KR20080112681A - 열교환기 - Google Patents

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KR20080112681A
KR20080112681A KR1020070061404A KR20070061404A KR20080112681A KR 20080112681 A KR20080112681 A KR 20080112681A KR 1020070061404 A KR1020070061404 A KR 1020070061404A KR 20070061404 A KR20070061404 A KR 20070061404A KR 20080112681 A KR20080112681 A KR 20080112681A
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이성우
남상규
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주식회사 써모랩
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Abstract

본 발명은 발열체로부터 발생하는 열을 공기중으로 방출하거나, 공기중의 열을 흡수하는 열교환기에 관한 것이다.
본 발명은, 내부에 열전달 매체가 흐르는 파이프; 및 상기 파이프를 통해 전달된 열을 공기중으로 방출하거나, 주변 공기로부터 흡수한 열을 상기 파이프로 전달하는 복수개의 제1핀 및 제2핀;을 포함하되, 상기 제1핀 및 제2핀에는 상기 파이프가 삽입되는 삽입공이 상기 제1핀 및 제2핀의 측면 중 하나인 제1측면 방향으로 치우쳐지도록 형성되고, 상기 제1핀 및 제2핀은 상기 제1핀의 제1측면과 상기 제2핀의 제1측면이 상기 파이프를 중심으로 서로 반대 방향에 위치하도록 상기 파이프에 번갈아 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다.
본 발명에 의하면, 공기와 핀 사이에 이루어지는 열교환의 효율과, 공기와 파이프 사이에 이루어지는 열교환의 효율이 종래에 비해 향상되는 효과가 발생한다.
열교환기, 방열장치, 흡열블럭, 방열핀, 히트파이프, 흡열장치

