JP2013528323A - 発熱素子用冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本発明はLED素子のように駆動時、熱を発生させる発熱素子用冷却装置に関する。
本発明による発熱素子用冷却装置は、一面が発熱素子に密着し、発熱素子の熱を蓄積する第1の銅ヒートプレート;第1の銅ヒートプレートの他面から延長され、蓄積される熱を延長される方向に伝導させる銅ヒートパス;第1の銅ヒートプレートと離隔し銅ヒートパスを密着支持する支持ホールが形成され、伝導される熱を拡散させる第2の銅ヒートプレート;及び第1の銅ヒートプレート及び第2の銅ヒートプレートの他面に形成され、蓄積または拡散した熱を外部に放出させるヒートピンを含む。
本発明の発熱素子用冷却装置は簡単な構成で冷却効率を極大化させることができる效果がある。

Description

本発明は、LED素子及びIT用発熱素子のように、駆動時、熱を発生させる発熱素子用冷却装置に関する。
一般に、電子製品を構成する抵抗、インダクタ、コンデンサ、半導体などの電子素子は、駆動中に電気エネルギーのうち一部を熱エネルギーに切り替えるので、高温の熱を発生させる。この素子の発熱によって電子製品の作動エラーが発生し、深刻には電子製品が破損する問題点がある。そのため、放熱板、放熱ピン、放熱ファンなど発熱素子を冷却させるための多様な冷却装置が用いられており、冷却の効率を向上させるための研究開発が持続的になされている実情である。
一方、最近LED(light emitting diode)素子の開発及び普及が広がるにつれてLED照明が従来の白熱灯、蛍光灯のような灯器具を代替しており、漸次的に多様な分野に応用されている。このようなLED素子も半導体素子として駆動する時、多くの熱を発生させる問題点がある。
本発明は前記問題を解決するために案出されたものであって、発熱素子の熱を效果的に冷却させることができる発熱素子用冷却装置を提供することにその目的がある。
また、本発明は発熱素子のうち最近その使用が広がっているLED素子を用いたLED灯(light emitting diode 灯)の冷却装置を提供することにその目的がある。
本発明が解決しようとする課題は前述した課題に制限されず、ここに言及されない本発明が解決しようとするまた他の課題は下記記載から本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者に明確に理解され得る。
本発明による発熱素子用冷却装置は、一面が発熱素子に密着し、発熱素子の熱を蓄積する第1の銅ヒートプレート;第1の銅ヒートプレートの他面から延長され、蓄積される熱を延長される方向に伝導させる銅ヒートパス;一面が第1の銅ヒートプレートの他面と離隔し、銅ヒートパスを密着支持する支持ホールが形成され、伝導される熱を拡散させる第2の銅ヒートプレート;及び第1の銅ヒートプレートの他面及び第2の銅ヒートプレートの他面に形成され、蓄積または拡散した熱を外部に放出させるヒートピンを含む。
また、本発明の発熱素子用冷却装置は、第1の銅ヒートプレート、第2の銅ヒートプレート及びヒートピンの全体または一部の側面を密閉させる第3の銅ヒートプレートをさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の発熱素子用冷却装置は、一端が銅ヒートパスの延長端または第2の銅ヒートプレートの他面に連結され、他端まで接触なしに巻取され、蓄積または拡散する熱を他端まで伝導し、大気との温度差によって震動し、強制対流して熱を外部に放出させる少なくとも一つ以上の銅ヒートコイルをさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の銅ヒートコイルは巻取コイル形または巻取板形に形成されることを特徴とする。
また、本発明の発熱素子用冷却装置は、第1の銅ヒートプレートから側面と上面をさらに形成し、内部空間に冷却水を内在させて密閉する第4の銅ヒートプレート;及び冷却水に接触する銅ヒートパスの外周面に形成され、銅ヒートパスの伝導熱を冷却水に伝導する銅ヒートピンをさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の冷却水は不凍液であることを特徴とする。
また、本発明の銅ヒートパスは少なくとも一対の端が連結されるパイプ状に形成され、内部に冷却水が満たされることを特徴とする。
また、本発明の発熱素子用冷却装置は、第1の銅ヒートプレート、銅ヒートパス、第2の銅ヒートプレート及びヒートピンが成すヒートブロックの一側に設けられ、動作時間を25000時間以上維持して大気を強制対流し、ヒートブロックのほこりを除去する低速冷却ファン;及びヒートブロックの温度を感知してあらかじめ設定された温度閾値以上の場合、低速冷却ファンを作動させ、温度閾値未満の場合、低速冷却ファンを停止させるサーモスタットをさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の銅ヒートパスはパイプ状、プレート状、多角形の棒状またはコイル状のうちいずれか一つの形状に形成されることを特徴とする。
また、本発明の第2の銅ヒートプレートは少なくとも二つ以上が銅ヒートパスが延長される方向に離隔して形成され、ヒートピンは第2の銅ヒートプレートごとに形成されることを特徴とする。
また、本発明のヒートピンはアルミニウム材質またはアルミニウムと銅の混合材質であることを特徴とする。
また、本発明のヒートピンは板形ピンまたは凹凸形ピンからなることを特徴とする。
また、本発明の発熱素子用冷却装置は、第1の銅ヒートプレート、銅ヒートパス、第2の銅ヒートプレート及びヒートピンを支持し、開放型または閉鎖型に形成されるアルミニウムケースをさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の発熱素子はLED(light emitting diode)素子またはIT用発熱素子のうち少なくともいずれか一つであることを特徴とする。
