KR101401868B1 - 전자기기의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기기의 냉각장치에 관한 것이다. 본 발명은 메인보드(38)에 장착되는 열원에 열적으로 접촉되어 열을 전도받는 히트블럭(20)과, 상기 히트블럭(20)의 내부에 그 중간부가 위치되고 양단부가 히트블럭(20)의 외부로 연장되어 히트블럭(20)의 상부로 연장되는 히트파이프(28)와, 상기 히트파이프(28)가 내부를 관통하고 다수개의 방열핀(32)을 소정 간격을 두고 적층하여 구성되는 다수개의 원격열교환부(30,30')와, 상기 원격열교환부(30,30')를 통과하는 기류를 형성함과 동시에 전자기기의 내부로 외부공기를 도입하는 시스템팬유니트(34)를 포함하여 구성된다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전자기기의 냉각장치는 열원에서 나온 열을 다수개의 방열핀으로 구성된 원격열교환부와 히트파이프를 사용하여 방출하므로 열원을 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있고, 원격열교환부를 다수개로 나누어 형성하였으므로, 원격열교환부를 통과하는 기류의 유동이 원활하여 열방출이 보다 쉽게 되며, 하나의 히트파이프를 2개와 마찬가지로 사용하므로 상대적으로 부품수가 줄어들게 되어 제조원가가 낮아지는 이점이 있다.

전자기기, 열원, 냉각, 팬, 히트파이프

Description

전자기기의 냉각장치{Cooling apparatus for electronic device}

도 1은 일반적인 컴퓨터의 내부구성을 보인 부분절결 분해사시도.

도 2a는 종래 기술에 의한 열원냉각장치의 구성을 보인 사시도.

도 2b는 종래 기술에 의한 열원냉각장치가 메인보드에 설치된 것을 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 전자기기의 냉각장치의 바람직한 실시예의 요부 구성을 보인 사시도.

도 4는 본 발명 실시예의 구성을 보인 평면도.

도 5a 및 도 5b에는 본 발명 실시예의 구성을 보인 측면도.

도 6은 본 발명 실시예의 냉각장치가 전자기기에 적용된 상태를 보인 요부 사시도.

도 7은 본 발명 실시예의 냉각장치와 종래의 냉각장치의 동작특성을 보인 비교표.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20: 히트블럭 22: 고정구

24: 장착판 26: 고정레그

28: 히트파이프 30,30': 원격열교환부

32: 방열핀 34: 시스템팬유니트

36: 캐비넷 38: 메인보드

본 발명은 전자기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자기기의 내부에 설치되어 전자기기의 동작중 열을 발생시키는 열원을 냉각하기 위한 전자기기의 냉각장치에 관한 것이다.

본 명세서에서는 전자기기로서 컴퓨터를 예로 들어 설명한다. 즉, 컴퓨터 내부의 메인보드에 실장된 각종 부품에서 발생되는 열을 배출하는 냉각장치를 예로 들어 설명한다.

도 1에는 일반적인 전자기기의 내부 구성이 도시되어 있고, 도 2a에는 종래의 냉각장치의 구성이 사시도로 도시되어 있고, 도 2b에는 종래의 냉각장치가 메인보드에 장착된 상태가 도시되어 있다. 이에 따르면, 전자기기의 외관을 케이싱(1)이 형성하는데, 그 내부에는 각종 부품이 설치된다. 상기 케이싱(1)의 전면에는 전면패널(3)이 설치되어 전자기기의 전면외관을 형성한다.

상기 케이싱(1)의 내부에는 메인보드(5)가 구비되는데, 상기 메인보드(5)는 소정 형상을 가지는 판상이다. 상기 메인보드(5)에는 씨피유(7)(CPU)가 설치된다. 상기 씨피유(7)는 중앙연산처리장치로서 전자기기의 핵심부품이다. 상기 씨피유(7)에서는 동작중에 많은 열이 발생되므로 이를 냉각시키기 위해, 히트싱크(8)를 사용 한다. 상기 히트싱크(8)는 바닥에 장방형의 판상으로 된 냉각핀이 다수개 일정 간격으로 돌출되게 형성되는 것으로, 그 상부로 전달된 공기는 상기 냉각핀의 양단으로 이동하여 외부로 빠져나가게 된다.

