KR100685483B1 - 루버핀이 구비된 히트파이프 구조 - Google Patents

Abstract

개시된 루버핀이 구비된 히트파이프 구조는, 전자부품에서 방열되는 열을 흡수시키는 흡열블럭과; 일단이 흡열블럭에 연결되고, 내부에 이 흡열블럭에서 흡수된 열을 이송시켜 타단으로 방열시키는 열매체를 포함하여 구성되는 히트파이프와; 이 히트파이프에 수평으로 삽입되도록 체결공이 내부에 형성되고, 열매체와 외부 공기와의 열교환 효율을 높이기 위하여 복수의 루버가 형성되어 일정 간격을 두고 적층되어지는 복수의 루버핀; 및 이 복수의 루버핀의 일면에 결합하여 루버핀 사이로 외부의 공기를 유입시키는 축동형 팬을 구비한다. 이와 같은 루버핀이 구비된 히프파이프 구조에 따르면, 단위 면적 및 부피당 열교환 효율을 증가시킬 수 있어 전자제품의 소형화가 가능하게 되고, 소음을 방지할 수 있게 된다.

히트파이프, 루버핀, 전자부품

Description

루버핀이 구비된 히트파이프 구조{Heat pipe assembly equipped with louver}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프 구조를 나타낸 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 히트파이프 구조의 측면을 나타낸 도면,

도 3은 도 1에 도시된 루버핀을 나타낸 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100... 히트파이프 구조 110... 흡열블럭

120... 히트파이프 130... 루버핀

131... 체결공 132... 상향루버

133... 하향루버 134... 절곡부

140... 송풍팬 141... 임펠러

142... 상승부 143... 하강부

본 발명은 전자부품용 냉각장치에 관한 것으로서, 구체적으로는, 히트파이프 형식의 냉각시스템을 이용하고 루버핀 방열 구조를 가지는 전자부품용 냉각장치에 관한 것이다.

히트파이프란 밀폐된 진공 파이프 내에 작동유체가 주입된 것으로서, 한 쪽 끝을 가열하면 내부의 작동유체가 기화되어 압력차에 의해 다른 쪽으로 이동하고 주변으로 열을 방출한 후 다시 응축의 과정을 거쳐 가열부로 귀환할 수 있는 구조를 가지며, 그 자세한 원리는 다음과 같다.

히트파이프는 금속섬유 등의 내용물을 내장한 밀봉용기 내에 프레온, 물, 나트륨금속 등의 열매체를 감압(또는 진공) 봉입하여 제작하는 것으로서, 한쪽 말단이 가열되면 봉입된 액체가 증기류로 전환되어 다른 쪽 말단으로 빠르게 이동하는데, 이 과정에서 증기가 응축되면서 열을 방출하게 되고 열 방출에 의해 액화된 열매체는 모세관현상에 의해 처음의 가열부로 귀환하게 된다.

이와 같은 히트파이프는 잠열에 의해 열을 수송하기 때문에 금속류에 비해 빠른 시간에 많은 열량을 축방향으로 전달할 수 있고, 구조가 간단하고 경향이며, 유지 및 보수에 비용이 거의 들지 않는다는 장점이 있으며, 그 용도도 열수송, 가열, 온도 또는 열유속 제어 등으로 매우 다양하지만, 근래 트랜지스터, 컴퓨터 칩 등 전기 전자 부품의 냉각장치 용도로 사용되고 있다.

한편, 히트파이프를 포함한 대부분의 냉각장치에는 교환된 열을 공기 또는 다른 냉매중에 전달하기 위한 열교환핀이 개재되어 구성되는데, 열교환 핀 구성의 핵심은 넓은 표면적:부피 비를 확보할 수 있는 구조와 냉각하고자 하는 객체로부터 전달되는 열을 최대한 빨리 전달할 수 있도록 해주는 열전도성이다.

표면적:부피 비와 열전도성 이외에, 특히 냉각팬이 구성요소로서 사용되는 냉각장치에서 중요시되는 특성이 바로 핀과 접촉하는 유체의 흐름을 원활하게 해 줄 수 있는 핀의 구조이다.

한편, 종래의 열교환핀은 일반 평핀이나 평판에 가까운 형상을 하고 있어서 공기 또는 다른 냉매가 유입되는 곳으로부터 멀어질수록 열교환핀의 표면에는 유동하지 않는 공기의 층이 점차적으로 두꺼워지게 된다.

따라서, 이러한 정체된 공기층이 단열 역할을 하여 열교환핀의 열교환 효율은 급격히 떨어지게 되며 열교환핀의 표면적을 넓혀도 열교환 능력은 개선되지 않는 문제점이 발생하게 된다.