また、本発明の発熱素子用冷却装置は、LED素子を固定し支持するアルミニウムLEDカバーと、最外郭で取り囲んで保護する合成樹脂LEDカバーとをさらに含むことを特徴とする。
本発明によるまた他の発熱素子用冷却装置は、一面が発熱素子に密着し、発熱素子の熱を蓄積する第1の金属材質で形成される第1のヒートプレート;第1の金属材質で形成され、第1のヒートプレートの他面から延長され、蓄積される熱を延長される方向に伝導させるヒートパス;第1の金属材質で形成され、一面が第1のヒートプレートの他面と離隔し、ヒートパスを密着支持する支持ホールが形成され、伝導される熱を拡散させる第2のヒートプレート;及び第1の金属材質より放熱効率に優れている第2の金属材質で形成され、第1のヒートプレートの他面及び第2のヒートプレートの他面に形成され、蓄積または拡散した熱を外部に放出させるヒートピンを含む。
また、本発明の第2の金属材質はアルミニウムまたはアルミニウムと銅の混合材質であり、第1の金属材質は第2の金属材質より熱伝導性及び熱蓄積性に優れている金、銀または銅材質であることを特徴とする。
前記技術的解決方法によって、本発明の発熱素子用冷却装置は簡単な構成で冷却効率を極大化させることができる效果がある。
また、本発明の発熱素子用冷却装置は発熱素子の発熱程度によってその構造を容易に変更し、冷却効率を調節することができる效果がある。
また、本発明の発熱素子用冷却装置は冷却効率が高く、携帯が可能な冷却装置一体型LED灯を提供することができる效果がある。
本発明の実施例1による発熱素子用冷却装置の基本構造を示す概略図である。 本発明の実施例1による他の発熱素子用冷却装置を示す概略図である。 本発明の実施例1によるLED素子用冷却装置の斜視図である。 本発明の実施例1によるLED素子用冷却装置の合成樹脂LEDカバーを取り除いて示す斜視図である。 本発明の実施例1によるLED素子用冷却装置の断面図である。 本発明の実施例2による発熱素子用冷却装置の基本構造を示す概略図である。 本発明の実施例2による発熱素子用冷却装置においてヒートブロックの構造を示す概略図である。 本発明の実施例2によるLED素子用冷却装置の斜視図である。 本発明の実施例2によるLED素子用冷却装置の合成樹脂LEDカバーを取り除いて示す斜視図である。 本発明の実施例2によるLED素子用冷却装置の断面図である。 本発明の実施例3による発熱素子用冷却装置の基本構造を示す概略図である。 本発明の実施例3による他の発熱素子用冷却装置を示す概略図である。 本発明の実施例3によるLED素子用冷却装置の斜視図である。 本発明の実施例3によるLED素子用冷却装置の合成樹脂LEDカバーを取り除いて示す斜視図である。 本発明の実施例3によるLED素子用冷却装置の断面図である。 本発明の実施例4による発熱素子用冷却装置の基本構造を示す概略図である。 本発明の実施例4による他の発熱素子用冷却装置を示す概略図である。 本発明の実施例4によるまた他の発熱素子用冷却装置を示す概略図である。 本発明の実施例4によるLED素子用冷却装置の斜視図である。 本発明の実施例4によるLED素子用冷却装置の合成樹脂LEDカバーを取り除いて示す斜視図である。 本発明の実施例4によるLED素子用冷却装置の断面図である。 本発明の実施例5による発熱素子用冷却装置の基本構造を示す概略図である。 本発明の他の実施例によるLED素子用冷却装置を示す図面である。
以上のような本発明に係る解決しようとする課題、課題を解決するための手段、発明の效果を含む具体的な事項は次に記載する実施例及び図面に含まれている。本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は添付の図面と共に詳細に後述する実施例を参照すれば明確になる。
以下、添付の図面を参照して本発明をより詳細に説明することにする。
〔実施例1〕
図1は、本発明の実施例1による発熱素子用冷却装置の基本構造を示す概略図である。
図1に示すように、本発明の実施例1による発熱素子用冷却装置は、一面が発熱素子10に密着し、発熱素子10の熱を蓄積する第1の銅ヒートプレート(first Cu heat plate)110と、第1の銅ヒートプレート110の他面から延長され蓄積される熱を延長される方向に伝導させる銅ヒートパス(Cu heat path)120と、一面が第1の銅ヒートプレート110の他面と離隔し、銅ヒートパス120を密着支持する支持ホール131が形成され、伝導される熱を拡散させる第2の銅ヒートプレート(second Cu heat plate)130と、第1の銅ヒートプレート110の他面及び第2の銅ヒートプレート130の他面に形成され、蓄積または拡散した熱を外部に放出させるヒートピン(heat pin)140を含む。
このように本発明の実施例1では、熱伝導度が約384W/mK程度で、熱伝導度が約202W/mKであるアルミニウム(Al)より熱伝導性に優れているが、熱蓄積性が強いため、一般に冷却素材として使われていない銅(Cu)の特性を逆に用いる。すなわち、発熱素子10の熱を直ちに吸収して蓄積し、経路に沿って早い速度で伝導させ、銅の構造物にもれなく拡散させる。拡散する熱はアルミニウム構造物によって外部に放出される。これによって、従来の冷却装置に比べて冷却効率を效果的に向上させることができる。
具体的に、本発明の実施例1による発熱素子用冷却装置は、発熱素子10から出る熱を熱伝導度に優れている銅材質と、熱伝導度が良くまた熱の排出能力も良いアルミニウム材質を用いて熱の伝導、対流、輻射の冷却能を効率的に活用するために、熱伝導性と熱蓄積性に優れている第1の銅ヒートプレート110、銅ヒートパス120及び第2の銅ヒートプレート130を、放熱効率に優れているヒートピン140と共に構成する。
