WO2023191376A1 - 열교환기 및 이의 제조방법 - Google Patents

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WO2023191376A1
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electrode
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heat exchanger
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신동수
김상호
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(주)에스플러스컴텍
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Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger, and more specifically, to a heat exchanger having a refrigerant pipe through which the refrigerant flows and a plurality of plate-shaped heat dissipation fins coupled to the refrigerant pipe, and a method of manufacturing the same.
  • Korean Patent Publication No. 10-2000-0066528 discloses a copper pipe through which the refrigerant flows through a hole. A configuration is described in which this perforated aluminum sheet is inserted into a plurality of pins, and then the pipe is expanded using mechanical force or hydraulic pressure to adhere the pipe to the pins.
  • this conventional heat exchanger has a problem in that the manufacturing process is complicated because surface treatment of metal fins such as pipe expansion and anodizing is essentially required.
  • the purpose of the present invention is to provide a heat exchanger comprising a refrigerant pipe that is easy to manufacture and a plurality of plate-shaped heat dissipation fins coupled to the refrigerant pipe, and a method of manufacturing the same.
  • a piping structure is formed with an inlet and an outlet, and extends between the inlet and the outlet to provide a flow path through which refrigerant flows; and a heat dissipation structure coupled to the piping structure to exchange heat between the refrigerant and an external fluid, wherein the heat dissipation structure is made of a composite material including a resin material and a carbon material.
  • a piping structure that provides a passage through which a refrigerant flows, and a heat dissipation structure coupled to the piping structure to exchange heat between the refrigerant and an external fluid.
  • a method of manufacturing a heat exchanger comprising: a mold preparation step of preparing a first mold and a second mold that are joined to form a cavity corresponding to the shape of the heat dissipation structure; an insert installation step of installing an insert including at least a portion of the piping structure in a space corresponding to the cavity before the first mold and the second mold are combined; A joining step of combining the first mold and the second mold to form the cavity and placing the insert in the cavity; and an injection liquid injection step of injecting injection liquid into the cavity, wherein the injection liquid includes a liquid resin material containing carbon material.
  • a method of manufacturing a heat exchanger performed by injecting is provided.
  • a heat dissipation structure preparation step of preparing a heat dissipation structure made of a composite material including a resin material and a carbon material An electrode preparation step in which a first electrode and a second electrode are prepared; A tube preparation step in which the main portion through which the heat exchange target fluid flows is prepared; An electrode assembly step of assembling the first electrode and the second electrode to the heat dissipation structure; A tube assembly step of assembling the main portion to the heat dissipation structure; And a room temperature maintaining step of maintaining the first electrode, the second electrode, and the main part at room temperature for a certain period of time in a state in which the first electrode, the second electrode, and the main part are assembled to the heat dissipation structure, and in the heat dissipation structure preparation step, the heat dissipation structure is treated at a high temperature and is in an expanded state.
  • the first electrode and the second electrode are prepared in a contracted state by low-temperature treatment
  • the tube preparation step the main part is prepared in a contracted state by low-temperature treatment
  • the electrode assembly step is The first electrode and the second electrode are respectively inserted into the first electrode passage and the first electrode passage formed in the heat dissipation structure
  • the tube assembling step is performed by inserting the main pipe into the tube passage formed in the heat dissipation structure.
  • the heat dissipation structure is contracted to its original state, and the first electrode, the second electrode, and the main portion are expanded to their original state.
  • the heat dissipation structure that is coupled to the piping structure and exchanges heat between the refrigerant flowing through the piping structure and the external fluid is made of a composite material containing a resin material and a carbon material, making it easy to manufacture through insert injection molding. .
  • a piping structure is inserted and assembled into a tube passage formed in a heat dissipation structure made of a composite material containing a resin material and a carbon material, and high-pressure gas is injected into the piping structure to expand the piping structure, thereby forming the piping structure and the heat dissipation structure. Since they are tightly coupled, manufacturing of the heat exchanger becomes easy.
  • the piping structure contracted by low temperature treatment is inserted into the tube passage formed in the heat dissipation structure, and then maintained at room temperature to dissipate heat.
  • the structure contracts to its original state and the piping structure expands to its original state, so that the piping structure and the heat dissipation structure are tightly coupled, making it easier to manufacture the heat exchanger.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the heat exchanger shown in FIG. 1 by cutting the heat dissipation structure along line A-A'.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the heat exchanger shown in FIG. 1 by cutting the heat dissipation structure of the heat exchanger along line B-B'.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing the heat dissipation structure of a heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a cross-sectional view showing the heat dissipation structure of a heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a perspective view showing the heat dissipation structure of a heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a flowchart schematically explaining a method of manufacturing a heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a diagram for explaining the mold preparation step and insert installation step of Figure 7.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which the combining step of FIG. 7 is performed.
  • FIGS. 10 and 11 are diagrams illustrating a state in which the injection liquid injection step of FIG. 7 is performed.
  • Figure 12 is a perspective view of a heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the heat exchanger shown in FIG. 12 by cutting the heat dissipation structure along line C-C'.
  • Figure 14 is an exploded perspective view of the heat exchanger shown in Figure 12.
  • FIG. 15 is a plan view of a unit heat sink of the heat exchanger shown in FIG. 12.
  • Figure 16 is a perspective view of a heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 17 is a flowchart schematically explaining a method of manufacturing a heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram showing a state in which the electrode assembly step of FIG. 17 has been performed.
  • Figure 19 is a diagram showing a state in which the tube assembly step of Figure 17 has been performed.
  • FIG. 20 is a diagram showing a state in which the additional assembly step of FIG. 17 has been performed.
  • Figure 21 is a flowchart schematically explaining a method of manufacturing a heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
  • the heat exchanger 100 according to an embodiment of the present invention includes a piping structure 110, a heat dissipation structure 120 coupled to the piping structure 110, and a heat dissipation structure 120 installed on the heat dissipation structure 120. Includes an electrode structure 180.
  • the heat exchanger 100 is shown as a cross-sectional view of the heat dissipation structure 120 cut along the line A-A'.
  • the heat exchanger 100 is shown as a cross-sectional view of the heat dissipation structure 120 cut along line B-B'.
  • the main feature of the present invention is that the heat dissipation structure 120 of the heat exchanger 100 is a composite material containing resin and carbon material.
  • the piping structure 110 includes a plurality of main parts 111 extending in a generally straight line and arranged in parallel, and two adjacent main parts 111 among the plurality of main parts 111. It is provided with connector parts 116 that connect the main parts 111.
  • the piping structure 110 forms one flow path, and a fluid to be cooled by the heat exchanger 100, such as a refrigerant, flows through the piping structure 110. Both ends of the piping structure 110 in the extending direction form a refrigerant inlet 110a and a refrigerant outlet 110b, respectively.
  • the piping structure 110 is described as being a copper tube with excellent thermal conductivity commonly used in heat exchangers, but the present invention is not limited thereto.
  • Each of the plurality of main parts 111 extends substantially in a straight line.
  • the plurality of main parts 111 are generally arranged side by side in one plane.
  • two neighboring main parts 111 are connected at adjacent ends by a connector part 116 and communicate with each other.
  • a plurality of main parts 111 are coupled to the heat dissipation structure 120. The heat of the refrigerant flowing through the plurality of main parts 111 is transferred to the heat dissipation structure 120 through the plurality of main parts 111.
  • Each of the plurality of connection pipe parts 116 connects two neighboring main main parts 111 of the plurality of main parts 111 to communicate with each other.
  • the connector part 116 is generally 'U' shaped, and both ends of the connector part 116 are connected to adjacent ends of each of the two neighboring main parts 111.
  • all of the plurality of main parts 111 and all of the plurality of connection pipe parts 116 are manufactured separately, and the plurality of connection pipe parts 116 are welded to the plurality of main parts 111. It is explained that they are combined to form the piping structure 110.
  • the main pipe portion 111 is formed by a first pipe extending generally in a straight line
  • the connecting pipe portion 116 is formed by a generally 'U'-shaped second pipe.
  • the piping structure 110 may be formed in different ways, for example, a single pipe may be formed through bending processing.
  • a unit pipe part having at least one connecting pipe part is formed by bending one pipe material, and a plurality of unit pipe parts are separately manufactured.
  • the pipe structure 110 may be formed by being connected by the pipe portion 116.
  • the heat dissipation structure 120 is coupled to the piping structure 110 and dissipates heat from the refrigerant flowing through the piping structure 110. Heat exchange occurs between the heat of the refrigerant flowing through the piping structure 110 through the heat dissipation structure 120 and the air around the heat dissipation structure 120.
  • the heat dissipation structure 120 is entirely made of a composite material including a resin material and a carbon material.
  • the carbon material of the composite material forming the heat dissipation structure 120 includes at least one of carbon fiber, carbon nanotubes, and graphene.
  • the carbon material of the composite material is dispersed within the resin material and forms an electrical network.
  • the length of the carbon material is 1 to 100 ⁇ m, and the content of the carbon material is more than 5w% but less than 25w% to form an electrical network. This explains the use of carbon nanotubes (CNTs) as a carbon material.
  • the composite material forming the heat dissipation structure 120 may further include additives such as metal powder that improve thermal conductivity. The additive is interposed between the carbon materials to increase the electrical network by the carbon materials and at the same time increase the thermal conductivity of the heat dissipation structure 120.
  • the additive is a metal powder with a diameter of 10 nm to 100 nm, and the content of the metal powder is 12 w% or more to increase the electrical network between the carbon materials and the thermal conductivity of the composite material, and the specific gravity of the composite material is In order to reduce it, it is less than 30w%.
  • aluminum powder is used as an additive.
  • the heat dissipation structure 120 includes a plurality of heat dissipation fin parts 130 and a plurality of piping coupling parts ( 140), a first connection part 150 connected with a plurality of heat dissipation fins 130, and a second connection part 160 connected with a plurality of heat dissipation fins 130.
  • Each of the plurality of heat dissipation fin parts 130 is shaped like a plate-shaped bar extending long along the arrangement direction (up and down direction in FIG. 1) of the plurality of main parts 111 of the piping structure 110.
  • Each of the plurality of heat dissipation fin parts 130 is arranged to form a substantially right angle to the extending direction of the main part 111 of the piping structure 110.
  • the plurality of heat dissipation fin parts 130 are sequentially arranged in a row along the direction in which the main part 111 of the piping structure 110 extends. Accordingly, that is, the main portion 111 of the piping structure 110 penetrates the heat dissipation fin portion 130 generally at a right angle.
  • Each of the plurality of heat dissipation fin parts 130 is spaced apart from another adjacent heat dissipation fin part 130, and a passage 132 through which air can flow is formed between the two neighboring heat dissipation fin parts 130. Heat exchange occurs between the heat of the refrigerant flowing through the piping structure 110 in the heat dissipation fin portion 130 and the air flowing through the passage 132.
  • Each of the plurality of main parts 111 of the piping structure 110 passes through each of the plurality of heat dissipation fin parts 130 while forming a substantially right angle.
  • the heat dissipation fin portion 130 is in close contact with the outer peripheral surface of the main portion 111 of the piping structure 110 at a portion where it is coupled to the main portion 111.
  • the plurality of heat dissipation fin parts 130 two adjacent heat dissipation fin parts 130 are structurally connected by a plurality of piping coupling parts 140.
  • the longitudinal first end (top in FIG. 1) of each of the plurality of heat dissipation fin parts 130 is structurally connected by a first connection part 150.
  • the longitudinal second end (lower end in FIG. 1 ) of each of the plurality of heat dissipation fin parts 130 is structurally connected by a second connection part 160 .
  • the heat dissipation fin portion 130 is described as having a flat plate shape, but differently from this, at least a portion may have a curved shape capable of injection molding, and this also falls within the scope of the present invention.
  • Each of the plurality of piping coupling parts 140 surrounds the plurality of main parts 111 of the piping structure 110 and structurally connects two adjacent heat dissipation fin parts 130.
  • the plurality of piping coupling parts 140 are integrally connected to the two adjacent heat dissipation fin parts 130 and are in close contact with the outer peripheral surface of the main part 111 of the piping structure 110, thereby forming a connection between the piping structure 110 and the heat dissipation structure.
  • the piping structure 110 is not exposed from the heat dissipation structure 120 by the piping coupling portion 140.
  • the piping structure 110 is formed between two neighboring heat dissipation fin parts 130.
  • the heat exchanger 200 is exposed and has a heat dissipation structure 220 in which no piping joint (140 in FIG. 3) is formed, or the heat exchanger 300 as shown in FIG. 5.
  • the heat dissipation structure 320 may be provided with a short extending pipe coupling portion 340, which also falls within the scope of the present invention.
  • the first connection part 150 is connected to the first end (top in FIG. 1) in the longitudinal direction of each of the plurality of heat dissipation fin parts 130.
  • the first connection part 150 is structurally connected to the plurality of heat dissipation fin parts 130.
  • An electrode structure 180 is installed in the first connection portion 150.
  • the first connection part 150 includes a first connection plate 151 in the form of a plate-shaped bar that entirely covers and connects the longitudinal first end of each of the plurality of heat dissipation fin parts 130, and the first connection plate 151. It is provided with a first electrode installation portion 155 that protrudes from the outer surface.