이와 같은 종래 평핀 구조의 열교환핀을 개선시킨 것이 바로 미늘창을 의미하는 루버핀이다.

루버(Louver)란 원래 광선의 조절, 환기, 배연 등을 위해 창문 따위에 다는, 길고 좁으며 얇은 판자로 비늘처럼 만든 격자를 말하는 것으로서, 루버핀이란 열교환 핀을 루버 형태로 구성함으로써 냉각팬이 생성하는 유체, 즉 공기의 흐름을 원활히 하고자 하는 구조를 말하는 것이라고 할 수 있다.

이상과 같은 히트파이프의 구조나 용도 또는 효율에 관한 기술 및 이와 관련하여 루버핀을 적용하고자 한 기술들을 기존의 특허/실용신안 상의 선행기술에서도 종종 찾아볼 수 있는데, 예를 들어, 대한민국 특허공개 제1998-034561호에 보면, 반도체 칩 패키지의 히트싱크의 표면에 횡 방향 또는 종 방향의 지그재그 형태 루 버핀을 형성하여 표면을 흐르는 공기의 흐름을 원활하게 함으로써 방열을 증진시켜 냉각효과를 향상시키고자 한 시도에 대해 개시된 바 있다.

또한, 대한민국 특허공개 제2002-0044370호에는, 냉각팬 및 히트파이프와 함께, CPU 방열면에 대한 접촉면의 일측에 직립 방열핀이 다수 형성된 응축부로 이루어지는 모듈플레이트와 모듈플레이트의 일측에 접합되며 냉각팬으로부터 유입된 공기의 유동방향에 변화를 주면서 난류유동이 발생되도록 유도하는 루버핀을 포함하여 이루어짐으로써 응축부의 방열성능이 향상된 히트파이프 냉각 시스템을 제공하고자 한 시도에 대해 개시된 바 있다.

또한, 대한민국 특허공개 제2002-0048844호에는, 전자칩과 접촉된 모체부 및 모체부와 일체형으로 돌출된 다수의 방열핀과 함께, 방열핀 사이에 형성된 공간부에 설치되며 박판의 부재를 물결모양으로 반복 굽힘하고 표면에 다수의 루버를 형성하여 공기 유동방향에 변화를 주면서 난류 유동이 생성되도록 하는 코루게이트 루버핀으로 이루어짐으로써 열전도 단면적 및 대류 열전달 면적을 극대화시킨 전자칩 냉각용 히트싱크에 대해 개시된 바도 있다.

이밖에, 루버핀의 방열 효과를 고려하여 열교환장치를 구성하고자 한 예로서, 대한민구 특허공개 제2004-0104439호에 보면, 기체의 주입구 부분의 루버를 후단의 루버에 비해 루버피치가 더 크게 구성함으로써 마찰저항력을 줄여 구성함으로써, CPU 등 각종 전자부품은 물론 에어컨, 제습기, 쇼케이스, 자동차 등 다양한 장치의 열교환기용으로 사용하고자 한 시도에 대해 개시된 바도 있다.

그러나, 이와 같은 종래 특허/실용신안 상의 선행기술들 대부분은 단지 히트 싱크 또는 히트파이프 형태의 열교환모듈에 루버핀을 다양한 형태로 적용하여 냉각 효과를 높이고자 한 것일 뿐 루버핀 자체에서의 방열 효과에 대한 고려는 거의 없는 상태의 것이었다고 할 수 있고, 열교환 효율의 저하로 인해 루버핀이 차지하는 공간이 커짐에 따라 전자제품의 소형화가 어려워지게 되는 문제점을 내포하고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은, 기본적으로 열교환모듈로서 히트파이프를 사용하고 방열핀 구조로서 루버 구조를 이용할 뿐만 아니라, 송풍팬이 냉매유체인 공기의 흐름을 강제 발생시키도록 되는 것이 일반적인 전자부품의 냉각 특성에 맞게 루버 구조를 개선하여 전자제품의 소형화가 가능하고, 냉각성능이 우수한 루버핀이 구비된 히트파이프 구조를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 루버 구조에 방열 효과를 더 향상시킬 수 있도록 부가적인 공기 공급 구조를 형성시켜 제공하고자 하는 것이다.

