WO2012118297A2 - 생산성 향상 구조를 갖는 히트 파이프 - 히트 싱크 결합형 냉각장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉각장치를 이루는 각 구성 요소들의 압출재 수량과 중량을 저감하면서 가공 및 조립에 소요되는 공수와 시간을 단축하게 되는 생산성 향상 구조를 갖는 히트 파이프 - 히트 싱크 결합형 냉각장치에 관한 것이다. 본 발명은 방열핀을 구비한 히트 싱크와, 이 히트 싱크의 하단부 측에 배치되는 베이스 플레이트와, 상기 히트 싱크의 배면부와 베이스 플레이트에 매입되는 히트 파이프와, 이 히트 파이프가 매입된 상태에서 히트 싱크의 배면부와 베이스 플레이트를 덮는 수직 커버 및 수평 커버를 포함하여 이루어지는 히트 파이프 - 히트 싱크 결합형 냉각장치에 있어서, 상기 히트 싱크는 하단 모서리부에 제1결합단이 형성되도록 압출 성형되고, 상기 베이스 플레이트는 제1결합단과 끼움 결합되는 제2결합단이 형성되도록 압출 성형되어, 이들 제1결합단과 제2결합단이 끼움 결합된 상태로 결합단의 저면부에서 마찰교반용접이 되며, 상기 수직 커버와 수평 커버는 코너 부위에만 두께살이 형성되면서 나머지 부위는 균일한 두께로 이루어지도록 일체로 압출 성형된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 히트 파이프와 히트 싱크를 결합한 냉각장치에 관한 것으로, 특히 냉각장치를 이루는 각 구성 요소들의 압출재 수량과 중량을 저감하면서 가공 및 조립에 소요되는 공수와 시간을 단축하게 되는 생산성 향상 구조를 갖는 히트 파이프 - 히트 싱크 결합형 냉각장치에 관한 것이다.
냉장고나 제습기 등에서 방열을 통해 냉각을 수행하는 냉각장치는 다양하게 개발이 되어 있다. 특히, 히트 싱크(Heat Sink)와 히트 파이프(Heat Pipe) 등의 열전달 수단 또는 방열 수단을 채용한 냉각장치들은 냉각 효율의 향상을 위해 형상과 구조 면에서 꾸준한 개발이 이루어지고 있다.
예를 들면 냉장고에서 냉각 성능을 향상시키기 위한 냉각장치로서 히트 싱크와 히트 파이프를 함께 구비한 것이 있다. 이 히트 파이프 - 히트 싱크 결합형 냉각장치는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 방열핀(1a)들을 구비한 히트 싱크(1)와, 이 히트 싱크(1)의 하단부가 결합되는 베이스 플레이트(2), 히트 싱크(1)의 배면부 및 베이스 플레이트(2) 사이에 안치되는 히트 파이프(3), 그리고 히트 파이프(3)가 안치된 상태에서 히트 싱크(1)의 배면부와 베이스 플레이트(2)를 덮는 수직 커버(4) 및 수평 커버(5)로 구성되어 있다.
또, 히트 싱크(1)의 배면부와 베이스 플레이트(2)의 상면부 및 수직 커버(4)의 내측면부와 수평 커버(5)의 저면부에는 각각 히트 파이프(3)가 매입되는 홈(1b,2a,4a,5a)들이 형성되어 있어서, 위의 구성 요소들이 결합되었을 때 히트 파이프(3)는 외부로 노출되지 아니한다.
이와 같이, 히트 파이프 - 히트 싱크 결합형 냉각장치는 히트 파이프(3)를 제외한 나머지 구성 요소들이 히트 싱크(1)와 베이스 플레이트(2) 및 수직 커버(4)와 수평 커버(5)의 네 가지로 이루어져 있다. 그리고, 이들 네 가지 구성 요소들은, 각각 압출기를 통해 압출재로 성형이 되고, CNC(Computer Numerical Control) 가공장치를 이용한 가공 공정을 거쳐 볼트 조립 구멍(1c,2b,4b,5b) 등이 형성된 다음, 10여 군데에서 볼트(B)로 조립이 된다.
