KR101266797B1 - Smart heat sink containing hybrid pin-plate fins with internal channels - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED히트싱크에 관한 것으로, 핀과 핀의 하부가 고정되는 발열부와 핀의 하부의 일부에 형성된 원형 유로입구와 핀 내부에 길이를 따라 형성된 내부유로와 내부유로를 가로지르는 내부 평판휜과 핀의 외부에 형성된 외부 평판휜을 포함하여 구성되며 종래의 LED히트싱크에 비하여 방열성능이 향상되는 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크를 제공한다.The present invention relates to an LED heat sink, and a heat generating portion to which pins and pins are fixed, and a circular flow path inlet formed at a part of the bottom of the fin, and an inner plate formed along a length in the pin and an inner plate 내부. And an external flat fan formed on the outside of the fin and providing a smart heat sink composed of a fin and a flat fin structured hybrid fin having an internal flow path for improved heat dissipation performance compared to a conventional LED heat sink.

Description

내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크{SMART HEAT SINK CONTAINING HYBRID PIN-PLATE FINS WITH INTERNAL CHANNELS}SMART HEAT SINK CONTAINING HYBRID PIN-PLATE FINS WITH INTERNAL CHANNELS}
본 발명은 히트싱크에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 LED 모듈용 히트싱크에 있어서, 내부유로가 형성된 핀에 발생하는 굴뚝효과와 핀 내 외부에 형성된 평판구조의 휜을 방열에 사용하는 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크에 관한 것이다.The present invention relates to a heat sink, and more particularly, in a heat sink for an LED module, a fin having an internal flow path using a chimney effect occurring on a fin having an internal flow path and a fin of a flat plate structure formed inside or outside the fin for heat dissipation. And a heat sink comprising a flat panel hybrid shock.
현재 상용화된 히트싱크의 자연대류 상에서 열 저항값은 히트싱크의 폭과 높이가 75mm, 50mm인 경우 약 1.5~2K/W이다. 이는 대기의 온도가 25℃이고, 열원으로부터 열률이 20W일 경우에 히트싱크 베이스의 온도가 55~65℃임을 의미한다. 따라서 LED 모듈과 같은 하이파워 모듈을 자연대류 상에서 히트싱크를 적용하여 일정 접점온도 아래로 냉각시키는 것은 매우 도전적인 일이다. In the natural convection of current commercially available heat sinks, the thermal resistance values are about 1.5-2K / W when the width and height of the heat sinks are 75mm and 50mm. This means that the temperature of the heat sink base is 55-65 ° C. when the air temperature is 25 ° C. and the heat rate is 20W from the heat source. Therefore, it is very challenging to cool a high power module such as an LED module to a temperature below a certain contact temperature by applying a heat sink in natural convection.
내부 공기 흐름을 유도하여 냉각시키는 기술로 미합중국 등록특허공보 등록번호 제4,442,373호 고출력 진공관 공랭 시스템에서 공기 역학 항력을 감소시키는 장치가 개시되었다. 이 선행기술은 원통형 몸체와 다수의 방사상으로 확장된 핀이 형성된 본체 안에 위치하는 고출력 진공 튜브를 냉각하기 위하여, 튜브와 본체 내벽 사이에 공기 유로를 형성한다. 공기를 유로 안으로 주입시키고, 배출구를 통하여 주입된 공기를 배출하여 진공 튜브를 냉각시키는 기술이다. 공력 저항이 최소화되는 주입구, 배출구를 형성했을 때 시스템의 냉각용량이 최적화되는 기술이다. 그러나 본체 벽에 열이 누적될 수 있으며, 내부에 휜이 형성되는 선행기술의 특성상 휜의 크기가 제한되며 열전달 면적을 늘릴 수 없는 문제점이 있다.A device for reducing aerodynamic drag in a high power vacuum tube air cooling system has been disclosed as a technique for inducing and cooling internal air flows. This prior art forms an air flow path between the tube and the body inner wall to cool the high power vacuum tube located within the body formed with a cylindrical body and a plurality of radially extended fins. It is a technique of cooling the vacuum tube by injecting air into the flow path and discharging the injected air through the discharge port. It is a technology that optimizes the cooling capacity of the system when inlet and outlet ports are formed with minimal aerodynamic resistance. However, heat may accumulate on the body wall, and the size of the fin is limited due to the characteristics of the prior art in which the fin is formed therein, and there is a problem in that the heat transfer area cannot be increased.
