KR102539670B1 - 영상추적 장비용 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상추적 장비용 열교환기에 관한 것으로, 발열체에 설치되어 발열체를 냉각시키는 열교환기로서, 회전 동력을 발생시키는 모터를 감싸 수용하도록 구비되는 냉각판; 냉각판의 양측에 구비되어 모터에 의해 회전 구동되는 임펠러; 양측의 임펠러 중 발열체 측으로 위치된 내측 임펠러에 결합되어 발열체를 냉각시키는 증발기; 양측의 임펠러 중 외측으로 위치된 외측 임펠러에 결합되어 증발기에서 기화된 냉매를 응축시켜 증발기로 보내는 응축기;를 포함하는 열교환기를 제공한다.

Description

영상추적 장비용 열교환기{Heat exchanger}
본 발명은 영상추적 장비용 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증발기와 응축기를 순환하는 냉매를 이용하여 영상추적 장비와 같은 발열체에서 발생되는 열을 흡수하여 발열체를 냉각시킬 수 있는 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로, 지상, 항공, 해상 무기체계의 주 야간 영상추적 장비의 열 발생으로 인한 성능 저하를 방지하기 위하여 열교환기가 이용되고 있다.
하지만, 종래의 열교환기는 외부 공기에 포함된 이물질로부터 영상추적 장비의 내부 전자장비를 보호하지 못하고, 구조적인 비효율로 인하여 효율적인 열교환이 이루어지지 않는 단점이 있었다.
이에, 본 출원인에 의해 특허 등록된 대한민국 등록특허 제10-1935450호에는 영상추적 장비에 부착되어 외부 공기에 포함된 이물질로부터 내부의 전자 장비를 보호하고, 효율적인 냉각 활동을 할 수 있는 열교환기가 개시돼 있고, 이하에서는 종래의 열교환기를 첨부도면 도 1을 참조하여 설명한다.
종래의 열교환기는 도 1에 도시된 바와 같이, 회전력을 발생하는 모터부(10)와, 판 모양으로 형성되고, 중심부에 상기 모터부(10)가 수용되며, 양 측면에 복수개의 냉각핀(21)(22)이 형성되는 냉각판(20)과, 상기 냉각판(20)의 상하측에 마련되고, 상기 모터부(10)의 모터축(11)과 결합되는 임펠러(30)(31)와, 상기 임펠러(30)(31)의 상하에 결합되는 케이스(40)(41)를 포함한다.
그리고, 상기 냉각판(20)은 상기 모터부(10)가 설치되도록 중심부가 바닥 방향으로 개방된 홈으로 형성되는 모터실(23)과, 회로기판(50)이 설치되도록 상기 모터실(23)의 가장 자리에 상기 모터실(23)과 분리되어 바닥 방향으로 개방된 홈으로 형성되는 기판실(24)을 포함한다.
그런데, 종래의 열교환기는 냉각판(20)의 내.외측면에 각각 돌출된 냉각핀(21)(22)을 통해 열교환이 이루어지게 되는데, 이러한 냉각핀(21)(22)은 외부 환경에 영향을 많이 받기 때문에, 외부와 내부의 온도 차이가 크지 않을 경우는 열전도 효율이 떨어져 성능이 저하되고, 열전도 효율을 향상시키기 위해 냉각판(20)의 내.외측면에 다수의 냉각핀(21)(22)이 길게 돌출되므로 열교환기의 전체적인 부피가 커져 대형화되는 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1935450호
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발열체 측인 내측에 증발기를 구비하고 외측에 응축기를 구비하여, 증발기와 응축기를 순환하는 냉매를 이용하여 발열체에서 발생되는 열을 흡수하여 발열체를 냉각시킬 수 있도록 한 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열교환기는, 발열체에 설치되어 발열체를 냉각시키는 열교환기로서, 회전 동력을 발생시키는 모터를 감싸 수용하도록 구비되는 냉각판; 냉각판의 양측에 구비되어 모터에 의해 회전 구동되는 임펠러; 양측의 임펠러 중 발열체 측으로 위치된 내측 임펠러에 결합되어 발열체를 냉각시키는 증발기; 양측의 임펠러 중 외측으로 위치된 외측 임펠러에 결합되어 증발기에서 기화된 냉매를 응축시켜 증발기로 보내는 응축기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 임펠러 중 증발기 측에 구비된 내측 임펠러는 모터에 부착되어 모터에서 발생되는 열을 방열시키도록 구비될 수 있다.
