KR100622793B1 - 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치 및 이의냉각 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 소니 컴퓨터 엔터테인먼트
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Abstract

본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 방법은, (1) 박스에 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍 및 박스의 내부에서 외부로 공기를 배출하는 배출구멍을 배열하고, 박스 내부에 열 발산핀을 설치하는 단계; (2) 상기 박스의 내부에서, 상기 공기 흡입구멍에 상기 열 발산핀의 부분 또는 전부가 근접하도록 배치하는 단계; 및 (3) 상기 공기 흡입구멍으로부터 흡입된 상기 공기를 상기 열 발산핀을 통과시킴으로써 상기 열 발생소자에 의해 발생된 열을 발산하며, 그 다음에 상기 열 발산핀을 통과함으로써 온도가 상승된 공기를 상기 배출구멍으로부터 상기 박스의 외부로 배출시켜, 상기 박스를 냉각시키는 단계를 포함하고 있다.
냉각 장치, 박스, 열 발생소자, 공기 흡입구멍, 열 발산핀, 배출구멍, 베이스 부재, 끼워맞춤 부재, 열 파이프

Description

열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치 및 이의 냉각 방법{Apparatus for cooling a box with heat generating elements received therein and a method for cooling same}
본 발명은 열 발산을 요구하는 각종 전자 장치에서 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치 및 이의 냉각 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치, 및 박스 내부에 외부로부터 찬 공기를 흡입하여, 박스 내부에서 열교환을 실시한 다음에 뜨거운 공기를 배출함으로써, 상기 냉각 장치의 냉각 방법에 관한 것이다.
개인용 컴퓨터, 게임 콘솔(game console) 또는 시청각 시스템 등의 각종 전자 장치에 사용되는 반도체 칩 등은 소형화되고, 이의 집적 밀도가 증가하여 처리 속도도 대폭 빨라지며, 그 결과 열 발생 밀도가 엄청나게 높아진다.
따라서, 열 발생 밀도가 높은 반도체 칩을 구비하고 있는 개인용 컴퓨터, 게임 콘솔 또는 시청각 시스템 등의 전자 장치에서는, 전자 장치의 내부에 수납된 박스 내부에 외부로부터 찬 공기를 흡입하여, 박스 내부에서 열교환을 실시한 다음에, 온도가 상승한 공기를 박스 내부에서 외부로 배출함으로써, 박수를 냉각시키는 방법이 공지되어 있다.
도 7은 종래의 냉각 방법에 따른 박스를 냉각시키는 장치를 도시하는 도식적인 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 박스(21) 내부에는 인쇄기판(25)이 설치되어 있다. 박스(21)에는 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍(29), 및 박스의 내부에서 외부로 공기를 배출하는 배출구멍이 형성되어 있다. 또한, 이 배출구멍에는 공기를 배출하는 배출팬(22)이 설치되어 있다. 부가하여, 배출구멍의 근방에는, 인쇄기판(25) 상에 실장된 열 발생소자(도시되지 않음)에 의해 발생된 열을 발산시키는 열 발산핀(heat dissipating fin; 26)이 배출팬(22)에 근접하게 배치되어 있다.
인쇄기판(25) 상에 실장된 열 발생소자에 의해 발생된 열은 박스(21) 내에서 열 발산핀(26)에 의해 배출된다. 이 때에, 화살표(23)로 나타낸 바와 같이, 공기 흡입구멍(29)으로부터 외부 공기가 흡입되고, 이 공기는 배출팬(22)의 작동에 의해 열 발산핀(26)을 통과한 다음에, 화살표(24)로 나타낸 바와 같이, 배출팬에 의해 배출구멍을 통과하여 박스의 외부로 배출된다.
도 8은 종래의 냉각 방법에 따른 박스를 냉각시키는 장치의 도식적인 종단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 박스의 냉각 장치에는 열파이프(heat pipe)가 배치되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 박스(21)에는 인쇄기판(25)이 설치되어 있고, 열 발생소자(28)에 의해 발생된 열은 열파이프(27)에 의해 열 발산핀(26)이 설치된 위치로 전달된다. 도 8로 나타낸 박스에서도, 유사하게, 외부에서 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍(29), 및 박스의 내부에서 외부로 공기를 배출하는 배출구멍 이 형성되어 있다. 또한, 이 배출구멍에 근접하게 배출팬(22)이 설치되어 있다. 부가하여, 배출구멍의 근방에는, 인쇄기판(25) 상에 실장된 열 발생소자(28)에 의해 발생된 열을 발산시키는 열 발산핀(26)이 배출팬(22)에 근접하게 배치되어 있다.