상기 히트싱크(8)의 상면에는 냉각팬유니트(9)가 구비된다. 상기 냉각팬유니트(9)는 공기의 유동을 만들어 내는 것으로, 상기 히트싱크(8)를 통과하는 기류를 만들어 히트싱크(8)에서 열교환에 의해 씨피유(7)의 열이 외부로 방출되도록 한다. 이때, 상기 냉각팬유니트(9)는 그 크기가 상기 히트싱크(8)와 동일하게 되어, 냉각팬유니트(9)에서 형성된 기류는 모두 상기 히트싱크(8)를 통과하도록 된다.

상기 히트싱크(8)는 도 2a에 잘 도시된 바와 같이, 리텐션모듈(10)에 안착되어, 상기 씨피유(7)의 상부에 위치된다. 상기 리텐션모듈(10)은 상기 히트싱크(8)와 냉각팬유니트(9)를 장착한 상태로, 메인보드(5)에 장착된다. 상기 리텐션모듈(10)은 도 2b에 잘 도시된 바와 같이, 상기 메인보드(5)의 상면에 안착되어 고정된다. 도면부호 11은 클립이고, 12는 상기 케이싱(1) 내외부로의 공기유동이 원활하도록 하는 통기공이다. 상기 통기공(16)은 상기 케이싱(1)의 내외부로 공기가 유동되는 통로가 되어, 전자기기의 동작중 내부에서 발생된 열을 외부로 전달될 수 있게 한다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

종래 기술의 냉각장치는 단지 냉각팬유니트(9)에 의해 형성되는 기류에 의해 하나의 열원인 씨피유(7)만을 냉각하고, 메인보드(5)상의 다른 부품(예를 들면, 볼테지 레귤레이터, 그래픽 칩셋, 입출력제어허브, 메모리 등)들은 냉각하지 못하는 문제점이 있다.

그리고, 상기 냉각팬유니트(9)에 의해 형성되는 기류가, 도 2b에 잘 도시된 바와 같이, 그 유동방향이 직각으로 바뀌게 되므로 상대적으로 히트싱크(8) 내부에서의 공기유동이 원활하지 못하여, 열방출이 제대로 이루어지지 않게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전자기기 내부의 열원을 보다 효과적으로 냉각시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열방출을 위한 기류가 보다 원활하게 유동되도록 구성되는 냉각장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 구성부품이 간소화된 냉각장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 메인보드에 장착되는 열원에 열적으로 접촉되어 열을 전도받는 히트블럭과, 상기 히트블럭의 내부에 그 중간부가 위치되고 양단부가 히트블럭의 외부로 연장되어 히트블럭의 상부로 연장되는 히트파이프와, 상기 히트파이프가 내부를 관통하고 다수개의 방열핀을 소정 간격을 두고 적층하여 구성되는 다수개의 원격열교환부와, 상기 원격열교환부를 통과하는 기류를 형성함과 동시에 전자기기의 내부로 외부공기를 도입하는 시스템팬유니트를 포함하여 구성된다.

상기 히트파이프는 상기 히트블럭의 내부에 그 중간부가 위치되고, 양단부는 상기 히트블럭의 외부로 돌출되어 상기 원격열교환부를 관통하는데, 상기 히트블럭의 내부에 위치된 히트파이프 부분과 원격열교환부내에 위치되는 부분이 그 연장방향이 서로 직교하게 된다.

상기 원격열교환부는 상기 히트블럭을 평면로도 볼 때, 히트블럭의 가장자리를 감싸도록 배치된다.

상기 원격열교환부는 사각판상의 상기 히트블럭에 네 측면에 대응되는 위치에 각각 배치된다.