그런데, 이처럼 네 가지 구성 요소로 이루어진 종래의 히트 파이프 - 히트 싱크 결합형 냉각장치는, 각 구성 요소들을 개별적으로 압출 성형하여야 하므로 압출재 수량 증가에 따른 공정 비용이 많이 소요되는 문제가 있고, 이들을 다시 10여 군데에서 볼팅에 의해 조립하여야 하기 때문에 가공 및 조립에 소요되는 공수와 시간이 증가하는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위한 개선안으로서, 도 3에 도시된 것처럼 히트 싱크(10)와 베이스 플레이트(20)를 일체로 압출 성형하고, 수직 커버(40)와 수평 커버(50) 역시 일체로 압출 성형하는 방안을 고려할 수 있다. 그러나, 이 경우에는 히트 싱크(10)와 베이스 플레이트(20) 일체물의 압출 성형 난이도가 높고, 압출 금형의 파손 우려가 증가하는 또 다른 문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 개발된 것으로, 그 목적은, 각 구성 요소들의 압출재 수량과 중량을 저감하여 공정 및 제품 비용을 절감함과 아울러 구성 요소들의 가공 및 조립에 소요되는 공수와 시간을 단축할 수 있는 생산성 향상 구조를 갖는 히트 파이프 - 히트 싱크 결합형 냉각장치를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 방열핀을 구비한 히트 싱크와, 이 히트 싱크의 하단부 측에 배치되는 베이스 플레이트와, 상기 히트 싱크의 배면부와 베이스 플레이트에 매입되는 히트 파이프와, 이 히트 파이프가 매입되는 상태로 히트 싱크의 배면부와 베이스 플레이트를 덮는 수직 커버 및 수평 커버를 포함하여 이루어지는 히트 파이프 - 히트 싱크 결합형 냉각장치에 있어서, 상기 히트 싱크는 하단 모서리부에 제1결합단이 형성되도록 압출 성형되고, 상기 베이스 플레이트는 제1결합단과 끼움 결합되는 제2결합단이 형성되도록 압출 성형되어, 이들 제1결합단과 제2결합단이 끼움 결합된 상태로 결합단의 저면부에서 마찰교반용접이 되며, 상기 수직 커버와 수평 커버는 코너 부위에만 두께살이 형성되면서 나머지 부위는 균일한 두께로 이루어지도록 일체로 압출 성형된 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 제1결합단과 제2결합단 중 어느 하나는 홈-돌출부 일체의 'ㄷ'자형 결합단으로 형성되고, 나머지 하나는 이 'ㄷ'자형 결합단에 끼움 결합되는 돌출부-홈 일체의 'ㄱ'자형 결합단으로 형성될 수 있다.
위와 같이 구성된 본 발명의 냉각장치는, 히트 싱크와 베이스 플레이트가 제1결합단과 제2결합단에 의해 끼움 결합되어 별도의 백업 재료 없이도 마찰교반용접을 실시할 수 있게 된다. 따라서, 히트 싱크와 베이스 플레이트가 10여 군데에서 볼팅에 의해 조립되는 종래의 냉각장치에 비해 마찰교반용접이 적용되는 본 발명의 냉각장치는 구성 요소들의 가공 및 조립에 소요되는 공수와 시간을 단축하게 되며, 이는 생산성을 크게 향상시키는 효과로 나타난다.
또한, 본 발명의 냉각장치는, 수직 커버와 수평 커버가 코너 부위에만 두께살이 형성되면서 나머지 부위는 그보다 얇고 균일한 두께를 갖도록 일체물로 압출 성형되기 때문에, 수직 커버와 수평 커버가 별개로 압출 성형되는 종래의 냉각장치에 비해 압출재의 수량과 중량이 저감되어 냉각장치의 경량화에 기여할 뿐만 아니라 제품 제조에 소요되는 공정과 비용을 크게 절감하게 된다.