인쇄기판(25) 상에 실장된 열 발생소자(28)에 의해 발생된 열은 열파이프(27)에 의해 전달되고, 박스(21) 내에서 열 발산핀(26)에 의해 배출된다. 이 때에, 화살표(23)로 나타낸 바와 같이, 공기 흡입구멍(29)으로부터 외부에서 공기가 흡입되고, 이 공기는 배출팬(22)의 작동에 의해 열 발산핀(26)을 통과한 다음에, 화살표(24)로 나타낸 바와 같이, 배출팬에 의해 배출구멍을 통과하여 박스의 외부로 배출된다.
상술한 바와 같이, 종래의 박스의 냉각 장치에서는, 인쇄기판(25) 상에 실장된 열 발생소자(28)에 의해 발생된 열이 열 발산핀을 구비하고 있는 히트싱크(heat sink)에 의해 냉각될 때에, 박스 내부에서 열 발산핀은 배출팬에 매우 근접하게 배치되어 있다. 보다 상세히하면, 풍속과 연관지으면, 풍속이 배출팬의 앞쪽에서 가장 높기 때문에, 박스 내부로부터 가능한 대량의 공기를 박스의 외부로 배출함으로써 박스가 냉각된다고 생각된다.
그러나, 종래의 박스 냉각 장치에서는 다음과 같은 문제점이 있다. 보다 상세히하면, 박스 내부에서 열 발산핀이 배출팬에 매우 근접하게 배치될 때에, 공기 흡입구멍으로부터 박스의 내부로 흡입된 공기의 온도는 박스 내부의 열 발생소자에 의해 발생된 열에 의해 상승한다. 따라서, 이렇게 온도가 상승한 공기가 열 발산핀을 통과함으로써 열을 효과적으로 발산시킬 수 없고, 그 결과, 열 발산핀의 냉각 효율이 악화된다.
열파이프를 히트 싱크(heat sink) (열 발산핀)에 부착할 때에, 열 발생소자 등의 열원(heat source)은 열파이프를 효과적으로 작동시키기 위해서(즉, 열파이프의 작동 원리를 확실하게 하기 위해서), 열파이프와 동일한 위치에 또는 아래에 위치되어야 한다. 부가하여, 수직과 수평 양쪽으로 설치될 수 있는 장치인 경우에는, 열파이프를 효과적으로 작동시키기 위해서 복수개의 열파이프가 배치되어야 한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 열 발산핀의 냉각 효율을 향상시키고, 열파이프를 효과적으로 작동시킬 수 있는, 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치 및 이의 냉각 방법을 제공하는 것이다.
종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명자들은 심도깊게 연구하였다. 그 결과 다음의 발견을 얻게 되었다. 보다 상세히하면, 박스의 외부에서 내부로 공기를 흡입하고 박스 내부에서 열교환을 실시하며 그 다음에 공기를 배출하는 박스의 냉각 장치에서, 열 발산핀이 배출구멍 대신에 공기 흡입구멍에 근접하게 배열될 때에, 열 발산핀은 박스의 외부에서 내부로 흡입되어 온도가 최저인 공기에 의해 직접 냉각될 수 있고, 이에 의해 열 발산핀의 냉각 효율이 향상된다는 것을 발견하였다.
또한, 박스를 수직으로 설치하는 경우에 열 발산핀이 열 발생소자의 근방에 또는 위에 수평 방향으로 설치된다면, 열 발생소자 등의 열원은 박스를 수평으로 설치하는 경우에도 열 파이프와 동일한 높이에 또는 아래에 배열될 수 있어서, 설 치된 모든 열 파이프가 효과적인 기능을 수행하게 된다는 것을 발견하였다.
