KR101253240B1 - 방열용 핫 플레이트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발열체와 열접촉하여 고온을 방열시키는 핫 플레이트에 관한 것으로서, 발열체와 열접촉하는 기판 및 기판상에 횡방향으로 배치되며, 상호 이격 병렬 배치되는 복수의 방열핀을 갖는 방열핀부를 포함하며, 방열핀부의 중앙부에는 동일한 동심원을 가진 상호 다른 직경의 원형계단부가 함몰 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 핫 플레이트는 원형계단부 구조를 적용하여 열교환 효율을 증대시켜, 방열팬 하측에도 공기의 유동이 원활하게 하는 효과가 있다. 계단형 구조에 의해 와류가 형성되게 하여 공기가 쉽게 배출되게 하는 효과가 있다. 냉각유체가 이송되는 채널간의 간격을 조절하여 유체의 유통량과 이동속도를 증가시켜, 방열효과가 증대되는 효과가 있다. 방열핀의 일부 절단 등의 열역학 및 유체역학적 기술구성에 의해 방열기능이 향상되는 효과가 있다.

Description

방열용 핫 플레이트{HOT PLATE FOR RADIATING HEAT}
본 발명은 방열용 핫 플레이트에 관한 것이다. 구체적으로 발열체에 열접촉하여 발열체의 방열을 효과적으로 도모하는 핫 플레이트에 관한 것이다.
발열체는 컴퓨터의 cpu등도 해당되고, 열전모듈(TM; THERMOELECTRIC-MODULE)의 고온발생부 등도 해당된다.
종래에도 이러한 발열체의 방열을 하는 핫 플레이트가 있었다. 그런데 단순히 얇은 방열핀을 복수개 병렬배치하거나 방사상 배치를 하여 방열을 수행하여 왔다.
방열효율을 증대시키기 위하여, 핫 플레이트 내부에 수냉방식으로 냉각유체를 유출입시키기도 하고, 또한 공냉방식으로 방열팬을 회전시키고 방열핀에 공기를 유출입시켜 방열을 하는 방법을 구현하여 왔다. 그러나 종래의 핫 플레이트는 단순 방열핀 배열 방식을 그대로 답습하면서 방열효율이 낮은 문제점이 제기되었다.
본 발명에 따른 방열용 핫 플레이트는 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
첫째, 핫 플레이트의 구조적 개선을 통해 열교환 효율을 증가시키고자 한다.
둘째, 공기역학 특성상 방열팬 아래에서 공기유동이 되지 않아 열교환이 일어나지 않는 사각영역을 최소화하고자 한다.
셋째, 방열핀부 내에 유동하는 공기의 흐름에 와류가 형성되도록 하고자 한다.
넷째, 기판 내에 이동되는 냉각유체의 이동 속도를 증가시키고, 균일한 분포로 이동되는 유로를 확보하고, 유로의 면적 및 유로 유통율을 증가시키고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명은 발열체와 열접촉하여 고온을 방열시키는 핫 플레이트에 관한 것으로서, 발열체와 열접촉하는 기판을 포함한다.
본 발명에 따른 핫 플레이트는 기판상에 횡방향으로 배치되며, 상호 이격 병렬 배치되는 복수의 방열핀을 갖는 방열핀부를 포함한다.