第1の銅ヒートプレート110、銅ヒートパス120、第2の銅ヒートプレート130及びヒートピン140の構成で一つのヒートブロック(heat block)をなし、このヒートブロックは発熱素子10から出る熱を第1の銅ヒートプレート110で素早く吸収し、銅ヒートパス120を通じて熱を銅ヒートパス120が延長される方向(図1では上方)に伝導させることによって、第2の銅ヒートプレート130に熱を伝達し拡散させる。これは狭い管を流れる液体が広い管に拡散する時、圧力と温度が低くなることと同じ原理で、第2の銅ヒートプレート130が銅ヒートパス120より広い断面積を成すことで、狭い面積の銅ヒートパス120を通じて伝導された熱が第2の銅ヒートプレート130によって広く拡散し、一部冷却效果も有するようになる。銅ヒートパス120はその製作の容易性または必要に応じてパイプ状、プレート状、多角形の棒状またはコイル状のうちいずれか一つの形状に形成してもよい。すなわち、銅材質のヒート経路を形成する総体的なものがこれに該当する。
一方、第1の銅ヒートプレート110及び第2の銅ヒートプレート130それぞれに形成されたヒートピン140を通じて、蓄積または拡散した熱が外部に放出される。ヒートピン140は上述したように放熱効率に優れているアルミニウム材質で形成するか、熱伝導性がさらに求められる場合などにはアルミニウムと銅の混合材質で形成することが好ましい。また、本発明の実施例1によるヒートピン140はその必要に応じて板形ピン140a、140bまたは凹凸形ピン140cからなリ得る。凹凸形ピン140cの場合には、その積層個数によって厚さを任意に調節することができ、弾性による耐衝撃性を有するので、最上層に形成することが好ましい。
また、本発明の実施例1では少なくとも二つ以上の第2の銅ヒートプレート130a、130bが、銅ヒートパス120が延長される方向に離隔し形成され、ヒートピン140a、140b、140cは第1の銅ヒートプレート110及び第2の銅ヒートプレート130a、130bごとに形成されることが可能である。すなわち、高温の熱を発生させる発熱素子10の場合には、熱経路である銅ヒートパス120を長く設置し、第2の銅ヒートプレート130とヒートピン140を連続的に交番して積層することで、発熱素子10から発生する熱を遠い所まで伝導させながら、拡散と放熱を繰り返して十分に冷却させることができる。
したがって、本発明の実施例1による発熱素子用冷却装置は発熱素子、例えば、コンピューター、ディスプレイ装置などの電子製品を構成する抵抗、インダクタ、コンデンサ、半導体などの電子素子の冷却効率を極大化させることができる。また、本発明の実施例1による発熱素子用冷却装置は発熱素子の発熱程度によって積層構造を容易に変更して冷却効率を調節することができる。
図2は、本発明の実施例1による他の発熱素子用冷却装置を示す概略図である。
図2に示すように、本発明の実施例1による他の発熱素子用冷却装置は、図1に示された本発明の実施例1による発熱素子用冷却装置の構成要素に加えて、第1の銅ヒートプレート、前記第2の銅ヒートプレート及び前記ヒートピンの全体または一部の側面を密閉させる第3の銅ヒートプレート150をさらに含むことができる。
すなわち、発熱素子用冷却装置は、図1のように第3の銅ヒートプレート150を備えないことで、全体を開放型で形成することができる一方、図2のように、第1の銅ヒートプレート110と下側の第2の銅ヒートプレート130aとの間の側面を取り囲む第3の銅ヒートプレート150を備えることで、一部を密閉させることができる。また、第3の銅ヒートプレート150を最上部のヒートピン140cの側面まで形成することで、全体を密閉型で形成することができる。この時、最上部のヒートピン140cの上面に第2の銅ヒートプレート130をさらに積層することで、気密性をさらに高めることができる。
このように、全体または一部を密閉することで異物の投入を防止し、ほこりなどの異物が多い環境でも発熱素子用冷却装置を十分に用いることができる。
図3ないし図5は、本発明の実施例1による発熱素子用冷却装置のうちLED素子用冷却装置を一例に示す図面である。具体的に、図3は本発明の実施例1によるLED素子用冷却装置の斜視図であり、図4は本発明の実施例1によるLED素子用冷却装置の合成樹脂LEDカバーを取り除いて示す斜視図であり、図5は本発明の実施例1によるLED素子用冷却装置の断面図である。
図3ないし図5に示すように、本発明の実施例1によるLED素子用冷却装置は第1の銅ヒートプレート210、銅ヒートパス220、第2の銅ヒートプレート230、ヒートピン240、アルミニウムケース250、アルミニウムLEDカバー260及び合成樹脂LEDカバー270を備え、LED素子20と一体で構成されてLED灯200を成している。
ここで、本発明の実施例1によるLED素子用冷却装置は、基本的に第1の銅ヒートプレート210、銅ヒートパス220、第2の銅ヒートプレート230及びヒートピン240を含み、熱を直ちに吸収して蓄積し、経路に沿って早い速度で伝導させ拡散させる。拡散する熱はヒートピン240を通じて外部に放出され、第2の銅ヒートプレート230とヒートピン240は必要に応じて交番して積層可能である。第1の銅ヒートプレート210、銅ヒートパス220、第2の銅ヒートプレート230及びヒートピン240に係るより詳細な説明は図1を参照して説明した本発明の実施例1による発熱素子用冷却装置を参考することとし、以下では略することにする。
アルミニウムケース250は積層構造を成す、第1の銅ヒートプレート210、銅ヒートパス220、第2の銅ヒートプレート230及びヒートピン240の外郭に形成され、これらを固定して支持し、LED素子用冷却装置をさらに堅固にする。また、その材質がアルミニウムであることから、前記構成要素と接触する部分から一部熱の伝導を受けて外部に放出する放熱機能も有している。また、アルミニウムケース250は、図3ないし図5のように、下部と側面の角部を除いた他の部分が削除されて開放型を成す。したがって、外部空気との対流を容易にして冷却効率を向上させることができる。反面、必要に応じては閉鎖型で形成することも可能である。例えば、ほこりなど異物が多い環境で用いるためには閉鎖型アルミニウムケースを製造して用いるようにする。