한편, 히트싱크의 부피를 불필요하게 증가시키지 않고 방열성능을 향상시키는 일은, LED 광속의 증가에 따라 열 밀도가 증가하고 있는 조명용 LED 모듈의 신뢰성과 성능을 유지하기 위해, 필수적으로 해결해야 할 과제다. 따라서 수동적 냉각이 요구되는 환경에서(예: 자연대류) 단위면적당 열전달을 극대화시킬 수 있는 방열기술의 개발이 시급하다.On the other hand, improving the heat dissipation performance without unnecessarily increasing the volume of the heat sink is an essential task to maintain the reliability and performance of the lighting LED module whose thermal density increases with the increase of the LED luminous flux. . Therefore, it is urgent to develop a heat dissipation technology that can maximize heat transfer per unit area in an environment requiring passive cooling (eg natural convection).
미합중국 등록특허공보 등록번호 제4,442,373호(1984.04.10)United States Patent Application Publication No. 4,442,373 (1984.04.10)
본 발명은 LED조명 방열에 있어서 열전달 면적을 넓혀 방열효율을 높이고 굴뚝효과를 이용하는 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크를 제공하는 것이다.The present invention provides a smart heat sink composed of a hybrid fin of a fin and a planar structure having an internal flow path using a chimney effect to increase heat dissipation efficiency by widening a heat transfer area in LED lighting heat dissipation.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 핀; 핀의 하부가 고정되는 발열부; 핀의 하부의 일부에 형성된 원형 유로입구; 핀 내부에 길이를 따라 형성된 내부유로; 내부유로를 가로지르는 내부 평판휜; 핀의 외부에 형성된 외부 평판휜;을 포함하는 스마트 히트싱크를 제공한다. The present invention to achieve the above object, a pin; A heating unit to which the lower part of the fin is fixed; A circular flow path inlet formed in a part of the lower part of the pin; An internal flow path formed along a length inside the pin; An internal plate across the internal flow path; It provides a smart heat sink comprising; an external plate 에 formed on the outside of the fin.
상기에서 설명한 본 발명인 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크는 자연대류나 저속의 강제대류에서 하이파워 전자모듈 또는 광전자모듈의 방열에 적용할 수 있으며, LED 조명모듈의 자연대류나 저속의 강제대류에서 방열이 요구되는 차세대 방열기술로써 경쟁력을 가지며, 종래의 히트싱크에 비하여 방열성능이 향상되는 효과가 있다.Smart heatsink composed of the present invention described above the fin with the internal flow path and the hybrid fin of the flat plate structure can be applied to heat dissipation of high power electronic module or optoelectronic module in natural convection or low-speed forced convection, the nature of the LED lighting module As a next-generation heat dissipation technology that requires heat dissipation in convection or low-speed forced convection, it is competitive and has an effect of improving heat dissipation performance as compared to a conventional heat sink.
도 1은 본 발명에 따른 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크의 일실시예의 정면도,
도 2는 도 1의 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크의 사시도이다.
1 is a front view of an embodiment of a smart heatsink composed of a hybrid fin of a flat fin structure with an internal flow path according to the present invention;
FIG. 2 is a perspective view of a smart heatsink composed of the fin with the internal flow path of FIG. 1 and a hybrid fin having a flat plate structure.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 바람직한 실시예에 의해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크의 일실시예의 정면도이다.1 is a front view of an embodiment of a smart heatsink composed of a hybrid fin of a flat fin structure with an internal flow path according to the present invention.
도시된 바와 같이, 지면과 수평한 기판(10) 위에 부착된 높이가 낮은 육면체 형상의 발열부(6)에 하나 이상의 핀(4)이 형성되고, 그 일면에 하나 이상의 열을 방출하는 LED(미도시)가 장착된다. 하나 이상의 핀(4)들은 일정 거리를 두고 규칙적으로 배열되는 것이 바람직하다. 원형 유로입구(5)가 핀(4) 하단에 형성된다. 핀(4)은 하부가 발열부(6)에 고정되며 속이 빈 원기둥으로 내부유로(1)를 구성하는 내벽과 평판휜(7)이 돌출되는 외벽으로 이루어진다. 내부유로(1)는 핀(4) 내부에 길이를 따라 형성되는데, 유로입구(5)와 핀(4)의 내벽과 핀(4)의 개방된 끝단으로 이루어진다. As shown in the drawing, one or more fins 4 are formed on the low-height cube-shaped heat generating portion 6 attached on the substrate 10 parallel to the ground, and one or more LEDs emit one or more heat on one surface thereof. Is mounted). The one or more pins 4 are preferably arranged regularly at a certain distance. A circular flow path inlet 5 is formed at the bottom of the pin 4. The fin 4 has a lower portion fixed to the heat generating portion 6 and is formed of an inner wall constituting the inner flow passage 1 and an outer wall on which the flat fins 7 protrude from the hollow cylinder. The inner flow passage 1 is formed along the length inside the fin 4, and consists of a flow path inlet 5, an inner wall of the fin 4, and an open end of the fin 4.
