KR100766109B1 - 방열장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방열장치에 관한 것이다. 본 발명은 열원이 구비되는 위치에 장착되는 베이스(20)와, 열전달율이 상대적으로 높은 재질로 형성되고 상기 베이스에 구비되며 상기 열원과 열적으로 접촉되어 열원의 열을 전달받는 히트싱크(30)와, 일측이 상기 히트싱크(30)를 관통하고 단부가 히트싱크(30)의 가장자리에서 히트싱크(30)의 일측 표면에 직교하는 방향으로 일정 간격으로 연장되어 히트싱크(30)에서 전달받은 열을 단부로 전달하는 히트파이프(40)와, 상기 히트파이프(40)가 일정 간격으로 관통하고 중앙에 관통쳄버(52)가 형성되어 공기가 관통쳄버(52)에서 원심방향으로 통과하면서 열교환이 이루어지며 상기 히트싱크(30)에 인접하여 위치되는 히트익스체인저(50)와, 상기 히트익스체인저(50)의 관통쳄버(52) 내에 설치되고 상기 히트익스체인저(50)를 관통하여 유동되는 기류를 형성하는 팬유니트(60)를 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 방열장치에 의하면 특정 열원뿐만 아니라 전자제품 내부에서 발생되는 열을 신속하게 배출할 수 있게 되며, 방열장치의 크기가 전체적으로 소형화되어 방열장치가 사용되는 전자제품의 소형화가 가능하게 되는 효과도 있다.
열원, 팬유니트, 열방출, 히트파이프, 방열핀, 강제순환

Description

방열장치{A heat radiating apparatus}
도 1은 종래 기술에 의한 방열장치의 구성을 보인 개략 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 방열장치의 바람직한 실시예를 보인 사시도.
도 3은 본 발명 실시예의 요부 구성을 보인 분해사시도.
도 4는 본 발명 실시예의 구성을 보인 단면도.
도 5는 본 발명 실시예가 동작되는 것을 보인 동작상태도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20: 베이스 21: 상판
22: 고정레그 30: 히트싱크
32: 베이스블록 33: 열원접촉부
34: 안착홈 36: 상판
40: 히트파이프 50: 히트익스체인저
51: 방열핀 52: 관통쳄버
60: 팬유니트 62: 모터베이스
64: 모터 66: 팬
본 발명은 방열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자제품 등의 열원에서 발생된 열을 강제로 방출하는 방열장치에 관한 것이다.
전자제품의 성능이 높아지면서 내부의 부품에서 발생하는 열이 크게 늘어 나는 추세에 있다. 이와 같은 열을 원활하게 방출시키지 않으면 해당 발열부품 뿐만 아니라 주변의 부품까지도 열의 영향을 받아 전자제품이 제 성능을 발휘하지 못하거나 심한 경우 부품이 손상되어 전자제품이 고장나는 문제가 발생한다.
이를 해결하기 위해, 최근에는 열을 원격지로 이동시킬 수 있는 히트파이프를 사용한 방열장치가 많이 사용된다. 이와 같은 방열장치가 도 1에 도시되어 있다. 도면에 도시된 바에 따르면, 케이싱(1)은 서로 대향되는 면이 개구된 육면체 형상으로 형성된다. 상기 케이싱(1)의 내부 일측면에서 타측면으로는 소정의 두께와 폭을 가지는 판상의 방열핀(3)이 일정 간격을 두고 구비된다. 상기 방열핀(3)들 사이의 간격에 의해 상기 케이싱(1)의 개구된 일측에서 타측으로 공기가 흐를 수 있는 통로가 형성된다.
상기 케이싱(1)의 일측에서 타측으로, 상기 케이싱(1)과 방열핀(3)을 관통해서는 히트파이프(5)가 설치된다. 상기 히트파이프(5)는 상기 방열핀(3)으로 열원에서 발생된 열을 강제로 전달하는 역할을 한다.