또한, 증발기는 응축기와 복수의 냉매관으로 연결되는 본체; 본체 내부에 나란히 구비되어 본체의 내부 공간을 여러 공간으로 구획하는 다수의 전열핀; 전열핀과 본체 사이에서 본체의 내주면을 따라 형성되어 냉매가 유동되는 한편 그 양단부는 각각의 냉매관과 연결되는 내부 유로;를 포함할 수 있다.
본 발명의 열교환기에 따르면, 발열체 측인 내측에 증발기를 구비하고 외측에는 응축기를 구비하여, 증발기와 응축기를 순환하는 냉매를 이용하여 발열체에서 발생되는 열을 흡수하여 발열체를 냉각시킬 수 있으므로, 열전도 효율을 향상시킬 수 있고, 열교환기를 슬림화 및 소형화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 열교환기를 도시한 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기의 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 열교환기를 평면에서 본 분리도이다.
도 4는 본 발명에 따른 열교환기를 저면에서 본 분리도이다.
도 5는 본 발명에 따른 열교환기의 공기 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 열교환기에 적용된 응축기를 도시한 단면 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 열교환기에 적용된 증발기를 도시한 단면 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예이다.
그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이에, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
첨부도면 도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 열교환기 및 이의 내부 구조를 도시한 도면들이다.
본 발명에 따른 열교환기(100)는 영상추적 장비와 같은 발열체(미도시)에 부착되어 발열체를 냉각시키는 장치이다.
이러한 열교환기(100)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 회전 동력을 발생시키는 모터(110)를 감싸 수용하도록 구비되는 냉각판(120)과, 냉각판(120)의 양측에 구비되어 모터(110)에 의해 회전 구동되는 내측 임펠러(130) 및 외측 임펠러(140)와, 양측의 임펠러 중 발열체 측으로 위치된 내측 임펠러(130)에 결합되어 발열체를 냉각시키는 증발기(150)와, 양측의 임펠러 중 외측으로 위치된 외측 임펠러(140)에 결합되어 증발기(150)에서 기화된 냉매를 응축시켜 증발기(150)로 보내는 응축기(160)를 포함한다.
먼저, 모터(110)는 양측 즉 내측 및 외측 방향으로 모터축(111)이 돌출되게 구비되고, 양 모터축(111)에는 내측 임펠러(130) 및 외측 임펠러(140)가 결합 고정되어 구비된다. 이로써, 모터(110)에 의해 내측 임펠러(130) 및 외측 임펠러(140)는 동기되어 일체로 회전된다.
그리고, 냉각판(120)은 그 중앙부가 상방으로 돌출된 돔 형상의 원판으로 형성된다. 이러한 냉각판(120)의 하면 중앙부에는 발열체가 있는 내측 방향인 하방으로 개구된 스커트부(121)가 돌출 형성되고, 냉각판(120)의 스커트부(121)에는 모터(110)가 삽입되어 수용되게 구비된다.
이러한 냉각판(120)의 스커트부(121)에 의해 모터(110)를 감쌀 수 있으므로, 모터(110)에서 발생되는 전자기장이 냉각판(120)을 통해 외부로 방출될 수 있다.