  • the first connection plate 151 has a plate-shaped rod shape and extends long along the longitudinal direction of the main portion 111.
  • the first connection plate 151 is connected to the first end (top in FIG. 1) in the longitudinal direction of each of the plurality of heat dissipation fin parts 130.
  • the first connection plate 151 covers the entire first longitudinal end (top end in FIG. 1) of each of the plurality of heat dissipation fin parts 130.
  • a first electrode installation portion 155 is formed to protrude from the outer surface of the first connection plate 151.
  • the first electrode installation portion 155 protrudes from the outer surface of the first connection plate 151 and is formed integrally with the first connection plate 151, and is elongated in a strip shape along the longitudinal direction of the first connection plate 151. It is extended.
  • the first electrode installation portion 155 is located generally at the center of the first connection plate 151 in the width direction.
  • the electrode structure 180 is installed in the first electrode installation portion 155.
  • the first electrode installation portion 155 is described as being formed by protruding from the outer surface of the first connection plate 151.
  • the first electrode installation portion 155 is protruding from the inner surface of the first connection plate 151 to the inner surface. may be formed, and this also falls within the scope of the present invention.
  • the first connection portion 150 is described as having a first connection plate 151 and a first electrode installation portion 155, but unlike this, the first connection portion 150 includes a first connection plate 151. It may also be composed of only the first electrode installation portion 155.
  • This configuration is clearly demonstrated by the heat dissipation structure 420 of the heat exchanger 400 according to the embodiment shown in FIG. 6. As shown in FIG. 6, the first electrode installation portion 155 is connected by directly contacting the longitudinal first end (top in FIG. 1) of each of the plurality of heat dissipation fin portions 130.
  • the second connection portion 160 is connected to the second end (bottom in FIG. 1) in the longitudinal direction of each of the plurality of heat dissipation fin portions 130.
  • the second connection part 160 is structurally connected to the plurality of heat dissipation fin parts 130.
  • An electrode structure 180 is installed in the second connection portion 160.
  • the second connection portion 160 includes a second connecting plate 161 in the form of a plate-shaped bar that entirely covers and connects the longitudinal second ends of each of the plurality of heat dissipation fin portions 130, and the second connecting plate 161. It is provided with a second electrode installation portion 165 that protrudes from the outer surface.
  • the second connection plate 161 has a plate-shaped rod shape and extends long along the longitudinal direction of the main portion 111.
  • the second connection plate 161 is connected to the second end (bottom in FIG. 1) in the longitudinal direction of each of the plurality of heat dissipation fin parts 130.
  • the second connection plate 161 covers the entire second end (bottom in FIG. 1) in the longitudinal direction of each of the plurality of heat dissipation fin parts 130.
  • a second electrode installation portion 165 is formed to protrude from the outer surface of the second connection plate 161.
  • the second electrode installation portion 165 protrudes from the outer surface of the second connection plate 161 and is formed integrally with the second connection plate 161, and is elongated in a strip shape along the longitudinal direction of the second connection plate 161. It is extended.
  • the second electrode installation portion 165 is located generally at the center of the second connection plate 161 in the width direction.
  • the electrode structure 180 is installed in the second electrode installation portion 165.
  • the second electrode installation portion 165 is described as being formed by protruding from the outer surface of the second connection plate 161.
  • the second electrode installation portion 165 is protruding from the inner surface of the second connection plate 161 and is formed inside the second connection plate 161. may be formed, and this also falls within the scope of the present invention.
  • the second connection portion 160 is described as having a second connection plate 161 and a second electrode installation portion 165, but unlike this, the second connection portion 160 includes a second connection plate 161. It may also be composed of only the second electrode installation portion 165.
  • This configuration is clearly demonstrated by the heat dissipation structure 420 of the heat exchanger 400 according to the embodiment shown in FIG. 6. As shown in FIG. 6, the second electrode installation portion 165 is connected by directly contacting the longitudinal first end (top in FIG. 1) of each of the plurality of heat dissipation fin portions 130.
  • the electrode structure 180 includes a first electrode 181 and a second electrode 182.
  • the first electrode 181 is installed in the form of a long, electrically conductive line or rod and is embedded in the first electrode installation portion 155 of the heat dissipation structure 120.
  • the first electrode 181 extends long along the longitudinal direction of the first electrode installation portion 155.
  • One end of the first electrode 181 protrudes and is exposed to the outside of the first electrode installation portion 155.
  • the second electrode 182 is installed in the form of a long, electrically conductive line or rod and is embedded in the second electrode installation portion 165 of the heat dissipation structure 120.
  • the second electrode 182 extends long along the longitudinal direction of the 21st electrode installation portion 165.
  • a voltage difference occurs between the first electrode 181 and the second electrode 182 by an external power source, and the heat dissipation structure 120 generates heat due to the voltage difference between the first electrode 181 and the second electrode 182.
  • the frost attached to the heat dissipation structure 120 can be melted and removed during the refrigerant cooling process of the heat exchanger 100.
  • Figure 7 is a flowchart schematically explaining the manufacturing method of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention
  • Figure 8 is a diagram for explaining the mold preparation step and insert installation step of Figure 7
  • Figure 9 is a diagram of Figure 7 This is a diagram explaining a state in which the combining step is performed
  • FIGS. 10 and 11 are diagrams explaining a state in which the injection liquid injection step of FIG. 7 is performed.
  • the method of manufacturing a heat exchanger is for manufacturing a heat exchanger configured as shown in FIGS. 1 to 3, and includes a mold preparation step (S10) of preparing a mold. , an insert installation step (S20) in which the insert is installed in the mold prepared in the mold preparation step (S10), and a cavity is formed in the mold by performing a joint mold on the mold with the insert installed in the mold through the insert installation step (S20). It includes a joining step (S30) and an injection fluid injection step (S40) of injecting injection fluid into the cavity formed by performing the joining step (S30).
  • the mold 10 includes a first mold 11 positioned below and a second mold 12 positioned above.
  • a first molding space 13 is formed in the first mold 11 to face the second mold 12.
  • the first molding space 13 includes a plurality of first pipe arrangement grooves 14 in the form of a trench groove in which each of the plurality of main parts 111 is disposed, and a plurality of first pipe arrangement grooves 14 in the form of a trench groove in which the first electrode 181 is disposed.
  • a 1A electrode arrangement groove 15a and a 1B electrode arrangement groove 15b in the form of a trench groove in which the second electrode 182 is disposed are formed.
  • a second molding space 16 is formed in the second mold 12, which faces the first mold 11 and corresponds to the first molding groove 13.
  • the second molding space 16 includes a plurality of second pipe arrangement grooves 17 in the form of trench grooves in which each of the plurality of main parts 111 is disposed, and a plurality of second pipe arrangement grooves 17 in the form of trench grooves in which the first electrode 181 is disposed.
  • a 2A electrode arrangement groove 18a and a 2B electrode arrangement groove 18b in the form of a trench groove in which the second electrode 182 is disposed are formed.
  • the second mold 12 is provided with an injection liquid injection passage 19 through which the injection liquid is injected into the second molding space 13.
  • the mold 10 released through the mold preparation step (S10) is prepared, and the plurality of main parts 111 and the first and second electrodes 181 and 182, which are inserts, are shown in FIG. 8 As shown, it is installed in the mold 10.
  • each of the plurality of main parts 111 is installed to be positioned in each of the plurality of first tube arrangement grooves 14 formed in the first mold 11, and the first electrode 181 is installed to be positioned in the 1A electrode arrangement groove 15a formed in the first mold 11, and the second electrode 182 is positioned in position to the 1B electrode arrangement groove 15b formed in the first mold 11. It is installed to do so.
  • the insert installation step (S20) the plurality of main parts 111 and the first and second electrodes 181 and 182, which are inserts, are fixed by a fixing jig to form a corresponding first pipe arrangement groove 14. ) and the surfaces of the 1A and 1B electrode arrangement grooves 15a and 15b are maintained in the correct position.
  • the joining step (S30) is performed. do.
  • the mold 10 is installed with a plurality of main parts 111 and the first and second electrodes 181 and 182, which are inserts, in the mold 10 through the insert installation step (S20).
  • the first mold 11 and the second mold 12 are combined to form a cavity 20 in the mold 10 as shown in FIG. 9.
  • the cavity 20 has a shape corresponding to the heat dissipation structure 120 shown in FIGS. 1 to 3.
  • the injection liquid injection step (S40) As shown in FIG. 9, a plurality of main parts 111 and the first and second electrodes 181 and 182, which are inserts, are inserted into the cavity 20 and the injection liquid injection passage.
  • the injection liquid is injected through (19).
  • the injection liquid is a liquid composite material containing a resin material and a carbon material, and is the material of the heat dissipation structure 120, as described above.
  • the injection liquid (C) is filled in the cavity 20 of the mold 10 to form the heat exchanger 100 of FIGS. 1 to 3 excluding the connecting pipe 116. It is molded.
  • connection pipe joining step (S50) is performed and the connecting pipe 116 is combined to complete the heat exchanger 100.
  • the connection pipe 116 is described as being coupled after insert molding, but unlike this, the completed piping structure 110 including the connection pipe 116 is inserted through the insert installation step (S20). Insert injection molding may also be performed, and this also falls within the scope of the present invention.
  • the heat exchanger 500 according to another embodiment of the present invention includes two components in which the piping structure 510, the electrode structure 580, and the piping structure 510 and the electrode structure 580 are combined. It includes heat dissipation structures 520.
  • the heat exchanger 500 is shown as a cross-sectional view of the heat dissipation structure 520 cut along line C-C'.
  • the heat exchanger 500 is shown in an exploded perspective view.
  • the piping structure 510 includes two main tubes 511a and a connector 516 connecting the two main tubes 511a.
  • the piping structure 510 forms one flow path, and a fluid to be cooled by the heat exchanger 500, such as a refrigerant, flows through the piping structure 510.
  • the heat of the refrigerant flowing through the piping structure 510 is transferred to the heat dissipation structure 120.
  • Both ends of the piping structure 510 in the extending direction form a refrigerant inlet 510a and a refrigerant outlet 510b, respectively.
  • the piping structure 510 is explained as being a copper pipe with excellent thermal conductivity commonly used in heat exchangers, but the present invention is not limited thereto.
  • the main tube 511a includes two main parts 511 arranged side by side, and a connection part 514 connecting the two main parts 511.
  • the two main parts 511 are arranged side by side and extend in parallel in a straight line. Adjacent ends of each of the two main parts 511 are connected by a connection part 514. The two main parts 511 are firmly coupled to the two heat dissipation structures 520.
  • connection portion 514 connects adjacent ends of each of the two main portions 511.
  • the connection part 514 is generally 'U' shaped and connects the two main parts 511.
  • the main tube 511a is explained as being formed by bending a single tube material.
  • the two main tubes 511a are arranged so that all main parts 511 extend in parallel and each connection part 514 is located in the same direction.
  • the two main tubes 511a are connected by a connector 516 and communicate with each other.
  • connection pipe portion 516 connects the two main tubes 511a to communicate with each other.
  • the connector 516 is generally shaped like a 'U', and both ends of the connector 516 are connected to the open main tubes 511 of each of the two main tubes 511a.
  • the two main tubes 511a are connected by the connecting pipe portion 516 to form the piping structure 510.
  • the piping structure 510 is described as being formed by connecting two main tubes 511a through one connecting pipe portion 516, but the present invention is not limited thereto.
  • One or more than three main tubes 511a may be used, and this is also within the scope of the present invention.
  • the piping structure 510 is constructed without the connecting pipe portion 516.
  • three or more main tubes 511a are used, one fewer connecting pipe portion 516 than the main tubes 511a is used to form the piping structure 510.
  • the main tube 511a which is a component of the piping structure 510, is formed by bending one pipe material, but unlike this, two tubes corresponding to the main pipe portion 511 are connected to the connection pipe portion ( It can be formed by connecting with a separate pipe, such as 516), and this also falls within the scope of the present invention.
  • the electrode structure 580 includes a first electrode 581 and a second electrode 582.
  • the first electrode 581 is in the form of an electrically conductive line or rod extending in a straight line, and the first electrode 581 and the second electrode 582 are installed in the heat dissipation structure 520.
  • the first electrode 581 and the second electrode 582 are located on opposite sides of each other with the piping structure 510 between them.
  • the first electrode 581 and the second electrode 582 extend parallel to the main parts 511 of the piping structure 510.
  • a voltage difference is generated between the first electrode 581 and the second electrode 582 by an external power source, and the heat dissipation structure 520 generates heat due to the voltage difference between the first electrode 581 and the second electrode 582.
  • the frost attached to the heat dissipation structure 520 can be melted and removed during the refrigerant cooling process of the heat exchanger 500.
  • the two heat dissipation structures 520 are arranged sequentially along the extending direction of the main portion 511 provided in the piping structure 510 and are continuously connected. In this embodiment, it is explained that there are two heat dissipation structures 520, but differently, one or three or more may be arranged in sequence, and this also falls within the scope of the present invention.
  • the heat dissipation structure 520 is coupled to the piping structure 510 and dissipates heat from the refrigerant flowing through the piping structure 510. Heat exchange occurs between the heat of the refrigerant flowing through the piping structure 510 through the heat dissipation structure 520 and the air around the heat dissipation structure 520.