また、本発明の実施例1によるLED素子用冷却装置は、アルミニウムLEDカバー260と合成樹脂LEDカバー270とをさらに含むことが好ましい。
アルミニウムLEDカバー260はLED素子20を固定し支持するためのものであって、板状に形成され第1の銅ヒートプレート210の一面に密着する一方、LED素子20を固定し支持するための支持ホールが形成される。ここで、LED素子20は矩形状の金属PCB(printed circuit board)と共に構成され、第1の銅ヒートプレート210の一面に密着するので、支持ホールは矩形状を成す長孔形で形成することが好ましい。また、アルミニウムLEDカバー260はアルミニウム材質で形成されることによって、第1の銅ヒートプレート210から伝導された熱の一部を外部に放熱して冷却効率を増加させる。
合成樹脂LEDカバー270は、LED素子及びLED素子用冷却装置の最外郭で取り囲み、これを保護する機能を有する。すなわち、合成樹脂LEDカバー270は、LED素子20を保護し、LED光を外部に放出するために透明性材質の第1の合成樹脂LEDカバー270aと、上述したLED素子用冷却装置の構成要素を保護するための第2の合成樹脂LEDカバー270bとで構成される。第2の合成樹脂LEDカバー270bはアルミニウムケース250と同様に開放型と閉鎖型で形成することができ、図3ないし図5では開放型を一例に挙げている。合成樹脂LEDカバー270は射出成形が容易なポリカーボネート(polycarbonate)樹脂などで形成する。
このような構成を有する本発明の実施例1によるLED素子用冷却装置は、冷却効率が高く、携帯が可能な冷却装置一体型LED灯を構成することができる。
〔実施例2〕
図6は、本発明の実施例2による発熱素子用冷却装置の基本構造を示す概略図である。
図6に示すように、本発明の実施例2による発熱素子用冷却装置は、発熱素子10に密着し、発熱素子10の熱を蓄積するヒートブロック(heat block)310と、一端がヒートブロック310に連結されて他端まで接触なしに巻取され、蓄積される熱を他端まで伝導し、大気との温度差によって震動し、強制対流して熱を外部に放出させる銅ヒートコイル(Cu heat coil)320とを含む。
本発明の実施例2による発熱素子用冷却装置は、熱伝導性と熱蓄積性に優れている銅材質を用いて銅ヒートコイル320を製造し、ヒートブロック310に接触させる。銅ヒートコイル320は他端まで接触なしに巻取されるため、実質的には非常に長い熱伝逹経路を成すようになる。したがって、蓄積された熱は銅ヒートコイル320の端、遠い所まで伝導されて熱を排出させる役目を果たす。
これに加えて、銅ヒートコイル320はヒートブロック310から伝導される熱と大気の温度差によって銅ヒートコイル320に微細な熱の流れだけ存在しても、この銅ヒートコイル320が震動してその冷却能力が増加する。すなわち、熱のある長い棒を大気の中に振る時、大気との摩擦による強制対流で冷却されることと同じ原理で、銅ヒートコイル320は震動による強制対流と大気自体の対流が加わって熱を外部に放出する冷却能力が増大する。一方、本発明の実施例2による銅ヒートコイル320はその製作の容易性または必要に応じて巻取コイル形または巻取板形で形成されることが可能である。
ここで、ヒートブロック310は発熱素子10の熱を蓄積して銅ヒートコイル320に伝導する機能を有し、熱を拡散させるか外部に放出する、次の図7のような本発明の実施例2の発熱素子用冷却装置の構造による。
図7は、本発明の実施例2による発熱素子用冷却装置においてヒートブロックの構造を示す概略図である。
図7に示すように、本発明の実施例2によるヒートブロック310は、一面が発熱素子10に密着し、発熱素子10の熱を蓄積する第1の銅ヒートプレート311と、第1の銅ヒートプレート311の他面から延長され蓄積される熱を延長される方向に伝導させる銅ヒートパス312と、一面が第1の銅ヒートプレート311の他面と離隔し、銅ヒートパス312を密着支持する支持ホール315が形成され、伝導される熱を拡散させる第2の銅ヒートプレート313と、第1の銅ヒートプレート311の他面及び第2の銅ヒートプレート313の他面に形成され、蓄積または拡散した熱を外部に放出させるヒートピン314とを含む。
本発明の実施例2による銅ヒートコイル320は銅ヒートパス312の延長される端に設置可能である。また、銅ヒートコイル320の連結端を最上層の第2の銅ヒートプレート313bの他面まで延長することで、第2の銅ヒートプレート313bにも設置可能である。
第1の銅ヒートプレート311、銅ヒートパス312、第2の銅ヒートプレート313及びヒートピン314に係るより詳細な説明は図1及び図2を参照して説明した本発明の実施例1による発熱素子用冷却装置を参考することにし、以下では略することにする。
このように、本発明の実施例2による発熱素子用冷却装置は銅ヒートコイルとヒートブロックの構成によって発熱素子、例えば、コンピューター、ディスプレイ装置などの電子製品を構成する抵抗、インダクタ、コンデンサ、半導体などの電子素子の冷却効率を極大化させることができる。また、本発明の実施例2による発熱素子用冷却装置は発熱素子の発熱程度によって積層構造または銅ヒートコイルの個数を容易に変更して冷却効率を調節することができる。
図8ないし図10は、本発明の実施例2による発熱素子用冷却装置のうちLED素子用冷却装置を一例に示す図面である。具体的に、図8は本発明の実施例2によるLED素子用冷却装置の斜視図であり、図9は本発明の実施例2によるLED素子用冷却装置の合成樹脂LEDカバーを取り除いて示す斜視図であり、図10は本発明の実施例2によるLED素子用冷却装置の断面図である。
図8ないし図10に示すように、本発明の実施例2によるLED素子用冷却装置はヒートブロック410、銅ヒートコイル420、アルミニウムケース430、アルミニウムLEDカバー440及び合成樹脂LEDカバー450を備え、LED素子20と一体で構成され、LED灯400を成している。ヒートブロック410は第1の銅ヒートプレート411、銅ヒートパス412、第2の銅ヒートプレート413、ヒートピン414で構成される。