도 2는 도 1의 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크의 사시도이다.FIG. 2 is a perspective view of a smart heatsink composed of the fin with the internal flow path of FIG. 1 and a hybrid fin having a flat plate structure.
도시된 바와 같이, 내부유로(1)를 가로지르며, 핀(4)의 끝단에서 유로입구(5)에 근접할 때까지 일정한 폭을 가지는 동일 크기의 3개의 평판휜(7)이 형성된다. 모든 평판휜(7)은 핀(4)의 수직 중심축을 지나며, 평판휜(7)과 평판휜(7)은 핀(4)의 수직 중심축을 기준으로 일정 각도를 이룬다. 또한, 평판휜(7)의 일정부분이 핀(4)의 외벽 밖으로 돌출된다. 평판휜(7)은 내부유로(1)를 가로지르는 내부 평판휜(3)과 핀(4)의 외벽 밖으로 돌출되어 형성된 외부 평판휜(2)으로 구분된다. 열전달을 증가시키기 위하여 발열부(6)와 핀(4)과 평판휜(7)은 열전달률이 높은 재질을 사용하는 것이 바람직하다. As shown, three flat plates 7 of equal size are formed across the internal flow path 1 and have a constant width from the end of the pin 4 to the flow path inlet 5. All of the flat plates 7 pass through the vertical center axis of the pin 4, and the flat plates 7 and 7 form an angle with respect to the vertical central axis of the pin 4. In addition, a portion of the flat plate 7 projects out of the outer wall of the pin 4. The flat plate (7) is divided into an internal flat plate (3) traversing the internal flow path (1) and an external flat plate (2) formed by protruding out of the outer wall of the pin (4). In order to increase heat transfer, it is preferable to use a material having a high heat transfer rate for the heat generating unit 6, the fins 4, and the flat fins 7.
발열부(6)에서 핀(4)으로 전도된 열은 핀(4) 내 외벽 표면에서 주변 공기로 방출된다. 또한, 핀(4)으로 전도된 열은 내부 평판휜(3)과 외부 평판휜(2)으로 이동된다. 핀(4)의 내벽 표면과 내부 평판휜(3) 표면이 합쳐져 증대된 내부 표면(8)에서 열전달이 발생하여 내부유로(1) 안 공기로의 열전달이 향상된다. 전달된 열에 의하여 내부유로(1) 안 공기 온도가 상승 된다. 핀(4) 외부 공기와 내부유로(1) 안 공기의 온도차이로 내부유로(1) 안 공기에 부력이 증가한다. 이 부력에 의해서 굴뚝효과가 발생한다. 굴뚝효과란 건축물 내부 공기의 온도가 바깥공기의 온도보다 높을 때 건물 내의 공기가 부력을 받아 이동하는 것이다.Heat conducted from the heat generating portion 6 to the fins 4 is released to the ambient air at the outer wall surface in the fins 4. In addition, heat conducted to the fins 4 is transferred to the inner plate 휜 3 and the outer plate 2 2. The inner wall surface of the fin 4 and the inner plate 휜 3 surface are combined to generate heat transfer at the enlarged inner surface 8 to improve heat transfer to the air in the inner flow path 1. The temperature of the air in the internal passage 1 is increased by the transferred heat. The buoyancy increases in the air in the inner channel 1 due to the temperature difference between the outside air of the fin 4 and the air in the inner channel 1. This buoyancy causes the chimney effect. The chimney effect is when the air inside a building is buoyant to move when the temperature inside the building is higher than the temperature of the outside air.
