KR102351973B1 - 전기소자 냉각용 열교환기, 전기소자 냉각용 열교환기에 사용되는 튜브 제조방법 - Google Patents

전기소자 냉각용 열교환기, 전기소자 냉각용 열교환기에 사용되는 튜브 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기소자 냉각용 열교환기와 열교환기에 사용되는 튜브 제조방법에 관한 것으로서, 조립구조 개선을 통하여 열교환기의 구성요소를 최소화 하여 조립 및 생산 공정 또한 간소화된, 전기소자 냉각용 열교환기와 열교환기에 사용되는 튜브 제조방법에 관한 것이다.

Description

전기소자 냉각용 열교환기, 전기소자 냉각용 열교환기에 사용되는 튜브 제조방법 {heat exchanger for cooling electric element, manufacturing method of heat exchanger tube for cooling electric element}
본 발명은 전기소자 냉각용 열교환기와 이에 사용되는 튜브의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 튜브와 하우징을 직접 결합할 수 있는 전기소자 냉각용 열교환기와, 이에 사용되는 튜브의 제조방법에 관한 것이다.
최근 환경 문제 대책의 일환으로서, 모터의 구동력을 이용하는 하이브리드 차량, 연료전지 차량, 전기 차량 등의 발전이 더욱 더 주목받고 있다.
상술한 바와 같은 차량은 일반적으로, HSG 제어를 위한 전기소자와, 모터 제어를 위한 전기소자가 필수로 구비되며, 이러한 전기소자들은 구동을 위하여 전력(electricity) 공급 시 가열되기 때문에, 반드시 별도의 냉각수단이 필요하다.
이와 관련된 기술로, 일본공개특허 제2001-245478호(공개일 2001.09.07, 명칭 : 인버터의 냉각 장치)에는 IGBT 등의 반도체 소자와 다이오드를 내장한 반도체 모듈이 사용되는 인버터가 개시된 바 있으며, 일본공개특허 제2008-294283호(공개일 2008.12.04, 명칭 : 반도체 장치)에는 반도체 소자의 하측면에 접하도록 설치되며, 내부에 유체가 흐르면서 열교환하도록 형성되는 히트싱크가 개시된 바 있다.
위의 단면 냉각방식의 경우 접촉 면적이 적어 냉각성능이 낮은 문제가 있기 때문에 이러한 문제를 해결하고자 도 1에 도시된 양면 냉각 방식의 열교환기(10)가 개발되었다.
그러나, 도 1에 도시된 종래의 양면 냉각 방식의 열교환기는 충분한 냉각 성능 가지는 장점이 있지만, 커버(20)를 이용하여 튜브(30)를 하우징(40)으로 압박 고정하는 구조이기 때문에 조립 부품과 조립 과정이 복잡해지는 단점이 있을 뿐만 아니라, 도 2에 도시된 외부의 대상물체와 열교환 가능한 튜브(30)의 4개면(31, 32, 33, 34) 중 전기소자(50)와 접하는 2개면만 활용 가능한 단점 또한 있다.
따라서, 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 전기소자 냉각용 열교환기의 필요성이 대두되고 있다.
특허문헌 1) 국내등록특허공보 제1550730호(명칭: 차량의 공조시스템, 공개일: 2015.09.07)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열교환기 생산에 필요한 부품 개수를 최소화 하여 제조 과정을 간소화 함과 동시에, 열교환 효율을 극대화 할 수 있는 전기소자 냉각용 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명인 전기소자 냉각용 열교환기는, 전기소자(1)를 냉각하기 위한 튜브(100)와, 상기 튜브(100)가 안착되는 하우징(200)을 포함하는 전기소자 냉각용 열교환기에 있어서, 상기 하우징(200)은 상기 튜브(100)가 안착되는 하우징 몸체(210)와, 상기 하우징 몸체(210) 가장자리에 형성되는 제2 결합부(220)를 포함하고, 상기 튜브(100)의 가장자리에 상기 제2 결합부(220)에 대응하는 제1 결합부(110)가 형성되어, 상기 튜브(100)와 상기 하우징(200)을 직접 결합 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 튜브(100)는 벤딩부(120)가 형성되어 내측면(101)이 상기 전기소자(1)의 상면 및 하면과 접촉되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 튜브(100)는 상기 전기소자(1)의 상측에 위치되는 상측튜브(100A)와 상기 전기소자(1)의 하측에 위치되는 하측튜브(100B)를 포함하며, 상측튜브(100A) 상에 상기 제1 결합부(110)가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 결합부(110) 및 상기 제2 결합부(220)는 서로 상하 마주보도록 형성되고, 상기 전기소자(1)의 전원단(2) 및 신호단(3)과 절연거리(D)를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 결합부(110) 및 상기 제2 결합부(220)와 상기 전기소자(1)의 전원단(2) 및 신호단(3)은 서로 교번배열 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 튜브(100)는 최상측에 보조 냉각면(130)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 전기소자 냉각용 열교환기에 사용되는 튜브 제조방법은, 내부에 전후 길이방향으로 냉매가 흐르는 유로(101)가 형성된 튜브부재(R)의 좌우방향 양측에 상기 제1 결합부(110) 형성을 위한 날개부(102)를 남겨놓은 상태로 압출하는 압출 생산단계(S100); 상기 날개부(102) 중 상기 하측튜브(100B)와 상기 벤딩부(120)의 좌측 및 우측에 위치된 날개부(102)를 제거하는 제1 가공단계(S200); 상측튜브(100A)의 좌측 및 우측에 위치된 날개부(102)를 가공하여 상기 제1 결합부(110)를 형성하는 제2 가공단계(S300); 및 상기 벤딩부(120)를 기준으로 튜브부재(R)를 벤딩하는 벤딩단계(S400); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명인 전기소자 냉각용 열교환기는, 튜브와 하우징을 연결하는 커버를 필요로 하지 않으므로, 구성이 간단해지고 결합 공정기 간소화 되는 장점이 있다.
