재(예를 들어, 공기)로 충전되는 통합된 멀티-모드 열 교환기의 실시형태를 도시한다. 몇몇 실시형태는, 채널 간의(예를 들어, 공기 대 액체, 액체 대 액체) 열 전달이 특정한 적용을 위해 열 교환기의 냉각 성질을 개선하도록 상이한 성질을 가진 다수의 유체 냉각재를 포함한다.
위에서 논의된 바와 같이, 본 명세서에 기술된 기법에 따라 열 교환기를 생산하기 위한 적층 가공의 사용은, 임의의 적합한 수 및 형상의 채널을 가진 열 교환기를 위한 채널 디자인을 디자인 시 상당한 융통성을 제공한다. 이 융통성의 확장은, 통합된 열 교환기 구조체 내의 다수의 냉각재 각각을 위한 채널의 비율, 크기, 형상, 및/또는 공간적 배열을 최적화하는 능력이다. 예를 들어, 도 8에 도시된 채널 디자인 패턴은 제1 냉각재 및 제2 냉각재를 위한 채널의 용적 간에 1:1 비를 갖는다. 그러나, 각각의 채널이 독립적이고 임의의 적합한 방식으로 연결될 수 있기 때문에, 임의의 원하는 비가 대안적으로 사용될 수도 있다. 특히, 도 5의 채널 디자인에서와 같이, 상이한 크기의 채널을 포함하는 채널 디자인은, 채널이 임의의 원하는 비를 제공하도록 적층 가공을 사용하여 설계되는 경우 멀티-모드 냉각을 제공하는데 특히 잘 맞을 수도 있다.
부가적으로, 냉각재의 임의의 조합이 몇몇 실시형태에 따라 디자인된 멀티-모드 열 교환기에서 사용될 수도 있다. 발명자는, 다수의 냉각 모드, 예컨대, 정상-상태 냉각 모드 및 일시적인 냉각 모드가, 냉각될 컴포넌트가 이따금의 열 스파이크(spike)를 생성하기 때문에 유용한 적용에서 열 교환기가 종종 사용된다는 것을 인지하고 이해했다. 예를 들어, 단기적 하이-듀티 사이클(high-duty cycle)을 가진 일부 전자기술 컴포넌트는 유체 냉각재보다 상변화 재료 냉각재를 사용하여 더 효과적으로 냉각될 수도 있는 일시적인 열 스파이크를 생성할 수도 있다. 따라서, 몇몇 실시형태는 열 교환기가 상이한 냉각 모드를 제공하게 하는 상이한 타입의 냉각재를 포함하게 디자인된다. 예를 들어, 유체 냉각재(예를 들어, 공기, 물) 및 상변화 재료 냉각재(예를 들어, 고체와 액체 간 상태를 변화시키는 파라핀) 둘 다를 포함하는 열 교환기는, 정상 상태 열 및 이따금의, 일시적인, 열 스파이크 둘 다를 생성하는 컴포넌트 또는 컴포넌트들에 냉각을 효과적으로 제공하도록 유체 냉각재 채널을 사용한 정상 상태 냉각 및 상변화 재료 냉각재 채널을 사용한 일시적인 냉각 둘 다를 제공할 수도 있다.
도 9는 몇몇 실시형태에 따른 열 교환기(900)의 외부를 예시한다. 열 교환기(900)는 제1 냉각재(예를 들어, 공기)가 순환되는 제1 유입구(910) 및 제1 유출구(912)를 포함한다. 열 교환기(900)는 또한 제2 냉각재(예를 들어, 물)가 순환되는 제2 유입구(920) 및 제2 유출구(922)를 포함한다. 도 10은 유입구 및 유출구가 라벨이 붙은 열 교환기(900)의 대체 도면을 도시한다. 도 11은 열 교환기 내에 형성된 열 교환기 채널(1110, 1112, 1114)을 드러낸 열 교환기(900)을 통한 단면을 도시한다.