상기 히트블럭을 열원에 열적으로 접촉하도록 고정하기 위해, 고정구가 더 구비되는데, 상기 고정구는, 상기 히트블럭의 상면과 결합되는 장착판과, 상기 장착판의 가장자리를 둘러 구비되고, 상기 장착판을 소정의 높이에 지지하는 고정레그를 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전자기기의 냉각장치는 열원에서 나온 열을 다수개의 방열핀으로 구성된 원격열교환부와 히트파이프를 사용하여 방출하므로 열원을 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있고, 원격열교환부를 다수개로 나누어 형성하였으므로, 원격열교환부를 통과하는 기류의 유동이 원활하여 열방출이 보다 쉽게 되며, 하나의 히트파이프를 2개와 마찬가지로 사용하므로 상대적으로 부품수가 줄어들게 되어 제조원가가 낮아지는 이점이 있다.

이하, 본 발명에 의한 전자기기의 냉각장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3에는 본 발명에 의한 전자기기의 냉각장치의 바람직한 실시예의 요부 구 성이 사시도로 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명 실시예의 구성이 평면도로 도시되어 있으며, 도 5a 및 도 5b에는 본 발명 실시예의 구성이 측면도로 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 냉각장치는 히트블럭(20)을 구비한다. 상기 히트블럭(20)은 열원에 직접 접촉되어 열을 전달받는 부분이다. 상기 히트블럭(20)은 열전도성이 좋은 금속재질로 만들어지는 것이 바람직하다. 상기 히트블럭(20)은 대략 납작한 육면체 형상이다. 상기 히트블럭(20)은 적어도 2개 이상의 조각이 서로 결합되어, 도시된 형태를 구성한다.

상기 히트블럭(20)을 전자기기의 메인보드(38)(도 6참고)에 장착하기 위한고정구(22)가 구비된다. 상기 고정구(22)는 상기 메인보드(38) 또는 전자기기의 외관을 구성하는 캐비넷(36)(도 6참고)의 내면에 설치될 수 있다. 상기 고정구(22)는 상기 히트블럭(20)의 상면에 고정되는 장착판(24)과 상기 장착판(24)의 가장자리에 다수개 구비되는 고정레그(26)로 구성된다. 상기 고정레그(26)는 상기 장착판(24)을 상기 메인보드(38)나 캐비넷(36)의 내면에 대해 소정의 높이만큼 떨어진 위치에 있도록 한다. 이와 같이 함에 의해 상기 장착판(24)의 하면에 위치되는 히트블럭(20)이 메인보드(38)의 열원 상면에 안착될 수 있도록 된다.

본 실시예에서는 상기 고정레그(26)가 상기 장착판(24)의 네 모서리에 구비되어 있다. 상기 고정레그(26)는 그 선단부가 상기 장착판(24)에 비해 상대적으로 높이차가 있도록 절곡되어 형성된다. 상기 고정레그(26)의 선단부에는 고정구(22)의 고정을 위한 체결공(26')이 각각 천공되어 있다.

히트파이프(28)는 상기 히트블럭(20)에서 아래에서 설명될 원격열교환부 (30,30')로 열을 전달하는 역할을 한다. 상기 히트파이프(28)는 그 중간부가 상기 히트블럭(20)에 위치되고, 양단부가 각각 원격열교환부(30,30')를 관통한다. 따라서, 상기 히트블럭(20)에서 열을 받은 작동유체가 히트파이프(28)의 양단부로 이동하여 상기 원격열교환부(30,30')로 열을 전달한다.

상기 히트파이프(28)는 상기 히트블럭(20)의 네 측면을 통해 외부로 돌출되고, 상기 히트블럭(20)의 네 측면을 통해 돌출된 히트파이프(28)는 상기 히트블럭(20)의 상방으로 연장된다. 즉, 상기 히트파이프(28)중 상기 히트블럭(20)의 내부에 있는 부분과 외부에 있는 부분의 연장방향은 대략 직교하게 된다.