본 발명에 따른 핫 플레이트는 방열핀부의 중앙부에는 동일한 동심원을 가진 상호 다른 직경의 원형계단부가 함몰 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 핫 플레이트에 있어서, 원형계단부의 바닥면은 기판 또는 방열핀인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 핫 플레이트에 있어서, 원형계단부 상에는 방열팬이 안착되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 핫 플레이트에 있어서, 원형계단부에는 하나 이상의 격벽이 방열핀의 종방향으로 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 핫 플레이트에 있어서, 격벽의 상면은 원형계단부의 일 계단면과 동일한 면상에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 핫 플레이트에 있어서, 원형계단부의 격벽 상면이 배치되는 계단면 상에 방열팬이 안착되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 핫 플레이트에 있어서, 방열핀부의 종방향 양 단부 중 적어도 일 단부는 사선으로 형성된 경사부가 구비된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 핫 플레이트에 있어서, 방열핀부의 각 방열핀 간의 종방향 간격은 원형 계단부의 원심부를 지나는 방열핀 간의 간격이 원둘레부를 지나는 방열핀 간의 간격보다 큰 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 핫 플레이트에 있어서, 기판의 일측에는 유체유입구가 형성되고, 타측에는 유체유출구가 형성되며, 기판 내부에는 유체유입구 및 유체유출구에 연통되는 유체이송부가 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 핫 플레이트에 있어서, 유체이송부는 유체유입구로 유입된 냉각유체가 이송되는 종방향의 유체유입챔버, 유체유출구로 유출되는 냉각유체가 이송되는 종방향의 유체유출챔버 및 유체유입챔버와 유체유출챔버에 연통되는 횡방향의 챔버연통채널들이 이격 병렬배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 핫 플레이트에 있어서, 유체유입구와 유체유출구는 대향되도록 이격 배치되며, 챔버연통채널은 유체유입구에서 유체유출구 방향으로 배치될수록 챔버연통채널 간의 이격된 간격이 작아지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방열용 핫 플레이트는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 원형계단부 구조를 적용하여 열교환 효율을 증대시켜, 방열팬 하측에도 공기의 유동이 원활하게 하는 효과가 있다.
둘째, 계단형 구조에 의해 와류가 형성되게 하여 공기가 쉽게 배출되게 하는 효과가 있다.
셋째, 냉각유체가 이송되는 채널간의 간격을 조절하여 유체의 유통량과 이동속도를 증가시켜, 방열효과가 증대되는 효과가 있다.
넷째, 방열핀의 일부 절단 등의 열역학 및 유체역학적 기술구성에 의해 방열기능이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방열용 핫 플레이트의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방열용 핫 플레이트 내부의 유체이송구조에 관한 개념도이다.
도 3은 열전모듈 냉각에 따른 방열용 핫 플레이트, 냉각바람을 유도하는 열전모듈의 저온발생부 및 응축수수집부가 연결배치된 것을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 방열용 핫 플레이트가 열전모듈형 공기조화장치에 적용된 사시도이다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 열전모듈부의 고온발생부와 열접촉하는 방열용 핫 플레이트에 관하여 구체적으로 설명하겠다.
본 발명에 따른 방열용 핫 플레이트는 컴퓨터 CPU 등 다양한 형태의 발열체의 방열에 적용될 수 있다. 특히 최근 각광받는 열전모듈부의 고온발생부의 방열에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 핫 플레이트(200)는 발열체의 고온을 방열시키는 기능을 한다. 효과적인 방열을 위하여 외부는 공냉식을 적용하고, 내부는 유체냉각식 즉 액체 및 기압차에 의한 기화냉각방식을 함께 적용할 수 있다. 후술할 방열핀부(220) 및 원형계단부(230) 등은 공냉식과 관련된 구조이며, 유체유입구(211), 유체유출구(212), 유체이송부(213) 등은 수냉식과 관련된 구조이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 핫 플레이트(200)는 기판(210)과 방열핀부(220)를 포함한다. 기판(210)은 열전모듈부의 고온발생부(미도시)와 열접촉한다. 방열핀부(220)는 기판(210)상에 횡방향으로 배치되며, 상호 이격 병렬 배치되는 복수의 방열핀(221)으로 이루어진다. 배치되는 방열핀(221)의 간격의 동일 또는 상이할 수 있다.
방열핀부(220)의 중앙부에는 동심원을 가진 상호 다른 직경의 원형계단부(230)가 함몰 형성되는 것이 바람직하다. 원형계단부(230)가 형성되려면, 아래 쪽 계단부의 직경보다 윗쪽 계단부의 직경이 더 커야 할 것이다. 기판(210)의 폭, 방열핀(221)의 높이와 길이에 따라 계단의 개수는 적절하게 조절되는 것이 바람직하다.
