KR101555365B1 - 전자기기의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기기의 냉각장치에 관한 것이다. 본 발명에서는 응축부(10)를 통과한 냉매가 보상부(15)로 유입되어 채워진다. 상기 보상부(15)를 통과한 냉매는 기화부(20)로 유입되어 외부에 구비된 보조열원(H2)과 열교환을 통해 기화된다. 그리고, 상기 기화부(20)의 내부에는 다공성 물질로 만들어지는 기화체(22)가 구비된다. 상기 기화부(20)를 통과한 냉매와 상기 응축부(10)로부터 공급되는 액상의 냉매는 와류형성부(30)에서 혼합되어 냉매분무를 형성하고, 상기 냉매분무는 나선형궤적을 따라 이동되면서 와류를 형성하게 된다. 한편, 상기 와류를 형성한 냉매분무는 증발부(50)의 내벽에 밀착되게 분사되어 외부에 위치한 주열원(H1)과 열교환이 이루어져 주열원(H1)을 냉각시킨다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 증발부에 인접하게 구비된 주열원과 냉매의 열교환이 보다 활발하게 이루어지므로 전자기기의 냉각성능이 향상되고, 벤츄리관에서 분출되는 냉매의 압력손실이 보다 감소되는 효과가 있다.

전자기기, 냉각, 발열원

Description

전자기기의 냉각장치{A cooling apparatus for electronic device}

본 발명은 전자기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자기기의 내부에 구비된 발열원에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각시키기 위한 전자기기의 냉각장치에 관한 것이다.

현대화 사회에서 정보 기술은 급속도로 발전하고 있으며, 가정, 직장, 관공서 등에서 컴퓨터와 같은 전자기기는 없어서는 안되는 중요한 도구로 인식되고 있다. 데이터 저장밀도의 증가, 작동 속도의 향상 및 제조비용의 감소에 기인하여 이와 같은 전자기기를 생산, 판매하는 것은 점점 증가하고 있는 추세이다.

컴퓨터를 비롯한 전자기기를 설계할 때, 반드시 고려해야만 하는 문제 중에 하나가 바로 방열 문제이다. 최근에는 노트북, PMP, 휴대폰 등과 같이 소형화된 휴대용 전자기기의 개발이 가속화되고 있는데 이와 같은 휴대용 전자기기에서는 방열이 고려되어야할 매우 중요한 요소이다. 왜냐하면, 전자기기가 소형화될수록 전자기기의 내부에 장착되는 반도체 소자들의 집적도가 높아짐으로써, 이들의 발열량도 커지기 때문이다.

특히, 컴퓨터에서 중앙처리장치(CPU)를 구성하는 칩은 가장 큰 발열원으로 작용하고 있으며, 최근에 출시된 칩인 듀얼코어의 경우에는 35W 이상의 높은 발열량을 가진다. 이와 같이 전자기기의 내부에 장착되는 부품들의 성능이 좋아질수록 그에 따른 발열량 또한 상승하는 것이다. 따라서, 기존의 냉각팬, 히트파이프와 같은 구조를 가진 냉각장치로는 전자기기에서 발생하는 열을 외부로 방출시키기에 무리인 문제점이 있다. 결국, 고집적화된 부품들의 냉각을 위해서는 보다 냉각성능이 뛰어난 냉각장치가 필요한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 와류를 형성한 냉매가 증발부로 유입되도록 하여 냉각성능을 향상시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉매의 순환과정에서 발생하는 압력손실을 최소화하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 냉매를 응축시키기 위한 응축부와; 상기 응축부를 통과한 냉매가 유입되어 외부에 구비된 보조열원과 열교환을 통해 기화되고, 다공성 물질로 만들어지는 기화체가 구비되는 기화부와; 상기 기화체를 통과한 냉매가 낮은 압력으로 분출되도록 하는 벤츄리관과; 상기 벤츄리관의 분출구 상에 위치하고, 상기 벤츄리관을 통과한 냉매를 나선형의 궤적을 따라 이동시켜 와류를 형성하는 분사체와; 상기 와류를 형성한 냉매분무가 통과하면서 원심력에 의해 원형의 유동단면적을 가지는 내벽에 밀착되어 분사되고, 외부에 위치한 주열원과 열교환이 이루어지는 증발부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 분사체는, 몸체부와; 상기 몸체부의 외면에 나선형으로 형성되어 와류를 형성하는 와류리브를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 분사체는, 상기 몸체부의 선단에 상기 분출구에 대응되는 형상으로 구 비되고, 상기 분출구를 형성하는 벤츄리관의 내벽과 이격되게 위치하여 냉매가 이동되는 분출경로를 형성하는 가이드부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 가이드부는 원뿔형상으로 형성됨을 특징으로 한다.