본 발명은 상술한 발견을 토대로 달성되었다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 방법의 제 1 실시형태는,
(1) 박스에 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍 및 박스의 내부에서 외부로 공기를 배출하는 배출구멍을 배열하고, 박스 내부에 열 발산핀을 설치하는 단계;
(2) 상기 박스의 내부에서, 상기 공기 흡입구멍에 상기 열 발산핀의 부분 또는 전부가 근접하도록 배치하는 단계; 및
(3) 상기 공기 흡입구멍으로부터 흡입된 상기 공기를 상기 열 발산핀을 통과시킴으로써 상기 열 발생소자에 의해 발생된 열을 발산하며, 그 다음에 상기 열 발산핀을 통과함으로써 온도가 상승된 공기를 상기 배출구멍으로부터 상기 박스의 외부로 배출시켜, 상기 박스를 냉각시키는 단계를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 방법의 제 2 실시형태는,
(1) 박스에 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍 및 박스의 내부에서 외부로 공기를 배출하는 배출구멍을 배열하고. 박스 내부에 열 발산핀 및 열 전달수단을 설치하는 단계;
(2) 상기 박스의 내부에서, 상기 공기 흡입구멍에 상기 열 발산핀의 부분 또는 전부가 근접하도록 배치하는 단계;
(3) 상기 열 발생소자에 의해 발생된 열을 상기 열 전달수단에 의해 상기 열 발산핀에 전달하는 단계; 및
(4) 상기 공기 흡입구멍으로부터 흡입된 상기 공기를 상기 열 발산핀을 통과시킴으로써 상기 열 발생소자에 의해 발생된 열을 발산하며, 그 다음에 상기 열 발산핀을 통과함으로써 온도가 상승된 공기를 상기 배출구멍으로부터 상기 박스의 외부로 배출시켜, 상기 박스를 냉각시키는 단계를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 방법의 제 3 실시형태에 있어서, 상기 열 전달수단은 적어도 1개의 열 파이프를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 방법의 제 4 실시형태에 있어서, 상기 박스는 수직 및/또는 수평으로 설치될 수 있고, 상기 박스가 수직으로 설치되는 경우에, 상기 열 발산핀은 상기 열 발생소자의 근방에 또는 위에 수평 방향으로 설치된다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 방법의 제 5 실시형태에 있어서, 상기 배출구멍에 근접하게 공기 배출용 팬이 설치된다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치의 제 1 실시형태는, 박스의 외부에서 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍; 공기를 상기 박스의 외부로 배출하는 배출구멍; 및 상기 박스의 내부에서 상기 공기 흡입구멍에 부분적으로 또는 전부가 근접하게 배치된 열 발산핀을 포함하고 있고, 상기 공기 흡입구멍으로부터 흡입된 상기 공기는 상기 열 발산핀을 통과함으로써 상기 열 발생소자에 의해 발생된 열을 발산하며, 그 다음에 상기 열 발산핀을 통과함으로써 온도가 상 승된 공기가 상기 배출구멍으로부터 상기 박스의 외부로 배출되어, 상기 박스를 냉각시킨다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치의 제 2 실시형태는, 박스의 외부에서 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍; 공기를 상기 박스의 외부로 배출하는 배출구멍; 상기 박스의 내부에서 상기 공기 흡입구멍에 부분적으로 또는 전부가 근접하게 배치된 열 발산핀; 및 상기 열 발생소자에 의해 발생된 열을 상기 열 발산핀에 전달하는 열 전달수단을 포함하고 있고, 상기 열 발생소자에 의해 발생된 열은 상기 열 전달수단에 의해 상기 열 발산핀에 전달되고, 상기 공기 흡입구멍으로부터 흡입된 상기 공기는 상기 열 발산핀을 통과함으로써 상기 열 발생소자에 의해 발생된 열을 발산하며, 그 다음에 상기 열 발산핀을 통과함으로써 온도가 상승된 공기는 상기 배출구멍으로부터 상기 박스의 외부로 배출되어, 상기 박스를 냉각시킨다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치의 제 3 실시형태에 있어서, 상기 열 전달수단은 적어도 1개의 열 파이프를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치의 제 4 실시형태에 있어서, 상기 박스는 수직 및/또는 수평으로 설치될 수 있고, 상기 박스가 수직으로 설치되는 경우에, 상기 열 발산핀은 상기 열 발생소자의 근방에 또는 위에 수평 방향으로 설치된다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치의 제 5 실시형태에 있어서, 상기 열 발산핀은 베이스 부재(base member)와 끼워맞춤 부재(fitting member) 사이에 끼어 있게 열 발산핀 부분을 고정시킨 히트 싱크를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치의 제 6 실시형태에 있어서, 상기 배출구멍에 근접하게 공기 배출용 팬이 설치된다.
도 1은 본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치 및 이의 냉각 방법을 도시하는 도식적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치의 도식적인 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치 및 이의 냉각 방법을 도시하는 도식적인 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치의 도식적인 횡단면도이다.
도 5는 열 발산핀의 한 실시형태를 도시하는 도식적인 사시도이다.
