KR100313320B1 - 히트파이프어셈블리 - Google Patents

Abstract

1.청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

히트파이프 어셈블리

2.발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 블록에 장착되는 파이프몸체의 증발부의 전열면적이 크도록 설계하고 기구물 자체의 진동 및 전후 좌우 유동시 작동유체의 유동으로 인해 흡열 및 전열효과의 저하를 방지하여 냉각효과를 극대화한 것에 그 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 일측면에 소정 각도의 절곡홈이 형성된 블록; 상기 블록의 절곡홈에 삽입·고정되는 증발부와, 상기 증발부에 일단이 연결되고 그 타단부로 갈수록 소정 각도만큼 상향된 경사각을 가지며 상기 증발부로부터 증발되어 이송하는 작동유체를 응축시켜 다시 증발부측으로 귀환시키는 응축부를 구비하는 히트파이프; 및 상기 히트파이프의 전면에 걸쳐 그의 기울기에 교차하는 방향으로 다수가 위치되며, 상기 히트파이프의 증발부에서 응축부로 이송되는 열의 교환을 수행하는 방열수단을 포함하는 히트파이프 어셈블리를 제공한다.

4.발명의 중요한 용도

히트파이프의 증발부의 면적을 크게 하여 냉각성능을 극대화 한 것임.

Description

히트파이프 어셈블리

본 발명은 철도차량용 브레이크 시스템, 인버터등에 채용되어 발열소자에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 히트파이프 어셈블리에 관한 것으로, 특히 전열면적을 늘려 냉각성능을 극대화한 히트파이프 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로, 히트파이프 어셈블리는 작동유체의 증발 잠열을 이용하여 작은 온도차에서도 무동력으로 열을 효과적으로 이송하는 열교환장치이다. 상기 히트파이프 어셈블리는 각종 트랜지스터나 인쇄회로기판, CPU와 같은 소형전자부품의 전기적인 기능에 의해 발생되는 열을 냉각하는 히트싱크와는 달리 철도차량용 인버터나, 컨버터의 전력반도체와 같은 대용량의 발열소자에 주로 채용되어 냉각시켜줌으로써 전자부품의 효율향상 및 열에 의한 기능저하를 방지한다.

도1은 이러한 히트파이프의 작동 원리를 나타낸 것으로, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 히트파이프는 진공상태의 파이프몸체(101) 속에 작동유체를 넣고 밀봉한 것이며, 열원이 있는 증발부(102)에서 작동유체는 증발 또는 비등하여 증기가 파이프(101) 내부에 확산되면서, 이송부(103)를 지나 응축부(104)에서 열을 방출하고, 다시 액체로 되어 파이프 몸체(101)의 내벽면에 구비된 윅(wick)(105)을 타고 증발부(102)로 귀환하면서, 다시 열을 받아 증발하는 작동을 반복하므로써 열교환을 하는 것이다. 이와 같은 히트파이프에 있어서, 그 성능은 작동유체의 종류, 주입량, 작동온도 및 열부하, 파이프 내부의 청결도, 용접상태등 여러 가지 변수의 영향을 받을 수 있으나, 파이프몸체의 증발부의 전열면적을 넓히는 것과, 응축부에서 응축된 액체가 다시 증발부로 잘 귀환할 수 있도록 하는 것이 중요하다.

도2 및 도3은 종래기술에 따른 히트파이프 어셈블리의 구성을 나타낸 것으로, 도면에 도시된 바와 같이, 외부의 발열소자와 연결되도록 직립되어 있는 블록(31)과, 상기 블록(31)의 일면에 소정각도만큼 상측으로 기울어진 기울기를 가지고 장착되며, 증발부(32)와 응축부(34)를 가지는 히트파이프(35)와, 상기 히트파이프(35)와 교차되어 상기 증발부(32)에서 응축부(34)로 흐르는 냉매열을 외부공기와 교환시키는 방열판(36)으로 구성된다. 여기서, 상기 히트파이프(35)의 일단부는 블록(31)의 일면에 납땜등으로 장착되어 증발부(32)를 형성한다. 또 상기 응축부(34)의 타단부는 손잡이(33)가 연결된다. 또한 상기 방열판(36)은 하부에서 상부까지 직립하는 블록면을 향하여 7∼10°만큼 기울어진 상태로 장착되어 블록의 하부에서 상부측으로 원활한 공기대류를 이룰 수 있도록 하고 있다.

여기서, 미설명부호 37은 작동유체를 나타낸다.