상기 와류리브의 일부는 냉매가 상기 증발부 측으로 이동하도록 끊어져 있음을 특징으로 한다.

상기 벤츄리관에는 상기 응축부를 통과한 액상의 냉매가 유입되는 유입부가 형성됨을 특징으로 한다.

상기 응축부로부터 배출되는 냉매가 이동되는 냉매유로관과; 상기 냉매유로관의 일측에 설치되어 냉매의 이동경로를 상기 기화부와 유입부로 안내하는 분기단과; 상기 분기단에 일단이 연결되고, 타단은 유입부의 일단에 연결되는 분기파이프를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 기화체의 선단에는 상기 응축부를 통과한 냉매가 유입되는 유입채널이 형성되고, 후단에는 상기 기화체의 외면을 둘러 다수개의 배출리브가 일정한 간격으로 구비되며, 상기 배출리브의 사이에는 상기 기화체의 내부에서 열교환을 통해 기화된 냉매가 배출되는 배출채널이 형성됨을 특징으로 한다.

상기 유입채널은 상기 기화체의 종단면상에서 중심에 위치하도록 형성되고, 상기 배출채널은 상기 유입채널을 감싸도록 다수개가 형성됨을 특징으로 한다.

상기 기화부, 와류형성부 및 증발부는 서로 연통되는 파이프형상임을 특징으로 한다.

상기 보조열원과 주열원은 하나의 발열체인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 냉매를 응축시키기 위한 응축부와; 상기 응축부를 통과한 냉매가 유입되어 외부에 구비된 보조열원과 열교환을 통해 기화되고, 다공성 물질로 만들어지는 기화체가 구비되는 기화부와; 상기 기화부를 통과한 냉매가 낮은 압력으로 분출되도록 하는 벤츄리관과; 상기 벤츄리관에 연속하여 형성되어 유동단면적이 넓어지도록 일정 각도로 형성된 분출구와; 상기 분출구의 내측에 위치하고, 상기 벤츄리관을 통과한 냉매를 중심에서 멀어지는 방향으로 이동을 안내하는 분출경로를 형성하는 가이드부와; 상기 냉매가 통과하면서 외부에 위치한 주열원과 열교환이 이루어지는 증발부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 분출경로는 냉매가 상기 주열원과 열교환하는 상기 증발부의 내벽으로 유동되도록 상기 냉매를 안내함을 특징으로 한다.

상기 가이드부는 원뿔형상으로 형성됨을 특징으로 한다.

상기 벤츄리관에는 상기 응축부를 통과한 액상의 냉매가 유입되는 유입부가 형성됨을 특징으로 한다.

상기 응축부로부터 배출되는 냉매가 이동되는 냉매유로관과; 상기 냉매유로관의 일측에 설치되어 냉매의 이동경로를 상기 기화부와 상기 유입부로 안내하는 분기단과; 상기 분기단에 일단이 연결되고, 타단은 유입부의 일단에 연결되는 분기파이프를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 기화체의 선단에는 상기 응축부를 통과한 냉매가 유입되는 유입채널이 형성되고, 후단에는 상기 기화체의 외면을 둘러 다수개의 배출리브가 일정한 간격 으로 구비되며, 상기 배출리브의 사이에는 상기 기화체의 내부에서 열교환을 통해 기화된 냉매가 배출되는 배출채널이 형성됨을 특징으로 한다.

상기 유입채널은 상기 기화체의 종단면상에서 중심에 위치하도록 형성되고, 상기 배출채널은 상기 유입채널을 감싸도록 다수개가 형성됨을 특징으로 한다.

상기 기화부, 와류형성부 및 증발부는 서로 연통되는 파이프형상임을 특징으로 한다.