도 6은 열 발산핀의 구성성분을 도시한다.
도 7은 종래의 냉각 방법에 따른 박스를 냉각시키는 장치를 도시하는 도식적인 사시도이다.
도 8은 종래의 냉각 방법에 따른 박스를 냉각시키는 장치의 도식적인 종단면도이다.
첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치 및 이의 냉각 방법이 기술되어 있다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치는, 박스의 외부에서 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍; 공기를 박스의 외부로 배출하는 배출구멍; 및 박스의 내부에서 공기 흡입구멍에 부분적으로 또는 전부가 근접하게 배치된 열 발산핀을 포함하고 있고, 이 공기 흡입구멍으로부터 흡입된 공기는 열 발산핀을 통과함으로써 열 발생소자에 의해 발생된 열을 발산하며, 그 다음에 열 발산핀을 통과함으로써 온도가 상승된 공기가 배출구멍으로부터 박스의 외부로 배출되어, 박스를 냉각시킨다.
본 발명에 따른 장치에서, 열 발산핀은 베이스 부재와 끼워맞춤 부재 사이에 끼어 있게 열 발산핀 부분이 고정되어 있는 히트 싱크를 포함하고 있다. 보다 상세히하면, 열 발산핀은 복수개의 산형상 부분, 및 이 산형상 부분을 지지하는 베이스 부분을 가지고 있는 열 발산핀 부분; 열 발산핀 부분의 산형상 부분이 삽입되는 복수개의 슬릿, 및 열 발산핀 부분을 고정시키는 복수개의 구멍을 가지고 있는 베이스 부재; 및 베이스 부재의 복수개의 구멍에 대응하는 복수개의 돌출 부분을 가지고 있어서, 베이스 부재와 끼워맞춤 부재 자체와의 사이에 열 발산핀 부분을 고정시키는 끼워맞춤 부재를 포함하고 있다.
또한, 본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치는, 박스의 외부에서 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍; 공기를 박스의 외부로 배출하는 배출구멍; 박스의 내부에서 공기 흡입구멍에 부분적으로 또는 전부가 근접하게 배치 된 열 발산핀; 및 열 발생소자에 의해 발생된 열을 열 발산핀에 전달하는 열 전달수단을 포함하고 있고, 열 발생소자에 의해 발생된 열은 열 전달수단에 의해 열 발산핀에 전달되고, 공기 흡입구멍으로부터 흡입된 공기는 열 발산핀을 통과함으로써 열 발생소자에 의해 발생된 열을 발산하며, 그 다음에 열 발산핀을 통과함으로써 온도가 상승된 공기가 배출구멍으로부터 박스의 외부로 배출되어, 박스를 냉각시킨다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 방법은 다음의 단게를 포함하고 있다. 보다 상세히하면, 냉각 방법은 (1) 박스의 벽에 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍, 및 박스의 내부에서 외부로 공기를 배출하는 배출구멍을 배열하고, 열 발생소자가 내부에 수납된 박스 내부에 열 발산핀을 설치하는 단계; (2) 박스의 내부에서, 공기 흡입구멍에 열 발산핀의 부분 또는 전부가 근접하도록 배치하는 단계; 및 (3) 공기 흡입구멍으로부터 흡입된 공기를 열 발산핀을 통과시켜 열 발생소자에 의해 발생된 열을 발산하며, 그 다음에 열 발산핀을 통과함으로써 온도가 상승된 공기를 배출구멍으로부터 박스의 외부로 배출시킴으로써, 박스를 냉각시키는 단계를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납되고, 열파이프 등의 열 전달수단을 구비하고 있는 박스의 냉각 방법은 다음의 단게를 포함하고 있다. 보다 상세히하면, 냉각 방법은 (1) 박스의 벽에 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍, 및 박스의 내부에서 외부로 공기를 배출하는 배출구멍을 배열하고. 열 발생소자가 내부에 수납된 박스 내부에 열 발산핀, 및 열 전달수단을 설치하는 단계; (2) 박스 의 내부에서, 공기 흡입구멍에 열 발산핀의 부분 또는 전부가 근접하도록 배치하는 단계; (3) 열 발생소자에 의해 발생된 열을 열 전달수단에 의해 열 발산핀에 전달하는 단계; 및 (4) 공기 흡입구멍으로부터 흡입된 공기를 열 발산핀을 통과시킴으로써 열 발생소자에 의해 발생된 열을 발산하며, 그 다음에 열 발산핀을 통과함으로써 온도가 상승된 공기를 배출구멍으로부터 박스의 외부로 배출시켜, 박스를 냉각시키는 단계를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 박스의 냉각 방법은 열발산을 요구하는 전자 장치의 전 분야에 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치 및 이의 냉각 방법을 도시하는 도식적인 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수직으로 배치된 박스(1)의 내부에는 인쇄기판(5)이 설치되어 있다. 박스(1)의 벽에는 박스의 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍(9), 및 박스의 외부로 공기를 배출하는 배출구멍이 배치되어 있다. 또한, 이 배출구멍에는 공기를 배출하는 배출팬(2)이 설치되어 있다. 공기 흡입구멍(9)에 근접하게 열 발산핀(6)이 설치되어 있다. 인쇄기판(5) 상에 실장된 열 발생소자(8)에 의해 발생된 열을 열 발산핀(6)에 전달하는 열파이프(7)는, 한쪽 단부는 열 발생소자(8)와 열적으로 접촉하도록 배치되고, 다른쪽 단부는 인쇄기판측의 열 발산핀(6)에 그의 세로 방향을 따라서 열 발산핀을 관통하도록 설치된다.