Description

열교환기{Heat exchanger}
도 1은 본 발명에 따른 열교환기 중 하나인 방열장치를 도시한 부분사시도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 1의 부분측면도와 종래의 방열장치의 부분측면도를 도시한 것이다.
도 4는 방열핀으로 유입되는 공기의 흐름을 설명하기 위한 것으로, 도 1의 A-A에 따른 단면도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 히트파이프 112 : 삽입공
120 : 제1방열핀 130 : 제2방열핀
122, 132 : 제1측면 124, 134 : 제2측면
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발열체로부터 발생하는 열을 공기중으로 전달함으로써 상기 발열부품을 냉각시키거나, 공기중의 열을 흡수 함으로써 공기를 냉각시키기 위한 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 발열체의 열을 흡수하여 공기중으로 방사하는 방열장치와 주변 공기의 열을 흡수하여 상기 공기의 온도를 낮추는 흡열장치 모두를 일컫는 말이다. 흡열장치는 방열장치와 정 반대의 원리로 작동하기 때문에 이하에서는 흡열장치에 대한 설명을 생략하고 방열장치에 대하여만 설명한다.
전자기기에는 컴퓨터, 냉장고, 모니터, TV, VCR, TV프로젝터, 파워유니트, 영사기, 슬라이더, 오버헤드프로젝터, 팩시밀리, 자동차의 배터리 등이 있다. 이와 같은 전자기기들의 작동 시, 그 내부에 설치된 부품, 예컨대, 컴퓨터의 CPU, 냉장고의 열전모듈, 영사기의 램프 등에서 열이 발생하게 되고, 상기 열은 전자기기의 작동오류를 유발하기 때문에 전자기기에는 이와 같은 부품의 열을 냉각시키기 위하여 방열장치가 설치된다.
통상 방열장치는 발열부품으로부터 열을 흡수하는 흡열블럭과, 상기 흡열블럭으로부터 열을 전달받아 방열핀에 전달하는 히트파이프와, 히트파이프로부터 전달된 열을 공기중으로 배출하는 방열핀을 구비한다.
상기 히트파이프의 일단은 상기 흡열블럭과 연결되고, 상기 히트파이프의 일부는 복수개의 방열핀에 삽입되며, 상기 히트파이프의 내부에는 작동유체가 수용되어 있다. 상기 복수개의 방열핀은 소정 간격으로 이격되어 나란하게 나열되고, 나열된 상기 복수개의 방열핀 상단의 높이는 모두 동일하고, 그 하단의 높이 또한 모두 동일하다.
상기 흡열블럭이 발열부품으로부터 열을 흡수하면 상기 작동유체가 기화되 고, 기화된 작동유체는 히트파이프를 따라 방열핀 방향으로 이동한 후, 상기 복수개의 방열핀 사이에 형성된 갭(gap)으로 유입되는 공기에 의해 냉각되어 액화된다. 액화된 작동유체는 자중에 의해 히트파이프를 따라 상기 흡열블럭 방향으로 재이동한다.
그러나, 이와 같은 종래의 방열장치에 의하면, 상기 갭이 좁게 형성되어 있기 때문에 상기 갭 사이로 유입되는 공기와 상기 방열핀 사이에 발생하는 마찰력, 즉, 유동저항이 공기에 크게 작용한다. 따라서, 상기 갭 사이로 유입된 공기의 흐름이 원활하지 않고, 이로 인해 상기 공기와 방열핀 사이에 이루어지는 열교환의 효율이 낮은 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 복수개의 핀 사이로 유입되는 공기의 흐름을 원활하게 함으로써 상기 공기와 핀 사이에서 이루어지는 열교환의 효율을 높일 수 있는 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 내부에 열전달 매체가 흐르는 파이프; 및 상기 파이프를 통해 전달된 열을 공기중으로 방출하거나, 주변 공기로부터 흡수한 열을 상기 파이프로 전달하는 복수개의 제1핀 및 제2핀;을 포함하되, 상기 제1핀 및 제2핀에는 상기 파이프가 삽입되는 삽입공이 상기 제1핀 및 제2핀의 측면 중 하나인 제1측면 방향으로 치우쳐지도록 형성되고, 상기 제1핀 및 제2핀은 상기 제1핀의 제1측면과 상기 제2핀의 제1측면이 상기 파이프를 중심으로 서로 반 대 방향에 위치하도록 상기 파이프에 번갈아 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다.
바람직하게 상기 제1핀의 제1측면과 제2핀의 제1측면은 상기 파이프를 중심으로 서로 대칭되는 사인함수 형태로 형성되고, 상기 파이프는 상기 제1핀의 제1측면과 제2핀의 제1측면 간의 거리가 가장 짧은 지점에 위치한다. 이때, 상기 제1핀의 제1측면과 대향하는 제1핀의 제2측면은 상기 제1핀의 제1측면과 동일한 형태로 형성되고, 상기 제2핀의 제1측면과 대향하는 제2핀의 제2측면은 상기 제2핀의 제1측면과 동일한 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 앞서 설명한 바와 같이, 열교환기는 방열장치와 흡열장치 모두를 포함하는 개념이나, 흡열장치는 방열장치와 정 반대의 원리로 작동하기 때문에 방열장치만을 예를 들어 설명한다. 따라서, 이하에서는 상기 파이프는 히트파이프로, 상기 핀은 방열핀으로, 상기 열교환기는 방열장치로 한정되어 설명된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 아니함을 다시 한 번 강조한다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기 중 하나인 방열장치를 도시한 부분사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도이고, 도 3은 도 1의 부분측면도와 종래의 방열장치의 부분측면도를 도시한 것이고, 도 4는 방열핀으로 유입되는 공기의 흐름을 설명하기 위한 것으로, 도 1의 A-A에 따른 단면도이다.
방열장치는 발열체의 열을 흡수하는 흡열블럭(미도시)과, 상기 흡열블럭의 열을 방열핀에 전달하는 히트파이프(110)와, 상기 히트파이프(110)를 통해 전달된 열을 공기중으로 방출하는 제1방열핀(120) 및 제2방열핀(130)을 포함한다.
상기 제1방열핀(120) 및 제2방열핀(130)에는 상기 히트파이프(110)가 삽입되기 위한 삽입공(112)이 형성된다. 상기 삽입공(112)은 상기 제1방열핀(120) 및 제2방열핀(130)의 제1측면(122)(132) 방향으로 치우쳐지도록 형성된다. 따라서, 상기 제1측면(122)(132)과 상기 삽입공(112)과의 거리는 제2측면(124)(134)과 상기 삽입공(112)과의 거리보다 작게 된다. 여기서, 상기 제1측면(122)(132)은 상기 제1방열핀(120) 및 제2방열핀(130)의 측면 중 하나를 의미하고, 상기 제2측면(124)(134)은 상기 제1측면(122)(132)과 대향하는 측면을 의미한다.
상기 제1방열핀(120)과 제2방열핀(130)은 상기 히트파이프(110)에 번갈아 결합된다. 이때, 상기 제1방열핀의 제1측면(122)과 상기 제2방열핀의 제1측면(132)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 히트파이프(110)를 중심으로 서로 반대 방향에 위치하게 된다. 상기 방열핀(120)(130)이 상기 히트파이프(110)에 이와 같이 결합하는 경우, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 제1측면(122)(132) 사이의 구간(d)에서는 방열핀 간의 거리(t1)가 종래와 동일하나, 그 이외의 구간에서는 방열핀 간의 거리(t2)가 종래에 비해 약 2배로 증가하게 된다.
이와 같이 방열핀 간의 거리가 종래에 비해 증가한 구간(d 이외의 구간)이 존재하는 경우, 상기 구간(d 이외의 구간)에서는 종래에 비해 마찰력에 의한 유동저항이 적기 때문에 공기의 흐름이 원활하여 진다. 또한, 상기 구간(d 이외의 구간)으로 유입된 공기가 상기 제1측면(122)(132) 사이의 구간(d)을 통과할 경우 속 도가 증가하기 때문에 더욱 많은 열이 상기 방열핀(120)(130)으로부터 공기로 전달된다. 또한, 난류가 발생하는 부위(도 3의 (a)와 (b)에서 점선으로 표시된 부분)가 증가하기 때문에 종래에 비해 열교환이 활발히 이루어진다. 따라서, 공기와 방열핀 사이에 이루어지는 열교환의 효율이 종래에 비해 전체적으로 향상된다.
상기 제1방열핀의 제1측면(122)과 제2방열핀의 제1측면(132)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 히트파이프(110)를 중심으로 서로 대칭되는 사인함수 형태로 형성된다. 이때, 상기 히트파이프(110)는 상기 제1방열핀의 제1측면(122)과 제2방열핀의 제1측면(132) 간의 거리가 가장 짧은 지점에 위치한다.
상기 제1측면(122)(132)의 형태를 이와 같이 형성하는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 외부로부터 방열핀 사이로 유입된 공기가 제2방열핀의 제1측면(132)을 지나면서 상기 히트파이프(110) 방향으로 휘어져 흐르기 때문에 상기 히트파이프(110) 근처를 통과하는 공기의 양이 많아지게 된다. 공기의 입장에서 보면 상기 방열핀 뿐만 아니라 상기 히트파이프(110)도 열원에 해당하고, 열원 근처를 통과하여 흐르는 공기의 양이 많아지면 열원과 공기 사이에 교환되는 열의 양도 많아지므로 결국 공기와 상기 히트파이프(110) 사이에 이루어지는 열교환의 효율이 종래에 비해 향상된다.
상기 제1방열핀의 제1측면(122)과 제2방열핀의 제1측면(132)을 앞서 설명한 바와 같이 서로 대칭되는 사인함수 형태로 구성하는 것이 바람직하나, 이에 대한 다른 대안으로 직선형태로 구성할 수도 있다. 이 경우, 외부로부터 방열핀 사이로 유입된 공기가 상기 히트파이프(110) 방향으로 휘어져 흐르는 현상을 발생하지 않 지만, 상기 구간(d 이외의 구간)에서 종래에 비해 마찰력에 의한 유동저항이 적어지는 현상과, 유입된 공기가 상기 구간(d)을 통과할 경우 속도가 증가하게 되는 현상과, 난류가 발생하는 부위가 증가하는 현상은 여전히 존재하기 때문에 공기와 방열핀 사이에 이루어지는 열교환의 효율은 종래에 비해 향상되게 된다.
한편, 상기 제1방열핀의 제2측면(124)은 상기 제1방열핀의 제1측면(122)과 동일한 형태로 형성되고, 상기 제2방열핀의 제2측면(134)은 상기 제2방열핀의 제1측면(132)과 동일한 형태로 형성되는 것이 바람직하나, 다른 대안으로 상기 제1방열핀의 제2측면(124)과 상기 제2방열핀의 제2측면(134) 중 어느 하나 또는 모두를 직선으로 형성하는 것도 가능하다.
본 발명에 의하면, 핀 사이로 유입되는 공기의 흐름이 원활하고, 유입되는 공기가 신속하게 교체되기 때문에 공기와 핀 사이에 이루어지는 열교환의 효율이 종래에 비해 향상되는 효과가 발생한다.
또한, 파이프 근처를 통과하여 흐르는 공기의 양이 많기 때문에 공기와 상기 파이프 사이에 이루어지는 열교환의 효율이 종래에 비해 향상되는 효과가 발생한다.