상기 보조열원과 주열원은 하나의 발열체인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 냉매를 응축시키기 위한 응축부와; 상기 응축부를 통과한 냉매가 유입되어 외부에 구비된 보조열원과 열교환을 통해 기화되고, 다공성 물질로 만들어지는 기화체가 구비되는 기화부와; 상기 기화부를 통과한 냉매가 낮은 압력으로 분출되도록 하는 벤츄리관과; 상기 벤츄리관에 연속하여 형성되어 유동단면적이 넓어지도록 일정 각도로 형성된 분출구와; 상기 벤츄리관에 상기 응축부를 통과한 액상의 냉매가 유입되는 유입부와; 상기 응축부로부터 배출되는 냉매가 이동되는 냉매유로관과; 상기 냉매유로관의 일측에 설치되어 냉매의 이동경로를 상기 기화부와 상기 유입부로 안내하는 분기단과; 상기 분기단의 일단에 연결되고, 타단은 상기 유입부의 일단에 연결되는 분기파이프와; 상기 냉매가 통과하면서 외부에 위치한 주열원과 열교환이 이루어지며 상기 응축부로 냉매를 배출하는 증발부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 보조열원과 주열원은 하나의 발열체인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 열원으로부터 열을 흡수하는 증발부와; 상기 증발부로부터 유입되는 냉매 기체가 응축되는 응축부와; 상기 증발부와 응축부를 연결하여 폐루프를 형성하며 냉매가 이동되는 파이프를 포함하는 냉각장치에 있어서, 상기 응축부로부터 응축된 냉매가 상기 파이프를 통해 상기 증발부로 유동되는 경로에 기화부를 설치하고, 상기 기화부 내에는 다공성 물질로 이루어진 기화체가 설치되며, 상기 기화체의 선단에는 상기 응축부를 통과한 냉매가 유입되는 유입채널이 형성되고, 상기 기화체의 후단에는 상기 기화체의 내부에서 열교환을 통해 기화된 냉매가 배출되는 배출채널이 형성됨을 특징으로 한다.

상기 유입채널은 상기 기화체의 종단면상에서 중심에 위치하도록 형성되고, 상기 배출채널은 상기 유입채널을 감싸도록 다수개가 형성됨을 특징으로 한다.

상기 유입채널은 상기 기화체의 종단면상에서 상기 기화체의 일정 깊이까지 관통하여 형성되고, 상기 배출채널은 상기 유입채널과 일부가 중첩되고 외부로 노출되도록 형성됨을 특징으로 한다.

상기 배출채널의 후단에 위치하여 상기 배출채널에서 배출된 냉매를 나선형의 궤적을 따라 이동시켜 와류를 형성하는 분사체와; 상기 와류를 형성한 냉매가 통과하면서 원심력에 의해 원형의 유동단면적을 가지는 내벽에 분사되고, 외부에 위치한 주열원과 열교환이 이루어지는 증발부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 기화체와 분사체 사이에 위치하여 상기 기화체의 배출채널에서 배출된 냉매가 낮은 압력으로 분출되도록 하는 벤츄리관과; 상기 벤츄리관에 연속하여 형성되어 유동단면적이 넓어지도록 일정 각도로 형성되며 상기 분사체로 냉매를 이동 시키는 분출구를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 분출구 내측에 위치하고, 상기 벤츄리관을 통과한 냉매를 중심에서 멀어지는 방향으로 이동을 안내하는 분출경로를 형성하는 가이드부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에서는 응축부 및 기화부를 통과한 냉매분무가 와류형성부를 통과하는 과정에서 분사체에 의해 와류를 형성하고 증발부의 내벽에 분사된다. 즉, 냉매가 증발부 내를 유동함에 있어서 와류를 형성하여 원심력에 의해 회전되면서 증발부의 내벽에 밀착되어 이동하는 것이다. 따라서, 증발부에 인접하게 구비된 주열원과 냉매의 열교환이 보다 활발하게 이루어지므로 전자기기의 냉각성능이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 벤츄리관의 분출구 상에 가이드부가 위치하도록 하여 냉매의 분출각을 줄이도록 하였다. 따라서, 벤츄리관에서 분출되는 냉매의 압력손실이 감소되어 냉매의 순환이 잘 이루어지는 효과가 있다.