ここで、本発明の実施例2によるLED素子用冷却装置は、基本的にヒートブロック410、銅ヒートコイル420を含んで、熱を直ちに吸収して蓄積し、経路に沿って早い速度で伝導させ拡散させる。銅ヒートコイル420に伝導される熱は経路が長く、震動による強制対流で外部に熱を放出する。また、拡散する熱はヒートピン414を通じて外部に放出される。ヒートブロック410及び銅ヒートコイル420に係るより詳細な説明は図6及び図7を参照して説明した本発明の実施例2による発熱素子用冷却装置を参考することにし、以下では略することにする。
また、アルミニウムケース430、アルミニウムLEDカバー440と合成樹脂LEDカバー450をさらに含むLED素子用冷却装置の構成は本発明の実施例1と同一である。
このような構成を有する本発明の実施例2によるLED素子用冷却装置は、冷却効率が高く、携帯が可能な冷却装置一体型LED灯を構成することができる。
〔実施例3〕
図11は、本発明の実施例3による発熱素子用冷却装置の基本構造を示す概略図である。
図11に示すように、本発明の実施例3による発熱素子用冷却装置は、一面が発熱素子10に密着し、発熱素子10の熱を蓄積して内部の冷却水510aに伝導させる銅ヒートブロック510と、一面から銅ヒートブロック510を貫通して延長され、蓄積される熱を延長される方向に伝導させる銅ヒートパス520と、銅ヒートブロック510の内部に位置する銅ヒートパス520の外周面に形成され、伝導される熱を冷却水510aに伝導する銅ヒートピン530と、銅ヒートブロック510の他面に密着し、銅ヒートパス520が貫通し、蓄積または伝導される熱を外部に放出させるアルミニウムヒートピン540とを含む。ここで、銅ヒートブロック510は第1の銅ヒートプレート511と、第1の銅ヒートプレート511から側面と上面をさらに形成し、内部空間に冷却水を内在させて密閉する第4の銅ヒートプレート512で構成される。
具体的に、本発明の実施例3では、銅材質を用いてその内部に環境条件が変わっても凍らない、すなわち、不凍液の冷却水510aをつめて上下部及び側面を密閉させる銅ヒートブロック510を製造する。この時、銅ヒートパス520と銅ヒートピン530も共に密閉される。また、銅ヒートパス520はその製作の容易性または必要に応じてパイプ状、プレート状、多角形の棒状またはコイル状のうちいずれかの形状に形成してもよく、特に、パイプ状の銅ヒートパス520を用いる場合には、少なくとも一対の端を互いに連結させ∩形状に形成し、その内部に冷却水520aをつめることが可能である。冷却水520aによって冷却効率をより一層増加させることができる。このように、銅材質のヒート経路を形成する総体的なものがこれに該当する。また、銅ヒートピン530は設置空間が狭小なので、その大きさを容易に調節できる凹凸形ピンを用いることが好ましい。また、アルミニウムヒートピン540は銅ヒートブロック510の他面に密着する。アルミニウムヒートピン540は放熱効率が比較的に高い板形ピンで形成するようにする。アルミニウムヒートピン540はアルミニウム材質で形成するが、必ずしもアルミニウム材質だけで製造されるものではない。すなわち、必要に応じて熱伝導性を高めるために銅を混合して製造することも可能であり、場合によってアルミニウムのように熱を外部に放出できる類似の材質で代替することも可能である。
また、本発明の実施例3による発熱素子用冷却装置は次の構成要素をさらに含む。銅ヒートブロック510と離隔し、銅ヒートパス520を密着支持する支持ホール551が形成され、伝導される熱を拡散させる第2の銅ヒートプレート550と、第2の銅ヒートプレート550に形成され、拡散した熱を外部に放出させるアルミニウムヒートピン560とを含む。
このような構成によって、発熱素子10から発生する熱は銅ヒートブロック510の一面(図11では下面)で素早く吸収させ、銅ヒートブロック510から直接内部の冷却水510aに熱を伝導する一方、銅ヒートパス520を通じて銅ヒートパス520が延長される方向(図11では上方)に熱を伝導させて内部の冷却水510aに熱を伝導する。この時、銅ヒートピン530によって冷却水510aに多い面積を接触させ、熱伝導の効率を増加させる。冷却水510aによって冷却せずに残った残熱が銅ヒートブロック510の他面(図11では上方)に伝導され、銅ヒートブロック510の他面に密着するアルミニウムヒートピン540に伝導されることで外部に放出される。
図12は、本発明の実施例3による他の発熱素子用冷却装置を示す概略図である。
図12に示すように、本発明の実施例3による他の発熱素子用冷却装置は冷却効率をより一層向上させるために、一端が銅ヒートパス520に連結され、他端まで接触せずに巻取される銅ヒートコイル570をさらに含むことが可能である。
また、本発明の実施例3による銅ヒートコイル570は銅ヒートパス520の端だけではなく、または、第2の銅ヒートプレート550の他面に複数形成されることが可能である。その個数は発熱素子10の温度によって異ならせることができる。例えば、高温の発熱素子の場合、その個数を増やし、低温の発熱素子の場合、その個数を減少するようにする。
したがって、本発明の実施例3による発熱素子用冷却装置は銅ヒートブロックと銅ヒートコイルの構成によって発熱素子、例えば、コンピューター、ディスプレイ装置などの電子製品を構成する抵抗、インダクタ、コンデンサ、半導体などの電子素子の冷却効率を極大化させることができる。また、本発明の他の実施例による発熱素子用冷却装置は発熱素子の発熱程度によって積層構造または銅ヒートコイルの個数を容易に変更して冷却効率を調節することができる。
図13ないし図15は、本発明の実施例3による発熱素子用冷却装置のうちLED素子用冷却装置を一例に示す図面である。具体的に、図13は本発明の実施例3によるLED素子用冷却装置の斜視図であり、図14は本発明の実施例3によるLED素子用冷却装置の合成樹脂LEDカバーを取り除いて示す斜視図であり、図15は本発明の実施例3によるLED素子用冷却装置の断面図である。