도 1은 종래의 히트 파이프 - 히트 싱크 결합형 냉각장치를 나타낸 분리 사시도이다.
도 2는 도 1의 냉각장치를 구성하는 히트 싱크 부위와 커버를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 냉각장치와 비교하여 생산성 향상 구조를 갖도록 하기 위한 냉각장치의 구성안을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 대한 주요 구성 요소들을 나타낸 분리 사시도이다.
도 5는 도 4의 구성 요소 중 히트 싱크에 대한 접합 방식을 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 히트 싱크를 상대로 각 구성 요소들을 분리 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 대한 조립 상태 사시도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 실시예에 대한 주요 구성 요소들을 나타낸 분리 사시도로서, 방열핀(111)을 구비한 히트 싱크(110), 이 히트 싱크(110)의 하단부 측에 배치되는 베이스 플레이트(120), 히트 싱크(110)의 배면부와 베이스 플레이트(120)를 덮는 수직 커버(140) 및 수평 커버(150)가 나타나 있다. 그리고, 도 4에는 나타나 있지 않지만 히트 싱크(110)의 배면부와 베이스 플레이트(120) 및 수직 커버(140)와 수평 커버(150)에는 도 6에서 볼 수 있는 것과 같은 히트 파이프(130)가 매입(埋入)된다.
이와 같이 본 발명의 실시예로 예시된 생산성 향상 구조를 갖는 히트 파이프 - 히트 싱크 결합형 냉각장치의 각 구성 요소들은 구체적으로 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 히트 싱크(110)는 압출 성형에 의해 제작이 되는데, 상기 방열핀(111)들이 형성된 면의 반대쪽 면에 히트 파이프(130)가 부분적으로(즉, 절반 정도 깊이로) 매입되는 매입홈(112)이 형성된다. 특히, 히트 싱크(110)의 압출 성형시 하단 모서리부에 제1결합단(113)이 형성되는데, 이 제1결합단(113)은 본 실시예에서 홈-돌출부 일체의 'ㄷ'자형 결합단으로 예시되어 있다. 여기서 『홈-돌출부 일체의 'ㄷ'자형 결합단』이란, 도 4의 부분 확대도를 통해 볼 수 있는 것처럼, 오목하게 함입된 제1홈부(113a)와 이 제1홈부(113a)의 하측에서 제1홈부(113a)의 상측보다 길게 일직선으로 돌출된 제1돌출부(113b)가 일체로 형성되어 'ㄷ'자 형태를 이루는 결합단을 의미한다.
상기 베이스 플레이트(120)는 히트 싱크(110)와 별도로 압출 성형이 되는데, 상면부에는 히트 파이프(130)가 부분적으로 매입되는 매입홈(121)들을 구비한다. 특히, 히트 싱크(110)의 하단부와 마주하는 일측 모서리에는 히트 싱크(110)의 제1결합단(113)과 끼움 결합되는 제2결합단(122)이 형성되도록 압출 성형이 되는데, 이 제2결합단(122)은 본 실시예에서 돌출부-홈 일체의 'ㄱ'자형 결합단으로 예시되어 있다. 여기서 『돌출부-홈 일체의 'ㄱ'자형 결합단』이란, 도 4의 부분 확대도에서 볼 수 있는 것처럼, 제1결합단(113)의 제1홈부(113a)에 꼭 맞게 끼워질 수 있도록 돌출된 제2돌출부(122a)와, 이 제2돌출부(122a)의 하측에 오목하게 함입되어 제1결합단(113)의 제1돌출부(113b)가 꼭 맞게 끼워지게 되는 제2홈부(122b)가 일체로 형성되어 'ㄱ'자 형태를 이루는 결합단을 의미한다.
이처럼 본 발명의 히트 싱크(110)와 베이스 플레이트(120)는 서로 끼움 결합되는 제1결합단(113)과 제2결합단(122)이 형성되는 구조로 각각 압출 성형되는 특징을 갖는다. 본 실시예에서는 히트 싱크(110)에 제1결합단(113)이 형성되고 베이스 플레이트(120)에 제2결합단(122)이 형성되는 것으로 설명되었으나, 이와 반대로 히트 싱크(110)에 제2결합단(122) 구조의 결합단이 형성되고 베이스 플레이트(120)에는 제1결합단(113) 구조의 결합단이 형성되는 구조로 실시될 수도 있다.