인쇄기판(5) 상에 실장된 열 발생소자(8)에 의해 발생된 열은 열파이프(7)에 의해 열 발산핀(6)에 전달된다. 공기 흡입구멍(9)을 통해서 흡입된 찬 공기(3)는 직접 열 발산핀(6)으로 불어 들어가서, 상술한 바와 같이 열파이프(7)에 의해 열 발산핀(6)에 전달된 열을 냉각시킨다. 그 다음에, 열 발산핀(6)에서 열을 발산시킴으로써 온도가 상승된 박스(1) 내부의 공기는 배출구멍을 통해서 화살표(4)로 나타낸 바와 같이, 배출팬(2)에 의해 박스의 외부로 배출된다. 본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이, 박스 외부로부터 흡입된 최저 온도의 공기가 열 발산핀을 통해서 직접 불어 들어오므로, 열 발산핀의 열 효율(즉, 냉각 효율)이 대폭 상승한다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치의 도식적인 종단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 박스(1)의 내부에는 인쇄기판(5)이 설치되어 있고, 인쇄기판(5) 상에 실장된 열 발생소자(8)에 의해 발생된 열은 열파이프(7)에 의해 열 발산핀(6)이 설치되는 위치에 전달된다. 또한, 박스(1)의 벽에는, 박스의 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍(9), 및 박스의 내부에서 외부로 공기를 배출하는 배출구멍이 배치되어 있다. 또한, 이 배출구멍에는 공기를 배출하는 배출팬(2)이 설치되어 있다. 공기 흡입구멍(9)에 근접하게 열 발산핀(6)이 설치되어 있다. 인쇄기판(5) 상에 실장된 열 발생소자(8)에 의해 발생된 열을 열 발산핀(6)에 전달하는 열파이프(7)는, 한쪽 단부는 열 발생소자(8)와 열적으로 접촉하도록 배치되고, 다른쪽 단부는 인쇄기판측의 열 발산핀(6)에 그의 세로 방향을 따라서 열 발산핀을 관통하도록 설치된다.
인쇄기판(5) 상에 실장된 열 발생소자(8)에 의해 발생된 열은 열파이프(7)에 의해 열 발산핀(6)에 전달된다. 공기 흡입구멍(9)을 통해서 흡입된 찬 공기(3)는 직접 열 발산핀(6)으로 불어 들어가서, 상술한 바와 같이 열파이프(7)에 의해 열 발산핀(6)에 전달된 열을 냉각시킨다. 그 다음에, 열 발산핀(6)에서 열을 발산시킴으로써 온도가 상승된 박스(1) 내부의 공기는 배출구멍을 통해서 화살표(4)로 나타낸 바와 같이, 배출팬(2)에 의해 박스의 외부로 배출된다.