상세히 설명하면, 튜브와 하우징을 서로 직접 결합할 수 있으므로 장치의 구성요소가 간단해지고, 커버를 이동 및 정렬하는 공정이 없어져 열교환기의 결합 공정이 간소화 되는 것이다.
또한, 사용 가능한 튜브의 열교환면이 늘어나므로 동일한 양의 냉매 및 동일한 형상을 가지는 튜브의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상세히 설명하면, 튜브를 하우징에 고정하기 위하여 튜브의 상면을 압박하던 커버가 사용되지 않으므로, 튜브의 상면을 발열부재를 냉각하기 위한 냉각면으로 사용 가능한 것이다.
도 1은 종래의 전기소자 냉각용 열교환기를 나타낸 사시도.
도 2는 종래의 전기소자 냉각용 열교환기에 사용되던 튜브를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명인 전기소자 냉각용 열교환기를 나타낸 사시도.(결합 시)
도 4는 본 발명인 전기소자 냉각용 열교환기에 사용되는 튜브를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명인 전기소자 냉각용 열교환기를 나타낸 분해 사시도.
도 6은 본 발명인 전기소자 냉각용 열교환기를 나타낸 평면도.
도 7은 본 발명인 전기소자 냉각용 열교환기와, 전기소자 냉각용 열교환기의 보조 냉각면에 결합되는 냉각대상물(M)을 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명인 전기소자 냉각용 열교환기에 사용되는 튜브의 제조방법을 나타낸 개념도.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 전기소자 냉각용 열교환기를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명인 전기소자 냉각용 열교환기는 전기소자(1)를 냉각하기 위한 튜브(100)와, 상기 튜브(100)가 안착되는 하우징(200)을 포함하여 이루어지며, 상기 튜브(100)가 안착되는 하우징 몸체(210)의 가장자리에 제2 결합부(220)가 형성되고, 상기 튜브(100)의 가장자리에 상기 제2 결합부(220)에 대응하는 제1 결합부(110)가 형성되어, 튜브(100)와 하우징(200)을 직접 결합 가능하다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 종래의 열교환기는 하우징(40) 위에 전기소자(50)를 감싸는 튜브(30)를 위치시키고, 커버(20)로 튜브(30)를 덮은 후 튜브(30)와 하우징(40)을 서로 결합하여 전기소자(50)와 튜브(30)를 고정시킴과 동시에 전기소자(50)와 튜브(30)의 결합이 공고해 지도록 하였다.
그러나, 이러한 종래의 열교환기는 커버(20)를 필수적으로 필요로 하기 때문에 열교환기를 구성하는 부품의 개수가 증가됨에 따라, 열교환기의 제조 공정이 복잡해지는 문제가 있을 뿐만 아니라, 커버(20)가 튜브(30)의 최상측면(34)을 압박해야 하므로 사용 가능한 튜브(30)의 열교환 면적이 감소되는 문제 또한 있었다.
따라서, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 튜브(100)의 가장자리에 상기 하우징(200)의 제2 결합부(220)에 대응하는 제1 결합부(110)를 형성하여, 상기 튜브(100)가 상기 하우징(200)에 직접 결합 가능하게 함으로서, 종래의 열교환기가 가지는 문제점을 해결한 것이다.