이러한 제1결합단(113)과 제2결합단(122)은, 도 5에 도시된 것처럼 저면부에 대하여 마찰교반용접(Friction Stir Welding : FSW))을 적용할 수 있도록 하기 위한 구조이다. 주지하는 바와 같이, 마찰교반용접은 기계적 특성이 우수한 접합부를 형성하고, 접합용 공구와 피접합재의 마찰열을 이용하여 기존의 용융 용접에 비해 낮은 입열로 용접을 할 수 있기 때문에 작은 잔류 응력과 변형이 적다는 장점이 있다. 이와 같은 마찰교반용접에서는 다른 용접 방법과 달리 접합부 뒷면에 마찰 압력에 견딜 수 있는 백업(back-up) 재료가 요구되는데, 이들 제1결합단(113)과 제2결합단(122)은 이러한 백업 재료의 역할을 하게 됨으로써, 마찰교반용접 방법을 적용하여 히트 싱크(110)와 베이스 플레이트(120)를 결합할 수 있도록 한다. 만일, 제1결합단(113)과 제2결합단(122)이 위에서 설명한 구조 이외의 구조로 구성된다면 히트 싱크(110)와 베이스 플레이트(120)를 결합할 때 별도의 백업 재료가 필요하게 될 수도 있다.
다음으로, 상기 수직 커버(140) 및 수평 커버(150)는 히트 파이프(130)가 부분적으로 매입되는 매입홈(142)들이 형성되면서 서로 일체가 되도록 압출 성형된다. 특히, 수직커버(140)와 수평 커버(150)의 서로 접하는 코너 부위는 다른 부위보다 치수가 두꺼운 두께살(141-151)이 형성되고, 나머지 부위는 이 두께살(141-151) 보다 얇으면서 균일한 두께가 되도록 압출 성형된다. 이처럼 수직 커버(140)와 수평 커버(150)의 서로 접하는 코너 부위에만 강도 유지를 위해 두께살(141-151)이 형성되고, 나머지 부위는 얇은 두께로 균일하게 형성됨으로써, 종래의 냉각장치에 비해 중량이 크게 줄어들게 된다.
한편, 수직 커버(140)와 수평 커버(150)에는 각각 히트 싱크(110)와 베이스 플레이트(120)에 볼트로 체결되기 위한 볼트 구멍(143,152)들이 형성되며, 히트 싱크(110)와 베이스 플레이트(120)에도 이에 대응하는 볼트 구멍(123)들이 형성된다.
위의 설명과 같이 구성된 본 발명 실시예의 냉각장치는 다음과 같이 조립된다.
먼저, 도 5에 도시된 것처럼, 히트 싱크(110)와 베이스 플레이트(120)를 뒤집은 상태에서 히트 싱크(110)의 제1결합단(113)에 베이스 플레이트(120)의 제2결합단(122)을 끼움 결합한다. 그리고, 끼움 결합된 제1결합단(113)과 제2결합단(122)의 저면부에 대하여 마찰교반용접용 공구(W)를 이용하여 마찰교반용접을 실시한다. 이때 제1결합단(113)과 제2결합단(122)이 서로 맞물려 지지되는 구조로 끼움 결합되어 있기 때문에 별도의 백업 재료 없이도 마찰교반용접이 가능하다.