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

도 1은 본 발명에 의한 전자기기의 냉각장치의 바람직한 실시예의 구성을 보인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 전자기기의 냉각장치의 바람직한 실시예의 요부구성을 보인 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 전자기기의 냉각장치는 응축부(10), 보상부(15), 기화부(20), 와류형성부(30) 및 증발부(50)를 포함하여 구성된다. 여기에서, 상기 보상부(15), 기화부(20), 와류형성부(30) 및 증발부(50)는 전체적으로 차례로 이어지는 파이프형상으로서, 각각은 서로 연통된다.

상기 응축부(10)는 상기 증발부(50)에서 유입된 냉매를 응축시키는 역할을 한다. 즉, 상기 응축부(10)에서는 상기 증발부(50)에서 기화된 냉매가 유입되어 열교환을 통해 액상의 냉매로 응축된다. 본 실시예에서 상기 응축부(10)에는 냉각핀이 구비된다. 상기 응축부(10)에서 응축된 냉매는 분기단(12)에서 나누어져 각각 보상부(15) 및 와류형성부(30)로 유입된다. 상기 와류형성부(30)로의 냉매유입은 일단은 상기 분기단(12)의 일단에 연결되고 타단은 아래에서 설명될 유입부(37)에 연결되는 분기파이프(P1)를 통해 이루어진다.

즉, 상기 응축부(10)에서 응축된 냉매 중에 일부는 냉매유로관(P)을 통해 보상부(15)로 유입된다. 상기 보상부(15)는 액상의 냉매가 채워지는 부분이다. 상기 보상부(15)는 본 실시예에서 반드시 필요한 구성은 아니고 상기 응축부(10)에서 응축된 냉매가 기화부(20)로 바로 유입되도록 하는 구성도 가능하다.

상기 응축부(10)의 일단에는 마개(16)가 구비되어 상기 보상부(15)의 일단을 차폐한다. 상기 마개(16)는 도면상 좌측단과 우측단은 중심축을 중심으로 구멍으로 관통되어 있어 냉매의 유동이 가능하다. 상기 마개(16)의 도면상 좌측단은 연결관(18) 내에 삽입되며 우측단은 보상부(15) 내에 위치한다. 상기 마개(16)의 우측단은 좌측단보다 직경이 크게 형성되어 마개(16)가 연결관(18) 내로 완전히 삽입되 는 것을 방지한다. 그리고, 상기 연결관(18)은 상기 냉매유로관(P)과 연결된다.

본 실시예에서 상기 마개(16) 및 연결관(18)은 반드시 구비되어야 하는 것은 아니고 상기 보상부(15)의 일단이 상기 냉매유로관(P)과 직접 연통되도록 구성될 수도 있다.

상기 보상부(15)의 일단에는 기화부(20)가 연결된다. 상기 기화부(20)는 상기 보상부(15)에서 유입된 액상의 냉매를 기화시키는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 기화부(20)의 외측에는 별도의 보조열원(H2)이 구비된다. 상기 기화부(20)는 상기 보조열원(H2)으로부터 흡수한 열을 이용하여 액상의 냉매를 기화시킨다. 상기 보조열원(H2)은 전자기기의 내부에 장착되어 열을 발생시키는 발열부품의 하나일 수도 있다. 여기에서, 상기 보조열원(H2)은 아래에서 설명될 주열원(H1)보다 상대적으로 낮은 온도로 가진 열원이다.

그리고, 기체 상태로 만들어진 냉매는 상기 기화부(20) 양단의 압력차에 의해 아래에서 설명될 와류형성부(30)로 이송된다. 즉, 상기 기화부(20)는 냉매가 냉각장치를 순환할 수 있는 동력을 제공하는 역할을 수행한다.

상기 기화부(20)의 내부에는 기화체(22)가 구비된다. 상기 기화체(22)의 구성은 도 3a 및 도 3b에 잘 도시되어 있다. 상기 기화체(22)는 상기 기화부(20)의 기능을 실질적으로 수행하는 부분이다. 상기 기화체(22)는 대략 원통형상으로서, 다공성 물질로 만들어진다. 즉, 상기 기화체(22)는 다공성 물질로 만들어져 모세관의 표면장력에 의해서 기화된 기체의 압력을 상승시키는 역할을 한다.