이를 위해 상기 히트파이프(5)의 일측 단부에는 열원접촉부(7)가 연결된다. 상기 열원접촉부(7)는 열전달율이 좋은 재질로 만들어지는 것으로, 열원에 접촉되어 설치된다.
한편, 상기 케이싱(1)의 일측에는 상기 방열핀(3)의 사이로 공기의 흐름을 형성하는 팬유니트(9)가 설치된다. 상기 팬유니트(9)는 상기 방열핀(3)의 사이를 통과하는 기류를 형성하여 방열핀(3)으로부터 열을 받아 외부로 방출시키게 된다
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 방열장치에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
상기와 같은 구조의 방열장치는 씨피유(CPU)에 상기 열원접촉부(7)를 접촉시켜서 씨피유에서 발생하는 열을 외부로 분산시키도록 하고 있다. 하지만 최근에 출시되는 씨피유는 대략 115W의 열을 발생시키고, 곧 135W에 달하는 열을 발생시키는 씨피유가 생산될 것이다.
그리고, 최근에는 씨피유 뿐만아니라 그 주변의 다른 열원에서의 발열량 또한 상당한 증가세를 보이고 있어, 종래 기술과 같이 씨피유만을 냉각하는 방열장치로는 전자제품 전체의 열관리에 많은 문제점이 있다.
이에 더해 컴퓨터와 같은 전자제품은 갈수록 슬림화되어 가고 있다. 따라서, 종래 기술과 같은 방열장치는 그 설치에 많은 공간이 소요되어 전자제품의 슬림화에 걸림돌이 될 수 밖에 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상대적으로 많은 양을 열을 방출할 수 있는 방열장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전자제품 내부의 특정 열원의 열뿐만 아니라 주변 열 원의 열까지도 강제순환에 의해 방출시킬 수 있는 방열장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 경박단소화된 방열장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 상판과 상기 상판의 가장자리에 구비되어 열원의 상부 소정 높이에 위치되도록 하는 지지레그로 구성되는 베이스와, 일부가 상기 베이스를 관통하여 구비되며 상기 열원과 열적으로 접촉되어 열원의 열을 전달받는 히트싱크와, 일측이 상기 히트싱크를 관통하고 단부가 히트싱크의 가장자리에서 히트싱크의 일측 표면에 직교하는 방향으로 일정 간격으로 연장되어 히트싱크에서 전달받은 열을 단부로 전달하는 히트파이프와, 상기 히트파이프가 일정간격으로 관통하고 중앙에 관통쳄버가 형성되어 공기가 관통쳄버에서 원심방향으로 통과하면서 열교환이 이루어지며 상기 히트싱크에 인접하여 위치되는 히트익스체인저와, 상기 히트익스체인저의 관통쳄버 내에 설치되고 상기 히트익스체인저를 관통하여 유동되는 기류를 모터에 의해 회전되는 팬으로 형성하는 팬유니트를 포함하여 구성된다.
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상기 히트싱크는 원판상으로 형성되는 것으로, 상기 베이스를 관통하여 하부로 노출되어 열원과 직접 접촉되는 열원접촉부가 일면에 구비되고 타면에 상기 히트파이프가 안착되는 안착홈이 형성되는 베이스블록과, 상기 베이스블록상에 체결되어 상기 안착홈상에 히트파이프가 고정되게 하는 상판을 포함하여 구성된다.
상기 히트파이프는 양단부가 평행한 U자형상으로 절곡되고, 그 중간부가 상기 히트싱크에 열적으로 접촉한다.
상기 히트파이프는 일단부가 히트싱크에 열적으로 접촉되고 타단부가 히트싱크의 일측 표면에 수직한 방향으로 길게 연장되게 형성된다.
상기 히트익스체인저는 중앙에 통공이 형성된 원판상의 방열핀이 다수개가 소정 간격을 두고 적층되어 원통형상으로 형성된다.