図13ないし図15に示すように、本発明の実施例3によるLED素子用冷却装置は銅ヒートブロック610、銅ヒートパス620、銅ヒートピン630、アルミニウムヒートピン640、660、第2の銅ヒートプレート650、銅ヒートコイル670、アルミニウムケース680、アルミニウムLEDカバー690及び合成樹脂LEDカバー695を備え、LED素子20と一体で構成されてLED灯600を成している。
ここで、本発明の実施例3によるLED素子用冷却装置は、基本的に不凍液の冷却水610aが内在された銅ヒートブロック610、銅ヒートパス620、銅ヒートピン630及びアルミニウムヒートピン640を含み、熱を直ちに吸収して蓄積し、経路に沿って早い速度で伝導させて拡散させ放出する。また、第2の銅ヒートプレート650、アルミニウムヒートピン660及び銅ヒートコイル670をさらに含むことで冷却効率をより一層向上させることができる。これに係るより詳細な説明は図11及び図12を参照して説明した本発明の実施例3による発熱素子用冷却装置を参考することにし、以下では略することにする。
また、アルミニウムケース680、アルミニウムLEDカバー690と合成樹脂LEDカバー695をさらに含むLED素子用冷却装置の構成は本発明の実施例1と同様である。
このような構成を有する本発明の実施例3によるLED素子用冷却装置は、冷却効率が高く、携帯が可能な冷却装置一体型LED灯を構成することができる。
〔実施例4〕
図16は、本発明の実施例4による発熱素子用冷却装置の基本構造を示す概略図である。
図16に示すように、本発明の実施例4による発熱素子用冷却装置は、発熱素子10に密着し、発熱素子10の熱を蓄積して外部に放出するヒートブロック710と、ヒートブロック710の一側に設けられ、動作時間を略25000時間以上維持し、大気を強制対流しヒートブロックのほこりを除去する低速冷却ファン720と、ヒートブロック710の温度を感知し予め設定された温度が閾値以上である場合、低速冷却ファン720を作動させ、温度が閾値未満である場合、低速冷却ファン720を停止させるサーモスタット(thermostat)730を含む。
具体的に、低速冷却ファン720は低速で25000時間以上動作を維持することができる冷却ファンであって、ヒートブロック710の側面に付着し、大気を強制対流させる。ここで、低速は人が口で風を吹き込む程度の速度である。この強制対流によってヒートブロック710の冷却能力が増加し、図17を通じて後述する銅ヒートコイル(図17の図面符号740参照)に強制対流を起こして銅ヒートコイルの震動が増加する。すなわち、銅ヒートコイルの場合には、低速冷却ファン720の強制対流と銅ヒートコイルの震動による強制対流とが加わって高速の冷却ファンで強制対流させる效果を出すことができる。サーモスタット730はヒートブロック710の温度によって、特に、高温の熱を冷却させる場合に有効であるように、一対で備えられて予め設定された温度閾値によって低速冷却ファン720のオンオフ(on/off)動作状態を制御する。図16においてサーモスタット730をヒートブロック710のヒートピン714に設けることと同様に、サーモスタット730の設置位置はヒートブロック710の温度をよく感知できればヒートブロック710の内部または外部のどこでもよい。また、図16においてはサーモスタット730の形状をブロック化し概略的に示しているが、サーモスタット730の実質的な形状及び構造は一般的に用いられるサーモスタットの形状及び構造に従う。
また、低速冷却ファン720は冷却能力を増加させる役目以外にヒートブロック710を構成するヒートピン714などの表面またはヒートコイル740の表面にほこりなどの異物が蒸着され、熱の放出能力が低下することを防止するためにほこりを除去する機能も有する。ほこりの除去機能に関連し、低速冷却ファン720を一定時間間隔で一定時間の間、動作させる動作スィッチをさらに備えることにより、ほこりの除去効率を向上させ、低速冷却ファン720の寿命を延ばすことができる。
一方、ヒートブロック710は発熱素子10の熱を蓄積して外部に放出する機能を有する。図16に示すヒートブロック710は、第1の銅ヒートプレート711と、銅ヒートパス712と、第2の銅ヒートプレート713と、ヒートピン714とを含み、本発明の実施例1の発熱素子用冷却装置の構造に従う。
図17は、本発明の実施例4による他の発熱素子用冷却装置を示す概略図である。
図17に示すように、本発明の実施例4による他の発熱素子用冷却装置は、本発明の実施例4による発熱素子用冷却装置に加え、一端が銅ヒートパス712に連結され、他端まで接触なしに巻取される銅ヒートコイル740をさらに含むことが可能である。これによって、冷却効率がより一層向上する。
図18は、本発明の実施例4によるまた他の発熱素子用冷却装置を示す概略図である。
図18に示すように、本発明のまた他の実施例による発熱素子用冷却装置は、第1の銅ヒートプレート711から側面と上面をさらに形成し、内部空間に冷却水750aを内在させて密閉する第4の銅ヒートプレート716と、冷却水750aに接触する銅ヒートパス712の外周面に形成され、銅ヒートパス712の伝導熱を冷却水750aに伝導する銅ヒートピン717とをさらに含むことが可能である。
したがって、本発明の実施例4による発熱素子用冷却装置は低速冷却ファンと、銅ヒートコイルと、冷却水ヒートブロックの構成によって発熱素子、例えば、コンピューター、ディスプレイ装置などの電子製品を構成する抵抗、インダクタ、コンデンサ、半導体などの電子素子の冷却効率を極大化させることができる。また、本発明の実施例による発熱素子用冷却装置は発熱素子の発熱程度によって低速冷却ファンの動作状態、積層構造または銅ヒートコイルの個数を容易に変更し、冷却効率を調節することができる。