이밖에, 본 발명의 다른 목적, 과제와 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 루버핀이 구비된 히트파이프 구조는, 전자부품에서 방열되는 열을 흡수시키는 흡열블럭과; 일단이 상기 흡열블럭에 연결되고, 내부에 상기 흡열블럭에서 흡수된 열을 이송시켜 타단으로 방열시키는 열매체를 포함하여 구성되는 히트파이프와; 상기 히트파이프에 수평으로 삽입되도록 체결공이 내부에 형성되고, 상기 열매체와 외부 공기와의 열교환 효율을 높이기 위하여 복수의 루버가 형성되어 일정 간격을 두고 적층되어지는 복수의 루버핀; 및 상기 복수의 루버핀의 일면에 결합하여 상기 루버핀 사이로 외부의 공기를 유입시키는 송풍팬을 구비한다.

여기서, 상기 루버핀은 상기 송풍팬으로부터 유입되는 공기의 흐름이 상승류일 경우에는 상향으로 경사진 상향루버가 형성되고, 상기 송풍팬으로부터 유입되는 공기의 흐름이 하강류일 경우에는 하향으로 경사진 하향루버가 형성되어 상기 복수의 루버가 좌우 대칭이 됨이 바람직하다.

또한, 상기 루버핀은 외기 공기를 추가로 유입시키기 위해 양 선단에 상기 송풍팬으로부터 유입되는 공기가 유동되는 방향에 일정 각도 경사진 절곡부가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 루버핀은 유입되는 공기의 흐름을 원활하게 하도록 폭 방향으로 양 끝단으로부터 중앙으로 폭이 좁아지게 되는 루버를 구비하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 첨구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙 에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 구현예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 이하에서 상세하게 설명되는 본 발명의 루버핀이 구비된 히트파이프에서 각 구성요소의 재질이나 구체적인 형상 등 본 발명의 실질적 내용 및 효과와 직접적인 관련이 없는 부분에 대한 상세하고 구체적인 설명은 생략되었는 바, 본 발명의 기술적 사상을 훼손하지 않는 범위에서 적용 가능한 어떠한 장치를 사용하여도 관계없음을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프 구조를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 히트파이프 구조의 측면을 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1에 도시된 루버핀을 나타낸 사시도이다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프 구조(100)는 흡열블럭(110)과 히트파이프(120)와 복수의 루버핀(130)과 송풍팬(140)을 구비한다.

상기 흡열블럭(110)은 전자부품에서 방열하는 열을 흡수하는 역할을 하며, 전자부품에 부착되어진다.

상기 히트파이프(120)는 일단이 상기 흡열블럭(110)에 연결되고, 내부에 충 전되어 있는 열매체는 상기 흡열블럭(110)에서 흡수된 열을 이송시켜 타단으로 방열시키며, 방열된 열매체는 원래의 위치로 다시 복귀하게 된다.

본 발명의 일 예로써의 상기 히트파이프(120)는 종래 통상적으로 사용되는 히트파이프가 사용될 수 있다.

종래 히트파이프는 내부를 배기(排氣)한 파이프로 작은 구멍이 뚫려 있는 안쪽에 열매체를 가득 넣은 것으로서, 이 파이프의 한쪽 끝에 열을 가하면 액체는 증발하여 열에너지를 가지면서 다른 끝으로 이동한다. 그 후에, 파이프의 다른 끝에서 방열한 후에 속을 지나 본래의 위치로 돌아오는 구조로 되어 있다.

이와 같이 증발과 응축을 반복시킴으로 인해 냉각 효과를 나타내는 히트파이프의 본체의 재료로는 일반적으로 구리, 스테인레스강, 세라믹스, 텅스텐 등이 사용되고, 내측 벽면은 다공질의 파이버(Fiber) 등이 사용된다.

또한, 열매체로서는 메탄올, 아세톤, 물, 수은 등이 사용된다.

상기 복수의 루버핀(130)은 상기 히트파이프에 수평으로 삽입되도록 체결공(131)이 내부에 형성되고, 상기 열매체와 외부 공기와의 열교환 효율을 높이기 위하여 복수의 루버(132,133)가 형성되어 일정 간격을 두고 적층되어지며, 그 구조에 대해서는 후술할 루버핀(130)의 구조에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

상기 송풍팬(140)은 상기 복수의 루버핀(130)의 일면에 결합하여 상기 루버핀(130) 사이로 외부의 공기를 유입시킨다.

여기서, 본 발명의 일 예로써의 상기 송풍팬(140)은 축동형(Axial) 타입으로 임펠러(141)의 회전에 의해 외부 공기를 유입시키며, 유입되는 외부 공기의 프로파 일(Profile)은 상승부(142)와 하강부(143)로 구분지을 수 있으며, 상기 상승부(142) 및 하강부(143)에 대해서는 후술할 루버핀(130)의 구조에서 살펴보도록 한다.

이하, 본 발명의 일 예로써의 루퍼핀(130)의 구조에 대해 자세히 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 루퍼핀(130)은 내부에 체결공(131)이 형성되어 상기 히트파이프(120)에 수평으로 삽입되어 복수개로 적층되어진다.