  • the heat dissipation structure 520 is entirely made of a composite material including a resin material and a carbon material.
  • the carbon material of the composite material forming the heat dissipation structure 520 includes at least one of carbon fiber, carbon nanotubes, and graphene.
  • the carbon material of the composite material is dispersed within the resin material and forms an electrical network.
  • the length of the carbon material is 1 to 100 ⁇ m, and the content of the carbon material is more than 5w% but less than 25w% to form an electrical network. This explains the use of carbon nanotubes (CNTs) as a carbon material.
  • the composite material forming the heat dissipation structure 520 may further include additives such as metal powder that improve thermal conductivity.
  • the additive is interposed between the carbon materials to increase the electrical network by the carbon materials and at the same time increase the thermal conductivity of the heat dissipation structure 520.
  • the additive is a metal powder with a diameter of 10 nm to 100 nm, and the content of the metal powder is 12 w% or more to increase the electrical network between the carbon materials and the thermal conductivity of the composite material, and the specific gravity of the composite material is In order to reduce it, it is less than 30w%.
  • aluminum powder is used as an additive.
  • Figure 15 shows a top view of the heat dissipation structure 520.
  • the heat dissipation structure 520 includes a plurality of heat dissipation fin parts 530 and two adjacent heat dissipation fin parts (530) surrounding each of the plurality of main parts 511 of the piping structure 510.
  • 530 a plurality of pipe coupling parts 540 structurally connecting the first electrode 581
  • a first electrode coupling part 550 structurally connecting the two adjacent heat dissipation fin parts 530 while surrounding the first electrode 581.
  • Each of the plurality of heat dissipation fin parts 530 is shaped like a plate-shaped bar extending long along the arrangement direction (up and down direction in FIG. 13) of the plurality of main parts 511 of the piping structure 510.
  • Each of the plurality of heat dissipation fin parts 530 is arranged to form a substantially right angle to the extending direction of the main part 511 of the piping structure 510.
  • the plurality of heat dissipation fin parts 530 are sequentially arranged in a row along the direction in which the main part 511 of the piping structure 510 extends. Accordingly, the main parts 511 of the piping structure 510 penetrate the heat dissipation fin parts 530 generally at right angles.
  • Each of the plurality of heat dissipation fin parts 530 is spaced apart from another adjacent heat dissipation fin part 530, so that a passage 532 through which air can flow is formed between the two neighboring heat dissipation fin parts 530. Heat exchange occurs between the heat of the refrigerant flowing through the piping structure 510 in the heat dissipation fin portion 530 and the air flowing through the passage 532.
  • Each of the plurality of main parts 511 provided in the piping structure 510 passes through each of the plurality of heat dissipation fin parts 530 while forming a substantially right angle.
  • the heat dissipation fin portion 530 is in close contact with the outer peripheral surface of the main portion 511 of the piping structure 510 at the portion where it is coupled to the main portion 511.
  • the plurality of heat dissipation fin parts 530 two neighboring heat dissipation fin parts 530 are structurally connected by a plurality of pipe coupling parts 540, the first electrode coupling part 550, and the second electrode coupling part 560. connected.
  • the heat dissipation fin portion 530 is described as having a flat plate shape, but differently from this, at least a portion may have a curved shape capable of injection molding, and this also falls within the scope of the present invention.
  • Each of the plurality of piping coupling parts 540 surrounds the plurality of main parts 511 of the piping structure 510 and structurally connects two adjacent heat dissipation fin parts 530.
  • Each of the plurality of pipe coupling parts 540 extends in a straight line to sequentially pass through the plurality of heat dissipation fin parts 530.
  • the plurality of pipe joints 540 extend in parallel.
  • a tube passage 542 through which the main portions 511 of the piping structure 510 pass one by one is formed in each of the plurality of piping coupling portions 540 .
  • four piping coupling portions 540 are provided corresponding to the main portion 511 of the piping structure 510.
  • the plurality of pipe coupling parts 540 are integrally connected to the two adjacent heat dissipation fin parts 530.
  • the inner circumferential surface of the piping coupling portion 540 is in close contact with the outer peripheral surface of the main portion 511 of the piping structure 510, so that the coupling between the piping structure 510 and the heat dissipation structure 520 is strengthened, thereby preventing the piping from the piping structure 510.
  • Heat transfer to the heat dissipation structure 520 is efficient.
  • the piping structure 510 is not exposed from the heat dissipation structure 520 by the piping coupling portion 540.
  • the piping structure 510 is formed between two neighboring heat dissipation fin parts 530.
  • the piping coupling portion 540 may extend short from the heat dissipation fin portion 530 or may not be formed so as to be exposed, and this also falls within the scope of the present invention.
  • the first electrode coupling portion 550 surrounds the first electrode 581 and structurally connects the two adjacent heat dissipation fin portions 530.
  • the first electrode coupling portion 550 extends in a straight line to sequentially pass through the plurality of heat dissipation fin portions 530.
  • the first electrode coupling portion 550 is located adjacent to the first end (top in FIG. 13) in the longitudinal direction of the heat dissipation fin portion 530.
  • the first electrode coupling portion 550 is integrally connected to the two adjacent heat dissipation fin portions 530.
  • a first electrode passage 552 through which the first electrode 581 passes is formed in the first electrode coupling portion 550.
  • the inner peripheral surface of the first electrode coupling portion 550 is in close contact with the outer peripheral surface of the first electrode 581.
  • the second electrode coupling portion 560 surrounds the second electrode 582 and structurally connects the two adjacent heat dissipation fin portions 530.
  • the second electrode coupling portion 560 extends in a straight line to sequentially pass through the plurality of heat dissipation fin portions 530.
  • the second electrode coupling portion 560 is located adjacent to the second end (bottom in FIG. 13) in the longitudinal direction of the heat dissipation fin portion 530.
  • the second electrode coupling portion 560 is integrally connected to the two adjacent heat dissipation fin portions 530.
  • a second electrode passage 562 through which the second electrode 582 passes is formed in the second electrode coupling portion 560.
  • the inner peripheral surface of the second electrode coupling portion 560 is in close contact with the outer peripheral surface of the second electrode 582.
  • a plurality of pipe coupling parts 540 are disposed between the first electrode coupling part 550 and the second electrode coupling part 560.
  • one first electrode 581 and one second electrode 582 are described as being positioned adjacent to both ends of the heat dissipation fin portion 530, but the present invention is not limited thereto.
  • one first electrode 581 is coupled to the first electrode coupling portion 550 in the middle of the extending direction (height direction in the drawing) of the heat dissipation fin portion 530.
  • the two second electrodes 582 may be positioned adjacent to both ends of the heat dissipation fin portion 530 and coupled to the second electrode coupling portion 560. In this case, the distance between the first electrode 581 and the second electrode 582 can be shortened, thereby improving performance.
  • FIG. 17 shows a flow chart schematically explaining a method of manufacturing a heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
  • the manufacturing method of the heat exchanger shown in FIG. 17 is for manufacturing the heat exchanger 500 described above with reference to FIGS. 12 to 15.
  • the method of manufacturing a heat exchanger includes a heat dissipation structure preparation step (S110) in which the heat dissipation structure 520 is prepared, and the first electrode 581 and the second electrode 582 are assembled to the heat dissipation structure 520.
  • S110 heat dissipation structure preparation step
  • the heat dissipation structure preparation step (S110) the heat dissipation structure 520 having the configuration described above with reference to FIGS. 12 to 15 is prepared.
  • the heat dissipation structure 520 is manufactured by injection molding.
  • the first electrode passage 552 has a size into which the first electrode 581 can be inserted, and the second electrode passage 562 has the second electrode 582.
  • the tube passage 542 has a size into which the main tube 511 can be inserted.
  • the required number of heat dissipation structures 520 are prepared. When two heat dissipation structures 520 are used as in the embodiment of FIG. 12, two heat dissipation structures 520 are prepared. After the required number of heat dissipation structures 520 are prepared through the heat dissipation structure preparation step (S110), the electrode assembly step (S120) is performed.
  • the first electrode 581 and the second electrode 582 are assembled and fixed to one of the heat dissipation structures 520 prepared through the heat dissipation structure preparation step (S110). .
  • the first electrode 581 is inserted into the first electrode passage 552 of the heat dissipation structure 520, and the second electrode 582 is inserted into the second electrode passage 562 of the heat dissipation structure 520.
  • the first electrode 581 and the second electrode 582 may be fixed to the heat dissipation structure 520 using a fixing means such as adhesive.
  • FIG. 7 shows a state in which the electrode assembly step (S120) is performed and the first electrode 581 and the second electrode 582 are assembled and fixed to the heat dissipation structure 520. After the first electrode 581 and the second electrode 582 are assembled to the heat dissipation structure 520 through the electrode assembly step (S120), the tube assembly step (S130) is performed.
  • a plurality of main parts 511 are assembled to the heat dissipation structure 520.
  • the tube assembly step (S130) is performed by assembling two main tubes 511a into one heat dissipation structure 520 in which the first electrode 581 and the second electrode 582 are assembled, as shown in FIG. 18. You can. Of the four tube passages 542 formed in the heat dissipation structure 520, each of the two main tubes 511 provided in one main tube 511a is inserted into the two adjacent tube passages 542 at the top, Each of the two main parts 511 provided in the remaining main tube 511a is inserted into the remaining two tube passages 542 adjacent to the lower part.
  • FIG. 19 shows a state in which the tube assembly step (S130) is performed and two main tubes 511a are assembled to the heat dissipation structure 520. After the main parts 511 are assembled to the heat dissipation structure 520 through the tube assembly step 130, an additional assembly step 140 is performed.
  • the heat dissipation structure 520 is additionally assembled.
  • the additional assembly step (S140) is performed by assembling the additional heat dissipation structure 520 to the two main tubes 511a in the same manner as in the tube assembly step (S130) in the state shown in FIG. 19.
  • FIG. 20 shows a state in which two heat dissipation structures 520 are assembled by performing an additional assembly step (S140). As shown in FIG. 20, the open ends of each of the plurality of main parts 511 protrude out of the heat dissipation structure 520 in the same direction.
  • two or more heat dissipation structures 520 may be additionally assembled.
  • the tube expansion step (S150) is performed.
  • the outer diameter of the plurality of main parts 511 assembled with the heat dissipation structures 520 increases, so that the inner peripheral surface and main part 511 of the pipe coupling part 540 provided in the heat dissipation structure 520 The outer circumference of the is in close contact.
  • the tube expansion step (S150) may be performed by injecting high-pressure air into the main portion 511 through the open end of the main portion 511, as shown in FIG. 20.
  • the main pipe 511 is plastically deformed by high-pressure air flowing into the main pipe 511 and expands.
  • the heat dissipation structure 520 and the plurality of main parts 511 assembled are connected to form one passage.
  • the tube connection step (S160) is performed by connecting each opening of the two adjacent main pipe parts 511 in the middle with the connection pipe part 516 in a method such as welding, as shown in FIG. 9.
  • the electrode assembly step (S120) is performed before the tube assembly step (S130), but the present invention is not limited thereto.
  • the electrode assembly step (S120) may be performed after the tube assembly step (S130), or after the additional assembly step (S140), or after the tube expansion step (S150), or after the tube connection step (S160), which may also be performed according to the present invention. It falls within the scope of .
  • the method shown in FIG. 21 has been described for manufacturing the heat exchanger 500 shown in FIGS. 12 to 15, but can be equally applied to manufacturing the heat exchanger 600 shown in FIG. 16. there is.
  • Figure 21 shows a flow chart schematically explaining a method of manufacturing a heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
  • the manufacturing method of the heat exchanger shown in FIG. 21 is for manufacturing the heat exchangers 500 and 600 described above with reference to FIGS. 12 to 16.
  • the method of manufacturing a heat exchanger includes a heat dissipation structure preparation step (S200) in which the heat dissipation structure 520 is prepared, and an electrode preparation step (S210) in which the first electrode 581 and the second electrode 582 are prepared.
  • a tube preparation step in which a plurality of main parts 511 are prepared
  • an electrode assembly step in which the first electrode 581 and the second electrode 582 are assembled to the heat dissipation structure 520
  • a tube assembly step in which a plurality of main parts 511 are assembled to the heat dissipation structure 520
  • an additional assembly step in which the heat dissipation structure 520 is additionally assembled, and two components in the heat dissipation structure 520 at room temperature.
  • a room temperature maintaining step (S260) in which the electrodes 581 and 582 and the plurality of main parts 511 are in close contact with each other, and a tube connection step (S270) that connects the heat dissipation structure 520 and the assembled plurality of main parts 511. includes.
  • the heat dissipation structure preparation step (S200) the heat dissipation structure 520 having the configuration described above with reference to FIGS. 12 to 15 is prepared.
  • the heat dissipation structure 520 is manufactured by injection molding.
  • the first electrode passage 552 has a size into which the first electrode 581 can be inserted, and the second electrode passage 562 has the second electrode 582.
  • the tube passage 542 has a size into which the main tube 511 can be inserted.
  • the required number of heat dissipation structures 520 are prepared.
  • the heat dissipation structure 520 prepared in the heat dissipation structure preparation step (S200) has been treated at a high temperature, and is in an expanded state compared to room temperature due to the high temperature treatment.