특히, 냉각판(120)의 스커트부(121)가 하방으로 개구돼 있으므로 외부로부터 유입되는 외부 공기에 포함된 이물질로부터 모터(110)와 본 발명의 열교환기(100)가 설치되는 영상추적 장비와 같은 발열체 내부의 전자장비를 보호할 수 있게 된다.
한편, 내측 임펠러(130)와 외측 임펠러(140)는 냉각판(120)의 내측과 외측에 각각 구비되고, 내측 및 외측 임펠러(130)(140)는 모터(110)의 양 모터축(111)과 각각 결합 고정되어 일체로 회전된다.
특히, 내측 임펠러(130)는 냉각판(120)의 내측 즉 발열체가 있는 방향으로 구비되어, 발열체로부터 발생되는 고온의 열기를 냉각판(120)의 하면으로 유입시키게 된다.
이와 같은 내측 임펠러(130)의 상면은 냉각판(120) 하면의 스커트부(121)의 개구를 통해 모터(110)와 직접 접하여 있으므로, 모터(110)에서 발생된 열을 냉각시킬 수 있게 된다.
그리고, 외측 임펠러(140)는 외측 방향 즉 냉각판(120)의 상면에 구비되어, 저온의 외부 공기를 냉각판(120)의 상면으로 유입시키게 된다.
이와 같이 냉각판(120)의 상면으로 유입된 저온의 외부 공기는 후술될 응축기(160) 내를 흐르는 냉매를 응축시키게 되고, 응축된 냉매는 저온의 액체 상태로서 증발기(150)로 유입된다.
또한, 내측 임펠러(130)의 외측에는 증발기(150)가 설치되어 구비되고, 외측 임펠러(140)의 외측에는 응축기(160)가 설치되어 구비된다.
이러한 증발기(150)와 응축기(160)는 복수의 냉매관(151)(161)으로 연결되어 구비되고, 복수의 냉매관(151)(161)을 통해 증발기(150)에서 기화된 고온의 기체 상태의 냉매가 응축기(160)로 유입되고, 응축기(160)에서 응축된 저온의 액체 상태의 냉매가 다시 증발기(150)로 유입되는 순환 작용을 하게 된다.
특히, 증발기(150)는 도 7에 도시된 바와 같이, 응축기(160)와 복수의 냉매관(151)으로 연결되는 본체(150a)와, 본체(150a)의 내부에 나란히 구비되어 본체(150a)의 내부 공간을 여러 공간으로 구획하는 다수의 전열핀(150b)과, 전열핀(150b)과 본체(150a) 사이에서 본체(150a)의 내주면을 따라 형성되어 냉매가 유동되는 한편 그 양단부는 각각의 냉매관(151)과 연결되는 내부 유로(150c)를 포함한다.
본체(150a)는 열전도율이 우수한 동이나 알루미늄 또는 스테인리스 재질로 형성된 중공의 원판형으로 구비되고, 그 원주면에는 복수의 냉매관(151)이 후술될 본체(150a)의 내부 유로(150c)와 각각 연통되게 연결된다. 여기서, 본 실시예에서는 본체(150a)의 형상을 원판형으로 예시하였으나, 이에 국한되거나 한정되는 것은 아니다.
그리고, 본체(150a)의 내부에는 다수의 전열핀(150b)이 구비되고, 다수의 전열핀(150b)은 본체(150a) 내부에 여러 열로 나열되게 구비되어, 본체(150a)의 내부 공간을 여러 공간(전열핀(150b) 간의 유로들)으로 구획하게 된다.
이와 같이 구비되는 다수의 전열핀(150b)은 본체(150a)에 연결된 복수의 냉매관(151)과 마주하도록 구비되어 전열핀(150b) 간의 유로가 냉매관(151)과 직교되게 구비된다. 이는, 전열핀(150b) 간의 유로를 냉매관(151)과 직교되게 구비됨으로써, 본체(150a) 내부로 유입된 냉매의 체류 시간과 유동 면적을 최대한 확보하여 전열 면적을 극대화함으로써 열전도율을 향상시키도록 한 것이다.