Claims (3)

  1. 내부에 열전달 매체가 흐르는 파이프; 및
    상기 파이프를 통해 전달된 열을 공기중으로 방출하거나, 주변 공기로부터 흡수한 열을 상기 파이프로 전달하는 복수개의 제1핀 및 제2핀;을 포함하되,
    상기 제1핀 및 제2핀에는 상기 파이프가 삽입되는 삽입공이 상기 제1핀 및 제2핀의 측면 중 하나인 제1측면 방향으로 치우쳐지도록 형성되고,
    상기 제1핀 및 제2핀은 상기 제1핀의 제1측면과 상기 제2핀의 제1측면이 상기 파이프를 중심으로 서로 반대 방향에 위치하도록 상기 파이프에 번갈아 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1핀의 제1측면과 제2핀의 제1측면은 상기 파이프를 중심으로 서로 대칭되는 사인함수 형태로 형성되고, 상기 파이프는 상기 제1핀의 제1측면과 제2핀의 제1측면 간의 거리가 가장 짧은 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1핀의 제1측면과 대향하는 제1핀의 제2측면은 상기 제1핀의 제1측면과 동일한 형태로 형성되고, 상기 제2핀의 제1측면과 대향하는 제2핀의 제2측면은 상기 제2핀의 제1측면과 동일한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101300013B1 (ko) * 2011-02-01 2013-08-26 심현섭 엘이디 조명 램프
KR101395014B1 (ko) * 2012-10-18 2014-05-30 인하대학교 산학협력단 Led집어등 방열구조

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