여기서, 상기 루버핀(130)은 상기 송풍팬(140)으로부터 유입되는 공기의 흐름이 상승류일 경우에는 상향으로 경사진 상향루버(132)가 형성되고, 상기 송풍팬(140)으로부터 유입되는 공기의 흐름이 하강류일 경우에는 하향으로 경사진 하향루버(133)가 형성되고, 상기 복수의 루버(132,133)는 그 형상이 좌우 대칭이 된다.

구체적으로, 상기 상향루버(132) 및 하향루버(133)의 상향 및 하향은 상기 송풍팬(140)과 접하고 있는 부분의 형상을 의미하는 것으로, 상기 임펠러(141)의 회전에 의해 도면(도 1 참조)상의 우측에 상승부(142), 좌측에 하강부(143)가 형성되어 상기 상승부(142)에 있어서는 유입되는 공기의 흐름이 상승류가 되며, 상기 하강부(143)에 있어서는 공기의 흐름이 하강류가 된다.

이와 같이, 상기 송풍팬(140)에 의해 유입되는 공기의 흐름에 따라 상기 루버핀(130)에 구비되는 루버(132,133)의 형상을 변경하면 공기의 유동특성이 개선되어 열교환 효율을 높일 수 있게 된다.

또한, 상기 루버핀(130)은 외기 공기를 추가로 유입시키기 위해 양 선단에 상기 송풍팬(140)으로부터 유입되는 공기가 유동되는 방향에 일정 각도 경사진 절곡부(134)가 더 구비되어진다.

또한, 상기 상향루버(132) 및 하향루버(133)의 형상은 유입되는 공기의 흐름을 원활하게 하도록 폭 방향으로 양 끝단으로부터 중앙으로 폭이 좁아지게 되는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 예로써의 상기 루버핀(130)은 유입되는 공기의 유동 특성을 고려하여 루버(132,133)의 형상을 변경하고, 또한 절곡부(134)가 더 구비됨으로써 열교환 효율을 높일 수 있으며, 그 결과 전자제품의 소형화가 가능하고 안정적인 냉각성능을 발휘할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 루버핀이 구비된 히트파이프 구조는 이상과 같이 상술한 구현예에 한정되는 것은 아니고, 다른 구현예로 다양하게 변형되어 사용될 수 있으며, 이와 같은 변형에 의해 본 발명의 상기한 기술적 사상이 전혀 훼손되지 않을 수 있음이 주지되어야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 루버핀이 구비된 히트파이프 구조는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 전자부품의 냉각 특성에 맞게 루버 구조를 개선하여 전자제품의 소형화가 가능하고, 히프파이프의 냉각성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

둘째, 루버핀에 부가적인 공기 공급 구조를 형성시켜 방열 효과를 더 향상시 킬 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 구현예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (4)

1. 전자부품에서 방열되는 열을 흡수시키는 흡열블럭과;

   일단이 상기 흡열블럭에 연결되고, 내부에 상기 흡열블럭에서 흡수된 열을 이송시켜 타단으로 방열시키는 열매체를 포함하여 구성되는 히트파이프와;

   상기 히트파이프에 수평으로 삽입되도록 체결공이 내부에 형성되고, 상기 열매체와 외부 공기와의 열교환 효율을 높이기 위하여 복수의 루버가 형성되어 일정 간격을 두고 적층되어지는 복수의 루버핀; 및

   상기 복수의 루버핀의 일면에 결합하여 상기 루버핀 사이로 외부의 공기를 유입시키는 송풍팬을 구비하고,

   상기 루버핀은, 외기 공기를 추가로 유입시키기 위해 양 선단에 상기 송풍팬으로부터 유입되는 공기가 유동되는 방향에 일정 각도 경사진 절곡부가 구비되는 것을 특징으로 하는,

   루버핀이 구비된 히트파이프 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 루버핀은, 상기 송풍팬으로부터 유입되는 공기의 흐름이 상승류인 부분에는 상향으로 경사진 상향루버가 형성되고, 상기 송풍팬으로부터 유입되는 공기의 흐름이 하강류인 부분에는 하향으로 경사진 하향루버가 형성되어 상기 복수의 루버가 좌우 대칭이 됨을 특징으로 하는,

   루버핀이 구비된 히트파이프 구조.
3. 삭제
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 루버핀은, 유입되는 공기의 흐름을 원활하게 하도록 폭 방향으로 양 끝단으로부터 중앙으로 폭이 좁아지게 되는 루버를 구비하는 것을 특징으로 하는,

   루버핀이 구비된 히트파이프 구조.

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