이러한 다수의 전열핀(150b)은 본체(150a)의 내주면과 일정 거리 이격되게 구비됨으로써, 전열핀(150b)과 본체(150a)의 내주면 사이에는 내부 유로(150c)가 형성된다.
이러한 내부 유로(150c)는 본체(150a)의 내주면을 따라 형성되고, 본체(150a)가 원판형으로 형성됨으로써 원호형의 내부 유로(150c)를 유동하는 냉매는 원활한 흐름으로 유동할 수 있게 된다.
그리고, 내부 유로(150c)의 양단부는 복수의 냉매관(151)에 각각 연결되어 구비됨으로써, 일측 냉매관을 통해 본체(150a)의 내부 유로(150c)로 유입된 액체 상태의 냉매는 내부 유로(150c)를 일방향으로 흐르면서 열교환에 의해 기화되어 기체 상태로 상변화가 이루어지고 기체 상태의 냉매는 타측 냉매관으로 유입되어 배출되는 원활한 흐름을 갖게 된다.
한편, 응축기(160)는 도 6에 도시된 바와 같이, 증발기(150)와 복수의 냉매관(161)으로 연결된 본체(160a)와, 본체(160a)의 내부에 형성되어 복수의 냉매관(161)을 연결하는 내부 유로(160b)를 포함한다.
응축기(160)의 본체(160a)는 열전도율이 우수한 동이나 알루미늄 또는 스테인리스 재질로 형성된 중공의 원판형으로 구비될 수 있고, 그 원주면에는 복수의 냉매관(161)이 각각 연결되어 구비된다.
그리고, 본체(160a)의 내부 유로(160b)는 본체(160a)의 형상을 따라 내부에서 외부로, 또는 외부에서 내부로 이어지는 원형 또는 나선형의 한 라인으로 형성됨으로써, 내부 유로(160b)의 양단부는 복수의 냉매관(161)에 각각 연결된다. 이에 따라, 일측 냉매관을 통해 본체(160a)의 내부 유로(160b)로 유입된 기체 상태의 냉매는 내부 유로(160b)를 일방향으로 흐르면서 응축되어 액체 상태로 상변화가 이루어지고 액체 상태의 냉매는 타측 냉매관으로 유입되어 배출되는 원활한 흐름을 갖게 된다.
한편, 상기와 같이 구비되는 증발기(150) 및 응축기(160)의 외측에는 각각의 케이스(170)(171)가 구비되고, 양 케이스(170)(171)는 냉각판(120)의 양측에 각각 결합되어 구비된다.
양 케이스 중 증발기(150) 측에 구비되는 내측 케이스(170)는 그 중앙부에 증발기(150)의 본체(160a)보다 큰 직경의 유입구가 천공되어 구비된다. 이러한 내측 케이스(170)는 고온의 열기가 발생되는 영상추적 장비 등과 같은 발열체에 부착됨으로써, 고온의 열기는 모두 내측 케이스(170)의 유입구를 통해 유입된다. 즉, 발열체의 내부 전자장비로부터 발생되는 고온의 열기가 내측 임펠러(130)에 의해 내측 케이스(170)를 통하여 증발기(150) 측으로 유입된다.
그리고, 외측 케이스(171)는 그 중앙부에 다수의 유입구가 천공되어 메쉬 형태로 구비되어, 외부 공기 중의 불순물을 걸러낼 수 있게 된다. 외측 케이스(171)는 저온의 공기가 유입될 수 있도록 외측 방향으로 구비되고, 외측 임펠러(140)에 의해 저온의 외부 공기가 외측 케이스(171)를 통하여 응축기(160) 측으로 유입된다.
또한, 냉각판(120)의 외주면에는 실링부(180)가 구비될 수 있다. 실링부(180)는 냉각판(120)의 외주면을 따라 구비되어, 모터(110)에서 발생되어 냉각판(120)을 통해 전달되는 전자기장이 실링부(180)를 통해 배출된다.