원형계단부(230)의 바닥면은 기판(210) 자체일 수도 있고, 방열핀(221)일 수도 있다. 이러한 원형계단부(230) 상에는 방열팬(미도시)이 안착된다. 방열팬의 하면이 원형계단부(230)의 최상 계단부 면상에 안착될 수 있을 것이다. 그러나 반드시 그 위치에 한정되는 것은 아니며, 배치에 적절한 위치이면 족하다.
방열팬이 회전되면, 기판(210)의 좌우측이나 기판(210) 상에서 공기가 유입된다. 원형계단부(230)의 구조가 없는 종래의 방열핀은 방열팬의 하면이 방열핀 위를 덮게 되는 구조이다. 이와 같은 구조하에서는 방열팬 하측에서 공기유동이 곤란하여 사실상 정지상태이므로, 열교환이 원활히 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
그러나 본 발명에 따른 원형계단부(230)가 형성되면 방열팬 하측에서도 공기가 원활히 유동될 수 있는 공간이 확보되고, 또한 계단부들에 의해 와류형성도 도모되는 기능이 있다. 또한 방열핀의 질량감소에 따른 열교환 상승효과도 함께 볼 수 있다.
좌우 양측에서 유입되는 공기가 방열팬에 의해 상측으로 배출되는데, 좌우측에서 유입된 공기가 상호 충돌하면서 공기의 상측 흐름을 형성하게 된다. 이때 양 측의 공기가 합류되는 지점의 하측에는 공기가 이동되지 않고 정체된다. 따라서 그 부분은 열교환 사각지대가 되며, 방열팬의 날개 가장자리를 통하여 열교환이 일부 이루어진 공기가 상측으로 이동되는 현상이 발생된다.
이를 방지하기 위하여 본 발명에 따른 원형계단부(230)에는 공기의 유입방향에 대략 수직되게(도면상 종방향) 배치되는 하나 이상의 격벽(250)이 부가되는 것이 바람직하다.
격벽(250)이 배치되면, 좌측 및 우측에서 유입되는 공기는 격벽(250)의 위치까지 이동된 후 상측으로 이동되는 흐름을 형성하게 된다. 따라서 격벽(250)의 기술적 구성에 의해 방열핀과 공기가 열접촉되지 않은 사각영역이 해소되는 장점이 있다. 유체역학적 Computer Simulation으로 가장 이상적인 위치에 삽입된 격벽(250)이 원형계단부(230)를 종방향으로 배치하는 길이는 방열팬이 공기를 흡입하는 정압과 기판(210)의 길이, 핀의 높이에 따라 변형되는 것이 바람직하다.
격벽(250)은 개수에 한정되지는 아니하나, 하나 또는 상호 이격된 두 개가 방열핀(221)의 종방향으로 배치되는 것이 바람직하다. 격벽(250)의 상면은 원형계단부(230)의 일 계단면과 동일한 면상에 배치되는 것이 바람직하다. 최상 계단면일 수도 있고, 그 아래 계단면 일 수도 있다.
격벽(250)은 지지대의 기능도 수행가능하다. 따라서, 격벽(250)이 구비된 경우에는, 원형계단부(230)의 격벽(250) 상면이 배치되는 계단면 상에 방열팬이 안착되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 핫 플레이트(200)의 방열핀부(220)의 종방향 양 단부 모두 또는 어느 한 쪽 단부는 사선으로 형성된 경사부(260)가 구비되는 것이 바람직하다. 경사부(260)가 형성되면, 공기가 유입되는 면적이 증대되고 유입저항이 감소되므로 공기유입량이 증가되는 효과가 있다. 이에 따라 핫 플레이트(200)의 방열효과가 크게 증대된다.
방열핀부(220)의 경우, 얇은 판 형상의 방열핀(221)들이 횡방향으로 이격 배치되는 실시예가 일반적이다.