이와 같이 히트파이프(28)의 중간부가 상기 히트블럭(20)에 위치되고, 양단부가 원격열교환부(30,30')를 관통함에 의해, 하나의 히트파이프(28)가 2개의 히트파이프(28) 역할을 수행한다. 상기 히트파이프(28)가 상기 히트블럭(20)을 관통하는 상태가 도 4에 점선으로 도시되어 있다.

원격열교환부(30,30')는 다수개의 방열핀(32)이 소정 간격을 두고 적층되어 구성되는 것으로, 대략 육면체 형상으로 된다. 즉, 장방형 판상의 방열핀(32)이 일정한 간격으로 설치되어, 방열핀(32)사이를 공기가 유동하면서 열교환한다. 상기 히트파이프(28)는 각각의 방열핀(32)을 수직으로 관통함에 의해 상기 원격열교환부(30,30')를 수직으로 관통한다.

상기 원격열교환부(30,30')는 상기 히트파이프(28)가 상기 히트블럭(20)의 네 측면을 통해 외부로 돌출되고 히트블럭(20)의 상부로 연장되므로, 상기 히트블럭(20)의 네 측면과 대응되는 위치에 배치된다. 즉, 총 4개의 원격열교환부 (30,30')가 상기 히트블럭(20)을 평면도로 볼 때, 히트블럭(20)의 가장자리를 따라 배치된다.

한편, 본 발명의 원격열교환부(30,30')를 통과하는 기류는 시스템 팬유니트(34)가 제공한다. 상기 시스템 팬유니트(34)는 전자기기의 캐비넷(36) 내부로 외부 공기를 유입시켜 캐비넷(36) 내부의 방열을 수행하는 것이다. 상기 시스템팬유니트(34)는 상기 원격열교환부(30,30')중 어느 하나와 마주보게 설치되어, 상기 시스템팬유니트(34)에 의해 형성되는 기류가 상기 원격열교환부(30,30')를 정확하게 통과할 수 있도록 한다.

예를 들면, 도 3에서 상기 시스템팬유니트(34)와 마주보는 원격열교환부(30)를 그 폭방향으로 기류가 통과하고, 상기 시스템팬유니트(34)와 마주보는 원격열교환부(30)의 양단에서 상기 기류방향으로 길게 설치된 원격열교환부(30')를 그 길이방향으로 기류가 통과한다. 그리고, 상기 시스템팬유니트(34)와 마주보는 원격열교환부(30)와 나란히 설치되는 또 다른 원격열교환부(30)로는 상기 시스템팬유니트(34)와 마주보는 원격열교환부(30)를 통과한 공기가 통과한다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전자기기의 냉각장치의 작용을 상세하게 설명한다.

먼저, 도 6에는 본 발명의 냉각장치가 전자기기의 내부에 설치된 상태가 도시되어 있다. 이에 따르면, 전자기기의 외관을 구성하는 캐비넷(36)의 내부에 설치된 메인보드(38)의 일측에 본 발명의 냉각장치가 설치된다. 즉, 상기 메인보드(38)에 설치된 열원에 상기 히트블럭(20)이 열적으로 접촉되게 설치된다. 일반적으로 메인보드(38)에 설치되는 열원중 열발생이 가장 많은 씨피유에 상기 히트블럭(20)이 직접 열적으로 접촉되게 안착된다.

이를 위해 상기 고정구(22)는 그 네 모서리에 구비된 고정레그(26)가 상기 메인보드(38)나 캐비넷(36)의 내면에 나사로 체결된다. 이와 같이 되면, 상기 고정구(22)의 장착판(24)의 하면에 위치하는 상기 히트블럭(20)은 열원의 표면에 열적으로 접촉된다. 따라서, 상기 히트블럭(20)은 열원으로부터 나오는 열을 전도받을 수 있다.