図19ないし図21は、本発明の実施例4による発熱素子用冷却装置のうちLED素子用冷却装置を一例に示す図面であって、特に、図17に示すヒートブロックの構造を採用して示している。具体的に、図19は本発明の実施例4によるLED素子用冷却装置の斜視図であり、図20は本発明の実施例4によるLED素子用冷却装置の合成樹脂LEDカバーを取り除いて示す斜視図であり、図21は本発明の実施例4によるLED素子用冷却装置の断面図である。
図19ないし図21に示すように、本発明の実施例4によるLED素子用冷却装置はヒートブロック810、低速冷却ファン820、サーモスタット830、銅ヒートコイル840、アルミニウムケース850、アルミニウムLEDカバー860及び合成樹脂LEDカバー870を備え、LED素子20と一体で構成されてLED灯800を成している。ヒートブロック810は第1の銅ヒートプレート811、銅ヒートパス812、第2の銅ヒートプレート813及びヒートピン814で構成される。
ここで、本発明の実施例4によるLED素子用冷却装置は、基本的にヒートブロック810、低速冷却ファン820、サーモスタット830を含み、強制対流による冷却效果とほこりの除去による冷却効率の向上をはかる。これに係るより詳細な説明は図16ないし図18を参照して説明した本発明の実施例による発熱素子用冷却装置を参考することにし、以下では略することにする。
また、アルミニウムケース850、アルミニウムLEDカバー860と合成樹脂LEDカバー870をさらに含むLED素子用冷却装置の構成は本発明の実施例1と同様である。
このような構成を有する本発明の実施例4によるLED素子用冷却装置は、冷却効率が高く、携帯が可能な冷却装置一体型LED灯を構成することができる。
〔実施例5〕
図22は、本発明の実施例5による発熱素子用冷却装置の基本構造を示す概略図である。
図22に示すように、本発明の実施例5による発熱素子用冷却装置は、一面が発熱素子10に密着し発熱素子10の熱を蓄積する銅ヒートプレート910と、銅ヒートプレート910の他面から延長され蓄積される熱を延長される方向に伝導させる銅ヒートパス920と、銅ヒートプレート910の他面で銅ヒートパス920に密着し形成され、銅ヒートプレート910で蓄積された熱と銅ヒートパス920に沿って伝導される熱を外部に放出させるヒートピン930とを含む。
また、銅ヒートパス920に沿ってヒートピン930a、930b、930cを積層して形成することが可能である。すなわち、高温の熱を発生させる発熱素子10の場合には、熱経路である銅ヒートパス920を長く設け、ヒートピン930a、930b、930cを連続的に積層することで、発熱素子10から発生する熱を遠い所まで伝導させる過程に各ヒートピン930a、930b、930cごとに伝導される熱を放出して発熱素子10を十分に冷却させることができる。
このように、本発明の実施例5による発熱素子用冷却装置は、本発明の実施例1から第2の銅ヒートプレートを除去した構造であって、本発明の技術的思想に符合して最大に簡単に構成した構造である。
〔他の実施例〕
(A)図23は、本発明の他の実施例によるLED素子用冷却装置を示す図面である。
図23に示すように、本発明の他の実施例によるLED素子用冷却装置は白熱灯または三波長灯のように一部を球形状で製作する一方、ソケット連結部を形成することが可能である。これによって、一般の電球ソケットにも連結して使用可能な構造を成す。この時、LED素子用冷却装置の構成要素は、上述した実施例で示すLED素子用冷却装置の構成要素が四角形状を成すことと異なって、円形に形成されることが好ましい。
(B)も、本発明のまた他の実施例では銅の代りにアルミニウムより熱伝導性及び熱蓄積性に優れている材質、例えば、金、銀などを用いても良い。すなわち、本発明では銅に該当する第1の金属は熱伝導性と熱蓄積性に優れた金属であって、熱を容易に蓄積して拡散することができる材質の金属を用いることが好ましい。また、本発明においてアルミニウムに該当する第2の金属は第1の金属より放熱効率に優れている金属であって、蓄積と拡散した熱を大気の中に容易に放出することができる材質の金属を用いることが好ましい。これらの第1の金属と第2の金属とを混用する構造は実施例1ないし実施例5に従うことで、冷却効率を極大化することができる。
(C)本発明の一実施例ではLED素子を発熱素子の一例に挙げているが、本発明の発熱素子はこれに限定しない。例えば、ラム(RAM)、ダイオード、トランジスタなどIT用発熱素子も該当する。
このように、上述した本発明の技術的構成は本発明の属する技術分野における当業者が本発明のその技術的思想や必須特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施され得ることが理解できると考えられる。
よって、以上で記述した実施例はすべての面において例示的なことであり、限定的なことではないことと理解されるべきであり、本発明の範囲は前記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲そしてその等価概念から導出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれることと解釈されるべきである。
10 発熱素子
20 LED素子
110・210・311・411・511・711・811 第1の銅ヒートプレート
120・220・312・412・520・620・712・812・920 銅ヒートパス
130・130a・130b・230・313・313b・413・550・650・713・813 第2の銅ヒートプレート
131・315・551 支持ホール
140・140a・140b・140c・240・314・414・714・814・930・930a・930b・930c ヒートピン
150 第3の銅ヒートプレート
200・400・600・800 LED灯
250・430・680・850 アルミニウムケース
260・440・690・860 アルミニウムLEDカバー
270・270a・270b・450・695・870 合成樹脂LEDカバー
310・410・510・610・710・810 ヒートブロック
320・420・570・670・740・840 銅ヒートコイル