본 발명에서 사용되는 기화체(22)의 소재는 금속소결체이다. 구체적으로, 상 기 기화체(22)는 스테인레스 분말을 소결하여 형성한 것이다. 또한, 상기 기화체(22)에서 증기가 발생하는 정도에 따라 폴리에틸렌, 금속섬유, 활성탄소섬유 등을 사용하기도 한다.

상기 기화체(22)의 일단에는 상기 보상부(15)와 연결되도록 보상부(15)의 일단에 삽입되는 연결부(23)가 돌출되어 구비된다. 상기 연결부(23)는 상기 기화체(22)의 직경보다 상대적으로 작은 직경을 가진다.

상기 기화체(22)의 가장 큰 직경을 가진 부분은 기화부(20)의 내벽의 직경과 거의 동일하게 형성하여 상기 기화체(22)는 기화부(20)의 내벽에 밀착되도록 위치한다.

그리고, 상기 기화체(22)의 선단에는 유입채널(24)이 길게 형성된다. 상기 유입채널(24)은 상기 기화체(22)의 선단 중심에서 기화체(22)의 내측으로 소정의 깊이로 형성되며 기화체(22) 전체를 관통하지 않는다. 상기 유입채널(24)은 상기 보상부(15)에서 유입된 액상의 냉매가 유입되는 부분이다. 이와 같이 상기 유입채널(24)을 통해 유입된 액상의 냉매는 상기 보조열원(H2)과의 열교환을 통해 기화된다. 상기 기화체(22)는 다공성 물질로 만들어져 내부가 진공 상태에 가깝기 때문에 낮은 온도에서도 냉매가 쉽게 기화될 수 있다.

상기 기화체(22)의 후단은 상대적으로 작은 직경을 가지도록 형성되고, 외면을 둘러서는 배출리브(26)가 구비된다. 상기 배출리브(26)는 상기 기화체(22)의 후단에 일정한 간격으로 형성된다. 그리고, 상기 배출리브(26)의 사이에는 배출채널(27)이 형성된다. 상기 배출채널(27)은 상기 유입채널(24)에 유입된 냉매가 흡수 되어 기체 상태가 된 냉매를 와류형성부(30)로 배출되는 통로로서의 역할을 한다. 상기 유입채널(24)과 배출채널(27)은 서로 연통되지 않고, 상기 기화체(22)에 각각 형성된다. 상기 유입채널(24)로 흡수된 냉매는 다공성 물질로 구성된 기화체(22)의 내부를 통해 상기 배출채널(27)로 이동되어 배출된다.

상기 유입채널(24)은 종단면상에서 중심에 위치하도록 형성되고, 상기 배출채널(27)은 상기 유입채널(24)과 일정 길이가 중첩되도록 형성된다. 이는 상기 유입채널(24)로 유입된 냉매가 기화되어 보다 쉽게 상기 배출채널(27)로 흡수되어 배출되도록 하기 위함이다.

상기 보상부(15)와 기화부(20)의 연결부위의 내측에는 환상의 돌기(도시되지 않음)가 일정 길이로 돌출되어 형성될 수 있다. 상기 돌기의 직경은 상기 기화체(22)의 연결부(23)의 직경보다는 크다. 따라서, 상기 연결부(23)는 상기 보상부(15) 내에 위치하게 되지만, 상기 기화체(22)의 외곽부와 상기 기화부(20)의 내벽 사이에 틈새가 있는 경우에도 기화체(22)의 대부분은 기화부(20)에 위치하게 되는 것이다.

한편, 기체 상태가 된 냉매는 상기 기화체(22) 양단의 압력차에 의해 와류형성부(30)로 이송된다. 즉, 상기 냉매가 기화되는 과정에서 상변화에 따라 발생하는 압력차이에 의해 냉매가 이송되는 것이다.