이때, 상기 튜브(100)는 평면 형상으로 이루어져 하측면이 상기 전기소자(1)의 상측면과 접하는 구조일 수 있으나, 전기소자(1)와의 열교환 효율을 높이기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이 벤딩부(120)가 형성되어 내측면(101)이 상기 전기소자(1)의 상면 및 하면과 접촉하는 구조인 것을 권장하며, 전기소자(1)보다 상측에 위치되는 튜브(100) 상에 상기 제1 결합부(110)가 형성되는 것을 권장한다.
상세히 설명하면, 상기 튜브(100)는 상기 전기소자(1)를 압박하여 튜브(100)와 전기소자(1)가 서로 접하는 면에서 접촉저항이 발생하는 것을 최소화함과 동시에, 상기 하우징(200)에 고정 결합되어야 하므로, 전기소자(1)의 상측에 위치되는 상측튜브(100A)의 가장자리에 상기 제1 결합부(110)를 형성하여 도 5에 도시된 바와 같이 튜브(100)와 하우징(200) 결합시 자연스럽게 상측튜브(100A)가 하측에 위치되는 전기소자(1)를 압박하여 전기소자(1)의 상측에 위치되는 상측튜브(100A)와 하측튜브(100B)의 내측면(101)과 전기소자(1)의 접촉부에서 발생하는 저항을 최소화함과 동시에, 튜브(100)와 하우징(200)의 결합이 공고히 가능하도록 한 것이다.
그리고, 상기 본 발명인 전기소자 냉각용 열교환기는 상기 제1 결합부(110)와 상기 제2 결합부(220)가 서로 동일선 상에 위치되되, 도 6에 도시된 바와같이 제1 결합부(110) 및 제2 결합부(220)와 상기 전기소자(1)의 전원단(2) 및 신호단(3)이 일정거리 이격형성 되는 것을 권장한다.
상세히 설명하면, 상기 제1 결합부(110)와 상기 제2 결합부(220)는 볼트와 같은 연결부재를 통하여 서로 체결되어야 하므로 제1 결합부(110)와 제2 결합부(220)가 서로 동일선상에 위치되도록 하고, 상기 전기소자(1)를 동작시키기 위하여 사용되는 전기에너지가 상기 제1 결합부(110) 또는 상기 제2 결합부(220)와 간섭하여 상기 전원단(2), 신호단(3) 제1 결합부(110), 제2 결합부(220) 중 어느 하나 이상이 파손되는 것을 방지하기 위하여, 전원단(2) 및 신호단(3)과 제1 결합부(110) 및 제2 결합부(220)가 절연거리(D) 만큼 이격 형성되도록 한 것이다.
이때, 상기 제1 결합부(110)는 상기 튜브(100)의 폭방향 일측과 타측에 1개 이상 위치되어 상기 튜브(100)와 상기 전기소자(1)의 접촉면에서 발생하는 접촉저항이 일정하게 이루어지는 것을 권장하며, 제1 결합부(110) 및 제2 결합부(220)를 전기소자(1)의 전원단(2) 및 신호단(2)과 서로 교번배열 함으로서 튜브(100)와 전기소자(1)의 결합력을 향상시켜 서로 다른 접촉면에서 발생하는 접촉저항을 평균화함과 동시에, 평균 접촉저항을 낮출 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명인 전기소자 냉각용 열교환기는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 튜브(100)와 상기 하우징(200)을 직접 결합함으로서, 상기 튜브(100)의 최상측면을 보조 냉각면(130)으로 사용할 수 있다.
상세히 설명하면, 커버를 통하여 상기 튜브(100)의 상측을 압박하는 방법으로 튜브와 하우징을 결합할 경우 커버의 상측면에 냉각대상물을 놓는다 할지라도 커버와 튜브(100)의 접촉면 및 커버와 냉각대상물의 접촉면에서 발생하는 접촉저항과, 커버 자체의 열전도도에 의해 튜브(100)와 임의의 냉각대상물의 열교환 효율이 떨어진다.
반면, 본 발명은 튜브(100)와 냉각대상물이 서로 직접 접촉 가능하므로 냉각대상물(G)과 튜브(100)의 열교환이 효율적으로 이루어질 수 있는 것이다.
이때, 상기 냉각대상물(G)은 LDC, HDC, 커패시터 등 냉각이 필요한 다양한 장치가 될 수 있으므로 한정한지 않는다.