  • two heat dissipation structures 520 are used as in the embodiment of FIG. 12, two heat dissipation structures 520 are prepared.
  • the first electrode 581 and the second electrode 582 of the configuration described above with reference to FIGS. 12 to 15 are prepared.
  • the first electrode 581 and the second electrode 582 prepared in the electrode preparation step (S210) have been treated at low temperature, and are in a state of shrinkage compared to that at room temperature due to the low temperature treatment.
  • the outer diameter of the first electrode 581 prepared through the electrode preparation step (S210) is smaller than the inner diameter of the first electrode passage 552 of the heat dissipation structure 520 prepared through the heat dissipation structure preparation step (S200), and the electrode The outer diameter of the second electrode 582 prepared through the preparation step (S210) is smaller than the second electrode passage 562 of the heat dissipation structure 520 prepared through the heat dissipation structure preparation step (S200).
  • a plurality of main parts 511 are prepared.
  • the tube preparation step (S220) may be performed by preparing main tubes 511a of the configuration described above with reference to FIGS. 12 to 15.
  • the main tubes 511a prepared in the tube preparation step (S220) have been treated at low temperature, and are in a state of shrinkage compared to room temperature due to the low temperature treatment. Accordingly, each of the plurality of main parts 511 prepared through the tube preparation step (S220) is smaller than the inner diameter of the tube passage 542 of the heat dissipation structure 520 prepared through the heat dissipation structure preparation step (S200).
  • the first electrode 581 and the second electrode 582 are assembled to the heat dissipation structure 520.
  • the electrode assembly step (S230) is performed through the electrode preparation step (S210) in each of the first electrode passage 552 and the second electrode passage 562 of the heat dissipation structure 520 prepared through the heat dissipation structure preparation step (S200). This is performed by inserting the first electrode 581 and the second electrode 582.
  • the first electrode passage 552 and the second electrode passage 562 of the heat dissipation structure 520 prepared through the heat dissipation structure preparation step (S200) are the first electrode 581 and the second electrode path prepared through the electrode preparation step (S210). Since it is larger than the electrode 582, the electrode assembly step (S230) is easily performed.
  • a plurality of main parts 511 are assembled to the heat dissipation structure 520.
  • the tube assembly step (S240) is performed by attaching main portions of each of the main tubes 511a prepared through the tube preparation step (S220) to each of the tube passages 542 of the heat dissipation structure 520 prepared through the heat dissipation structure preparation step (S200). This is performed by inserting (511).
  • the tube passages 542 of the heat dissipation structure 520 prepared through the heat dissipation structure preparation step (S200) are larger than the outer diameters of the main tubes 511 of each of the main tubes 511a prepared through the tube preparation step (S220). Since it is larger than 581 and the second electrode 582, the tube assembly step (S230) is easily performed.
  • the heat dissipation structure 520 is additionally assembled.
  • the additional assembly step (S250) is performed in substantially the same manner as the additional assembly step (S140) of FIG. 17.
  • the assembly that has gone through the additional assembly step (S250) is maintained in a room temperature environment for a certain period of time, so that the two electrodes 581 and 582 and the plurality of main parts 511 are in close contact with the heat dissipation structure 520. do.
  • the heat dissipation structure 520 prepared through the heat dissipation structure preparation step (S200) shrinks to its original state, and the two electrodes 581 and 582 prepared through the electrode preparation step (S210) and the tube preparation step (S220) are performed.
  • the prepared main tubes 511a expand to their original state.
  • the heat dissipation structure 520 and the plurality of main parts 511 assembled are connected to form one passage.
  • the tube connecting step (S270) is performed in substantially the same manner as the tube connecting step (S160) of FIG. 6.
  • the method shown in FIG. 21 has been described for manufacturing the heat exchanger 500 shown in FIGS. 12 to 15, but can be equally applied to manufacturing the heat exchanger 600 shown in FIG. 16. there is.

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Abstract

본 발명에 의하면, 유입구와 배출구가 형성되고, 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 연장되어서 냉매가 유동하는 유로를 제공하는 배관 구조물; 및 상기 배관 구조물에 결합되어서 상기 냉매와 외부 유체 사이에서 열을 교환시키는 방열 구조물을 포함하며, 상기 방열 구조물은 수지재와 탄소재를 포함하는 복합재료로 이루어지는 열교환기가 제공된다.

Description

열교환기 및 이의 제조방법
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉매가 흐르는 냉매관과 냉매관에 결합된 복수 개의 판상 방열핀들을 구비하는 열교환기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 기술분야인 냉매가 흐르는 냉매관과 냉매관에 결합된 복수 개의 판상 방열핀들을 구비하는 열교환기와 관련된 배경기술로서, 대한민국 공개특허 제10-2000-0066528호에는 냉매가 흐르는 구리의 파이프를 구멍이 뚫린 알루미늄박판인 복수의 핀에 끼운 후 기계적인 힘이나 유압에 의해 파이프를 확관하여 핀에 파이프를 밀착되는 구성이 기재되어 있다. 하지만, 이러한 종래의 열교환기는 확관 및 아노다이징과 같은 금속 핀에 대한 표면처리 등이 필수적으로 요구되므로, 제조 과정이 복잡하다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 제조가 용이한 냉매관과 냉매관에 결합된 복수 개의 판상 방열핀들을 구비하는 열교환기 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 유입구와 배출구가 형성되고, 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 연장되어서 냉매가 유동하는 유로를 제공하는 배관 구조물; 및 상기 배관 구조물에 결합되어서 상기 냉매와 외부 유체 사이에서 열을 교환시키는 방열 구조물을 포함하며, 상기 방열 구조물은 수지재와 탄소재를 포함하는 복합재료로 이루어지는 열교환기가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 냉매가 유동하는 유로를 제공하는 배관 구조물과, 상기 배관 구조물에 결합되어서 상기 냉매와 외부 유체 사이에서 열을 교환시키는 방열 구조물을 구비하는 열교환기를 제조하는 방법으로서, 합형되어서 상기 방열 구조물의 형상에 대응하는 캐비티를 형성하는 제1 금형과 제2 금형을 준비하는 금형 준비 단계; 상기 제1 금형과 상기 제2 금형이 합형되기 전에 상기 캐비티에 대응하는 공간에 상기 배관 구조물의 적어도 일부를 포함하는 삽입물을 설치하는 삽입물 설치 단계; 상기 제1 금형과 상기 제2 금형을 결합하여 상기 캐비티를 형성하고 상기 캐비티에 상기 삽입물이 배치되는 합형 단계; 및 상기 캐비티에 사출액을 주입하는 사출액 주입 단계를 포함하며, 상기 사출액은 탄소재가 함유된 액상의 수지재를 포함하는 열교환기의 제조방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수지재와 탄소재를 포함하는 복합재료로 이루어지는 방열 구조물이 준비되는 방열 구조물 준비 단계; 상기 방열 구조물에 제1 전극과 제2 전극이 조립되는 전극 조립 단계; 상기 방열 구조물에 열교환 대상 유체가 흐르는 주관부가 조립되는 튜브 조립 단계; 및 상기 주관부가 확관되도록 소성변형시키는 튜브 확관 단계를 포함하며, 상기 튜브 조립 단계는 상기 방열 구조물에 형성된 튜브 통로에 상기 주관부가 삽입되어서 수행되며, 상기 튜브 확관 단계는 상기 주관부의 내부로 고압의 기체가 주입되어서 수행되는 열교환기의 제조방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수지재와 탄소재를 포함하는 복합재료로 이루어지는 방열 구조물이 준비되는 방열 구조물 준비 단계; 제1 전극과 제2 전극이 준비되는 전극 준비 단계; 열교환 대상 유체가 흐르는 주관부가 준비되는 튜브 준비 단계; 상기 방열 구조물에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 조립되는 전극 조립 단계; 상기 방열 구조물에 상기 주관부가 조립되는 튜브 조립 단계; 및 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 주관부가 상기 방열 구조물에 조립된 상태에서 상온으로 일정 시간 유지되는 상온 유지 단계를 포함하며, 상기 방열 구조물 준비 단계에서 상기 방열 구조물은 고온 처리되어서 팽창 상태로 준비되며, 상기 전극 준비 단계에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 저온 처리되어서 수축 상태로 준비되며, 상기 튜브 준비 단계에서 상기 주관부는 저온 처리되어서 수축 상태로 준비되며, 상기 전극 조립 단계는 상기 방열 구조물에 형성된 제1 전극 통로와 제1 전극 통로에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 각각 삽입되어서 수행되며, 상기 튜브 조립 단계는 상기 방열 구조물에 형성된 튜브 통로에 상기 주관부가 삽입되어서 수행되며, 상기 상온 유지 단계에서 상기 방열 구조물이 원 상태로 수축되고, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 주관부가 원 상태로 팽창되는 열교환기의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로, 배관 구조물에 결합되어서 배관 구조물을 통해 유동하는 냉매와 외부 유체 사이에서 열을 교환시키는 방열 구조물이 수지재와 탄소재를 포함하는 복합재료로 이루어지므로, 인서트 사출 성형을 통해 제조가 용이해진다.
또한, 수지재와 탄소재를 포함하는 복합재료로 이루어지는 방열 구조물에 형성되는 튜브 통로에 배관 구조물이 삽입되어서 조립되고, 배관 구조물로 고압의 가스를 주입하여 배관 구조물을 확관시켜서 배관 구조물과 방열 구조물이 밀착되어서 결합되므로, 열교환기의 제조가 용이해진다.
그리고, 수지재와 탄소재를 포함하는 복합재료로 이루어지는 방열 구조물을 고온 처리하여 팽창시킨 상태에서, 저온 처리되어서 수축된 배관 구조물을 방열 구조물에 형성된 튜브 통로에 삽입한 후, 상온 상태를 유지하여 방열 구조물은 원상태로 수축하고 배관 구조물은 원상태로 팽창하여 배관 구조물과 방열 구조물이 밀착되어서 결합되므로, 열교환기의 제조가 용이해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 열교환기의 방열 구조물을 A-A'선을 따라 절단하여 도시한 열교환기의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 열교환기의 방열 구조물을 B-B'선을 따라 절단하여 도시한 열교환기의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환기의 방열 구조물을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환기의 방열 구조물을 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환기의 방열 구조물을 보여주는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 제조방법을 개략적으로 설명하는 순서도이다.
도 8은 도 7의 금형 준비 단계와 삽입물 설치 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 7의 합형 단계가 수행된 상태를 설명하는 도면이다.
도 10 및 도 11은 도 7의 사출액 주입 단계가 수행된 상태를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환기의 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시된 열교환기의 방열 구조물을 C-C'선을 따라 절단하여 도시한 열교환기의 단면도이다.
도 14는 도 12에 도시된 열교환기의 분해 사시도이다.
도 15는 도 12에 도시된 열교환기의 단위 방열체의 평면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환기의 사시도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환기의 제조방법을 개략적으로 설명하는 순서도이다.
도 18은 도 17의 조립 전극 단계가 수행된 상태를 보여주는 도면이다.
도 19는 도 17의 튜브 조립 단계가 수행된 상태를 보여주는 도면이다.
도 20은 도 17의 추가 조립 단계가 수행된 상태를 보여주는 도면이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환기의 제조방법을 개략적으로 설명하는 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기가 사시도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(100)는 배관 구조물(110)과, 배관 구조물(110)에 결합된 방열 구조물(120)과, 방열 구조물(120)에 설치되는 전극 구조물(180)을 포함한다. 도 2에는 열교환기(100)가 방열 구조물(120)을 A-A'선을 따라 절단하여 도시한 단면도로서 도시되어 있다. 도 3에는 열교환기(100)가 방열 구조물(120)을 B-B'선을 따라 절단하여 도시한 단면도로서 도시되어 있다. 본 발명은 열교환기(100)의 방열 구조물(120)이 수지와 탄소재를 포함하는 복합재료인 것을 주요 특징으로 한다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 배관 구조물(110)은 대체로 직선으로 연장되고 병렬로 배치되는 복수 개의 주관부(111)들과, 복수 개의 주관부(111)들 중 이웃하는 두 개의 주관부(111)들을 연결하는 연결관부(116)들을 구비한다. 배관 구조물(110)은 하나의 유로를 형성하며, 배관 구조물(110)을 통해 냉매와 같은 열교환기(100)에 의한 냉각 대상 유체가 유동한다. 배관 구조물(110)의 연장방향 양단이 각각 냉매 유입구(110a)와 냉매 배출구(110b)를 형성한다. 본 실시예에서 배관 구조물(110)은 열교환기에서 통상적으로 사용되는 열전도성이 우수한 구리 재질의 동관인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
복수 개의 주관부(111)들 각각은 대체로 직선으로 연장된다. 복수 개의 주관부(111)들은 대체로 하나의 평면 상에서 나란하게 병렬로 배치되도록 위치한다. 복수 개의 주관부(111)들 중 이웃하는 두 개의 주관부(111)들은 이웃하는 단부에서 연결관부(116)에 의해 연결되어서 연통된다. 복수 개의 주관부(111)들은 방열 구조물(120)과 결합된다. 복수 개의 주관부(111)들을 통해 유동하는 냉매의 열은 복수 개의 주관부(111)들을 거쳐서 방열 구조물(120)로 전달된다.