더 자세히 설명하면, 핀(4)의 내벽 표면에서 방출되는 열과 내부 평판휜(3)의 표면에서 방출되는 열이 내부유로(1) 안 공기의 온도를 상승시켜 공기는 팽창하여 부피가 커진다. 열 팽창한 공기의 밀도는 외부 공기보다 낮아진다. 밀도차이로 인해 내부유로(1) 안 공기에 부력이 발생되며 상승하게 된다. 상승된 공기는 내부유로(1)를 따라 핀(4) 밖으로 배출된다. 배출된 공기를 대신하여 외부 공기가 유로입구(5)를 통해 유입되어 내부유로(1)를 채우게 된다. 연속적인 내부유로(1) 안 공기의 배출과 외부 공기의 유입이 발생된다. 굴뚝효과로 방출된 열을 품은 핀(4) 내부의 공기가 외부 공간으로 원활히 이동된다.In more detail, the heat released from the surface of the inner wall of the fin 4 and the heat released from the surface of the inner plate 3 3 raise the temperature of the air in the inner flow passage 1 so that the air expands and becomes bulky. Thermally expanded air has a lower density than outside air. Due to the difference in density, buoyancy is generated and rises in the air in the internal flow path (1). The elevated air is discharged out of the fin 4 along the internal flow path 1. In place of the discharged air, the outside air is introduced through the flow path inlet 5 to fill the internal flow path 1. Continuous discharge of air in the internal flow path 1 and inflow of external air occur. The air inside the fin 4 bearing the heat released by the chimney effect is smoothly moved to the outside space.
기판(10) 아래에 발열부(6)와 핀(4)이 형성될 경우에도, 내부유로(1) 안 공기가 빠져나갈 유로입구(5)가 있고 외부 공기가 유입될 핀(4)의 끝단이 개방돼있기 때문에 굴뚝효과는 발생 된다. Even when the heat generating part 6 and the fins 4 are formed under the substrate 10, there is a flow path inlet 5 through which the air in the internal flow path 1 can escape and an end of the fin 4 through which the outside air is introduced. The chimney effect occurs because it is open.
기판(10)이 지면과 수직할 때에는, 수평선상에 있는 핀(4)의 끝단과 유로입구(5)에 높이 차가 없어서 내부유로(1) 안 공기가 상승하더라도 배출되지 않으므로 핀(4)에 굴곡을 줘 핀(4)의 끝단과 유로입구(5)에 높이 차가 생긴다면, 굴뚝효과로 인한 내부유로(1) 안 공기의 배출과 외부 공기의 유입이 원활할 것이다.When the substrate 10 is perpendicular to the ground, there is no height difference between the end of the pin 4 and the flow path inlet 5 on the horizontal line, so that even if the air in the internal flow path 1 is not discharged, it is bent to the pin 4. If the height difference occurs at the end of the pin (4) and the flow path inlet (5), the discharge of air in the internal flow path (1) due to the chimney effect and the inflow of external air will be smooth.
핀(4) 내부에서는 내부 표면(8)에서의 열방출과 굴뚝효과로 인한 내부 공기의 배출이 합쳐진 내부유동에 의한 방열이 발생되며, 핀(4) 외부에서는 핀(4) 외벽 표면과 외부 평판휜(2)의 표면이 합쳐져 증대된 외부 표면(9)에서 외부 공기로의 열전달이 이루어져 방열이 발생된다. 내부 표면(8)과 외부 표면(9)이 합쳐진 열전달 면적의 증가로 열전달이 향상된다. 굴뚝효과에 의해 내부 표면(8)에서의 열 방출이 누적되지 않고 외부로 원활히 배출된다. 핀(4) 내 외부에서 방열이 중첩되어 효과가 극대화되는 특성 때문에, 자연대류나 저속(1-2m/s)의 공기 유동에 의한 강제대류에서 사용되는 기존의 히트싱크보다 향상된 방열성능을 발휘할 것으로 예상된다.Inside the fin 4, heat dissipation is caused by internal flow combined with heat release from the inner surface 8 and discharge of the internal air due to the chimney effect. Outside the fin 4, the outer wall surface of the fin 4 and the outer plate The surface of the fin (2) is joined to heat transfer from the enlarged outer surface (9) to the outside air to generate heat radiation. The heat transfer is improved by increasing the heat transfer area where the inner surface 8 and the outer surface 9 are combined. Due to the chimney effect, heat dissipation at the inner surface 8 is not accumulated and is smoothly discharged to the outside. Because the heat radiation is superimposed inside and outside of the fin 4, the effect is maximized, and thus it will exhibit improved heat dissipation performance compared to the conventional heat sink used in forced convection by natural convection or low speed (1-2 m / s) air flow. It is expected.