방열핀(221) 간의 종방향 간격은 상기 원형 계단부(230)의 원심부를 지나는 방열핀 간의 간격이 원둘레부를 지나는 방열핀 간의 간격보다 큰 것이 바람직하다. 방열팬이 회전할 때 흡입력이 강한 부분이 원심부 부근을 지나는 방열핀 간에 형성된 간격공간이다. 따라서 상대적으로 흡입력이 강한 부분의 공기유입 공간을 보다 크게 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도면 2를 통해 핫 플레이트(200)의 유체냉각방식 구조에 대하여 설명한다. 유체냉각방식은 액체 또는 기압차를 이용한 기화냉각 기체를 활용한 냉각방식을 의미한다.
핫 플레이트(200)의 기판(210)의 일측에는 유체유입구(211)가 형성되고, 타측에는 유체유출구(212)가 형성되며, 기판(210) 내부에는 유체유입구(211) 및 유체유출구(212)에 연통되는 유체이송부(213)가 형성된다.
본 발명에 따른 유체이송부의 이송경로는 다양하게 형성될 수 있다. 일 실시예로서, 유체이송부(213)는 유체유입구(211)로 유입된 냉각유체가 이송되는 종방향의 유체유입챔버(2131), 유체유출구(212)로 유출되는 냉각유체가 이송되는 종방향의 유체유출챔버(2132) 및 유체유입챔버(2131)와 유체유출챔버(2132)에 연통되는 횡방향의 챔버연통채널(2133)들이 이격 병렬배치되는 것이 바람직하다. 이격 간격은 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
그런데 이격 병렬배치된 챔버연통채널(2133) 마다 동일한 양의 유체가 유입되는 것은 아니다. 따라서 유체의 이동을 균일하고 원활하게 하기 위하여, 유체유입구(211)와 유체유출구(212)는 대향되도록 이격 배치되며, 챔버연통채널(2133)은 유체유입구(211)에서 유체유출구(212) 방향으로 배치될수록 각 챔버연통채널(2133)간의 이격된 간격이 작아지는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 의해, 유체의 유통량이 균등하게 분포되는 현상이 향상되게 된다. 그리고 챔버연통채널(2133)의 굵기는 펌프의 압력에 따라 굵기가 다르며 유입부의 챔버연통채널은 유출부쪽으로 갈수록 점차적으로 가늘어져야 전체적으로 균일한 유체 유통율이 형성된다.
본 발명에 따른 방열용 핫 플레이트는 다른 구성과 연결되어 구성될 수도 있다. 일 실시예로 도 3은 열전모듈의 고온발생부에 열접촉되는 방열용 핫 플레이트, 열전모듈의 저온발생부에 열접촉되는 콜드 플레이트, 콜드 플레이트 아래에 배치되는 응축수수집부가 연결배치된 것을 나타낸다. 전술한 기술적 구성과 동일한 경우 도면부호를 생략하였다.
또한 본 발명에 따른 방열용 핫 플레이트는 복수개가 연결되어 구성될 수도 있다. 도 4에 도시된 일 실시예의 경우, 제1 핫 플레이트(20-1)와 제2 핫 플레이트(20-2)는 발열체와 열접촉하는 기판 및 기판 상에 횡방향으로 배치되며, 상호 이격 병렬 배치되는 복수의 방열핀을 갖는 방열핀부를 포함한다. 방열핀부의 중심에는 동심원을 가진 상호 다른 직경의 원형계단부가 함몰 형성되어 있다.
도 4에서 제1 핫 플레이트(20-1)와 제2 핫 플레이트(20-2)의 좌,우측 단부에 배치되는 방열핀부의 종방향 양 단부는 사선으로 형성된 경사부가 구비되어, 제1 및 제2 핫 플레이트가 결합되는 핫 플레이트 연결부는 대략 'V' 형상의 함몰된 구조로 형성된다. 이러한 함몰 부분을 통해 공기가 유입되게 된다. 제1 핫 플레이트(20-1)와 제2 핫 플레이트(20-2)의 원형계단부 상에는 방열팬(미도시)이 각각 안착될 수 있다.