또한, 본 발명인 전기소자 냉각용 열교환기의 튜브(100)는 도 8에 도시된 바와 같이 내부에 전후 길이방향으로 냉매가 흐르는 유로(101)가 형성된 튜브부재(R)의 좌측 및 우측에 상기 제1 결합부(110) 형성을 위한 날개부(102)를 남겨놓은 상태로 압출하는 압출 생산단계(S100)와, 상기 날개부(102) 중 상기 하측튜브(100B)와 상기 벤딩부(120) 좌측 및 우측에 위치된 상기 날개부(102)를 제거하는 제1 가공단계(S200)와, 상측튜브(100A)의 좌측 및 우측에 위치된 날개부(102)를 가공하여 상기 제1 결합부(110)를 형성하는 제2 가공단계(S300) 및 상기 벤딩부(120)를 기준으로 튜브(100)를 벤딩하는 벤딩단계(S400)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 압출 생산단계(S100)에서 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 길이방향으로 유로(101)가 연장 형성된 가공대상물 좌우 양측에 상기 제1 결합부(110) 가공을 위한 날개부(102)를 남겨놓은 상태로 압출하여 튜브부재(R)를 생산하고, 상기 제1 가공단계(S200)에서 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 하측튜브(100B)와 상기 벤딩부(120)의 좌측 및 우측면에 위치된 날개부(102)를 제거하여 상기 제1 결합부(110)와 상기 제2 결합부(220)를 연결하는 결합부재가 통과할 수 있는 길을 형성하고, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이 상기 제2 가공단계(S300)에서 상기 상측튜브(100A)의 좌측 및 우측에 위치된 날개부(102)를 성형하여 상기 결합부재가 끼워질 수 있는 상기 제1 결합부(110)를 형성하며, 상기 벤딩단계(S400)에서 튜브부재(R)를 벤딩하여, 상기 하우징(200)과 직접 결합될 수 있는 튜브(100)를 생산 가능한 것이다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
D : 절연거리
1 : 전기소자
2 : 전원단
3 : 신호단
100 : 튜브
100A : 상측튜브
100B : 하측튜브
101 : 내측면
110 : 제1 결합부
120 : 벤딩부
130 : 보조 냉각면
200 : 하우징
210 : 하우징 몸체
220 : 제2 결합부
S100 : 압출 생산단계
S200 : 제1 가공단계
S300 : 제2 가공단계
S400 : 벤딩단계

Claims (7)

  1. 전기소자(1)를 냉각하기 위한 튜브(100)와, 상기 튜브(100)가 안착되는 하우징(200)을 포함하는 전기소자 냉각용 열교환기에 사용되는 상기 튜브(100)를 제조하기 위한 튜브 제조방법에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기는,
    상기 하우징(200)은 상기 튜브(100)가 안착되는 하우징 몸체(210)와, 상기 하우징 몸체(210) 가장자리에 형성되는 제2 결합부(220)를 포함하고,
    상기 튜브(100)의 가장자리에 상기 제2 결합부(220)에 대응하는 제1 결합부(110)가 형성되어, 상기 튜브(100)와 상기 하우징(200)을 직접 결합 가능하며,
    상기 튜브(100)는 벤딩부(120)가 형성되어 내측면(101)이 상기 전기소자(1)의 상면 및 하면과 접촉되고,
    상기 튜브(100)는 상기 전기소자(1)의 상측에 위치되는 상측튜브(100A)와 상기 전기소자(1)의 하측에 위치되는 하측튜브(100B)를 포함하며, 상측튜브(100A) 상에 상기 제1 결합부(110)가 형성되며,
    상기 튜브 제조방법은,
    내부에 전후 길이방향으로 냉매가 흐르는 유로(101)가 형성된 튜브부재(R)의 좌우방향 양측에 상기 제1 결합부(110) 형성을 위한 날개부(102)를 남겨놓은 상태로 압출하는 압출 생산단계(S100);
    상기 날개부(102) 중 상기 하측튜브(100B)와 상기 벤딩부(120)의 좌측 및 우측에 위치된 날개부(102)를 제거하는 제1 가공단계(S200);
    상측튜브(100A)의 좌측 및 우측에 위치된 날개부(102)를 가공하여 상기 제1 결합부(110)를 형성하는 제2 가공단계(S300); 및
    상기 벤딩부(120)를 기준으로 튜브부재(R)를 벤딩하는 벤딩단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 튜브 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기는,
    상기 제1 결합부(110) 및 상기 제2 결합부(220)는 서로 상하 마주보도록 형성되고, 상기 전기소자(1)의 전원단(2) 및 신호단(3)과 절연거리(D)를 가지는 것을 특징으로 하는, 튜브 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기는,
    상기 제1 결합부(110) 및 상기 제2 결합부(220)와 상기 전기소자(1)의 전원단(2) 및 신호단(3)은 서로 교번배열 되는 것을 특징으로 하는, 튜브 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기소자 냉각용 열교환기는,
    상기 튜브(100)는 최상측에 보조 냉각면(130)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 튜브 제조방법.
  7. 삭제
KR1020170067856A 2017-05-31 2017-05-31 전기소자 냉각용 열교환기, 전기소자 냉각용 열교환기에 사용되는 튜브 제조방법 KR102351973B1 (ko)

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