510a・520a・610a・750a 冷却水
512・716 第4の銅ヒートプレート
530・630・717 銅ヒートピン
540・560・640・660 アルミニウムヒートピン
720・820 低速冷却ファン
730・830 サーモスタット
910 銅ヒートプレート

Claims (17)

  1. 一面が発熱素子に密着し、前記発熱素子の熱を蓄積する第1の銅ヒートプレートと、
    前記第1の銅ヒートプレートの他面から延長され、前記蓄積される熱を前記延長される方向に伝導させる銅ヒートパスと、
    一面が前記第1の銅ヒートプレートの他面と離隔し、前記銅ヒートパスを密着支持する支持ホールが形成され、前記伝導される熱を拡散させる第2の銅ヒートプレートと、
    前記第1の銅ヒートプレートの他面及び前記第2の銅ヒートプレートの他面に形成され、前記蓄積または拡散した熱を外部に放出させるヒートピンと、
    を含む発熱素子用冷却装置。
  2. 前記第1の銅ヒートプレート、前記第2の銅ヒートプレート及び前記ヒートピンの全体または一部の側面を密閉させる第3の銅ヒートプレートをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の発熱素子用冷却装置。
  3. 一端が前記銅ヒートパスの延長端または前記第2の銅ヒートプレートの他面に連結され、他端まで接触なしに巻取され、前記蓄積または拡散する熱を前記他端まで伝導し、大気との温度差によって震動し、強制対流して前記熱を外部に放出させる少なくとも一つ以上の銅ヒートコイルをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の発熱素子用冷却装置。
  4. 前記銅ヒートコイルは巻取コイル形または巻取板形に形成されることを特徴とする請求項3に記載の発熱素子用冷却装置。
  5. 前記第1の銅ヒートプレートから側面と上面をさらに形成し、内部空間に冷却水を内在させて密閉する第4の銅ヒートプレートと、
    前記冷却水に接触する前記銅ヒートパスの外周面に形成され、前記銅ヒートパスの伝導熱を前記冷却水に伝導する銅ヒートピンとをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の発熱素子用冷却装置。
  6. 前記冷却水は不凍液であることを特徴とする請求項5に記載の発熱素子用冷却装置。
  7. 前記銅ヒートパスは少なくとも一対の端が連結されるパイプ状に形成され、内部に前記冷却水が満たされることを特徴とする請求項5に記載の発熱素子用冷却装置。
  8. 前記第1の銅ヒートプレート、前記銅ヒートパス、前記第2の銅ヒートプレート及び前記ヒートピンが成すヒートブロックの一側に設置され、動作時間を25000時間以上維持して大気を強制対流し、前記ヒートブロックのほこりを除去する低速冷却ファンと、
    前記ヒートブロックの温度を感知してあらかじめ設定された温度閾値以上の場合、前記低速冷却ファンを作動させ、前記温度閾値未満の場合、前記低速冷却ファンを停止させるサーモスタットをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の発熱素子用冷却装置。
  9. 前記銅ヒートパスはパイプ状、プレート状、多角形の棒状またはコイル状のうちいずれかの形状に形成されることを特徴とする請求項1に記載の発熱素子用冷却装置。
  10. 前記第2の銅ヒートプレートは少なくとも二つ以上が前記銅ヒートパスが延長される方向に離隔し形成され、前記ヒートピンは前記第2の銅ヒートプレートごとに形成されることを特徴とする請求項1に記載の発熱素子用冷却装置。
  11. 前記ヒートピンはアルミニウム材質またはアルミニウムと銅の混合材質であることを特徴とする請求項1に記載の発熱素子用冷却装置。
  12. 前記ヒートピンは板形ピンまたは凹凸形ピンからなることを特徴とする請求項1に記載の発熱素子用冷却装置。
  13. 前記第1の銅ヒートプレート、前記銅ヒートパス、前記第2の銅ヒートプレート及び前記ヒートピンを支持し、開放型または閉鎖型に形成されるアルミニウムケースをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の発熱素子用冷却装置。
  14. 前記発熱素子はLED(light emitting diode)素子またはIT用発熱素子のうち少なくともいずれかであることを特徴とする請求項1〜13の何れか1項に記載の発熱素子用冷却装置。
  15. 前記LED素子を固定して支持するアルミニウムLEDカバーと、最外郭で取り囲んで保護する合成樹脂LEDカバーをさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の発熱素子用冷却装置。
  16. 一面が発熱素子に密着し、前記発熱素子の熱を蓄積する第1の金属材質で形成される第1のヒートプレートと、
    前記第1の金属材質で形成され、前記第1のヒートプレートの他面から延長され、前記蓄積される熱を前記延長される方向に伝導させるヒートパスと、
    前記第1の金属材質で形成され、一面が前記第1のヒートプレートの他面と離隔し前記ヒートパスを密着支持する支持ホールが形成され、前記伝導される熱を拡散させる第2のヒートプレートと、
    前記第1の金属材質より放熱効率に優れている第2の金属材質で形成され、前記第1のヒートプレートの他面及び前記第2のヒートプレートの他面に形成され、前記蓄積または拡散した熱を外部に放出させるヒートピンと、
    を含む発熱素子用冷却装置。
  17. 前記第2の金属材質はアルミニウムまたはアルミニウムと銅の混合材質であって、前記第1の金属材質は前記第2の金属材質より熱伝導性及び熱蓄積性に優れている金、銀または銅材質であることを特徴とする請求項16に記載の発熱素子用冷却装置。
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