이와같은 종래의 구조에서는, 상기 발열소자에서 발생되는 열이 블록에서 파이프몸체의 증발부를 통하여 흐를 때, 상기 블록의 홈에 증발부가 수평상태로 장착되어 있으므로 그에 내재된 작동유체가 연결관측으로 월류할 수도 있으며, 이는 냉각성능에 큰 영향을 미치게 된다. 또, 기구물의 설치 또는 운전시, 상기 발열소자를 통해 블록으로 진동이 전달될 경우에 상기 블록으로부터 증발부가 이탈될 수 있는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 블록에 장착되는 파이프몸체의 증발부의 전열면적이 크도록 설계하고 기구물의 설치 또는 운전시 작동조건의 제한을 감소시킴으로서 운전시 안정적 작동을 이루거나, 설치제한을 높일 수 있으며, 상기 기구물 자체의 경가설치시 또는 진동 및 전,후,좌,우 유동시에도 작동유체의 유동으로 인한 흡열 및 전열효과의 저하로 발생하는 문제점을 방지하여 냉각효과를 극대화한 히트파이프 어셈블리를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 히트파이프의 작동원리를 개략적으로 나타낸 단면도.

도2a 내지 도2c는 종래기술에 따른 히트파이프 어셈블리의 구성을 나타낸 정면도, 측면도 및 평면도.

도3는 종래기술에 따른 히트파이프 어셈블리의 상세 구성도.

도4는 본 발명에 의한 히트 파이프 어셈블리의 일실시예 구성을 나타낸 분해사시도.

도5는 본 발명에 의한 히트 파이프 어셈블리의 조립구성을 나타낸 사시도.

도6a는 본 발명에 의한 히트파이프 어셈블리의 조립상태를 나타낸 정면도.

도6b는 도6a의 A-A'단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 블록 1a : 절곡홈

2 : 증발부 3 : 손잡이

4 : 연결엘보우 5 : 응축부

6 : 히트파이프 7 : 작동유체

8 : 방열판 8a : 구멍

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외부의 발열소자와 결합되어 열을 전달하며, 일측면에 소정 각도의 절곡홈이 형성된 블록; 상기 블록의 절곡홈과 대응하는 형상을 가지고 그에 삽입·고정되는 증발부와, 상기 증발부에 일단이 연결되고 그 타단부로 갈수록 소정 각도만큼 상향된 경사각을 가지며 상기 증발부로부터 증발되어 이송하는 작동유체를 응축시켜 다시 증발부측으로 귀환시키는 응축부와, 상기 양측 응축부를 연결하는 손잡이를 구비하는 히트파이프; 및 상기 히트파이프의 전면에 걸쳐 그의 기울기에 교차하는 방향으로 다수가 위치되며, 상기 히트파이프의 증발부에서 응축부로 이송되는 열의 교환을 수행하는 방열수단을 포함하는 히트파이프 어셈블리를 제공한다.

이하, 첨부된 도4 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하며 다음과 같다.

본 발명에 의한 히트파이프 어셈블리는 작동유체의 유동을 적게 하면서 전열면적을 크게 하여 냉각효과를 극대화한 것으로, 본 발명에서 히트파이프의 내면에 장착되어 응축된 작동유체를 모세관 현상을 이용하여 증발부로 귀환시키는 윅의 구조에 대해서는 이미 공지된 기술이므로 여기서의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 의한 히트파이프 어셈블리에는 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 외부의 발열소자에 결합되어 그로부터 발생되는 열을 전달하며, 일면에 절곡홈(1a)이 형성된 블록(1)이 구비된다. 여기서, 상기 블록(1)의 절곡홈(1a)은 하측으로 절곡된 90°이상의 둔각(θ₁)을 가지는 V자홈으로 형성되는데, 본 실시예에서는 120°를 가진 절곡홈으로 이루어져 있다.

또, 상기 블록(1)의 절곡홈(1a)에 그 일측이 끼워져 열교환을 수행하는 히트파이프(6)가 구비되는데, 상기 히트파이프(6)는 상기 블록(1)의 절곡홈(1a)에 대응하도록 둔각으로 절곡되어 상기 절곡홈(1a)에 삽입·고정되는 증발부(2)와, 상기 증발부(2)의 상단부 양측에 일단이 연결되고 그 타단부로 갈수록 θ₂각도만큼 상측으로 기울어지며 상기 증발부(2)로부터 증발되어 이송되는 작동유체를 응축시켜 다시 증발부(2)측으로 귀환시키는 응축부(5)와, 연결엘보우(4)를 매개로 상기 양측 응축부(5)를 연결한 손잡이(3)로 구성되어 있다. 여기서, 상기 손잡이(3)와 응축부(5)는 서로 차단된 상태로 결합되어 있다.