상기 기화부(20)의 일단에는 와류(Vortex)형성부(30)가 연결된다. 상기 와류형성부(30)는 상기 기화부(20)를 통과한 냉매의 흐름을 와류로 형성하여 증발부(50)의 내벽에 분사하고 원심력에 의해 냉매가 증발부(50)의 내벽에 밀착되어 유 동되도록 역할을 한다. 이를 위해, 상기 와류형성부(30)의 내부에는 벤츄리관(32)과 분사체(40)가 각각 구비된다.

먼저, 도 4를 참조하여 상기 벤츄리관(Venturi tube)(32)의 구성을 설명한다. 상기 벤츄리관(32)은 대략 원통형상으로 만들어진다. 상기 벤츄리관(32)에서 상기 기화부(20)와 연결된 부분에는 입구(34)가 형성된다. 상기 입구(34)는 상기 기화부(20)를 통과한 냉매가 유입되는 통로로서, 대략 원뿔형상을 가진다. 상기 입구(34)는 냉매의 진행방향에 대해 유동단면적이 점차 작아지도록 형성된다.

상기 입구(34)의 후단에는 분무생성유로(36)가 연결된다. 상기 분무생성유로(36)는 상기 응축부(10)에서 유입된 액상의 냉매가 기체 상태의 냉매와 혼합되어 분무(Sparay) 형태로 만들어내는 부분이다. 상기 분무생성유로(36)는 직경이 작은 유로로 형성되기 때문에 기체 상태의 냉매가 통과할 때 압력강하에 의해 액상의 냉매가 끌어올려져 분무를 생성한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 이를 냉매분무라고 명명한다.

그리고, 상기 분무생성유로(36)와 응축부(10)를 연통하기 위해 상기 유입부(37)가 상기 벤츄리관(32)에 개구되게 형성된다. 따라서, 상기 응축부(10)에서 응축된 냉매는 분기단(12)과 연결된 분기파이프(P1)와 상기 유입부(37)를 통해 분무생성유로(36)로 유입된다.

상기 분무생성유로(36)의 후단에는 분출구(38)가 연결된다. 상기 분출구(38)는 상기 분무생성유로(36)를 통과한 냉매분무가 분출되는 통로로서, 상기 입구(34)와 유사하게 대략 원뿔형상을 가진다. 즉, 상기 분출구(38)는 냉매의 진행방향에 대해 유동단면적이 점차 커지도록 형성된다.

한편, 상기 분출구(38)에 인접한 부분에는 분사체(40)가 구비된다. 상기 분사체(40)의 형상은 도 5에 잘 도시되어 있다. 상기 분사체(40)는 상기 와류형성부(30)의 내벽에 밀착되어 고정된다. 상기 분사체(40)는 상기 분출구(38)로 배출된 냉매분무를 와류로 형성하여 증발부(50)의 내벽 방향으로 분사되도록 역할을 한다. 즉, 상기 분사체(40)에 의해 냉매분무가 와류로 형성되어 원심력에 의해 증발부(50)의 내벽으로 분사되면 가능 냉매 분무가 주열원(H1)으로부터의 열에 의해 증발되며 열교환이 촉진되어 보다 큰 냉각효과를 얻을 수 있다.

상기 분사체(40)에는 대략 원통 형상의 몸체부(41)가 구비된다. 그리고, 상기 몸체부(41)의 외면에는 와류리브(42)가 돌출되어 구비된다. 상기 와류리브(42)는 상기 몸체부(41)의 나선형상(Spiral)으로 형성된다. 따라서, 상기 분출구(38)로 배출된 냉매분무는 상기 몸체부(41)를 지나면서 와류리브(42)를 따라 와류를 형성하여 증발부(50)로 분사된다. 상기 와류리브(42)는 본 도면에 도시된 형상뿐만 아니라 냉매분무를 와류로 형성할 수 있는 다른 형상 예를 들어, 이중나선형상으로 형성된 것도 가능함은 당연하다.

본 실시예에서는 상기 와류리브(42)의 중간이 끊어져 있어 끊어진 부분을 통해서는 증발부(50) 방향으로 직접 일부 냉매가 유동되고, 나머지 냉매는 상기 와류리브(42)에 의해 와류를 형성하여 증발부(50)로 분사된다. 여기에서, 상기 와류리브(42)의 끊어진 부분은 다수개로 형성될 수도 있다.