복수 개의 연결관부(116)들 각각은 복수 개의 주관부(111)들 중 이웃하는 두 개의 주관부(111)들을 연결시켜서 연통시킨다. 연결관부(116)는 대체로 'U'자형으로서 연결관부(116)의 양 끝단이 이웃하는 두 개의 주관부(111)들 각각의 이웃하는 단부에 연결된다.
본 실시예에서는 복수 개의 주관부(111)들 전체와 복수 개의 연결관부(116)들 전체가 각각 별도로 제작되고, 복수 개의 연결관부(116)들이 복수 개의 주관부(111)들에 용접과 같은 방식으로 결합되어서 배관 구조물(110)을 형성하는 것으로 설명한다. 이 경우, 주관부(111)는 대체로 직선으로 연장되는 제1 파이프에 의해 형성되고, 연결관부(116)는 대체로 'U'자형의 제2 파이프에 의해 형성된다. 배관 구조물(110)는 다른 방식으로 형성될 수 있는데, 예를 들어서, 하나의 관재가 벤딩 가공을 거쳐서 형성될 수 있다. 이와는 다르게, 하나의 관재가 벤딩 가공에 의해 적어도 하나의 연결관부를 갖는 단위 관부(예를 들어서, 두 개의 주관부가 하나의 연결관부로 연결된 형태)가 형성되고, 복수 개의 단위 관부들이 별도로 제작된 연결관부(116)에 의해 연결되어서 배관 구조물(110)이 형성될 수도 있다.
방열 구조물(120)은 배관 구조물(110)에 결합되어서 배관 구조물(110)을 통해 유동하는 냉매의 열을 방출시킨다. 방열 구조물(120)을 통해 배관 구조물(110)을 유동하는 냉매의 열과 방열 구조물(120) 주위의 공기 사이에 열교환이 이루어진다. 방열 구조물(120)는 전체적으로 수지재와 탄소재를 포함하는 복합재료로 이루어진다. 방열 구조물(120)의 소재를 이루는 복합재료의 탄소재는 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 그래핀 중 적어도 하나를 포함한다. 복합재료의 탄소재는 수지재 내에 분산되어 있되 전기적 네트워크를 형성한다. 탄소재의 길이는 1 내지 100μm 이고, 탄소재들의 함량은 전기적 네트워크를 형성시키기 위하여 5w% 이상이되, 25w%이하이다. 탄소재로서 탄소나노튜브(CNT)를 사용하는 것으로 설명한다. 방열 구조물(120)를 이루는 복합재료는 열전도율을 향상시키는 금속 분말과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제는 탄소재 사이에 개재되어 탄소재에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 동시에 방열 구조물(120)의 열전도도를 증가시킨다. 본 실시예에서 첨가제는 금속 파우더로서 직경이 10nm 내지 100nm이고, 금속 파우더의 함량은 상기 탄소재 사이의 전기적 네트워크를 증가시키기고 복합재료의 열전도도를 증가시키기 위하여 12w% 이상이며, 복합재료의 비중을 감소시키기 위하여 30w%이하이다. 본 실시예에서는 첨가제로 알루미늄 파우더가 사용되는 것으로 예를 들어 설명한다.
방열 구조물(120)은 복수 개의 방열핀부(130)들과, 배관 구조물(110)의 복수 개의 주관부(111)들을 감싸면서 이웃한 두 개의 방열핀부(130)들을 연결하는 복수 개의 배관 결합부(140)들과, 복수 개의 방열핀(130)들과 함께 연결되는 제1 연결부(150)와, 복수 개의 방열핀(130)들과 함께 연결되는 제2 연결부(160)를 구비한다.
복수 개의 방열핀부(130)들 각각은 배관 구조물(110)의 복수 개의 주관부(111)들의 배열방향(도 1에서 상하방향)을 따라서 길게 연장되는 판상의 막대 형상이다. 복수 개의 방열핀부(130)들 각각은 배관 구조물(110)의 주관부(111)의 연장방향과 대체로 직각을 이루면서 배치된다. 복수 개의 방열핀부(130)들은 배관 구조물(110)의 주관부(111)을 연장방향을 따라서 차례대로 일렬로 배치된다. 그에 따라, 즉, 배관 구조물(110)의 주관부(111)는 방열핀부(130)를 대체로 직각으로 관통한다. 복수 개의 방열핀부(130)들 각각은 이웃한 다른 방열핀부(130)와 이격되어서, 이웃한 두 개의 방열핀부(130)들 사이에는 공기가 유동할 수 있는 통로(132)가 형성된다. 방열핀부(130)에서 배관 구조물(110)을 유동하는 냉매의 열과 통로(132)를 유동하는 공기 사이에 열교환이 이루어진다. 복수 개의 방열핀부(130)들 각각에 배관 구조물(110)의 복수 개의 주관부(111)들 각각이 대체로 직각을 이루면서 통과한다. 방열핀부(130)는 배관 구조물(110)의 주관부(111)과 결합되는 부분에서 주관부(111)의 외주면과 밀착한다. 복수 개의 방열핀부(130)들 중 이웃한 두 개의 방열핀부(130)들은 복수 개의 배관 결합부(140)들에 의해 구조적으로 연결된다. 복수 개의 방열핀부(130)들 각각의 길이방향 제1 끝단(도 1에서 상단)은 제1 연결부(150)에 의해 구조적으로 연결된다. 복수 개의 방열핀부(130)들 각각의 길이방향 제2 끝단(도 1에서 하단)은 제2 연결부(160)에 의해 구조적으로 연결된다. 본 실시예에서는 방열핀부(130)가 편평한 판상인 것으로 설명하지만, 이와는 달리 적어도 일부가 사출이 가능한 굴곡을 갖는 형상일 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
복수 개의 배관 결합부(140)들 각각은 배관 구조물(110)의 복수 개의 주관부(111)들을 감싸면서 이웃한 두 개의 방열핀부(130)들을 구조적으로 연결한다. 복수 개의 배관 결합부(140)들은 이웃한 두 개의 방열핀부(130)들과 일체로 연결되고, 배관 구조물(110)의 주관부(111)의 외주면과 밀착하여, 배관 구조물(110)과 방열 구조물(120) 사이의 결합이 견고해지면서 배관 구조물(110)로부터 방열 구조물(120)로의 열전달이 효율적으로 이루어진다. 본 실시예에서는 배관 결합부(140)에 의해 배관 구조물(110)이 방열 구조물(120)에서 노출되지 않는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 이웃하는 두 개의 방열핀부(130)들 사이에서 배관 구조물(110)이 노출되도록 도 4에 도시된 바와 같이 열교환기(200)가 배관 결합부(도 3의 140)가 형성되지 않는 방열 구조물(220)을 구비하거나, 도 5에 도시된 바와 같이 열교환기(300)의 방열 구조물(320)이 짧게 연장되는 배관 결합부(340)를 구비할 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
제1 연결부(150)는 복수 개의 방열핀부(130)들 각각의 길이방향 제1 끝단(도 1에서 상단)에 연결된다. 제1 연결부(150)는 복수 개의 방열핀부(130)들과 구조적으로 일체로 연결된다. 제1 연결부(150)에는 전극 구조물(180)이 설치된다. 제1 연결부(150)는 복수 개의 방열핀부(130)들 각각의 길이방향 제1 끝단을 전체적으로 덮으면서 연결하는 판상의 막대 형태의 제1 연결판(151)과, 제1 연결판(151)의 외면에 돌출되어서 형성되는 제1 전극 설치부(155)를 구비한다.
제1 연결판(151)은 판상의 막대 형태로서 주관부(111)의 길이방향을 따라서 길게 연장된다. 제1 연결판(151)은 복수 개의 방열핀부(130)들 각각의 길이방향 제1 끝단(도 1에서 상단)과 연결된다. 제1 연결판(151)은 복수 개의 방열핀부(130)들 각각의 길이방향 제1 끝단(도 1에서 상단) 전체를 덮는다. 제1 연결판(151)의 외면에 제1 전극 설치부(155)가 돌출되어서 형성된다.
제1 전극 설치부(155)는 제1 연결판(151)의 외면으로부터 돌출되어서 제1 연결판(151)과 일체로 형성되며, 제1 연결판(151)의 길이방향을 따라서 띠 형태로 길게 연장된다. 제1 전극 설치부(155)는 제1 연결판(151)의 대체로 폭방향 중심에 위치한다. 제1 전극 설치부(155)에 전극 구조물(180)이 설치된다. 본 실시예에서는 제1 전극 설치부(155)가 제1 연결판(151)의 외면에 돌출되어서 형성되는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 도시되지는 않았으나 제1 연결판(151)의 내면에 돌출되어서 내측에 형성될 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
본 실시예에서는 제1 연결부(150)가 제1 연결판(151)과 제1 전극 설치부(155)를 구비하는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 제1 연결부(150)는 제1 연결판(151) 없이 제1 전극 설치부(155)만으로 구성될 수도 있다. 이러한 구성은 도 6에 도시된 실시예에 따른 열교환기(400)의 방열 구조물(420)이 잘 보여준다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 전극 설치부(155)가 복수 개의 방열핀부(130)들 각각의 길이방향 제1 끝단(도 1에서 상단)과 직접 접촉하여 연결된다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제2 연결부(160)는 복수 개의 방열핀부(130)들 각각의 길이방향 제2 끝단(도 1에서 하단)에 연결된다. 제2 연결부(160)는 복수 개의 방열핀부(130)들과 구조적으로 일체로 연결된다. 제2 연결부(160)에는 전극 구조물(180)이 설치된다. 제2 연결부(160)는 복수 개의 방열핀부(130)들 각각의 길이방향 제2 끝단을 전체적으로 덮으면서 연결하는 판상의 막대 형태의 제2 연결판(161)과, 제2 연결판(161)의 외면에 돌출되어서 형성되는 제2 전극 설치부(165)를 구비한다.
제2 연결판(161)은 판상의 막대 형태로서 주관부(111)의 길이방향을 따라서 길게 연장된다. 제2 연결판(161)은 복수 개의 방열핀부(130)들 각각의 길이방향 제2 끝단(도 1에서 하단)과 연결된다. 제2 연결판(161)은 복수 개의 방열핀부(130)들 각각의 길이방향 제2 끝단(도 1에서 하단) 전체를 덮는다. 제2 연결판(161)의 외면에 제2 전극 설치부(165)가 돌출되어서 형성된다.
제2 전극 설치부(165)는 제2 연결판(161)의 외면으로부터 돌출되어서 제2 연결판(161)과 일체로 형성되며, 제2 연결판(161)의 길이방향을 따라서 띠 형태로 길게 연장된다. 제2 전극 설치부(165)는 제2 연결판(161)의 대체로 폭방향 중심에 위치한다. 제2 전극 설치부(165)에 전극 구조물(180)이 설치된다. 본 실시예에서는 제2 전극 설치부(165)가 제2 연결판(161)의 외면에 돌출되어서 형성되는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 도시되지는 않았으나 제2 연결판(161)의 내면에 돌출되어서 내측에 형성될 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
본 실시예에서는 제2 연결부(160)가 제2 연결판(161)과 제2 전극 설치부(165)를 구비하는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 제2 연결부(160)는 제2 연결판(161) 없이 제2 전극 설치부(165)만으로 구성될 수도 있다. 이러한 구성은 도 6에 도시된 실시예에 따른 열교환기(400)의 방열 구조물(420)이 잘 보여준다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 전극 설치부(165)가 복수 개의 방열핀부(130)들 각각의 길이방향 제1 끝단(도 1에서 상단)과 직접 접촉하여 연결된다.
전극 구조물(180)은 제1 전극(181)과 제2 전극(182)을 구비한다. 제1 전극(181)은 길게 연장되는 전기전도성의 선 또는 봉 형태로서 방열 구조물(120)의 제1 전극 설치부(155)에 매립되어서 설치된다. 제1 전극(181)은 제1 전극 설치부(155)의 길이방향을 따라서 길게 연장된다. 제1 전극(181)의 일 끝단은 제1 전극 설치부(155)의 외부로 돌출되어서 노출된다. 제2 전극(182)은 길게 연장되는 전기전도성의 선 또는 봉 형태로서 방열 구조물(120)의 제2 전극 설치부(165)에 매립되어서 설치된다. 제2 전극(182)은 제21 전극 설치부(165)의 길이방향을 따라서 길게 연장된다. 외부 전원에 의해 제1 전극(181)과 제2 전극(182) 사이에 전압차가 발생하며, 제1 전극(181)과 제2 전극(182) 사이의 전압차에 의해 방열 구조물(120)이 발열하여 열교환기(100)의 냉매 냉각 과정에서 방열 구조물(120)에 부착된 서리를 녹여 제거할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 제조방법을 개략적으로 설명하는 순서도이고, 도 8은 도 7의 금형 준비 단계와 삽입물 설치 단계를 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 도 7의 합형 단계가 수행된 상태를 설명하는 도면이고, 도 10 및 도 11은 도 7의 사출액 주입 단계가 수행된 상태를 설명하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 제조방법은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 구성의 열교환기를 제조하기 위한 것으로서, 금형을 준비하는 금형 준비 단계(S10)와, 금형 준비 단계(S10)에서 준비된 금형에 삽입물을 설치하는 삽입물 설치 단계(S20)와, 삽입물 설치 단계(S20)를 통해 금형에 삽입물이 설치된 상태에서 금형에 대한 합형을 수행하여 금형 내에 캐비티를 형성하는 합형 단계(S30)와, 합형 단계(S30)가 수행되어서 형성된 캐비티에 사출액을 주입하는 사출액 주입 단계(S40)를 포함한다.