한편, 본 발명의 냉각장치는 전자기기가 실제로 구동되어 열원에서 열이 발생하면, 이를 방출하게 된다. 즉, 상기 시스템팬유니트(34)가 구동되어 전자기기의 캐비넷(36) 외부에서 내부로 공기가 흡입되면, 상기 공기는 상기 시스템팬유니트(34)와 마주보는 원격열교환부(30)를 폭방향으로 통과한다.

그리고, 상기 원격열교환부(30)의 양단에 대응되는 위치에 있는 원격열교환부(30')의 길이방향으로도 상기 시스템팬유니트(34)에 의해 형성된 기류가 지나간다. 물론, 상기 원격열교환부(30)를 통과한 기류는 상기 시스템팬유니트(34)와 마주보는 원격열교환부(30)와 마주보는 또 하나의 원격열교환부(30)를 폭방향으로 통과하게 된다. 물론, 상기 시스템팬유니트(34)에 의해 형성된 기류가 계속하여 직진하는 것만은 아니나, 대체로 직진하면서, 상기 원격열교환부(30,30')들을 통과하게 된다.

상기 열원에서 나온 열은 상기 히트블럭(20)으로 전도되고, 상기 히트블럭(20)으로 전도된 열은 상기 히트파이프(28)의 중간부분으로 전달된다. 상기 히트파 이프(28) 내부의 작동유체는 상기 열을 전달받아 상변화를 일으키고, 각각 해당 히트파이프(28)의 양단부를 향해 유동된다. 즉, 상기 원격열교환부(30,30')에 위치된 히트파이프(28)의 양단부를 향해 유동된다.

상기 원격열교환부(30,30')에서는 상기 히트파이프(28)의 작동유체와 상기 시스템팬유니트(34)에 의해 형성된 기류 사이에서 열교환이 이루어진다. 즉, 상기 히트파이프(28)의 작동유체에서 기류로 열이 전달된다. 상기 히트파이프(28)의 단부에서 기류와 열교환한 작동유체는 상변화를 일으켜, 다시 그 중간부, 즉 상기 히트블럭(20)과 대응되는 위치에 있는 히트파이프(28)의 중간부로 유동된다.

한편, 본 발명에서는 히트파이프(28)의 작동유체와 기류 사이의 열교환을 위한 원격열교환부(30,30')가 다수개 즉, 4개로 분리되어 형성된다. 따라서, 각각의 원격열교환부(30,30')의 내부에 형성되는 유동길이가 상대적으로 짧아지게 된다. 이와 같이 각각의 원격열교환부(30,30')의 유동길이가 상대적으로 짧게 됨에 의해 원격열교환부(30,30') 내부에서의 공기유동이 보다 원활하게 일어나게 된다.

이와 같이 각각의 원격열교환부(30,30')에서의 공기유동이 상대적으로 원활하게 일어남에 의해, 냉각장치 전체에서의 공기유동이 상대적으로 원활하게 일어나게 되어, 열방출효율이 상대적으로 높아지게 된다.

참고로, 본 발명의 냉각장치는 전자기기중에서는 주로 수평형으로 사용되는 것에 효과적이다. 즉, 캐비넷(36)의 상대적으로 넓은 일면이 지면과 마주보게 설치되어 사용되는 전자기기에 본 발명의 냉각장치를 설치하여 사용하면, 시스템팬유니트(34)에서 전달되는 기류를 이용하여 보다 효과적으로 방열을 수행할 수 있다.

그리고, 도 7에는 종래 기술과 본원발명에서 방열효과를 비교하여 표로 도시하고 있다. 즉, 종래 기술과 본원발명을 비교할 때, 동일한 갯수의 히트파이프를 사용하고, 상대적으로 작은 크기의 팬유니트를 사용하며, 동일한 씨피유파워를 가지는 씨피유에서 씨피유의 표면온도를 측정한 결과, 종래 기술은 104.63℃이고, 본원발명은 65.78°℃가 된다. 따라서, 본원발명의 경우가 상대적으로 열원의 표면온도가 낮게 나온다는 것을 알 수 있다.