도 11에 도시된 열 교환기(900)의 채널 디자인은 도 8과 관련하여 상기에 논의된 채널 디자인과 유사하고 그리고 큰 다이아몬드 형상의 채널(1110), 상부 삼각형 채널(1112), 및 하부 삼각형 채널(1114)을 포함한다.
열 교환기(900)의 열 교환기 채널은 이하에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 원하는 방식으로 열 교환기를 통해 다수의 냉각재의 흐름을 지향시키도록 임의의 적합한 방식으로 연결될 수도 있다. 도 12a 및 도 12b는 몇몇 실시형태에 따른 열 교환기(900)를 통한, 제1 냉각재(F1) 및 제2 냉각재(F2) 각각의 매니폴드 흐름(1210, 1220)을 개략적으로 예시한다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 냉각재(F1)는 유입구(910)에 진입하고 그리고 열 교환기의 다수의 채널을 통해 흐르도록 지향된다. 유입구(910) 맞은편의 열 교환기의 단부에 도달할 때, 매니폴드는, 냉각재가 열 교환기의 다수의 채널을 통해 냉각재(F1)가 열 교환기를 나가는 유출구(912)를 향하여 흐르도록 분배되는 열 교환기의 다른 측으로 냉각재(F1)를 지향시킨다. 유사하게, 도 12b는 유입구(920)로부터 유출구(922)로의 흐름을 추적하는 매니폴드 흐름(1220)을 도시한다. 도 12a 및 도 12b에 도시된 매니폴드 흐름이 단지 예시를 위해 제공되고 그리고 실시형태에 따라 디자인된 열 교환기 내의 냉각재의 임의의 다른 적합한 흐름이 사용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 13은 장착 구조체(630)가 열 교환기에 부착되는 것으로 도시되는, 열 교환기(900)의 대체 도면을 도시한다. 열 교환기(900) 내에 형성된 상이한 형상 및 크기의 복수의 채널(1310)이 또한 도시된다. 도 14는 냉각재 채널이 더 분명히 도시되는 열 교환기(900)의 측단면도를 도시한다. 도 14에 도시된 채널 패턴 디자인은 도 5에 도시되고 상기에 기술된 채널 패턴과 유사하다. 특히, 도 14에 도시된 채널 패턴은 하부 삼각형 채널(1410), 2개의 중앙 삼각형 채널(1412, 1414), 중앙 삼각형 채널(1412, 1414) 위의 층에 형성된 더 작은 다이아몬드 형상의 채널(1416), 및 다이아몬드 형상의 채널(1416) 위의 층에 형성된 더 작은 삼각형 채널(1418)을 포함하고, 여기서 더 작은 삼각형 채널(1418)은 실질적으로 편평한 표면(1420)을 형성하도록 중실형 재료로 부분적으로 충전된다. 열 교환기의 중량을 감소시키기 위해, 부가적인 다이아몬드 형상의 채널(1422)이 삼각형 채널(1418) 내에 형성된다. 다이아몬드 형상의 채널(1422)이 열 교환기의 중량을 감소시키는 기능을 수행하는 것으로서 본 명세서에 기술되지만, 몇몇 실시형태에서 채널(1422)은 또한 내부에 제공된 냉각재를 가짐으로써 냉각을 위해 사용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 15는 열 전달 채널 및 장착 구조체(630)가 도시되는 열 교환기(900)의 대체 도면을 도시한다.