상기 팬유니트는 상기 히트싱크상에 설치되는 모터베이스와, 상기 모터베이스에 지지되고 구동력을 제공하는 모터와, 상기 모터에 의해 구동되고 그 회전중심축 방향으로 공기가 유입되어 원심방향으로 토출되도록 구성되는 팬을 포함하여 구성된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 방열장치에 의하면 특정 열원뿐만 아니라 전자제품 내부에서 발생되는 열을 신속하게 배출할 수 있게 되며, 방열장치의 크기가 전체적으로 소형화되어 방열장치가 사용되는 전자제품의 소형화가 가능하게 되는 효과도 있다.
이하 본 발명에 의한 방열장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2에는 본 발명에 의한 방열장치의 바람직한 실시예가 사시도로 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명 실시예의 요부 구성이 분해사시도로 도시되어 있으며, 도 4에는 본 발명 실시예의 구성이 단면도로 도시되어 있다.
도면들에 도시된 바에 따르면, 베이스(20)는 대략 장방형의 상판(21)과 그 네 모서리에 구비되는 고정레그(22)로 구성된다. 상기 고정레그(22)는 열원, 예를 들면 씨피유(CPU)가 설치되는 기판 등에 직접 체결되어 지지되는 부분이다. 상기 고정레그(22)는 상기 상판(21)을 상기 기판 상의 소정 높이에 위치되도록 한다.
상기 베이스(20)의 상판(21) 상면에는 히트싱크(30)가 설치된다. 상기 히트싱크(30)는, 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 전체 형상이 원판상으로 형성되는 것으로, 열전달율이 좋은 구리나 알루미늄 등의 금속으로 만들어지는 것이 바람직하다. 물론 상기 히트싱크(30)가 반드시 원판상으로 형성되어야 하는 것은 아니며, 예를 들어 납작한 육면체 등 다면체 형상으로 될 수도 있다. 상기 히트싱크(30)는 특정 열원, 즉 씨피유 등과 열적으로 직접 접촉되도록 구성된다.
상기 히트싱크(30)의 상세 구성을 살펴보면, 베이스블록(32)이 원판상으로 형성된다. 상기 베이스블록(32)의 하면에는 상기 베이스(20)의 상판(21)을 관통하여 상판(21) 하부로 노출되는 열원접촉부(33)가 구비된다. 상기 열원접촉부(33)는 상기 상판(21)의 두께보다 상대적으로 더 돌출되게 형성된다. 상기 열원접촉부(33)가 돌출되는 정도는 상기 베이스(20)가 기판상에 설치되었을 때, 열원의 상면에 직접 접촉될 수 있도록 되면 된다. 상기 열원접촉부(33)는 본 실시예에서 원판상으로 형성되나 열원 즉 씨피유의 상면 전체에 접촉될 수 있는 형상이면 어떠하여도 상관없다.
상기 베이스블록(32)의 일면, 상기 열원접촉부(33)가 형성된 반대면에는, 도 3에 잘 도시된 바와 같이 다수개의 안착홈(34)이 형성된다. 상기 안착홈(34)에는 아래에서 설명될 히트파이프(40)가 안착된다. 상기 안착홈(34)은 상기 베이스블록 (32)의 일면 전체에 균일하게 형성되도록 형성된다.
상기 베이스블록(32)의 안착홈(34)을 차폐하도록 상판(36)이 설치된다. 상기 상판(36)은 상기 베이스블록(32)에 용접에 의해 부착된다. 여기서, 상기 상판(36)중 상기 베이스블록(32)과 결합되는 면에는 상기 안착홈(34)과 대응되는 안착홈(도시되지 않음)이 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 베이스블록(32)의 안착홈(34)과 상판(36)의 안착홈은 서로 협력하여 히트파이프(40)의 외면이 안착홈(34)들의 내면에 완전히 밀착될 수 있도록 설계된다.