도 3은 본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치 및 이의 냉각 방법을 도시하는 도식적인 사시도이다. 도 4는 본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치의 도식적인 횡단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 수평으로 배치된 박스(1)의 내부에는 인쇄기판(5)이 설치되어 있다. 또한, 박스(1)의 벽에는 박스의 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍(9), 및 박스의 내부에서 외부로 공기를 배출하는 배출구멍이 배치되어 있다. 부가하여, 이 배출구멍에는 공기를 배출하는 배출팬(2)이 설치되어 있다. 공기 흡입구멍(9)에 근접하게 열 발산핀(6)이 설치되어 있다. 인쇄기판(5) 상에 실장된 열 발생소자(8)에 의해 발생된 열을 열 발산핀(6)에 전달하는 열파이프(7)는, 한쪽 단부는 열 발생소자(8)와 열적으로 접촉하도록 배치되고, 다른쪽 단부는 인쇄기판측의 열 발산핀(6)에 그의 세로 방향을 따라서 열 발산핀을 관통하도록 설치된다.
인쇄기판(5) 상에 실장된 열 발생소자(8)에 의해 발생된 열은 열파이프(7)에 의해 열 발산핀(6)에 전달된다. 공기 흡입구멍(9)을 통해서 흡입된 찬 공기(3)는 직접 열 발산핀(6)으로 불어 들어가서, 상술한 바와 같이 열파이프(7)에 의해 열 발산핀(6)에 전달된 열을 냉각시킨다. 그 다음에, 열 발산핀(6)에서 열을 발산시킴으로써 온도가 상승된 박스(1) 내의 공기는 배출구멍을 통해서 화살표(4)로 나타낸 바와 같이, 배출팬(2)에 의해 박스의 외부로 배출된다. 본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이, 박스 외부로부터 흡입된 최저 온도의 공기가 열 발산핀을 통해서 직접 불어 들어오므로, 열 발산핀의 열 효율(즉, 냉각 효율)이 대폭 상승한다.
열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 방법에서는, 열 전달수단으로서의 열파이프가 적어도 1개의 열 파이프를 포함한다. 본 발명에서는 복수개의 열파이프를 사용하여도 된다.
열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 방법에서는, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 박스가 수직으로 및/또는 수평으로 설치되어도 되고, 박스가 도 1에 도시된 바와 같이 수직으로 설치되는 경우에는, 열 발산핀이 열 발생소자의 근방에 또는 그 위에 수평 방향으로 설치된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 열 발산핀의 실시형태를 도시한다. 보다 상세히하면, 도 5는 열 발산핀의 한 실시형태를 도시하는 도식적인 사시도이고, 도 6은 열 발산핀의 구성성분을 도시한다.
열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치에서는, 상기 열 발산핀이 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 베이스 부재와 끼워맞춤 부재 사이에 끼어 있게 열 발산핀 부분이 고정되어 있는 히트 싱크를 포함하고 있다. 보다 상세히하면, 열 발산핀(16)은 복수개의 산형상 부분(12), 및 이 산형상 부분을 지지하는 베이스 부분(13)을 가지고 있는 열 발산핀 부분(11); 이 열 발산핀 부분(11)의 산형상 부 분(12)이 삽입되는 복수개의 슬릿(15), 및 열 발산핀 부분(11)을 고정시키는 복수개의 구멍(17)을 가지고 있는 베이스 부재(14); 및 이 베이스 부재(14)의 복수개의 구멍(17)에 대응하는 복수개의 돌출 부분(19)을 가지고 있어서, 베이스 부재(14)와 끼워맞춤 부재(18) 자체와의 사이에 열 발산핀 부분(11)을 고정시키는 끼워맞춤 부재(18)를 포함하고 있다.
열 발산핀 부분(11)의 산형상 부분(12)은 베이스 부재(14)의 슬릿(15)에 삽입되어서 베이스 부재를 돌출시키고, 끼워맞춤 부재(18)의 돌출 부분(19)이 베이스 부재(14)에 형성된 구멍(17)에 삽입되며, 돌출 부분(19)의 앞쪽의 틈을 막는다. 열 발산핀은 베이스 부재와 끼워맞춤 부재 사이에 끼어 있게 고정된다.
또한, 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치 및 이의 냉각 방법을 실시예를 통해서 기술한다.
실시예
도 1에 도시된 바와 같은 반도체 칩 등의 열 발생소자를 구비하고 있는 박스를 준비한다. 전자 장치가 내부에 수납된 박스의 크기는 길이 330㎜×폭 70㎜×깊이 200㎜ 이다. 박스의 뒤쪽의 배출구멍에는, 공기를 배출하는 50㎜×50㎜ 크기의 배출팬이 설치되어 있다. 박스의 앞쪽에는, 박스의 앞쪽 중심 부분으로부터 위쪽까지의 범위 내에서 개방 면적비 20％가 되도록 공기 흡입구멍이 설치되어 있다.