도 16a는 몇몇 실시형태에 따른 열 교환기(1600)를 위한 대체 디자인을 도시한다. 열 교환기(1600)는 외부 구조체(1620) 내에 형성된 복수의 채널(1610)을 포함한다. 도 16b는, 외부 구조체(1620)가 채널 구조체(1610)의 더 상세한 도면을 제공하도록 제거되는, 열 교환기(1600)의 대체 도면을 도시한다. 도시된 구현예에서, 채널 구조체(1610)는 컴포넌트 용적을 최소화하면서 컴포넌트 표면적을 최대화하도록 디자인된다. 그러나, 임의의 다른 채널 디자인이 대안적으로 사용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 16c는, 채널 구조체(1610) 내의 냉각재 채널이 더 분명히 도시되는, 열 교환기(1600)를 통한 단면을 도시한다. 도시되지 않았지만, 몇몇 실시형태에서, 채널 구조체(1610)의 채널 중 하나 이상은 상기에 논의된 바와 같이, 상부 계면 제어 표면을 형성하도록 중실형 재료로 충전될 수도 있다.
몇몇 실시형태는 적층 가공 프로세스를 사용하여 열 교환기를 제조하는 방법에 관한 것이다. 도 17은 몇몇 실시형태에 따라 열 교환기를 제조하기 위한 프로세스(1700)의 흐름도를 도시한다. 단계 1710에서, 열 교환기를 위한 디자인이 명시된다. 디자인은, 임의의 냉각재 유입구 또는 유출구, 하나 이상의 장착 구조체, 냉각재 채널의 디자인, 또는 열 교환기의 구조적 컴포넌트를 위한 임의의 다른 적합한 디자인 특징부를 포함한 열 교환기의 일체형 본체의 디자인을 포함할 수도 있다. CAD(computer-aided design) 프로그램 또는 다른 적합한 소프트웨어가 열 교환기를 위한 디자인을 결정하도록 사용될 수도 있고, 그리고 실시형태는 디자인이 명시된 방법으로 제한되지 않는다.
이어서 프로세스는 상기에 기술된 바와 같이, 열 교환기가 적층 가공 프로세스를 사용하여 제작되는, 단계 1712로 진행된다. 적층 가공을 위한 3D 프린터 또는 다른 적합한 장치가 명시된 디자인에 기초하여 열 교환기를 제조하도록 재료(예를 들어, 금속 합금)의 층을 생성한다. 이어서 프로세스는, 제작된 열 교환기가 구조적 결함에 대해 테스트되는, 단계 1714로 진행된다. 이로 제한되지 않지만, CT(computed tomography)를 사용하는 것을 포함한 임의의 적합한 테스트 방법은 열 교환기의 컴포넌트를 테스트하도록 사용될 수도 있고, 그리고 실시형태는 이 점에 있어서 제한되지 않는다.
그러므로 본 발명의 몇몇 실시형태의 수개의 양상을 기술하면서, 다양한 대안, 수정, 및 개선이 손쉽게 발생할 것임을 당업자는 이해한다.
이러한 대안, 수정, 및 개선은 본 개시 내용의 일부인 것으로 의도되고, 그리고 본 발명의 정신 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 따라서, 전술한 설명 및 도면은 오직 실시예에 관한 것이다.
본 발명의 다양한 양상은 단독으로, 결합하여, 또는 앞서 기술된 실시형태에서 구체적으로 논의되지 않은 다양한 배열로 사용될 수도 있고 따라서 본 출원에서 전술한 설명에 제시되거나 도면에 예시된 컴포넌트의 배열 및 상세 내용으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 하나의 실시형태에서 기술된 양상은 다른 실시형태에서 기술된 양상과 임의의 방식으로 결합될 수도 있다.