상기 히트싱크(30)에는 히트파이프(40)가 다수개 설치된다. 상기 히트파이프(40)는 상기 히트싱크(30)와 열적으로 접촉되는 부분을 제외한 나머지 양단부가 상기 히트싱크(30)의 가장자리에서 히트싱크(30)의 일측 표면에 수직한 방향으로 연장된다. 본 실시예에서는 각각의 히트파이프(40)가 'U'자 형상을 가지도록 형성되어 있다.
하지만 반드시 히트파이프(40)의 형상이 그러해야 하는 것은 아니며, 예를 들면, 일단부는 히트싱크(30)에 열적으로 접촉되고 타단부는 히트싱크(30)의 일측 표면에 수직한 방향으로 연장되게 형성될 수도 있다. 이와 같은 경우 히트파이프(40)의 갯수는 도시된 실시예의 2배로 된다. 여하튼 상기 히트파이프(40)는 그 단부가 히트싱크(30)의 가장자리에서 히트싱크(30)의 표면에 수직한 방향으로 연장된다. 상기 히트파이프(40)는 그 내부에 구비된 작동유체가 열에 의해 상변화되면서 이동함에 의해 열을 일측에서 타측으로 전달하는 것이다.
상기 베이스(20)의 상판(21)에 설치되는 히트싱크(30)의 상부에는 히트익스 체인저(50)가 설치된다. 여기서 상기 상판(21)과 히트익스체인저(50)사이의 간격은 상대적으로 매우 가깝게 되어 있다. 즉, 상기 히트싱크(30)와 아래에서 설명될 모터베이스(62)가 설치될 정도이다. 이는 전체 방열장치의 높이를 최소화하기 위함이다.
상기 히트익스체인저(50)는 열원의 열을 히트싱크(30)와 히트파이프(40)를 통해 전달받아 공기로 전달하는 부분이다. 상기 히트익스체인저(50)는 전체 형상이 대략 원통형상으로 형성된다. 즉, 중앙에 통공이 형성된 원판상의 방열핀(51)이 각각 소정 간격을 두고 다수개 적층되어 형성된다. 본 실시예에서는 상기 방열핀(51)의 가장자리 형상이 다수개의 원호가 연결된 것으로 되어 있으나 전체가 동일한 곡률을 가지는 원형으로 형성될 수도 있다. 상기 히트익스체인저(50)의 내부에 형성되는 공간은 관통쳄버(52)라 한다.
참고로, 상기 히트파이프(40)는 상기 히트익스체인저(50)를 구성하는 방열핀(51)들을 수직으로 관통하여 통과한다. 상기 히트파이프(40)들은 상기 히트익스체인저(50)를 일정 간격을 두고 관통한다. 상기 방열핀(51)들은 상기 히트파이프(40)에 의해 지지되고, 히트파이프(40)의 관통을 위한 통공의 형성시 발생하는 버어에 의해 서로 간에 소정 간격을 유지하도록 설치되는 것이 바람직하다. 하지만, 별도의 구성으로 방열핀(51)들을 일정 간격으로 적층되게 설치할 수 있다.
본 실시예에서 상기 히트익스체인저(50)는 상기 관통쳄버(52)의 일측을 통해 공기가 내부로 들어와서 방열핀(51) 사이의 틈새를 통해 외주면을 통해 원심방향으로 배출된다.
상기 히트익스체인저(50)의 관통쳄버(52)내에 있도록 팬유니트(60)가 상기 히트싱크(30)상에 설치된다. 상기 팬유니트(60)는 상기 히트익스체인저(50)를 통과하는 기류를 형성하는 역할을 한다.
상기 팬유니트(60)는 크게 모터베이스(62), 모터(64) 및 팬(66)으로 구성된다. 상기 모터베이스(62)는 팬유니트(60)를 지지하는 역할을 한다. 상기 모터베이스(62)는 열전달율이 상대적으로 낮은 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면 폴리프로필렌 등이 있다. 상기 모터베이스(62)는 상기 상판(36)상에 고정된다.