전자 장치의 인쇄기판 상에서, 박스의 아래 외면으로부터 80㎜의 거리를 두고 또한 박스의 앞쪽 외면으로부터 100㎜의 거리를 두고 떨어져 있게 실장된 열 발생소자(길이 25㎜×폭 25㎜×높이 2㎜이고, 열 발생 전력 15W)는 하기의 열 발산핀 을 시용하여 본 발명의 박스의 냉각 방법에 따라서 냉각되었다.
보다 상세히하면, 열 발산핀은 베이스 부재, 파형핀(corrugated fin) (즉, 열 발산핀 부분) 및 끼워맞춤 부재를 포함하고 있다. 베이스 부재로서는, 알루미나 A1050으로 만들어진 전자기 차폐판(electromagnetic shield plate)용 차폐판(길이 250㎜×폭 120㎜×두께 0.5㎜)을 사용하였다. 열 발산핀 부분으로서는, 알루미나 A1050(산형상 부분의 높이 45㎜; 산형상 부분의 피치(pitch) 3㎜; 산형상 부분의 깊이 13㎜; 산형상 부분의 개수 15개; 핀의 판의 두께 0.4㎜)으로 만들어진 파형핀을 사용하였다. 끼워맞춤 부재로서는, 알루미늄 다이 캐스팅(die casting)으로 만들어진 열 보유 및 열 전달 블록(block)을 사용하였고, 또한, 블록 위에 고정을 위해 외부 직경 2㎜, 높이 1.2㎜의 15개의 핀을 형성하였다.
외부 직경 4㎜, 길이 160㎜의 열 파이프를 대략 중심 부분을 L자 형상으로 구부려서, 이 열파이프를 끼워맞춤 부재와 베이스 부재 사이에서 열 파이프와 열적으로 연결되는 파형핀 아래에 위치시켰다. 끼워맞춤 부재(즉, 알루미늄 다이 캐스팅)에는 열파이프의 형상에 대응하는 홈을 형성하였다.
베이스 부재에, 파형핀의 산형상 부분이 삽입되는 2.6㎜×20.2㎜의 8개의 직사각형 슬릿, 및 끼워맞춤 부재의 핀에 대응하는 직경 2.2㎜의 15개의 구멍을 각각 형성하였다.
파형핀의 산형상 부분을 상술한 바와 같이 준비된 베이스 부재의 아래쪽에 삽입하여 핀들을 베이스 부재의 대응하는 구멍에 삽입하였으며, 열 파이프가 내부에 내장된 베이스 부재와 끼워맞춤 부재와의 사이에 끼어 있는 파형핀을 압착에 의 해 고정시킴으로써 핀들의 단부의 틈을 막고, 이에 의해 열 싱크를 준비하였다. 이렇게 준비된 열 싱크를 파형핀이 공기 흡입구멍에 근접하게 위치되도록 설치하였다.
열 발생소자에 열전달 고무판(길이 25㎜×폭 25㎜×두께 1㎜, 열전달율 2.5W/mk)을 부착하였다.
인쇄기판과 열 싱크를 서로 나사로 조여서, 상술한 열싱크의 끼워맞춤 부재를 열 절단 고무판의 두께의 0.8㎜가 되는 위치에 부착하였다.
이 냉각 장치를 4시간 동안 작동시켰고, 열 발생소자의 표면 온도를 측정하였다. 그 결과, 주위 온도로부터 20℃의 온도가 상승하였고, 열 전달 고무판을 포함한 내열성은 1.3℃/W 이었다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박스의 냉각 장치 및 이의 냉각 방법에 따르면, 냉각 효율을 향상시킬 수 있다는 것이 확실하다.
본 발명에 따른 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치에서는, 열 발산핀이 배출팬에 근접하게 설치되는 장치와 비교하여 냉각 효율이 우수하므로, 열 발산핀의 설계 자유도가 높고, 이로 인해 열 발산핀의 소형화 및 배출팬의 공기 흐름이 저하되어, 장치가 간단하게 된다. 또한, 수직/수평으로 설치될 수 있는 장치에서, 열 파이프의 작동 원리를 제한하지 않으며, 최소 개수의 열 파이프를 설계할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 열 파이프가 효과적으로 작동하면서 열 발산핀의 냉각 효율을 향상시킨, 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치 및 이의 냉각 방법을 제공하는 것이 가능하다.