또한, 본 발명은 열 교환기를 제조하는 방법으로서 구현될 수도 있고, 방법의 실시예가 제공된다. 방법의 일부로서 수행된 단계는 임의의 적합한 방식으로 배열될 수도 있다. 따라서, 실시형태는, 단계가 예시된 것과 상이한 순서로 수행되게 구성될 수도 있고, 이는 예시적인 실시형태에서 순차적인 단계로서 도시되었지만, 일부 단계를 동시에 수행하는 것을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 어구 "및/또는"은 그런 식으로 결합된 구성요소, 즉, 일부 경우에서 결합하여 존재하고 다른 경우에서 분리되어 존재하는 구성요소의 "하나 또는 둘 다"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"을 사용하여 나열된 다수의 구성요소는 동일한 방식으로, 즉, 구성요소 중 "하나 이상"이 그런 식으로 결합되게 구성되어야 한다. 다른 구성요소는, 특별히 식별된 이러한 구성요소와 관련되든 관련되지 않든, "및/또는" 절에 의해 구체적으로 식별된 구성요소 이외에 선택 가능하게 존재할 수도 있다. 따라서, 비제한적인 실시예로서, "포함하는"과 같은 개방형 언어와 함께 사용될 때, "A 및/또는 B"에 대한 언급은, 하나의 실시형태에서, A만(선택 가능하게 B 이외의 구성요소를 포함함); 또 다른 실시형태에서, B만(선택 가능하게 A 이외의 구성요소를 포함함); 또 다른 실시형태에서, A 및 B 둘 다(선택 가능하게 다른 구성요소를 포함함); 등을 지칭할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 하나 이상의 구성요소의 목록과 관련하여, 어구 "적어도 하나"는, 구성요소의 목록에서 구성요소 중 임의의 하나 이상의 구성요소로부터 선택되지만, 구성요소의 목록에 구체적으로 나열된 각각의 그리고 모든 구성요소 중 적어도 하나를 반드시 포함하진 않고 구성요소의 목록에서 구성요소의 임의의 조합을 배제하지 않는 적어도 하나의 구성요소를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이 정의는 또한 특별히 식별된 이러한 구성요소와 관련되든 관련되지 않든, 구성요소가 어구 "적어도 하나"가 지칭하는 구성요소의 목록에 특별히 식별된 구성요소 이외에 선택 가능하게 존재할 수도 있다는 것을 허용한다. 따라서, 비제한적인 실시예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는, 동등하게, "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는 동등하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는, 하나의 실시형태에서, 적어도 하나, 선택 가능하게 2개 이상, A는 포함하고 B는 포함하지 않음(선택 가능하게 B 이외의 구성요소를 포함함); 또 다른 실시형태에서, 적어도 하나, 선택 가능하게 2개 이상, B는 포함하고 A는 포함하지 않음(선택 가능하게 A 이외의 구성요소를 포함함); 또 다른 실시형태에서, 적어도 하나, 선택 가능하게 2개 이상, A를 포함, 그리고 적어도 하나, 선택 가능하게 2개 이상, B를 포함(선택 가능하게 다른 구성요소를 포함함); 등을 지칭할 수 있다.
그러므로 본 발명의 적어도 하나의 실시형태의 수개의 양상을 기술하면서, 다양한 대안, 수정, 및 개선이 손쉽게 발생할 것임을 당업자는 이해한다. 이러한 대안, 수정, 및 개선은 본 개시 내용의 일부인 것으로 의도되고, 그리고 본 발명의 정신 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 따라서, 전술한 설명 및 도면은 오직 실시예에 관한 것이다.