상기 모터(64)는 상기 모터베이스(62)상에 설치되는 것으로, 팬(66)의 구동을 위한 원동력을 제공한다. 상기 팬(66)은 그 회전중심축 방향으로 유입된 공기를 원심방향으로 배출하는 팬으로, 본 실시예에서는 일명 시로코팬이라는 것이 사용된다. 상기 팬(66)은 상기 관통쳄버(52)내에 위치된다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 방열장치의 작용을 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명 실시예의 방열장치를 조립하는 것을 간단히 설명한다. 상기 베이스(20) 상에 히트싱크(30)의 베이스블록(32)을 고정하고, 상기 베이스블록(32)상에 히트파이프(40)를 안착시킨다. 상기 히트파이프(40)가 안착홈(34)에 안착된 상태에서 상기 상판(36)을 베이스블록(32)에 결합한다. 상기 상판(36)은 상기 베이스블록(32)에 용접에 의해 결합된다.
이와 같이 되면 상기 히트싱크(30)의 가장자리를 둘러서 히트파이프(40)의 단부가 히트싱크(30)의 일측 표면에 직교하는 방향으로 일정 간격을 두고 연장된 상태가 된다. 다음으로는 상기 방열핀(51)을 히트파이프(40)에 지지되게 소정 간격으로 다수개 설치하여 히트익스체인저(50)를 형성한다. 물론 상기 히트익스체인저(50)가 하나의 조립체로 된 상태에서 히트파이프(40)에 결합되게 할 수도 있다.
상기 히트익스체인저(50)의 설치가 완성되면, 상기 팬유니트(60)를 상기 히트익스체인저(50) 내에 설치한다. 즉, 상기 모터베이스(62)가 상기 히트싱크(30)상에 안착되도록 하여 상기 팬(66)이 상기 관통쳄버(52) 내에 위치되도록 한다.
이제, 본 발명의 방열장치에서 방열이 이루어지는 것을 설명한다. 전자제품이 동작되면 각종 부품들에서는 열이 발생된다. 즉, 컴퓨터를 예로 들면, 상기 히트싱크(30)가 상면에 밀착되어 있는 씨피유(CPU)를 비롯해서, 전원관리칩, 메인칩셋, 그래픽칩셋 등에서 많은 열이 발생한다.
일단, 상기 씨피유(CPU)에서 발생된 열은 상기 열원접촉부(33)를 통해 히트싱크(30)로 전달되고, 상기 히트싱크(30)에서는 상기 히트파이프(40)로 전달된다. 상기 히트파이프(40)로 전달된 열은 그 내부의 작동유체에 의해 상기 히트익스체인저(50)를 관통하는 히트파이프(40)의 단부로 전달된다. 상기 히트파이프(40)의 단부로 전달된 열은 상기 히트익스체인저(50)의 방열핀(51)들로 전달된다.
한편, 상기 팬유니트(60)에 의해서는 기류가 형성된다. 즉, 상기 팬유니트(60)가 구동되면, 상기 팬(66)의 내부로 공기가 흡입되고, 상기 팬(66)을 통과하여 상기 히트익스체인저(50)로 공기가 전달된다. 상기 팬(66)에서는 그 원심방향으로 공기가 토출되면서 상기 히트익스체인저(50)의 방열핀(51)사이의 틈새를 통과한다.
상기 방열핀(51)사이의 틈새를 공기가 통과하면서 방열핀(51)으로부터 열을 전달받아 히트익스체인저(50)의 외부로 배출된다. 상기 히트익스체인저(50)의 외부로 배출된 공기는 주변의 다른 열원쪽으로 유동되어 전자제품 내부의 열을 외부로 배출할 수 있다. 특히, 상기 히트익스체인저(50)에서는 그 사면 팔방으로 공기가 토출되어 유동되므로 전자제품 내부 전체로 공기가 유동되면서 전자제품 내부의 열을 외부로 배출하게 된다.