금형 준비 단계(S10)에서는 열교환기(100)를 인서트 사출성형법으로 제조하기 위한 금형이 이형된 상태로 준비된다. 도 8을 참조하면, 금형(10)은 아래에 위치하는 제1 금형(11)과, 위에 위치하는 제2 금형(12)을 구비한다. 제1 금형(11)에는 제2 금형(12)과 대향하여 제1 성형 공간(13)이 형성된다. 제1 성형 공간(13)에는 복수 개의 주관부(111)들 각각이 배치되는 트렌치 홈 형태의 복수 개의 제1 관 배치 홈(14)들과, 제1 전극(181)이 배치되는 트렌치 홈 형태의 제1A 전극 배치 홈(15a)과, 제2 전극(182)이 배치되는 트렌치 홈 형태의 제1B 전극 배치 홈(15b)이 형성된다. 제2 금형(12)에는 제1 금형(11)과 대향하며 제1 성형 홈(13)에 대응하는 제2 성형 공간(16)이 형성된다. 제2 성형 공간(16)에는 복수 개의 주관부(111)들 각각이 배치되는 트렌치 홈 형태의 복수 개의 제2 관 배치 홈(17)들과, 제1 전극(181)이 배치되는 트렌치 홈 형태의 제2A 전극 배치 홈(18a)과, 제2 전극(182)이 배치되는 트렌치 홈 형태의 제2B 전극 배치 홈(18b)이 형성된다. 제2 금형(12)에는 사출액이 제2 성형 공간(13)으로 주입되는 사출액 주입 통로(19)가 구비된다.
삽입물 설치 단계(S20)에서는 금형 준비 단계(S10)를 통해 이형된 금형(10)이 준비된 상태에서 삽입물인 복수 개의 주관부(111)들 및 제1, 제2 전극(181, 182)이 도 8에 도시된 바와 같이 금형(10)에 설치된다. 삽입물 설치 단계(S20)에서 복수 개의 주관부(111)들 각각은 제1 금형(11)에 형성된 복수 개의 제1 관 배치 홈(14)들 각각에 정위치하도록 설치되고, 제1 전극(181)은 제1 금형(11)에 형성된 제1A 전극 배치 홈(15a)에 정위치하도록 설치되며, 제2 전극(182)은 제1 금형(11)에 형성된 제1B 전극 배치 홈(15b)에 정위치하도록 설치된다. 도시되지는 않았으나, 삽입물 설치 단계(S20)에서 삽입물인 복수 개의 주관부(111)들 및 제1, 제2 전극(181, 182)이 고정 지그에 의해 고정되어서 대응하는 제1 관 배치 홈(14) 및 제1A, 제1B 전극 배치 홈(15a, 15b)의 표면과 이격된 상태로 정위치를 유지한다. 삽입물 설치 단계(S20)를 통해 삽입물인 복수 개의 주관부(111)들 및 제1, 제2 전극(181, 182)이가 금형(10)의 내부에 정위치된 후에는 합형 단계(S30)가 수행된다.
합형 단계(S30)에서는 삽입물 설치 단계(S20)를 통해 금형(10)에 삽입물인 복수 개의 주관부(111)들 및 제1, 제2 전극(181, 182)가 설치된 상태에서 금형(10)의 제1 금형(11)과 제2 금형(12)이 합형되어서 도 9에 도시된 바와 같이 금형(10)에 캐비티(20)가 형성된다. 캐비티(20)는 도 1 내지 도 3에 도시된 방열 구조물(120)에 대응하는 형태를 갖는다. 합형 단계(S30)를 통해 금형(10)에 캐비티(20)가 형성된 후에는 사출액 주입 단계(S40)가 수행된다.
사출액 주입 단계(S40)에서는 도 9에 도시된 바와 같이 삽입물인 복수 개의 주관부(111)들 및 제1, 제2 전극(181, 182)가 삽입되어서 설치된 캐비티(20)로 사출액 주입 통로(19)를 통해 사출액이 주입된다. 사출액은 수지재와 탄소재를 포함하는 액상의 복합재료로서, 방열 구조물(120)의 소재로 위에서 설명된 바와 같다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 사출액(C)은 금형(10)의 캐비티(20)에 채워져서 도 1 내지 도 3의 열교환기(100)에서 연결관(116)을 제외한 형태로 성형된다. 연결관(116)을 제외한 형태의 것이 제조된 후 연결관 결합 단계(S50)가 수행되어서 연결관(116)이 결합되어서 열교환기(100)가 완성된다. 본 실시예에서는 연결관(116)이 인서트 삽입 성형 후 결합되는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 연결관(116)을 포함하는 완성된 형태의 배관 구조물(110)이 삽입물 설치 단계(S20)를 통해 삽입되어서 인서트 사출 성형이 이루어질 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
도 12에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환기가 사시도로서 도시되어 있다. 도 12를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환기(500)는 배관 구조물(510)과, 전극 구조물(580)과, 배관 구조물(510)과 전극 구조물(580)이 결합되는 두 개의 방열 구조물(520)들을 포함한다. 도 13에는 열교환기(500)가 방열 구조물(520)을 C-C'선을 따라 절단하여 도시한 단면도로서 도시되어 있다. 도 14에는 열교환기(500)가 분해 사시도로서 도시되어 있다.
도 12, 도 13 및 도 14를 참조하면, 배관 구조물(510)은 두 개의 메인 튜브(511a)들과, 두 개의 메인 튜브(511a)들 사이를 연결하는 연결관부(516)를 구비한다. 배관 구조물(510)은 하나의 유로를 형성하며, 배관 구조물(510)을 통해 냉매와 같은 열교환기(500)에 의한 냉각 대상 유체가 유동한다. 배관 구조물(510)을 통해 유동하는 냉매의 열은 방열 구조물(120)로 전달된다. 배관 구조물(510)의 연장방향 양단이 각각 냉매 유입구(510a)와 냉매 배출구(510b)를 형성한다. 본 실시예에서 배관 구조물(510)은 열교환기에서 통상적으로 사용되는 열전도성이 우수한 구리 재질의 동관인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
메인 튜브(511a)는 나란하게 배치되는 두 개의 주관부(511)들과, 두 개의 주관부(511)들을 연결하는 연결부(514)를 구비한다.
두 개의 주관부(511)들은 나란하게 배치된 상태에서 직선으로 평행하게 연장된다. 두 개의 주관부(511)들 각각의 이웃한 단부는 연결부(514)에 의해 연결된다. 두 개의 주관부(511)들은 두 개의 방열 구조물(520)들과 견고하게 결합된다.
연결부(514)는 두 개의 주관부(511)들 각각의 이웃한 단부를 연결한다. 연결부(514)는 대체로 'U'자형으로서 두 개의 주관부(511)들을 연통시킨다.
본 실시예에서 메인 튜브(511a)는 하나의 관재가 벤딩 가공되어서 형성되는 것으로 설명한다.
두 개의 메인 튜브(511a)들은 모든 주관부(511)들이 평행하게 연장되고 각각의 연결부(514)가 동일한 방향에 위치하도록 배치된다. 두 개의 메인 튜브(511a)들은 연결관부(516)에 의해 연결되어서 연통된다.
연결관부(516)는 두 개의 메인 튜브(511a)들을 연결시켜서 연통시킨다. 연결관부(516)는 대체로 'U'자형으로서 연결관부(516)의 양 끝단이 두 메인 튜브(511a)들 각각의 개방된 주관부(511)에 연결된다. 두 메인 튜브(511a)들이 연결관부(516)에 의해 연통되어서 배관 구조물(510)을 형성한다.
본 실시예에서는 배관 구조물(510)이 두 개의 메인 튜브(511a)가 하나의 연결관부(516)로 연결되어서 형성되는 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 하나 또는 셋 이상의 메인 튜브(511a)가 사용될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 하나의 메인 튜브(511a)만이 사용되는 경우에, 연결관부(516) 없이 배관 구조물(510)이 구성된다. 셋 이상의 메인 튜브(511a)들이 사용되는 경우에는, 메인 튜브(511a)들보다 하나 적은 수의 연결관부(516)가 사용되어서 배관 구조물(510)이 구성된다.
본 실시예에서는 배관 구조물(510)의 구성 요소인 메인 튜브(511a)가 하나의 관재를 벤딩 가공하여 형성한 것으로 설명하지만, 이와는 달리, 주관부(511)에 대응하는 두 개의 튜브를 연결관부(516)와 같은 별도의 관재로 연결하여 형성될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
전극 구조물(580)은 제1 전극(581)과 제2 전극(582)을 구비한다. 제1 전극(581)은 직선으로 길게 연장되는 전기전도성의 선 또는 봉 형태로서 방열 구조물(520)에 제1 전극(581)과 제2 전극(582)이 설치된다. 제1 전극(581)과 제2 전극(582)은 배관 구조물(510)을 사이에 두고 서로 반대편에 위치한다. 제1 전극(581)과 제2 전극(582)은 배관 구조물(510)의 주관부(511)들과 평행하게 연장된다. 외부 전원에 의해 제1 전극(581)과 제2 전극(582) 사이에 전압차가 발생하며, 제1 전극(581)과 제2 전극(582) 사이의 전압차에 의해 방열 구조물(520)이 발열하여 열교환기(500)의 냉매 냉각 과정에서 방열 구조물(520)에 부착된 서리를 녹여 제거할 수 있다.
두 개의 방열 구조물(520)은 배관 구조물(510)에 구비되는 주관부(511)의 연장방향을 따라서 차례대로 배치되어서 연속적으로 연결된다. 본 실시예에서는 방열 구조물(520)이 두 개인 것으로 설명하지만, 이와는 달리 하나이거나, 셋 이상이 차례대로 배치될 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 방열 구조물(520)은 배관 구조물(510)과 결합되어서 배관 구조물(510)을 통해 유동하는 냉매의 열을 방출시킨다. 방열 구조물(520)을 통해 배관 구조물(510)을 유동하는 냉매의 열과 방열 구조물(520) 주위의 공기 사이에 열교환이 이루어진다. 방열 구조물(520)는 전체적으로 수지재와 탄소재를 포함하는 복합재료로 이루어진다. 방열 구조물(520)의 소재를 이루는 복합재료의 탄소재는 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 그래핀 중 적어도 하나를 포함한다. 복합재료의 탄소재는 수지재 내에 분산되어 있되 전기적 네트워크를 형성한다. 탄소재의 길이는 1 내지 100μm 이고, 탄소재들의 함량은 전기적 네트워크를 형성시키기 위하여 5w% 이상이되, 25w%이하이다. 탄소재로서 탄소나노튜브(CNT)를 사용하는 것으로 설명한다. 방열 구조물(520)를 이루는 복합재료는 열전도율을 향상시키는 금속 분말과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제는 탄소재 사이에 개재되어 탄소재에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 동시에 방열 구조물(520)의 열전도도를 증가시킨다. 본 실시예에서 첨가제는 금속 파우더로서 직경이 10nm 내지 100nm이고, 금속 파우더의 함량은 상기 탄소재 사이의 전기적 네트워크를 증가시키기고 복합재료의 열전도도를 증가시키기 위하여 12w% 이상이며, 복합재료의 비중을 감소시키기 위하여 30w%이하이다. 본 실시예에서는 첨가제로 알루미늄 파우더가 사용되는 것으로 예를 들어 설명한다. 도 15에는 방열 구조물(520)의 평면도가 도시되어 있다.
도 12 내지 도 15를 참조하면, 방열 구조물(520)은 복수 개의 방열핀부(530)들과, 배관 구조물(510)의 복수 개의 주관부(511)들 각각을 감싸면서 이웃한 두 개의 방열핀부(530)들을 구조적으로 연결하는 복수 개의 배관 결합부(540)들과, 제1 전극(581)을 감싸면서 이웃한 두 개의 방열핀부(530)들을 구조적으로 연결하는 제1 전극 결합부(550)와, 제2 전극(582)을 감싸면서 이웃한 두 개의 방열핀부(530)들을 구조적으로 연결하는 제2 전극 결합부(560)를 구비한다.