Claims (40)

  1. 열 교환기로서,
    제1 유입구, 제2 유입구, 제1 유출구 및 제2 유출구를 포함하는 일체형 본체(one-piece body);
    상기 일체형 본체로 형성된 제1 채널 세트로서, 상기 제1 유입구 및 상기 제1 유출구에 연결되고, 상기 제1 유입구 및 상기 제1 유출구 사이를 흐르는 제1 냉각재 매체를 사용하여 냉각을 제공하도록 구성되는, 상기 제1 채널 세트; 및
    상기 일체형 본체로 형성된 제2 채널 세트로서, 상기 제2 유입구 및 상기 제2 유출구에 연결되고, 상기 제2 유입구 및 상기 제2 유출구 사이를 흐르는 제2 냉각재 매체를 사용하여 냉각을 제공하도록 구성되고, 상기 제2 냉각재 매체는 상기 제1 냉각재 매체와 상이한 성질을 갖는, 상기 제2 채널 세트를 포함하는, 열 교환기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 채널 세트 내의 채널의 수는 상기 제2 채널 세트 내의 채널의 수보다 많은, 열 교환기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 채널 세트 내의 상기 채널의 합쳐진 용적은 상기 제2 채널 세트 내의 상기 채널의 합쳐진 용적보다 큰, 열 교환기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 냉각재 매체는 유체이고 상기 제2 냉각재 매체는 상변화 재료인, 열 교환기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 냉각재 매체는 제1 유체이고 상기 제2 냉각재 매체는 제2 유체인, 열 교환기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 채널 세트 내의 상기 채널 중 적어도 일부의 형상은 상기 제2 채널 세트 내의 상기 채널 중 적어도 일부의 형상과는 상이한, 열 교환기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 일체형 본체와 상기 일체형 본체 내에 형성된 상기 제1 채널 세트 및 상기 제2 채널 세트가 적층 가공(additive manufacturing) 프로세스를 사용하여 생성되는, 열 교환기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 일체형 본체는 상기 열 교환기에 의해 냉각되게끔 컴포넌트에 상기 열 교환기를 장착하도록 구성된 적어도 하나의 장착 구조체를 포함하는, 열 교환기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 냉각재 매체는 상기 열 교환기가 제1 냉각 모드로 동작하게 하고 그리고 상기 제2 냉각재 매체는 상기 열 교환기가 상기 제1 냉각 모드와는 상이한 제2 냉각 모드로 동작하게 하는, 열 교환기.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 일체형 본체는 적층 가공 프로세스를 사용하여 제조될 수 있는 금속 합금을 포함하는, 열 교환기.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 채널 세트는 복수의 다이아몬드 형상의 채널을 포함하는, 열 교환기.
  13. 열 교환기를 제조하는 방법으로서,
    적층 가공 프로세스를 사용하여, 일체형 본체와 상기 일체형 본체 내에 형성된 복수의 채널을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 복수의 채널을 형성하는 단계는,
    상기 복수의 채널 중 제1 채널 세트를 상기 일체형 본체로 형성된 제1 유입구 및 제1 유출구에 연결하는 단계로서, 상기 제1 채널 세트는 상기 제1 유입구와 상기 제1 유출구 사이에서 흐르는 제1 냉각재의 유형을 사용하여 냉각을 제공하도록 구성되고, 상기 제1 유입구와 상기 제1 유출구는 상기 열교환기의 일측에 배열되는, 상기 제1 채널 세트를 상기 일체형 본체로 형성된 상기 제1 유입구 및 상기 제1 유출구에 연결하는 단계; 및
    상기 복수의 채널 중 제2 채널 세트를 상기 일체형 본체로 형성된 제2 유입구 및 제2 유출구에 연결하는 단계로서, 상기 제2 채널 세트는 상기 제2 유입구와 상기 제2 유출구 사이에서 상기 제1 냉각재의 유형의 흐름과 반대 방향으로 흐르는 제2 냉각재의 유형을 사용하여 냉각을 제공하도록 구성되고, 상기 제2 유입구와 상기 제2 유출구는 상기 열교환기의 상기 일측의 반대편의 타측에 배치되고, 상기 제2 냉각재의 유형은 상기 제1 냉각재의 유형과 상이한, 상기 제2 채널 세트를 상기 일체형 본체로 형성된 상기 제2 유입구 및 상기 제2 유출구에 연결하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 채널 세트 및 상기 제2 채널 세트의 각각의 채널은 동일한 모양을 가지는, 열 교환기를 제조하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 채널 세트 또는 상기 제2 채널 세트를 상변화 재료 냉각재로 충전하는 단계를 더 포함하는, 열 교환기를 제조하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 일체형 본체를 형성하는 것은, 상기 일체형 본체의 일부로서 적어도 하나의 장착 구조체를 형성하는 것을 포함하는, 열 교환기를 제조하는 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 복수의 채널을 형성하는 단계는, 상기 제2 채널 세트 내의 상기 채널의 합쳐진 용적보다 큰 합쳐진 용적을 갖도록 상기 제1 채널 세트를 형성하는 단계를 포함하는, 열 교환기를 제조하는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 복수의 채널을 형성하는 단계는, 상기 제2 채널 세트 내의 상기 채널의 적어도 일부의 형상을 갖도록 상기 제1 채널 세트 내의 상기 채널의 적어도 일부를 형성하는 단계를 포함하는, 열 교환기를 제조하는 방법.