그리고, 본 발명에서와 같이 방열핀(51)이 중앙에 통공이 형성된 원판상으로 되어 전체 히트익스체인저(50)가 원통형상으로 구성되는 경우, 상대적으로 방열핀(51)의 표면적이 넓어진다. 이는 동일한 체적의 히트익스체인저(50)에서 방열면적이 상대적으로 넓다는 것을 의미하고, 열방출성능의 향상이 가능하는 것이다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 방열장치에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서는 히트익스체인저가 중앙에 통공이 형성된 원판상의 방열핀을 적층하여 원통형상으로 구성되므로, 상대적으로 방열면적이 넓어지므로 열원에서 발생된 열을 보다 효율적으로 배출할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
그리고, 본 발명은 히트익스체인저를 통과한 공기가 사면 팔방으로 방출되도록 구성되어 있어 히트싱크가 직접 접촉된 열원의 열뿐만 아니라, 전자제품 내부에 서의 공기유동을 유발시켜 전자제품 내부의 다양한 열원의 열을 보다 확실하게 배출할 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명에서는 열원, 히트싱크, 히트익스체인저가 차례로 적층되도록 방열장치가 구성되고, 특히 히트익스체인저의 내부에 팬유니트가 설치되므로 전체적으로 방열장치의 설치에 드는 공간이 최소화될 수 있다. 따라서, 방열장치가 사용되는 전자제품의 소형화를 이룰 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

Claims (7)

  1. 상판과 상기 상판의 가장자리에 구비되어 열원의 상부 소정 높이에 위치되도록 하는 지지레그로 구성되는 베이스와,
    일부가 상기 베이스를 관통하여 구비되며 상기 열원과 열적으로 접촉되어 열원의 열을 전달받는 히트싱크와,
    일측이 상기 히트싱크를 관통하고 단부가 히트싱크의 가장자리에서 히트싱크의 일측 표면에 직교하는 방향으로 일정 간격으로 연장되어 히트싱크에서 전달받은 열을 단부로 전달하는 히트파이프와,
    상기 히트파이프가 일정간격으로 관통하고 중앙에 관통쳄버가 형성되어 공기가 관통쳄버에서 원심방향으로 통과하면서 열교환이 이루어지며 상기 히트싱크에 인접하여 위치되는 히트익스체인저와,
    상기 히트익스체인저의 관통쳄버 내에 설치되고 상기 히트익스체인저를 관통하여 유동되는 기류를 모터에 의해 회전되는 팬으로 형성하는 팬유니트를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 방열장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 히트싱크는 원판상으로 형성되는 것으로,
    상기 베이스를 관통하여 하부로 노출되어 열원과 직접 접촉되는 열원접촉부가 일면에 구비되고 타면에 상기 히트파이프가 안착되는 안착홈이 형성되는 베이스블록과,
    상기 베이스블록상에 체결되어 상기 안착홈상에 히트파이프가 고정되게 하는 상판을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 방열장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 히트파이프는 양단부가 평행한 U자형상으로 절곡되고, 그 중간부가 상기 히트싱크에 열적으로 접촉함을 특징으로 하는 방열장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 히트파이프는 일단부가 히트싱크에 열적으로 접촉되고 타단부가 히트싱크의 일측 표면에 수직한 방향으로 길게 연장되게 형성됨을 특징으로 하는 방열장치.
  6. 제 1 항, 제 3 항 , 제 4 항 , 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 히트익스체인저는 중앙에 통공이 형성된 원판상의 방열핀이 다수개가 소정 간격을 두고 적층되어 원통형상으로 형성됨을 특징으로 하는 방열장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 팬유니트는,
    상기 히트싱크상에 설치되는 모터베이스와,
    상기 모터베이스에 지지되고 구동력을 제공하는 모터와,
    상기 모터에 의해 구동되고 그 회전중심축 방향으로 공기가 유입되어 원심방향으로 토출되도록 구성되는 팬을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 방열장치.
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