이렇게 마찰교반용접이 된 히트 싱크(110)와 베이스 플레이트(120)의 조립체를 상대로 도 6에 도시된 것처럼 히트 파이프(130)를 배치하고, 그 위에 수직 커버(140)와 수평 커버(150)의 일체물을 배치한다. 히트 싱크(110)와 베이스 플레이트(120) 및 수직 커버(140)와 수평 커버(150)에는 히트 파이프(130)가 부분적으로 매입되는 매입홈(112,121,142)들이 형성되어 있기 때문에, 히트 파이프(130)를 히트 싱크(110)와 베이스 플레이트(120)에 매입한 다음 그 위에 수직 커버(140)와 수평 커버(150)를 덮으면, 히트 파이프(130)는 도 7에 보이는 것처럼 히트 싱크(110)와 베이스 플레이트(120) 및 수직 커버(140)와 수평 커버(150)에 의하여 은폐가 된다.
이어서, 수직 커버(140)와 수평 커버(150)에 구비된 볼트 구멍(143,152)들을 통해 수직 커버(140)와 수평 커버(150)를 히트 싱크(110)와 베이스 플레이트(120)에 볼트로 완전히 고정시킴으로써 조립을 완료한다.
상술한 실시예를 통해 설명한 바와 같이, 본 발명의 냉각장치는 수직 커버(140)와 수평 커버(150)가 일체물로 압출 성형되기 때문에, 수직 커버와 수평 커버가 별개로 압출 성형되는 종래의 냉각장치에 비해 압출재의 수량이 줄어들게 된다. 더욱이, 단순히 압출재의 수량만 줄어드는 것이 아니라, 수직 커버(140)와 수평 커버(150)의 일체물에서 코너 부위에만 두께살(141-151)이 형성되고 나머지 부위는 그보다 얇은 두께로 균일하게 형성되므로 종래의 냉각장치에 비해 중량도 크게 줄어들게 된다. 예를 들어, 알루미늄 합금으로 제작되는 경우, 종래의 냉각장치는 2.683kg의 중량을 갖지만, 본 발명의 냉각장치는 2.499kg의 중량을 가짐으로써 약 7%의 제품 경량화를 달성할 수가 있다.
또한, 본 발명의 냉각장치는 히트 싱크(110)와 베이스 플레이트(120)가 제1결합단(113)과 제2결합단(122)에 의해 끼움 결합되기 때문에, 별도의 백업 재료 없이도 마찰교반용접을 실시할 수 있게 된다. 따라서, 히트 싱크와 베이스 플레이트가 10여 군데에서 볼팅에 의해 조립되는 종래의 냉각장치에 비해 마찰교반용접이 적용되는 본 발명의 냉각장치는 구성품들의 가공 및 조립에 소요되는 공수와 시간을 단축할 수가 있다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
Claims (2)
- 방열핀을 구비한 히트 싱크와, 이 히트 싱크의 하단부 측에 배치되는 베이스 플레이트와, 상기 히트 싱크의 배면부와 베이스 플레이트에 매입되는 히트 파이프와, 상기 히트 파이프가 매입되는 상태로 히트 싱크의 배면부와 베이스 플레이트를 덮는 수직 커버 및 수평 커버를 포함하여 이루어지는 히트 파이프 - 히트 싱크 결합형 냉각장치에 있어서,상기 히트 싱크는 하단 모서리부에 제1결합단이 형성되도록 압출 성형되고, 상기 베이스 플레이트는 상기 제1결합단과 끼움 결합되는 제2결합단이 형성되도록 압출 성형되어, 상기 제1결합단과 제2결합단이 끼움 결합된 상태에서 이들 결합단의 저면부에서 마찰교반용접이 되며,상기 수직 커버와 수평 커버는 코너 부위에만 두께살이 형성되면서 나머지 부위는 균일한 두께로 이루어지도록 일체로 압출 성형된 것을 특징으로 하는 생산성 향상 구조를 갖는 히트 파이프 - 히트 싱크 결합형 냉각장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1결합단과 제2결합단 중 어느 하나는 홈-돌출부 일체의 'ㄷ'자형 결합단으로 형성되고, 나머지 하나는 상기 'ㄷ'자형 결합단에 끼움 결합되는 돌출부-홈 일체의 'ㄱ'자형 결합단으로 형성된 것을 특징으로 하는 히트 파이프 - 히트 싱크 결합형 냉각장치.
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