  18. 멀티-모드 냉각을 제공하도록 구성된 열 교환기를 사용하여 컴포넌트를 냉각시키는 방법으로서,
    상기 컴포넌트에 인접하게 상기 열 교환기를 배열하는 단계로서, 상기 열 교환기는 제1 유입구, 제2 유입구, 제1 유출구, 제2 유출구 및 복수의 채널을 포함하고, 상기 복수의 채널은 제1 냉각재 매체를 사용하여 제1 냉각 모드로 냉각을 제공하도록 구성된 제1 채널 세트 및 상기 제1 냉각재 매체와는 상이한 성질을 갖는 제2 냉각재 매체를 사용하여 제2 냉각 모드로 냉각을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 제2 채널 세트를 포함하는, 상기 컴포넌트에 인접하게 상기 열 교환기를 배열하는 단계;
    상기 제1 냉각재 매체가 상기 제1 유입구와 상기 제1 유출구 사이를 흐르도록 상기 제1 채널 세트를 통해 상기 제1 냉각재 매체를 순환시키는 단계; 및
    상기 제2 냉각재 매체가 상기 제2 유입구와 상기 제2 유출구 사이를 흐르도록 상기 제2 채널 세트를 통해 상기 제2 냉각재 매체를 순환시키는 단계를 포함하는, 열 교환기를 사용하여 컴포넌트를 냉각시키는 방법.
  19. 삭제
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 냉각재 매체는 상기 컴포넌트에 의해 정상 상태 열을 생성하는 동안 상기 컴포넌트의 냉각을 제공하는 유체이고, 그리고 상기 제2 냉각재 매체는 상기 컴포넌트에 의한 열 스파이크(spike) 생성 동안 상기 컴포넌트의 냉각을 제공하는 상변화 재료인, 열 교환기를 사용하여 컴포넌트를 냉각시키는 방법.
  21. 열 교환기로서,
    일체형 본체; 및
    상기 일체형 본체 내에 형성된 복수의 채널을 포함하되,
    상기 복수의 채널은 제1층, 제2층 및 제3층을 포함하는 복수의 층을 갖는 격자를 형성하고,
    각각의 상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 제3층 내의 채널은 동일한 모양을 가지고,
    상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 제3층에서 동일한 형상을 갖는 상기 채널의 크기는 상기 제1층에서 상기 제2층으로, 상기 제3층으로 갈수록 감소하고,
    상기 제2층의 각각의 채널은 상기 제2층의 채널보다 더 큰 치수를 갖는 2개의 각각의 채널 사이에 위치되는, 열 교환기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 격자는 복수의 다이아몬드 형상을 포함하는, 열 교환기.
  23. 제21항에 있어서, 상기 격자에 인접하게 형성된 구조체를 더 포함하되, 상기 구조체는 계면 제어 상부 표면을 형성하는, 열 교환기.
  24. 제23항에 있어서, 상기 계면 제어 상부 표면이 편평한 표면인, 열 교환기.
  25. 제23항에 있어서, 상기 구조체가 중실형 재료(solid material)로 형성되는, 열 교환기.
  26. 제23항에 있어서, 상기 구조체 중 적어도 일부가 내부에 형성된 채널을 갖는, 열 교환기.
  27. 제23항에 있어서, 상기 구조체에 인접하게 형성된 적어도 하나의 장착 구조체를 더 포함하는, 열 교환기.