그리고, 상기 몸체부(41)의 선단에는 가이드부(44)가 구비된다. 상기 가이드 부(44)는 상기 몸체부(41)의 선단에서 돌출되게 구비되는 것으로서, 상기 분출구(38) 상에 위치하게 된다. 상기 가이드부(44)는 상기 분출구(38)의 배출각과 동일한 각도로 형성되며 분출구(38)의 직경보다 상대적으로 작은 직경을 가진 원뿔형상으로 형성된다. 상기 가이드부(44)는 상기 분출구(38)에 해당하는 벤츄리관(32)의 내벽과 이격되게 위치된다. 즉, 상기 가이드부(44)의 외면은 상기 벤츄리관(32)의 내벽과 평행하게 형성된다. 상기 가이드부(44)는 상기 분출구(38)를 통해 배출된 냉매분무가 상기 와류리브(42) 쪽으로 유입되는 것을 안내하는 역할을 한다.

본 실시예에서 상기 분출구(38) 상에 가이드부(44)를 위치시키도록 한 이유에 대해서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 참고로, 도 7은 원뿔형상의 확산기(Diffuser)에서 분출되는 냉매의 압력손실정도를 나타낸 것이다. 즉, 확산기의 분출구의 배출각(θ)에 따라 냉매의 압력이 손실되는 정도를 나타낸 것이다.

상기 냉매분무는 벤츄리관(32)의 좁은 유로로부터 배출되어 분출구(38)에 이르게 되면 압력이 감소되어 유동 속도와 유량이 감소하게 된다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 분출구(38) 상에 가이드부(44)가 위치하지 않은 경우(a)에 상기 분출구(38)의 배출각(θ)을 30°로 형성하는 경우 냉매분무가 배출되는 과정에서 냉매분무의 유동 속도 또는 압력은 대략 전체의 대부분이 손실된다. 그러나, 상기 분출구(32)의 최종단의 직경을 상기 와류형성부(30)의 내벽의 직경과 거의 동일하게 형성하는 경우 벤츄리관(32)의 끝단에서 상기 분출구(38)의 최종단 까지의 거리는 비교적 짧게 형성할 수 있다.

반면에, 상기 분출구(38)의 배출각(θ)을 15°로 형성하는 경우 손실정도는 40%정도로 감소하지만 상기 벤츄리관(32)의 끝단에서 분출구(38)의 최종단 까지의 거리는 상대적으로 길어지는 단점이 있다.

따라서, 이와 같은 손실을 줄이기 위해 상기 가이드부(44)를 분출구(38) 상에 위치시키는 것이다.

상기 분출구(38) 상에 가이드부(44)가 위치하는 경우(b)에는 분출구(38)의 배출각(θ)을 30°로 형성하면, 상기 분출구(38)와 가이드부(44)의 사이의 공간에 형성된 분출경로(39)의 유동단면적은 일정하게 유지된다. 즉, 상기 냉매분무는 상기 분출경로(39)를 통해 유동하므로 압력의 손실정도를 대략 40%정도로 줄이는 것이 가능하여 상기 분출구(38)의 배출각(θ)을 15°로 형성한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있으며 상기 벤츄리관(30)의 길이를 줄이는 것도 가능하게 된다.

본 발명에서는 상기 가이드부(44)를 원뿔형상으로 하여 상기 분출경로(39)의 유동단면적이 일정하게 형성되도록 하였으나, 상기 와류리브(42) 측에 인접하여 유동단면적이 커지도록 하는 구성도 가능할 것이다.

또한, 본 발명의 분사체(40)는 가이드부(44)와 와류리브(42)를 일체로 형성하였으나, 상기 가이드부(44)에 와류리브(42)를 형성하지 않는 구성도 가능하다. 이 경우에는 상기 냉매분무가 와류를 형성하지 않고 상기 증발부(50)의 내벽을 향해 배출될 것이다.

그리고, 본 실시예에서 상기 가이드부(44)가 반드시 구비되어야 하는 것은 아니다. 상기 가이드부(44)는 벤츄리관(30)에서 배출되는 냉매분무의 압력손실을 최소화하기 위한 것으로서, 상기 가이드부(44) 없이 상기 분출구(38)로 배출된 냉 매가 와류리브(42)를 따라 유동되면서 와류를 형성하는 것도 가능하다.

