KR100498276B1 - 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CPU 또는 이차 전지와 같이 열이 발생되는 전기적 발열 매체를 냉각하는 냉각 장치에 관한 것으로서 상기 냉각 장치는, 상기 전기적 발열 매체의 열을 흡수할 수 있도록 상기 전기적 발열 매체에 인접하여 제공되며 내부에는 냉각유를 수용하고 있는 주름관을 포함한다.

이와 같이 냉각 장치를 구성하면 보다 저렴하고 간단한 구성으로 우수한 냉각 효율을 제공하는 것이 가능해진다.

Description

냉각 장치{Cooling Device}

본 발명은 냉각 장치에 관한 것으로서, 특히 냉각유를 이용하여 발열 장치에서 발생되는 열을 흡수하는 냉각 장치에 관한 것이다.

전기 장치 또는 이차 전지에서 발생되는 열은 당해 전기 장치 또는 이차 전지의 성능 저하를 야기한다. 특히 최근에 높은 클럭 주파수로 작동하는 CPU 내지 칩이 개발되고 보급되면서 발열이 심한 고속 CPU를 어떻게 효율적으로 냉각시킬 지에 대한 문제가 CPU 내지 칩의 성능 유지에 중요한 문제로 자리잡고 있다.

종래에 CPU를 냉각하는 방식으로는 열전도율이 좋은 금속 방열판을 CPU의 상부에 제공하고, 그 위에 냉각 팬을 설치함으로써 열이 발생하는 CPU를 냉각시켰다. 그러한 냉각 장치의 일례가 한국 특허 제317451호에 개시되어 있다.

또한, 다른 방식의 CPU 또는 칩 냉각 장치로서 미국 특허 제6,166,907호에 개시된 바와 같이, 물을 방열기 내에서 순환시켜서 냉각한 후에 열을 흡수해서 온도가 상승된 물을 냉각시키는 방식으로 냉각시키는 장치가 있다.

그러나 금속 방열판을 두고 CPU 내지 칩을 냉각시키는 장치는 갈수록 고속 클럭으로 작동하는 고성능 CPU 내지 칩에서 발생되는 열을 냉각시키기에는 부족한 점이 있고, 열전도율이 좋은 재질을 사용하여 방열판을 제작하기에는 제작 단가가 상승하는 문제점이 있었다.

또한 물을 순환시켜서 CPU 내지 칩을 냉각시키는 냉각 장치는 물을 순환 파이프를 통하여 순환시켜야 하므로 전력이 많이 소모되는 문제점이 있었다.

한편, 최근에 디지털 기기에 널리 사용되는 이차 전지에서도 오랜 기간 사용으로 인한 이차 전지의 발열 문제가 심각하게 대두되고 있다. 전지의 발열을 해결하기 위한 냉각 장치의 일례가 미국특허 제5,641,589호가 개시되어 있다. 이 냉각 장치는 배터리 케이스 내에 냉각액이 순환하도록 하여 배터리의 온도가 높아지는 것을 방지하도록 되어 있는데, 구조가 복잡하여 이차 전지에는 적용하기 어렵다.

온도 조절 장치를 구비하는 다른 형태의 이차 전지가 미국 특허 제5,456,994호에 개시되어 있다. 이 이차 전지는 유입 개구로 냉각 액체를 유입시켜 전지를 통과한 후에 유출 개구를 통해 냉각 액체가 배출되는 구조를 취하는데, 그 구조가 매우 복잡한 단점이 있었다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하여 보다 저렴한 냉각 장치로서 고성능의 냉각 효율을 가지는 냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 형태의 냉각 장치는, 열이 발생되는 전기적 발열 매체를 냉각하는 냉각 장치에 있어서, 상기 전기적 발열 매체의 열을 흡수할 수 있도록 상기 전기적 발열 매체에 인접하여 제공되며 내부에는 냉각유를 수용하고 있는 주름관을 포함한다.

상기 전기적 발열 매체에서 발생되는 열은 당해 매체에 인접하여 제공된 주름관을 통해 주름관 내부에 수용되어 있는 냉각유로 흡수되어 흡열되고 흡수된 열은 주름관을 통해 외부로 방출되게 된다. 이러한 구성에 의하면 전술한 종래 기술의 냉각 장치보다 저렴하게 구성할 수 있고 냉각 효율 또한 높아진다.

본 발명의 제2 형태에 의한 냉각 장치는, 상기 제1 형태의 냉각 장치에 있어서, 상기 주름관에 수용되어 열을 흡수한 냉각유를 냉각할 수 있도록 하는 냉각 팬을 더 포함한다. 이와 같이 냉각 팬이 제공되면, 냉각 팬에 의해 주름관에서 열을 흡수한 냉각유를 보다 신속하게 냉각시키는 것이 가능해지므로 냉각 효율이 더욱 상승하게 되는 효과가 제공된다.