상기 히트파이프(6)의 증발부(2)는 블록(1)의 절곡홈(1a)에 삽입된 채로 납땜되어 고정되며, 또 상기 히트파이프(6)의 증발부(2)는 도6b에 도시된 바와 같이 실질적으로 90°이상의 둔각을 가지는 V자형상으로 형성되며, 본 실시예에서의 증발부는 120°의 각도를 가진 구조로 되어 있다.

상기와 같이 구성된 히트파이프(6)는 그의 증발부(2)가 V자 형상으로 형성되어 있으므로 블록(1)과 접촉하는 면적이 커져 전열량을 크게 할 수 있으며, 또 도6a에 도시된 바와 같이 상기 증발부(2)에 내재된 작동유체가 V자관내에 모여져 있으므로 기구물의 설치시 수평면으로부터 경사되거나, 운전시 어떤 조건에 의해서 경사가 이루어질 경우 또는 발열소자를 통한 진동이 블록(1)과 증발부(2)에 미친다 하더라도 작동유체가 응축부(5)측으로 월류하지 않아, 냉각효과를 극대화할 수 있고, 또 상기 블록(1)으로부터 이탈될 염려가 전혀 없게 되는 것이다.

상기 히트파이프(6)의 응축부(5)에는 그에 끼워지도록 고정홀(8a)이 형성되며 소정간격을 두고 다수가 순차적으로 중첩되어 응축부(5)를 통하여 이송되는 열을 외부로 방열시키는 방열판(8)이 장착된다. 또한 상기 방열판(8)은 블록(1)의 하단부와 소정간격만큼 이격되며 상측으로 갈수록 상기 블록면에 근접하도록 θ₃만큼 경사지게 설치되어 공기대류를 원활히 할 수 있도록 한다. 여기서, 상기 방열판의 기울기각도 θ₃는 통상 7∼10°정도로 형성한다.

따라서, 발열소자로부터 상기 블록(1)으로 열이 전달될 경우에, 상기 히트파이프(6)의 V자 형상 증발부(2)에 모여져 있는 작동유체가 증발되어 응축부(5)로 이동한다. 이 과정에서 상기 방열판(8)을 통하여 이송열이 외부로 방출되고, 열을 빼앗긴 작동유체는 응축부(5)에서 응축하며 히트파이프(6)의 내주면에 구비된 윅(wick)의 모세관 현상 또는 중력에 의해 다시 증발부(2)로 귀환되는 일련을 과정을 거치게 되는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 히트파이프의 증발부가 큰 전열면적을 가지고 블록에 장착됨으로써 발열소자에서 발생되는 열의 냉각성능을 증대시킬 수 있으며, 또 기구물의 설치 또는 운전시 작동조건의 제한을 감소시킴으로서 운전시 안정적 작동을 이루거나, 설치제한을 높일 수 있고, 상기 기구물 자체의 경사설치시 또는 운전시 상기 전자부품 어셈블리에서 발생되는 진동이 발열소자를 통하여 블록으로 전달되어도 상기 블록면에 접촉·고정되는 히트파이프의 증발부 면적이 크므로 외부로 이탈할 염려가 전혀 없는 효과를 가진다.

Claims (5)

1. 외부의 발열소자와 결합되어 열을 전달하며, 일측면에 소정 각도의 절곡홈이 형성된 블록;

   상기 블록의 절곡홈과 대응하는 절곡된 형상을 가지고 상기 절곡홈에 삽입·고정되는 증발부와, 상기 증발부에 일단이 연결되고 그 타단부로 갈수록 소정 각도만큼 상향된 경사각을 가지며 상기 증발부로부터 증발되어 이송하는 작동유체를 응축시켜 다시 증발부측으로 귀환시키는 응축부가 구비된 히트파이프; 및

   상기 히트파이프의 전면에 걸쳐 그의 기울기에 교차하는 방향으로 다수가 위치되며, 상기 히트파이프의 증발부에서 응축부로 이송되는 열의 교환을 수행하는 방열수단

   을 포함하는 히트파이프 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 블록의 절곡홈 및 히트파이프의 증발부는 90°이상의 둔각을 가지는 V자형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 히트파이프 어셈블리.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 방열수단은 상기 히트파이프의 응축부가 끼워지도록 고정홀이 형성되며, 소정간격을 두고 다수가 순차적으로 중첩되되, 상기 블록의 일단부와 소정간격만큼 이격되며 타측으로 갈수록 상기 블록면에 근접하도록 소정 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 히트파이프 어셈블리.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 방열수단의 기울기각도가 7∼10°인 것을 특징으로 하는 히트파이프 어셈블리.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 히트파이프의 응축부 양단부에 장착된 연결엘보우와, 상기 양측 연결엘보우간에 끼워져 고정되는 손잡이를 더 포함하는 히트파이프 어셈블리.