이상과 같은 본 발명에 따른 열교환기(100)는 모터(110)에 전원이 공급되면 모터축(111)이 회전됨에 따라 양 모터축(111)에 각각 연결된 내측 임펠러(130)와 외측 임펠러(140)가 동시에 회전된다.
그러면, 내측 임펠러(130)의 회전에 의해 발열체 내에서 발생된 고온의 열기(내부 공기)가 도 5에서와 같이 내측 케이스(170) 내로 유입되고, 내측 케이스(170)로 유입된 고온의 열기는 증발기(150)와 직접 접촉되면서 증발기(150) 내를 흐르는 저온의 냉매와 열교환되어 냉각된다.
냉각된 내부 공기는 다시 냉각판(120)과 내측 케이스(170) 사이를 통해 발열체 내로 유입되고, 증발기(150)에서 열교환에 의해 기화된 냉매는 냉매관(151)(161)을 통해 응축기(160)로 유입된다.
응축기(160)로 유입된 고온의 기체 상태의 냉매는 응축기(160) 내를 흐르면서 외측 임펠러(140)의 회전에 의해 유입된 저온의 외부 공기와 접촉되어 열교환된다.
이로써, 저온의 외부 공기와 열교환된 응축기(160)의 냉매는 고온의 기체 상태에서 저온의 액체 상태로 상변화가 이루어지게 되고, 저온의 액체 상태의 냉매는 다시 냉매관(151)(161)을 증발기(150)로 유입되어 발열체는 냉각시키는 흐름을 반복하게 된다.
따라서, 증발기(150)와 응축기(160)를 순환하는 냉매를 이용하여 영상추적 장비와 같은 발열체를 냉각시킴으로써, 신속한 열전도율로 인해 냉각 효율을 향상시킬 수 있고, 열교환기(100)를 슬림화 및 소형화할 수 있게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
10 : 모터부 11 : 모터축
20 : 냉각판 21 : 내측 냉각핀
22 : 외측 냉각핀 23 : 모터실
24 : 기판실 30 : 내측 임펠러
31 : 외측 임펠러 40 : 내측 케이스
41 : 외측 케이스 50 : 회로기판
100 : 열교환기 110 : 모터
111 : 모터축 120 : 냉각판
121 : 스커트부 130 : 내측 임펠러
140 : 외측 임펠러 150 : 증발기
150a : 본체 150b : 전열핀
150c : 내부 유로 151 : 냉매관
160 : 응축기 160a : 내부 유로
161 : 냉매관 170 : 내측 케이스
171 : 외측 케이스 180 : 실링부

Claims (3)

  1. 발열체에 설치되어 발열체를 냉각시키는 열교환기로서,
    회전 동력을 발생시키는 모터를 감싸 수용하도록 구비되는 냉각판;
    냉각판의 양측에 구비되어 모터에 의해 회전 구동되는 임펠러;
    양측의 임펠러 중 발열체 측으로 위치된 내측 임펠러에 결합되어 발열체를 냉각시키는 증발기;
    양측의 임펠러 중 외측으로 위치된 외측 임펠러에 결합되어 증발기에서 기화된 냉매를 응축시켜 증발기로 보내는 응축기;를 포함하는 열교환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    임펠러 중 증발기 측에 구비된 내측 임펠러는 모터에 부착되어 모터에서 발생되는 열을 방열시키도록 구비되는 열교환기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    증발기는 응축기와 복수의 냉매관으로 연결되는 본체;
    본체 내부에 나란히 구비되어 본체의 내부 공간을 여러 공간으로 구획하는 다수의 전열핀;
    전열핀과 본체 사이에서 본체의 내주면을 따라 형성되어 냉매가 유동되는 한편 그 양단부는 각각의 냉매관과 연결되는 내부 유로;를 포함하는 열교환기.
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