본 발명의 제3 형태에 의한 냉각 장치는, 상기 제1 형태의 냉각 장치에 있어서, 상기 전기적 발열 매체는 이차 전지이며, 상기 주름관은 이차 전지의 전지 셀을 둘러싸고 있다.

본 발명의 제4 형태에 의한 냉각 장치는, 상기 제3 형태의 냉각 장치에 있어서, 상기 주름관 내에는 주름관 내에 수용되어 있는 냉각유를 유동시킬 수 있도록 하는 이동 수단이 포함되어 있다. 이와 같이 이동 수단 예를 들어 구슬 등을 주름관 내부에 제공하게 되면 이차 전지가 장착되어 움직일 때에 이동 수단이 움직여 주름관 내부의 냉각유를 보다 원활하게 유동시키게 됨으로써 냉각유에 의한 흡열 효과를 고양시키는 효과가 제공된다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.

도 1에는 컴퓨터에 장착되는 CPU(10)를 냉각하기 위한 냉각 장치의 간략도가 도시되어 있다. CPU(10)는 메인 보드(1)에 장착되고 CPU(10)의 상부에는 주름관(20)이 장착된다. 주름관(20)의 내부에는 냉각유가 수용된다.

그리고 CPU(10)에서 주름관(20)의 냉각유로 흡수된 열을 방열하기 위해서 양측에는 냉각 팬(30a, 30b)이 제공된다. 도 1에는 냉각 팬이 두 개 제공되는 구성이지만, 냉각 팬의 개수는 필요에 따라 하나 또는 두 개 이상의 개수로 제공되어도 좋다. 냉각 팬(30a)은 프레임(31)과, 팬 부분(33)과, 팬 부분(33)을 회전시키기 위한 모터(35)를 포함한다. 냉각 팬(30b)은 냉각 팬(30a)과 동일한 구성이다. 상기 냉각 팬의 프레임(31)은 메인 보드(1) 등에 나사와 같은 체결구에 의해 고정되며, 모터(35)는 장치의 전원부(도시되지 않음)로부터 전력을 공급받도록 연결되어 있다.

주름관(20)의 형상은 도 1에 도시된 바와 같이 CPU(10)의 상부에 장착될 수 있는 형상을 취할 수도 있지만, CPU(10) 전체를 둘러싸는 형상을 취할 수도 있으며 그러한 형상의 본 발명의 본질을 이루는 것은 아니다.

도 2에는 본 발명에 의한 냉각 장치를 이차 전지(50)에 적용한 예가 도시되어 있다. 상기 이차 전지(50)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이차 전지 외부 케이스(51)와, 외부 케이스(51) 안쪽에 제공되는 금속관(55)과, 상기 금속관(55)에 의해 둘러싸이는 전지 셀(53)을 포함한다. 상기 금속관(55)은 주름관의 형태이며 그 내부에는 냉각유가 수용되어 있다. 상기 전지 셀(53)은 예를 들어 리튬 이온 전지 셀일 수 있다.

또한, 상기 주름관(55) 내에는 냉각유의 유동을 원활하게 해주기 위해서 이동 수단(57)을 배치하는 것이 바람직하다. 상기 이동 수단(57)은 구슬 형태인 것이 바람직하지만, 주름관(55) 내부에서 이동 가능한 형태라면 어느 형태라도 상관없다. 이차 전지(50)는 주로 이동 디지털 전자 기기에 장착되는데 이동시에 이차 전지(50)가 움직이고 이 때 이동 수단(57)이 주름관(55) 내를 이동하면서 냉각유를 유동시키고 그런 과정을 거쳐서 전지 셀(53)에서 발생한 열을 냉각하게 된다. 주름관(55)의 냉각유로 흡수된 열은 외부 케이스(51)를 통해 외부로 방출되게 되는데, 주름관(55)의 도시된 구조에 의하여 열 방출이 매우 효율적으로 수행되는 것이 가능하다. 한편, 도시되지는 않았지만 외부 케이스(51)의 외부에 별도의 주름관을 제공하여 열 방출을 더욱더 촉진시키는 것도 가능하다.

주름관(55)의 내부 주름 구조는 도 2에 확대 도시되어 있는 바와 같은 구조를 취할 수 있다. 그러한 주름 구조는 이차 전지(50)의 전체 둘레에 걸쳐서 형성되는 도우넛 구조를 취한다. 냉각유의 흐름은 도 2의 A 부분에 도시되어 있는 바와 같이 유동하게 된다.

도 3에는 노트북 등과 같이 보다 많은 전력을 필요로 하는 전자 기기에 사용되는 이차 전지 즉 복수 개의 전지 셀(110a, 110b, 110c)을 가지는 이차 전지(100)에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 냉각 장치의 간략도가 도시되어 있다.