  28. 제27항에 있어서, 상기 적어도 하나의 장착 구조체는 상기 열 교환기에 의해 냉각되게끔 컴포넌트에 상기 열 교환기를 장착하도록 구성되는, 열 교환기.
  29. 제21항에 있어서, 상기 복수의 제1 채널 세트는 제1 냉각재 매체를 사용하여 냉각을 제공하도록 구성되고, 그리고 상기 복수의 제2 채널 세트는 제2 냉각재 매체를 사용하여 냉각을 제공하도록 구성되는, 열 교환기.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제1 냉각재 매체가 유체이고, 그리고 상기 제2 냉각재 매체가 상변화 재료인, 열 교환기.
  31. 제29항에 있어서, 상기 제1 채널 세트 내의 상기 채널의 합쳐진 용적은 상기 제2 채널 세트 내의 상기 채널의 합쳐진 용적보다 큰, 열 교환기.
  32. 제21항에 있어서, 상기 일체형 본체는 적층 가공 프로세스를 사용하여 제조될 수 있는 금속 합금을 포함하는, 열 교환기.
  33. 삭제
  34. 열 교환기를 제조하는 방법으로서,
    적층 가공 프로세스를 사용하여, 일체형 본체와 상기 일체형 본체 내에 형성된 복수의 채널을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 채널을 형성하는 단계는 상기 일체형 본체 내에 상기 복수의 채널을 격자로 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 격자는 제1층, 제2층 및 제3층을 포함하는 복수의 층을 갖고,
    각각의 상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 제3층 내의 채널은 동일한 모양을 가지고,
    상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 제3층에서 동일한 형상을 갖는 상기 채널의 크기는 상기 제1층에서 상기 제2층으로, 상기 제3층으로 갈수록 감소하고,
    상기 제2층의 각각의 채널은 상기 제2층의 채널보다 더 큰 치수를 갖는 2개의 각각의 채널 사이에 위치되는, 열 교환기를 제조하는 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 복수의 채널 중 적어도 하나를 상변화 재료로 충전하는 단계를 더 포함하는, 열 교환기를 제조하는 방법.
  36. 제34항에 있어서, 상기 일체형 본체를 형성하는 것은 상기 일체형 본체의 일부로서 적어도 하나의 장착 구조체를 형성하는 것을 포함하는, 열 교환기를 제조하는 방법.
  37. 제34항에 있어서, 상기 격자에 인접하게 구조체를 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 구조체는 계면 제어 상부 표면을 형성하는, 열 교환기를 제조하는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 열 교환기의 중량을 감소시키도록 상기 구조체 중 적어도 일부에 채널을 형성하는 단계를 더 포함하는, 열 교환기를 제조하는 방법.
  39. 열 교환기를 사용하여 컴포넌트를 냉각시키는 방법으로서,
    상기 컴포넌트에 인접하게 상기 열 교환기를 배열하는 단계를 포함하되, 상기 열 교환기는 복수의 채널을 포함하고,
    상기 복수의 채널은 제1층, 제2층 및 제3층을 포함하는 복수의 층을 갖는 격자를 형성하고,
    각각의 상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 제3층 내의 채널은 동일한 모양을 가지고,
    상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 제3층에서 동일한 형상을 갖는 상기 채널의 크기는 상기 제1층에서 상기 제2층으로, 상기 제3층으로 갈수록 감소하고,
    상기 제2층의 각각의 채널은 상기 제2층의 채널보다 더 큰 치수를 갖는 2개의 각각의 채널 사이에 위치되는, 열 교환기를 사용하여 컴포넌트를 냉각시키는 방법.
  40. 제39항에 있어서,
    제1 냉각 모드 및 제2 냉각 모드 각각으로 상기 열 교환기의 동작을 제공하도록 상기 복수의 제1 채널 세트 또는 상기 복수의 제2 채널 세트를 통해 유체를 순환시키는 단계를 더 포함하는, 열 교환기를 사용하여 컴포넌트를 냉각시키는 방법.
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