복수 개의 방열핀부(530)들 각각은 배관 구조물(510)의 복수 개의 주관부(511)들의 배열방향(도 13에서 상하방향)을 따라서 길게 연장되는 판상의 막대 형상이다. 복수 개의 방열핀부(530)들 각각은 배관 구조물(510)의 주관부(511)의 연장방향과 대체로 직각을 이루면서 배치된다. 복수 개의 방열핀부(530)들은 배관 구조물(510)의 주관부(511)을 연장방향을 따라서 차례대로 일렬로 배치된다. 그에 따라, 배관 구조물(510)의 주관부(511)들은 방열핀부(530)를 대체로 직각으로 관통한다. 복수 개의 방열핀부(530)들 각각은 이웃한 다른 방열핀부(530)와 이격되어서, 이웃한 두 개의 방열핀부(530)들 사이에는 공기가 유동할 수 있는 통로(532)가 형성된다. 방열핀부(530)에서 배관 구조물(510)을 유동하는 냉매의 열과 통로(532)를 유동하는 공기 사이에 열교환이 이루어진다. 복수 개의 방열핀부(530)들 각각에 배관 구조물(510)에 구비되는 복수 개의 주관부(511)들 각각이 대체로 직각을 이루면서 통과한다. 방열핀부(530)는 배관 구조물(510)의 주관부(511)와 결합되는 부분에서 주관부(511)의 외주면과 밀착한다. 복수 개의 방열핀부(530)들 중 이웃한 두 개의 방열핀부(530)들은 복수 개의 배관 결합부(540)들, 제1 전극 결합부(550) 및 제2 전극 결합부(560)에 의해 구조적으로 연결된다. 본 실시예에서는 방열핀부(530)가 편평한 판상인 것으로 설명하지만, 이와는 달리 적어도 일부가 사출이 가능한 굴곡을 갖는 형상일 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
복수 개의 배관 결합부(540)들 각각은 배관 구조물(510)의 복수 개의 주관부(511)들을 감싸면서 이웃한 두 개의 방열핀부(530)들을 구조적으로 연결한다. 복수 개의 배관 결합부(540)들 각각은 복수 개의 방열핀부(530)들을 차례대로 통과하도록 직선으로 연장된다. 복수 개의 배관 결합부(540)들은 평행하게 연장된다. 복수 개의 배관 결합부(540)들 각각에는 배관 구조물(510)의 주관부(511)가 하나씩 통과하는 튜브 통로(542)가 형성된다. 본 실시예에서 배관 결합부(540)는 배관 구조물(510)의 주관부(511)에 대응하여 네 개가 구비된다. 복수 개의 배관 결합부(540)들은 이웃한 두 개의 방열핀부(530)들과 일체로 연결된다. 배관 결합부(540)의 내주면은 배관 구조물(510)의 주관부(511)의 외주면과 밀착하여, 배관 구조물(510)과 방열 구조물(520) 사이의 결합이 견고해지면서 배관 구조물(510)로부터 방열 구조물(520)로의 열전달이 효율적으로 이루어진다. 본 실시예에서는 배관 결합부(540)에 의해 배관 구조물(510)이 방열 구조물(520)에서 노출되지 않는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 이웃하는 두 개의 방열핀부(530)들 사이에서 배관 구조물(510)이 노출되도록 배관 결합부(540)이 방열핀부(530)에서 짧게 연장되거나 형성되지 않을 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
제1 전극 결합부(550)는 제1 전극(581)을 감싸면서 이웃한 두 개의 방열핀부(530)들을 구조적으로 연결한다. 제1 전극 결합부(550)는 복수 개의 방열핀부(530)을 차례대로 통과하도록 직선으로 연장된다. 제1 전극 결합부(550)는 방열핀부(530)의 길이방향 제1 끝단(도 13에서 상단)에 인접하여 위치한다. 제1 전극 결합부(550)는 이웃한 두 개의 방열핀부(530)들과 일체로 연결된다. 제1 전극 결합부(550)에는 제1 전극(581)이 통과하는 제1 전극 통로(552)가 형성된다. 제1 전극 결합부(550)의 내주면은 제1 전극(581)의 외주면과 밀착한다.
제2 전극 결합부(560)는 제2 전극(582)을 감싸면서 이웃한 두 개의 방열핀부(530)들을 구조적으로 연결한다. 제2 전극 결합부(560)는 복수 개의 방열핀부(530)을 차례대로 통과하도록 직선으로 연장된다. 제2 전극 결합부(560)는 방열핀부(530)의 길이방향 제2 끝단(도 13에서 하단)에 인접하여 위치한다. 제2 전극 결합부(560)는 이웃한 두 개의 방열핀부(530)들과 일체로 연결된다. 제2 전극 결합부(560)에는 제2 전극(582)이 통과하는 제2 전극 통로(562)가 형성된다. 제2 전극 결합부(560)의 내주면은 제2 전극(582)의 외주면과 밀착한다.
제1 전극 결합부(550)와 제2 전극 결합부(560)의 사이에 복수 개의 배관 결합부(540)들이 배치된다.
본 실시예에서는 하나의 제1 전극(581)과 하나의 제2 전극(582)이 각각 방열핀부(530)의 양 끝단에 인접하여 위치하는 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 도 16에 도시된 바와 같이, 열교환기(600)에서 하나의 제1 전극(581)이 방열핀부(530)의 연장방향(도면에서 높이방향) 중간에 제1 전극 결합부(550)에 결합되어서 위치하고, 두 개의 제2 전극(582)들이 방열핀부(530)의 양 끝단에 인접하여 제2 전극 결합부(560)에 결합되어서 위치할 수 있다. 이 경우, 제1 전극(581)과 제2 전극(582) 사이의 거리가 짧아져서 성능이 향상될 수 있다.
도 17에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환기의 제조방법을 개략적으로 설명하는 순서도가 도시되어 있다. 도 17에 도시된 열교환기의 제조방법은 도 12 내지 도 15를 참조하여 위에서 설명된 열교환기(500)를 제조하기 위한 것이다. 도 17을 참조하면, 열교환기의 제조방법은 방열 구조물(520)이 준비되는 방열 구조물 준비 단계(S110)와, 방열 구조물(520)에 제1 전극(581)과 제2 전극(582)이 조립되는 전극 조립 단계(S120)와, 방열 구조물(520)에 복수 개의 주관부(511)들이 조립되는 튜브 조립 단계(S130)와, 방열 구조물(520)이 추가적으로 조립되는 추가 조립 단계(S140)와, 방열 구조물(520)과 조립된 복수 개의 주관부(511)들의 외경을 증가시키는 튜브 확관 단계(S150)와, 방열 구조물(520)과 조립된 복수 개의 주관부(511)들을 연결시키는 튜브 연결 단계(S160)를 포함한다.
방열 구조물 준비 단계(S110)에서는 도 12 내지 도 15를 참조하여 위에서 설명된 구성의 방열 구조물(520)이 준비된다. 방열 구조물(520)은 사출성형되어서 제조된 것으로서, 제1 전극 통로(552)는 제1 전극(581)이 삽입될 수 있는 크기를 갖고, 제2 전극 통로(562)는 제2 전극(582)이 삽입될 수 있는 크기를 가지며, 튜브 통로(542)는 주관부(511)가 삽입될 수 있는 크기를 갖는다. 방열 구조물 준비 단계(S110)에서 방열 구조물(520)은 필요한 수만큼 준비된다. 도 12의 실시예에서와 같이 두 개의 방열 구조물(520)이 사용되는 경우 두 개의 방열 구조물(520)이 준비된다. 방열 구조물 준비 단계(S110)를 통해 방열 구조물(520)이 필요한 수만큼 준비된 후에는 전극 조립 단계(S120)가 수행된다.
전극 조립 단계(S120)에서는 방열 구조물 준비 단계(S110)를 통해 준비된 방열 구조물(520)들 중 하나의 방열 구조물(520)에 제1 전극(581)과 제2 전극(582)이 조립되어서 고정된다. 전극 조립 단계(S120)는 방열 구조물(520)의 제1 전극 통로(552)에 제1 전극(581)이 삽입되고, 방열 구조물(520)의 제2 전극 통로(562)에 제2 전극(582)이 삽입됨으로써 수행된다. 제1 전극(581)과 제2 전극(582)은 접착제와 같은 고정 수단으로 방열 구조물(520)에 고정될 수 있다. 도 7에는 전극 조립 단계(S120)가 수행되어서 방열 구조물(520)에 제1 전극(581)과 제2 전극(582)이 조립되어서 고정된 상태가 도시되어 있다. 전극 조립 단계(S120)를 통해 제1 전극(581)과 제2 전극(582)이 방열 구조물(520)에 조립된 후에는 튜브 조립 단계(S130)가 수행된다.
튜브 조립 단계(S130)에서는 방열 구조물(520)에 복수 개의 주관부(511)들이 조립된다. 튜브 조립 단계(S130)는 도 18에 도시된 바와 같이 제1 전극(581)과 제2 전극(582)이 조립된 하나의 방열 구조물(520)에 두 개의 메인 튜브(511a)들이 조립되어서 수행될 수 있다. 방열 구조물(520)에 형성된 네 개의 튜브 통로(542)들 중 상부에서 인접한 두 개의 튜브 통로(542)들에 하나의 메인 튜브(511a)에 구비되는 두 주관부(511)들 각각이 삽입되고, 하부에서 인접한 나머지 두 개의 튜브 통로(542)들에 나머지 메인 튜브(511a)에 구비되는 두 주관부(511)들 각각이 삽입된다. 이때, 두 메인 튜브(511a)들 각각의 끝단들은 동일한 방향을 향한다. 도 19에는 튜브 조립 단계(S130)가 수행되어서 방열 구조물(520)에 두 개의 메인 튜브(511a)들이 조립된 상태가 도시되어 있다. 튜브 조립 단계(130)를 통해 주관부(511)들이 방열 구조물(520)에 조립된 후에는 추가 조립 단계(140)가 수행된다.
추가 조립 단계(S140)에서는 방열 구조물(520)이 추가적으로 조립된다. 추가 조립 단계(S140)는 도 19에 도시된 상태에서 추가 방열 구조물(520)이 두 개의 메인 튜브(511a)들에 튜브 조립 단계(S130)에서와 동일한 방식으로 조립되어서 수행된다. 도 20에는 추가 조립 단계(S140)가 수행되어서 두 개의 방열 구조물(520)들이 조립된 상태가 도시되어 있다. 도 20에 도시된 바와 같이, 복수 개의 주관부(511)들 각각의 개방된 끝단은 동일한 방향으로 방열 구조물(520)의 외부로 돌출된다. 추가 조립 단계(S140)에서는 둘 이상의 방열 구조물(520)이 추가로 조립될 수 있다. 추가 조립 단계(S140)가 수행된 후에는 튜브 확관 단계(S150)가 수행된다.
튜브 확관 단계(S150)에서는 방열 구조물(520)들과 조립된 복수 개의 주관부(511)들의 외경이 증가하여 방열 구조물(520)에 구비되는 배관 결합부(540)의 내주면과 주관부(511)의 외주면이 밀착한다. 튜브 확관 단계(S150)는 주관부(511)들의 개방된 끝단을 통해 도 20에 도시된 바와 같이 주관부(511)의 내부로 고압 공기를 주입함으로써 수행될 수 있다. 주관부(511)로 유입되는 고압 공기에 의해 주관부(511)가 소성변형되어서 확관된다.
튜브 연결 단계(S160)에서는 방열 구조물(520)과 조립된 복수 개의 주관부(511)들이 하나의 통로를 형성하도록 연결된다. 튜브 연결 단계(S160)는 도 9에 도시된 상태에서 중간의 인접한 두 주관부(511)들의 각 개구부를 연결관부(516)로 용접과 같은 방법으로 연결함으로써 수행된다.
본 실시예에서는 전극 조립 단계(S120)가 튜브 조립 단계(S130)가 수행되기 전에 수행되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 전극 조립 단계(S120)는 튜브 조립 단계(S130) 후, 또는 추가 조립 단계(S140) 후, 또는 튜브 확관 단계(S150) 후, 또는 튜브 연결 단계(S160) 후에도 수행될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
본 실시예에서 도 21에 도시된 방법은 도 12 내지 도 15에 도시된 열교환기(500)를 제조하기 위한 것으로 설명하였으나, 도 16에 도시된 열교환기(600)를 제조하기 위해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 21에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환기의 제조방법을 개략적으로 설명하는 순서도가 도시되어 있다. 도 21에 도시된 열교환기의 제조방법은 도 12 내지 도 16을 참조하여 위에서 설명된 열교환기(500, 600)를 제조하기 위한 것이다. 도 21을 참조하면, 열교환기의 제조방법은 방열 구조물(520)이 준비되는 방열 구조물 준비 단계(S200)와, 제1 전극(581)과 제2 전극(582)이 준비되는 전극 준비 단계(S210)와, 복수 개의 주관부(511)들이 준비되는 튜브 준비(S220)와, 방열 구조물(520)에 제1 전극(581)과 제2 전극(582)이 조립되는 전극 조립 단계(S230)와, 방열 구조물(520)에 복수 개의 주관부(511)들이 조립되는 튜브 조립 단계(S240)와, 방열 구조물(520)이 추가적으로 조립되는 추가 조립 단계(S250)와, 상온에서 방열 구조물(520)에 두 전극(581, 582)들과 복수 개의 주관부(511)들이 밀착하는 상온 유지 단계(S260)와, 방열 구조물(520)과 조립된 복수 개의 주관부(511)들을 연결시키는 튜브 연결 단계(S270)를 포함한다.