상기 전자 기기에 널리 사용되는 이차 전지는 외부 케이스(120)와, 복수 개의 전지 셀(110a, 110b, 110c)과, 이러한 복수 개의 전지 셀(110a, 110b, 110c)을 보호하기 위한 소프트 팩(130)을 포함한다. 본 발명에 의한 냉각 장치는 소프트 팩(130)을 관통하고 이차 전지 셀(110a, 110b, 110c)에 접촉하여 전지 셀에 발생하는 열을 흡수하는 주름관(140)과, 소프트 팩(130)의 외부에 설치되어 있는 냉각 팬(150a, 150b)을 포함한다. 냉각 팬(150a, 150b)은 이차 전지 셀(110a, 110b, 110c)로부터 전원을 공급받도록 되어 있다. 그리고 외부 케이스(120)에는 내부 열을 외부로 배출할 수 있는 열 배출구(도시되지 않음)가 제공된다.

주름관(140)의 내부에는 도 1 및 도 2에 도시된 냉각 장치와 동일하게 냉각유가 수용되어 있다.

전지 셀(110a, 110b, 110c)에서 발생된 열은 전지 셀(110a, 110b, 110c)에 접촉하고 있는 주름관(140) 및 주름관(140) 내부에 수용되어 있는 냉각유에 의해 흡수되고 냉각유에 흡수된 열은 소프트 팩(130) 외부에 설치되어 있는 냉각 팬(150a, 150b)에 의해 외부로 방출되는데, 주름관(140)의 구조에 의해 외부로의 열 방출이 효율적으로 이루어지는 것이 가능하다.

이차 전지(100)의 주름관(140)의 내부 주름 구조는 도 3의 B 부분으로 확대 도시되어 있다. 주름관(140) 내부에서의 냉각유의 유동은 B 부분에 화살표로 도시하였다. B 부분에 도시된 주름관 내부 형상도 도 2와 관련하여 설명한 바와 같이 도우넛 형상으로 주름관 둘레에 걸쳐서 형성되는 것이 바람직하다.

도 3에는 도시되지 아니하였으나, 도 2와 동일하게 주름관(140)의 내부에 냉각유의 유동을 도와주는 이동 수단을 포함해도 좋다.

이상 본 발명에 의한 냉각 장치를 CPU 내지 이차 전지에 사용되는 실시예를 참조하여 설명하였으나 본 발명의 냉각 장치는 상기 적용례에 한정되는 것은 아니고 열이 발생하는 발열 전기 기기 모두에 적용 가능한 것이다. 또한, 주름관의 구조가 도 2 및 도 3에 확대 도시된 주름 구조로 한정되는 것도 아니며, 도시된 주름 구조는 단순한 예시에 불과함이 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 권리 범위는 첨부하는 특허청구의 범위에 의해 결정되며 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니라는 점이 명백하며, 특허 청구의 범위에 기재된 발명의 개량 및 수정도 본 발명의 권리범위에 속함이 당업자에게 명백함이 이해되어야 한다.

전술한 본 발명에 의하면 주름관과, 그러한 주름관 내에 수용되는 냉각유를 이용하여 발열 매체를 냉각시키는 장치가 제공된다. 즉 냉각유에 의해 흡수된 열은 주름관을 통하여 외부로 효율적으로 방출되는 것이 가능함으로써 냉각 효율을 고양시키게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 냉각 장치가 CPU를 냉각시키도록 설치되어 있는 간략도.

도 2는 본 발명에 의한 냉각 장치가 이차 전지를 냉각시키도록 설치되어 있는 간략도.

도 3은 본 발명에 의한 냉각 장치가 노트북 컴퓨터용 이차 전지를 냉각시키도록 설치되어 있는 간략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 메인 보드

10: CPU

20, 55, 140: 주름관

30a, 30b, 150a, 150b: 냉각 팬

50: 이차 전지

51: 외부 케이스

53: 전지 셀

57: 이동 수단

100: 노트북용 이차 전지

Claims (4)

1. 열이 발생되는 전기적 발열 매체를 냉각하는 냉각 장치에 있어서,

   상기 전기적 발열 매체의 한 면 이상에 당접하여 장착되며, 내부에는 냉각유를 수용하고 있는 주름관을 포함하고,

   상기 전기적 발열 매체에서 발생한 열은 상기 주름관 내부에 수용되어 있는 냉각유로 흡수되고, 상기 흡수된 열은 상기 주름관을 통해 외부로 방출되는, 냉각 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 주름관에 수용되어 열을 흡수한 냉각유를 냉각하며, 상기 주름관에 인접하여 위치 고정되는 냉각 팬을 더 포함하는, 냉각 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 전기적 발열 매체는 이차 전지이며,

   상기 주름관은 이차 전지의 전지 셀을 둘러싸고 있는, 냉각 장치.
4. 삭제