제1 핫 플레이트(20-1)와 제2 핫 플레이트(20-2)의 기판 각각에 냉각유체가 유출입되는 별도의 구조가 형성될 수 있다. 즉 유체유입구는 각각 별도로 형성되며, 유체유입구는 별도 또는 통합된 1개로 형성될 수 있다. 한편, 제1 핫 플레이트(20-1)와 제2 핫 플레이트(20-2)의 기판 전체에 걸쳐 1개의 냉각유체 유출입 구조가 형성되는 것도 가능하다. 여기서 방열능력을 향상시키기 위하여, 유출입 구조가 종적 및 횡적으로 복수개로 형성될 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 방열용 핫 플레이트가 열전모듈형 공기조화장치에 적용된 사시도이다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
200 : 핫 플레이트
210 : 기판 211 : 유체유입구
212 : 유체유출구 213 : 유체이송부
2131 : 유체유입챔버 2132 : 유체유출챔버
2133 : 챔버연통채널 220 : 방열핀부
221 : 방열핀 230 : 원형계단부
250 : 격벽 260 : 경사부
300 : 콜드 플레이트 400 : 응축수수집부
20-1 :제1 핫 플레이트 20-2 : 제2 핫 플레이트

Claims (11)

  1. 발열체와 열접촉하여 고온을 방열시키는 핫 플레이트에 있어서,
    발열체와 열접촉하는 기판 및 상기 기판상에 횡방향으로 배치되며, 상호 이격 병렬 배치되는 복수의 방열핀을 갖는 방열핀부를 포함하며,
    상기 방열핀부의 중앙부에는 동일한 동심원을 가진 상호 다른 직경의 원형계단부가 함몰 형성되며,
    상기 원형계단부에는 하나 이상의 격벽이 방열핀의 종방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 방열용 핫 플레이트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원형계단부의 바닥면은 기판 또는 방열핀인 것을 특징으로 하는 방열용 핫 플레이트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원형계단부 상에는 방열팬이 안착되는 것을 특징으로 하는 방열용 핫 플레이트.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 격벽의 상면은 상기 원형계단부의 일 계단면과 동일한 면상에 배치되는 것을 특징으로 하는 방열용 핫 플레이트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 원형계단부의 격벽 상면이 배치되는 계단면 상에 방열팬이 안착되는 것을 특징으로 하는 방열용 핫 플레이트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방열핀부의 종방향 양 단부 중 적어도 일 단부는 사선으로 형성된 경사부가 구비된 것을 특징으로 하는 방열용 핫 플레이트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방열핀부의 각 방열핀 간의 종방향 간격은 상기 원형 계단부의 원심부를 지나는 방열핀 간의 간격이 원둘레부를 지나는 방열핀 간의 간격보다 큰 것을 특징으로 하는 방열용 핫 플레이트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 일측에는 유체유입구가 형성되고, 타측에는 유체유출구가 형성되며, 기판 내부에는 상기 유체유입구 및 상기 유체유출구에 연통되는 유체이송부가 형성되는 것을 특징으로 하는 방열용 핫 플레이트.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유체이송부는 유체유입구로 유입된 냉각유체가 이송되는 종방향의 유체유입챔버, 유체유출구로 유출되는 냉각유체가 이송되는 종방향의 유체유출챔버 및 유체유입챔버와 유체유출챔버에 연통되는 횡방향의 챔버연통채널들이 이격 병렬배치되는 것을 특징으로 하는 방열용 핫 플레이트.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유체유입구와 상기 유체유출구는 대향되도록 이격 배치되며, 상기 챔버연통채널은 유체유입구에서 유체유출구 방향으로 배치될수록 챔버연통채널 간의 이격된 간격이 작아지는 것을 특징으로 하는 방열용 핫 플레이트.
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