방열 구조물 준비 단계(S200)에서는 도 12 내지 도 15를 참조하여 위에서 설명된 구성의 방열 구조물(520)이 준비된다. 방열 구조물(520)은 사출성형되어서 제조된 것으로서, 제1 전극 통로(552)는 제1 전극(581)이 삽입될 수 있는 크기를 갖고, 제2 전극 통로(562)는 제2 전극(582)이 삽입될 수 있는 크기를 가지며, 튜브 통로(542)는 주관부(511)가 삽입될 수 있는 크기를 갖는다. 방열 구조물 준비 단계(S110)에서 방열 구조물(520)은 필요한 수만큼 준비된다. 방열 구조물 준비 단계(S200)에서 준비되는 방열 구조물(520)은 고온 처리된 것으로서, 고온 처리에 의해 상온에서보다 팽창된 상태이다. 도 12의 실시예에서와 같이 두 개의 방열 구조물(520)이 사용되는 경우 두 개의 방열 구조물(520)이 준비된다.
전극 준비 단계(S210)에서는 도 12 내지 도 15를 참조하여 위에서 설명된 구성의 제1 전극(581)과 제2 전극(582)이 준비된다. 전극 준비 단계(S210)에서 준비되는 제1 전극(581)과 제2 전극(582)은 저온 처리된 것으로서, 저온 처리에 의해 상온에서보다 수축된 상태이다. 그에 따라, 전극 준비 단계(S210)를 통해 준비된 제1 전극(581)의 외경은 방열 구조물 준비 단계(S200)를 통해 준비된 방열 구조물(520)의 제1 전극 통로(552)의 내경보다 작고, 전극 준비 단계(S210)를 통해 준비된 제2 전극(582)의 외경은 방열 구조물 준비 단계(S200)를 통해 준비된 방열 구조물(520)의 제2 전극 통로(562)보다 작다.
튜브 준비 단계(S220)에서는 복수 개의 주관부(511)들이 준비된다. 튜브 준비 단계(S220)는 도 12 내지 도 15를 참조하여 위에서 설명된 구성의 메인 튜브(511a)들이 준비됨으로써 수행될 수 있다. 튜브 준비 단계(S220)에서 준비되는 메인 튜브(511a)들은 저온 처리된 것으로서, 저온 처리에 의해 상온에서보다 수축된 상태이다. 그에 따라, 튜브 준비 단계(S220)를 통해 준비된 복수 개의 주관부(511)들 각각은 방열 구조물 준비 단계(S200)를 통해 준비된 방열 구조물(520)의 튜브 통로(542)의 내경보다 작다.
전극 조립 단계(S230)에서는 방열 구조물(520)에 제1 전극(581)과 제2 전극(582)이 조립된다. 전극 조립 단계(S230)는 방열 구조물 준비 단계(S200)를 통해 준비된 방열 구조물(520)의 제1 전극 통로(552)와 제2 전극 통로(562) 각각에 전극 준비 단계(S210)를 통해 준비된 제1 전극(581)과 제2 전극(582)이 삽입됨으로써 수행된다. 방열 구조물 준비 단계(S200)를 통해 준비된 방열 구조물(520)의 제1 전극 통로(552)와 제2 전극 통로(562)는 전극 준비 단계(S210)를 통해 준비된 제1 전극(581)과 제2 전극(582)보다 크므로, 전극 조립 단계(S230)는 용이하게 수행된다.
튜브 조립 단계(S240)에서는 방열 구조물(520)에 복수 개의 주관부(511)들이 조립된다. 튜브 조립 단계(S240)는 방열 구조물 준비 단계(S200)를 통해 준비된 방열 구조물(520)의 튜브 통로(542)들 각각에 튜브 준비 단계(S220)를 통해 준비된 메인 튜브(511a)들 각각의 주관부(511)들이 삽입됨으로써 수행된다. 방열 구조물 준비 단계(S200)를 통해 준비된 방열 구조물(520)의 튜브 통로(542)들은 튜브 준비 단계(S220)를 통해 준비된 메인 튜브(511a)들 각각의 주관부(511)들의 외경보다 제1 전극(581)과 제2 전극(582)보다 크므로, 튜브 조립 단계(S230)는 용이하게 수행된다.
추가 조립 단계(S250)에서는 방열 구조물(520)이 추가적으로 조립된다. 추가 조립 단계(S250)는 도 17의 추가 조립 단계(S140)와 대체로 동일한 방식으로 수행된다.
상온 유지 단계(S260)에서는 추가 조립 단계(S250)를 거친 상태의 조립체가 상온 환경으로 일정 시간 유지되어서 방열 구조물(520)에 두 전극(581, 582)들과 복수 개의 주관부(511)들이 밀착된다. 상온 환경에서 방열 구조물 준비 단계(S200)를 통해 준비된 방열 구조물(520)이 원 상태로 수축하고, 전극 준비 단계(S210)를 통해 준비된 두 전극(581, 582)들과 튜브 준비 단계(S220)를 통해 준비된 메인 튜브(511a)들이 원 상태로 팽창한다.
튜브 연결 단계(S270)에서는 방열 구조물(520)과 조립된 복수 개의 주관부(511)들이 하나의 통로를 형성하도록 연결된다. 튜브 연결 단계(S270)는 도 6의 튜브 연결 단계(S160)와 대체로 동일한 방식으로 수행된다.
본 실시예에서 도 21에 도시된 방법은 도 12 내지 도 15에 도시된 열교환기(500)를 제조하기 위한 것으로 설명하였으나, 도 16에 도시된 열교환기(600)를 제조하기 위해서도 동일하게 적용될 수 있다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 유입구와 배출구가 형성되고, 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 연장되어서 냉매가 유동하는 유로를 제공하는 배관 구조물; 및
    상기 배관 구조물에 결합되어서 상기 냉매와 외부 유체 사이에서 열을 교환시키는 방열 구조물을 포함하며,
    상기 방열 구조물은 수지재와 탄소재를 포함하는 복합재료로 이루어지는,
    열교환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄소재는 상기 수지재 내에 분산되어서 네트워크를 형성하는 탄소섬유, 탄소나노튜브 및 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는,
    열교환기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    방열 구조물은 상기 배관 구조물이 차례대로 관통하며 지나가도록 배치되는 복수 개의 방열핀부들과, 상기 복수 개의 방열핀부들 중 이웃하는 두 개의 방열핀부들 사이를 연결하면서 상기 배관 구조물을 감싸는 배관 결합부를 구비하는,
    열교환기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 방열 구조물에 전기적으로 연결되는 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 전극 구조물을 더 포함하며,
    상기 방열 구조물은 상기 복수 개의 방열핀부들 각각의 제1 끝단에 연결되는 제1 연결부와, 상기 복수 개의 방열핀부들 각각의 제2 끝단에 연결되는 제2 연결부를 더 구비하며,
    상기 제1 전극은 상기 제1 연결부에 설치되고, 상기 제2 전극은 상기 제2 연결부에 설치되는,
    열교환기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 연결부는 상기 복수 개의 방열핀부들 각각의 제1 끝단을 전체적으로 덮도록 형성되는 제1 연결판을 구비하며,
    상기 제2 연결부는 상기 복수 개의 방열핀부들 각각의 제2 끝단을 전체적으로 덮도록 형성되는 제2 연결판을 구비하는,
    열교환기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배관 구조물은 나란하게 배치되어서 상기 방열 구조물을 통과하는 복수 개의 주관부들과, 상기 복수 개의 주관부들 중 이웃하는 두 개의 주관부들을 연결하는 연결관부를 구비하는,
    열교환기.
  7. 유입구와 배출구가 형성되고, 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 연장되어서 냉매가 유동하는 유로를 제공하는 배관 구조물; 및
    상기 배관 구조물에 결합되어서 상기 냉매와 외부 유체 사이에서 열을 교환시키는 방열 구조물을 포함하며,
    상기 방열 구조물은 수지재와 탄소재를 포함하는 복합재료로 이루어지며,
    상기 방열 구조물은 상기 배관 구조물이 차례대로 관통하며 지나가도록 배치되는 복수개의 방열핀부들과, 상기 복수개의 방열핀부들 각각의 제1 끝단에 연결되는 제1 연결부와, 상기 복수개의 방열핀부들 각각의 제2 끝단에 연결되는 제2 연결부를 구비하는,
    열교환기.
  8. 냉매가 유동하는 유로를 제공하는 배관 구조물과, 상기 배관 구조물에 결합되어서 상기 냉매와 외부 유체 사이에서 열을 교환시키는 방열 구조물을 구비하는 열교환기를 제조하는 방법으로서,
    합형되어서 상기 방열 구조물의 형상에 대응하는 캐비티를 형성하는 제1 금형과 제2 금형을 준비하는 금형 준비 단계;
    상기 제1 금형과 상기 제2 금형이 합형되기 전에 상기 캐비티에 대응하는 공간에 상기 배관 구조물의 적어도 일부를 포함하는 삽입물을 설치하는 삽입물 설치 단계;
    상기 제1 금형과 상기 제2 금형을 결합하여 상기 캐비티를 형성하고 상기 캐비티에 상기 삽입물이 배치되는 합형 단계; 및
    상기 캐비티에 사출액을 주입하는 사출액 주입 단계를 포함하며,
    상기 사출액은 탄소재가 함유된 액상의 수지재를 포함하는,
    열교환기의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 삽입물은 제1 전극과 제2 전극을 더 구비하는,
    열교환기의 제조방법.
  10. 수지재와 탄소재를 포함하는 복합재료로 이루어지는 방열 구조물이 준비되는 방열 구조물 준비 단계;
    상기 방열 구조물에 제1 전극과 제2 전극이 조립되는 전극 조립 단계;
    상기 방열 구조물에 열교환 대상 유체가 흐르는 주관부가 조립되는 튜브 조립 단계; 및
    상기 주관부가 확관되도록 소성변형시키는 튜브 확관 단계를 포함하며,
    상기 튜브 조립 단계는 상기 방열 구조물에 형성된 튜브 통로에 상기 주관부가 삽입되어서 수행되며,
    상기 튜브 확관 단계는 상기 주관부의 내부로 고압의 기체가 주입되어서 수행되는,
    열교환기의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전극 조립 단계는 상기 방열 구조물에 형성된 제1 전극 통로와 제2 전극 통로에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 각각 삽입되어서 수행되는,
    열교환기의 제조방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 튜브 조립 단계가 수행된 후에 상기 주관부에 적어도 하나의 추가 방열 구조물이 더 조립되는 추가 조립 단계를 더 포함하며,
    상기 추가 방열 구조물은 상기 튜브 조립 단계에서 조립된 방열 구조물과 상기 주관부의 연장방향을 따라서 차례대로 연속되어서 배치되는,
    열교환기의 제조방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    평행하게 배치되는 상기 주관부 두 개와 상기 두 개의 주관부들을 연결하는 연결부를 구비하는 메인 튜브가 상기 튜브 조립 단계에서 사용되는,
    열교환기의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 튜브 조립 단계에서 상기 방열 구조물에 상기 메인 튜브 복수 개가 나란하게 배치되어서 조립되는,
    열교환기의 제조방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 복수 개의 메인 튜브들 사이를 연결관부를 이용하여 연결시키는 튜브 연결 단계를 더 포함하는,
    열교환기의 제조방법.
  16. 수지재와 탄소재를 포함하는 복합재료로 이루어지는 방열 구조물이 준비되는 방열 구조물 준비 단계;
    제1 전극과 제2 전극이 준비되는 전극 준비 단계;
    열교환 대상 유체가 흐르는 주관부가 준비되는 튜브 준비 단계;
    상기 방열 구조물에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 조립되는 전극 조립 단계;
    상기 방열 구조물에 상기 주관부가 조립되는 튜브 조립 단계; 및
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 주관부가 상기 방열 구조물에 조립된 상태에서 상온으로 일정 시간 유지되는 상온 유지 단계를 포함하며,
    상기 방열 구조물 준비 단계에서 상기 방열 구조물은 고온 처리되어서 팽창 상태로 준비되며,
    상기 전극 준비 단계에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 저온 처리되어서 수축 상태로 준비되며,
    상기 튜브 준비 단계에서 상기 주관부는 저온 처리되어서 수축 상태로 준비되며,
    상기 전극 조립 단계는 상기 방열 구조물에 형성된 제1 전극 통로와 제1 전극 통로에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 각각 삽입되어서 수행되며,
    상기 튜브 조립 단계는 상기 방열 구조물에 형성된 튜브 통로에 상기 주관부가 삽입되어서 수행되며,
    상기 상온 유지 단계에서 상기 방열 구조물이 원 상태로 수축되고, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 주관부가 원 상태로 팽창되는,
    열교환기의 제조방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 튜브 조립 단계가 수행된 후, 상기 상온 유지 단계가 수행되기 전에 상기 주관부에 적어도 하나의 추가 방열 구조물이 더 조립되는 추가 조립 단계를 더 포함하는,
    열교환기의 제조방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    평행하게 배치되는 상기 주관부 두 개와 상기 두 개의 주관부들을 연결하는 연결부를 구비하는 메인 튜브가 상기 튜브 조립 단계에서 사용되는,
    열교환기의 제조방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 튜브 조립 단계에서 상기 방열 구조물에 상기 메인 튜브 복수 개가 나란하게 배치되어서 조립되는,
    열교환기의 제조방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 복수 개의 메인 튜브들 사이를 연결관부를 이용하여 연결시키는 튜브 연결 단계를 더 포함하는,
    열교환기의 제조방법.
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