Claims (11)

  1. (1) 박스(box)에 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍 및 박스의 내부에서 외부로 공기를 배출하는 배출구멍을 배열하고, 박스 내부에 열 발산핀(heat dissipating fin)을 설치하는 단계;
    (2) 상기 박스의 내부에서, 상기 공기 흡입구멍에 상기 열 발산핀의 부분 또는 전부가 근접하도록 배치하는 단계; 및
    (3) 상기 공기 흡입구멍으로부터 흡입된 상기 공기를 상기 열 발산핀을 통과시킴으로써 상기 열 발생소자에 의해 발생된 열을 발산하며, 그 다음에 상기 열 발산핀을 통과함으로써 온도가 상승된 공기를 상기 배출구멍으로부터 상기 박스의 외부로 배출시켜, 상기 박스를 냉각시키는 단계;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 방법.
  2. (1) 박스에 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍 및 박스의 내부에서 외부로 공기를 배출하는 배출구멍을 배열하고. 박스 내부에 열 발산핀 및 열 전달수단을 설치하는 단계;
    (2) 상기 박스의 내부에서, 상기 공기 흡입구멍에 상기 열 발산핀의 부분 또는 전부가 근접하도록 배치하는 단계;
    (3) 상기 열 발생소자에 의해 발생된 열을 상기 열 전달수단에 의해 상기 열 발산핀에 전달하는 단계; 및
    (4) 상기 공기 흡입구멍으로부터 흡입된 상기 공기를 상기 열 발산핀을 통과시킴으로써 상기 열 발생소자에 의해 발생된 열을 발산하며, 그 다음에 상기 열 발산핀을 통과함으로써 온도가 상승된 공기를 상기 배출구멍으로부터 상기 박스의 외부로 배출시켜, 상기 박스를 냉각시키는 단계;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 열 전달수단은 적어도 1개의 열 파이프(heat pipe)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 박스의 냉각 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 박스는 수직 또는 수평으로 설치될 수 있고, 상기 박스가 수직으로 설치되는 경우에, 상기 열 발산핀은 상기 열 발생소자의 근방에 또는 위에 수평 방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 박스의 냉각 방법.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 배출구멍에 근접하게 공기 배출용 팬이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 박스의 냉각 방법.
  6. 박스의 외부에서 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍;
    상기 박스의 외부로 공기를 배출하는 배출구멍; 및
    상기 박스의 내부에서 상기 공기 흡입구멍에 부분적으로 또는 전부가 근접하 게 배치되는 열 발산핀;을 포함하고 있는 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치로서,
    상기 공기 흡입구멍으로부터 흡입된 상기 공기가 상기 열 발산핀을 통과함으로써 상기 열 발생소자에 의해 발생된 열을 발산하며, 그 다음에 상기 열 발산핀을 통과함으로써 온도가 상승된 공기가 상기 배출구멍으로부터 상기 박스의 외부로 배출되어, 상기 박스를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  7. 박스의 외부에서 공기를 흡입하는 공기 흡입구멍;
    공기를 상기 박스의 외부로 배출하는 배출구멍;
    상기 박스의 내부에서 상기 공기 흡입구멍에 부분적으로 또는 전부가 근접하게 배치된 열 발산핀; 및
    상기 열 발생소자에 의해 발생된 열을 상기 열 발산핀에 전달하는 열 전달수단;을 포함하고 있는 열 발생소자가 내부에 수납된 박스의 냉각 장치로서,
    상기 열 발생소자에 의해 발생된 열은 상기 열 전달수단에 의해 상기 열 발산핀에 전달되고, 상기 공기 흡입구멍으로부터 흡입된 상기 공기는 상기 열 발산핀을 통과함으로써 상기 열 발생소자에 의해 발생된 열을 발산하며, 그 다음에 상기 열 발산핀을 통과함으로써 온도가 상승된 공기가 상기 배출구멍으로부터 상기 박스의 외부로 배출되어, 상기 박스를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 열 전달수단은 적어도 1개의 열 파이프를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  9. 제 6항 내지 제 8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 박스는 수직 및/또는 수평으로 설치될 수 있고, 상기 박스가 수직으로 설치되는 경우에, 상기 열 발산핀은 상기 열 발생소자의 근방에 또는 위에 수평 방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  10. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 열 발산핀은 베이스 부재(base member)와 끼워맞춤 부재(fitting member) 사이에 끼어 있게 열 발산핀 부분을 고정시킨 히트 싱크(heat sink)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  11. 제 6항 내지 제 8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 배출구멍에 근접하게 공기 배출용 팬이 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
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