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.

예를 들면, 본 발명에서는 히트블럭(20)이 사각판상이나 반드시 그러해야 하는 것은 아니며, 원판상이나 다각판상으로 형성될 수 있다. 이와 같이 원판이나 다각판상으로 히트블럭(20)이 형성되면, 그에 따라 상기 원격열교환부(30,30')의 배치나 갯수가 달라진다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 전자기기의 냉각장치에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

먼저, 본 발명의 냉각장치는 수평형으로 사용되는 전자기기에 주로 사용되는 것으로, 히트블럭이 열원에 접촉되게 하고 히트블럭의 열을 히트파이프를 사용하여 다수개의 원격열교환부로 전달하여 시스템팬유니트에 의해 형성되는 기류를 사용하여 열을 방출한다. 따라서, 상대적으로 열원의 열방출이 원활하게 되는 효과를 얻 을 수 있다.

그리고, 본 발명에서는 다수개의 원격열교환부를 사용하여 열을 외부로 방출한다. 따라서, 각각의 원격열교환부를 상대적으로 작은 크기로 형성할 수 있게 되어, 원격열교환부를 통과하는 기류가 보다 원활하게 유동할 수 있다. 결국, 동일한 열교환면적이라면, 상대적으로 공기유동이 원활하게 됨에 의해 열교환이 더 효율적으로 될 수 있어 전체 냉각장치의 열교환효율이 좋아지는 효과도 있다.

한편, 본 발명에서는 별도의 팬유니트를 사용하지 않고 시스템팬유니트를 사용하며, 하나의 히트파이프를 2개의 히트파이프와 같이 사용하므로 전체적으로 제품을 구성하는 부품수가 줄어들게 되어 제조원가가 낮아지는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 원격열교환부를 통과하는 기류를 형성하는 팬으로 시스템팬유니트를 사용한다. 즉, 별도의 팬유니트를 사용하지 않고, 기존의 시스템팬유니트를 그대로 사용하므로, 상대적으로 부품수가 줄어들게 되는 효과도 있다.

Claims (5)

1. 메인보드에 장착되는 열원에 열적으로 접촉되어 열을 전도받는 히트블럭과;

   상기 히트블럭의 내부에 그 중간부가 위치되고 양단부가 히트블럭의 외부로 연장되어 히트블럭의 상부로 연장되는 히트파이프;

   상기 히트파이프가 내부를 관통하고, 다수개의 방열핀을 소정 간격을 두고 적층하여 구성되며, 상기 히트블럭의 네 측면과 대응되는 위치에 각각 분리되어 배치되는 원격열교환부;

   상기 원격열교환부를 통과하는 기류를 형성함과 동시에 전자기기의 내부로 외부공기를 도입하는 시스템팬유니트; 그리고

   상기 히트블럭의 상면과 결합되는 장착판과, 상기 장착판의 가장자리를 둘러 구비되고 상기 장착판을 소정의 높이에 지지하는 고정레그를 구비하고, 상기 히트블럭을 열원에 열적으로 접촉하도록 고정하는 고정구를 포함하여 구성되고;

   상기 히트파이프는 상기 히트블럭의 내부에 그 중간부가 위치되고, 양단부는 상기 히트블럭의 외부로 돌출되어 상기 원격열교환부를 관통하는데, 상기 히트블럭의 내부에 위치된 히트파이프 부분과 원격열교환부내에 위치되는 부분이 그 연장방향이 서로 직교하게 되며;

   상기 시스템팬유니트에 의해 형성된 기류는 상기 시스템팬유니트와 마주보는 제1 원격열교환부와, 상기 제1 원격열교환부의 양단에 대응되는 위치에 있는 제2 및 제3 원격열교환부, 그리고 상기 제1 원격열교환부와 마주보는 제4 열교환부를 폭방향-길이방향-폭방향으로 통과하면서 상기 히트파이프와 작동유체와의 사이에서 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기기의 냉각장치.
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