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.The embodiments of the present invention described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to cover all the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents And variations are possible. Accordingly, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Such changes will fall within the scope of the claims.
1: 내부유로 2: 외부 평판휜 3: 내부 평판휜
4: 핀 5: 유로입구 6: 발열부
7: 평판휜 8: 내부 표면 9: 외부 표면
10: 기판
1: Internal flow path 2: External plate 휜 3: Internal plate 휜
4: pin 5: flow path inlet 6: heating part
7: Flat plate 8: Internal surface 9: External surface
10: substrate

Claims (9)

  1. 핀;
    상기 핀의 하부가 고정되는 발열부;
    상기 핀의 하부의 일부에 형성된 원형 유로입구;
    상기 핀 내부에 길이를 따라 형성된 내부유로;
    상기 내부유로를 가로지르는 내부 평판휜;
    상기 핀의 외부에 형성된 외부 평판휜;을 포함하는 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크.
    pin;
    A heating unit to which the lower portion of the fin is fixed;
    A circular flow path inlet formed in a portion of the lower portion of the pin;
    An inner passage formed along a length inside the pin;
    An inner plate crossing the inner passage;
    Smart heatsink consisting of a fin and a hybrid fin of the flat plate having an internal flow path including an external plate formed on the outside of the fin.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 핀이 하나 이상인 것을 특징으로 하는 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크.
    The method of claim 1,
    A smart heat sink comprising a fin having an internal flow path and a hybrid fin having a flat structure, wherein the fin has at least one fin.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내 외부 평판휜이 하나 이상인 것을 특징으로 하는 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크.
    The method of claim 1,
    Smart heatsink consisting of a hybrid fin of the fin and the planar structure having an internal flow path, characterized in that at least one inner and outer fins.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 핀은 원통 형상으로 형성되고,
    상기 내부 평판휜과 상기 내부유로를 구성하는 내벽과,
    상기 외부 평판휜이 돌출되는 외벽으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크.
    The method of claim 1,
    The pin is formed in a cylindrical shape,
    An inner wall constituting the inner plate 휜 and the inner passage;
    A smart heat sink comprising a fin having a flow path and a hybrid fin having a flat structure, characterized in that the outer plate protrudes from an outer wall.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 내벽의 표면과 상기 내부 평판휜의 표면이 서로 연결된 것을 특징으로 하는 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크.
    5. The method of claim 4,
    A smart heat sink comprising a fin with a flow path and a hybrid fin of a flat plate structure, wherein a surface of the inner wall and a surface of the inner plate are connected to each other.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 외벽의 표면과 상기 외부 평판휜의 표면이 서로 연결된 것을 특징으로 하는 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크.
    5. The method of claim 4,
    A smart heat sink comprising a fin having a channel and a hybrid fin having a flat structure, wherein the surface of the outer wall and the surface of the outer flat fin are connected to each other.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 내부유로는
    상기 유로입구와 상기 내벽과 상기 핀의 개방된 끝단으로 이루어지는 것을
    특징으로 하는 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크.
    5. The method of claim 4,
    The internal flow path
    Comprising an open end of the flow path inlet, the inner wall and the pin
    Smart heatsink with fins with internal flow path and hybrid fins with flat plate construction.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 내부 평판휜과 상기 외부 평판휜은
    상기 핀의 개방된 끝단에서부터 상기 유로입구 사이에 형성되는 것을
    특징으로 하는 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크.
    The method of claim 1,
    The inner plate and the outer plate
    It is formed between the flow path inlet from the open end of the pin
    Smart heatsink with fins with internal flow path and hybrid fins with flat plate construction.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발열부는 판상이며,
    일면에 하나 이상의 LED가 장착된 기판이 상기 발열부의 저면에 부착되는 것을 특징으로 하는 내부유로가 있는 핀과 평판구조의 하이브리드 휜으로 구성된 스마트 히트싱크.
    The method of claim 1,
    The heating portion is plate-shaped,
    Smart heat sink consisting of a fin and a planar hybrid hybrid fin having an internal flow path, characterized in that the substrate having one or more LEDs mounted on one surface is attached to the bottom surface of the heat generating portion.
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