그리고 본실시예서는 벤츄리관(30)과 분사체(40)를 각각의 부재로 조립하였지만, 분출경로(39)의 설계 단면적을 유지하기 위해 벤츄리관(30)과 분사체(40)를 일체의 부재로 형성하는 것도 가능하다.

또한 본 실시예에서는 분사체(40)의 와류리브(42)의 최외측이 와류형성부(30)내에 압입되어지도록 하였으나 이에 한정하지 않고, 분사체(40)가 회전되지 않도록 별도의 고정부재(도시되지 않음)로 고정하는 것도 가능하다.

다음으로, 상기 와류형성부(30)에는 증발부(50)가 연결된다. 상기 증발부(50)는 상기 와류형성부(30)를 통과한 냉매분무가 증발부(50)에 인접하게 구비된 주열원(H1)에 의해 증발되는 부분이다. 상기 냉매분무는 주열원(H1)과 열교환을 통해 주열원(H1)으로부터 열을 빼앗아 냉각되도록 한다. 상기 주열원(H1)으로는 전자기기의 내부에 장착되는 중앙처리장치(CPU)와 같은 발열부품이 있다.

이때, 상기 냉매분무는 상기 와류형성부(30)를 통해 와류를 형성하고 원심력에 의해 상기 증발부(50)의 내벽에 액적으로 분사된다. 이와 같이 와류를 형성한 냉매분무는 원심력에 의해 증발부(50)의 내벽에 밀착되게 분사되기 때문에 증발이 촉진되고, 주열원(H1)과 좀더 활발하게 열교환이 이루어질 수 있다. 따라서, 단순히 상기 증발부(50)를 따라 냉매가 흐르도록 한 종래에 비해 냉각효과가 상승될 수 있다. 상기 증발부(50)의 내벽은 와류를 형성한 냉매가 원활하게 유동될 수 있도록 원형의 유동단면적을 가지게 된다.

상기 증발부(50)의 외곽은 주열원(H1)과의 접촉면적을 증가시키기 위해 사각 판 형상으로 형성될 수 있다.

상기 증발부(50)의 일단에는 마개(52)가 구비되어 상기 증발부(50)의 일단을 차폐한다. 그리고, 상기 마개(52)에는 연결관(54)이 관통하여 구비되어 냉매유로관(P)과 연결된다. 상기 마개(52)의 형상 및 설치 형태는 상기 마개(16)와 동일하다. 상기 마개(52) 및 연결관(54)은 반드시 구비되어야 하는 것은 아니고 상기 증발부(50)의 일단이 상기 냉매유로관(P)과 직접 연통되도록 구성될 수도 있다.

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

우선, 도 1을 참조하여 본 발명에 의한 전자기기의 냉각장치에서 냉매가 순환되는 과정을 살펴본다. 이하에서는 응축부(10)를 통과한 냉매(C) 중에 보상부(15)로 유입되는 냉매를 C1, 유입부(37)로 유입되는 냉매를 C2라고 명명한다.

상기 응축부(10)를 통과한 냉매는 분기단(12)을 통과하면서 일부는 상기 보상부(15)에 채워진다. 상기 보상부(15)에 채워지는 냉매(C1)는 상기 기화부(22)의 재질에 따라 달라질 수 있다. 상기 보상부(15)를 통과한 냉매(C1)는 기화부(20)로 유입된다.

구체적으로, 상기 냉매(C1)는 기화부(20)로 유입되어 기화체(22)의 유입채널(24)로 유입된다. 상기 유입채널(24)로 유입된 냉매(C1)는 기화부(20)에 인접하게 구비된 보조열원(H2)과 열교환이 이루어진다. 즉, 액상의 냉매(C1)는 상기 보조열원(H2)과의 열교환을 통해 기화되고, 기체 상태의 냉매(C1)는 다공성 물질로 이루어진 기화체(22)를 통해 배출채널(27)로 이동되어 배출된다. 상기 기화체(22)는 냉매를 기화시킬 때 모세관의 표면장력에 의해서 압력을 상승시킨다. 이 상승된 압력은 냉매의 순환동력이 된다.

상기 기화부(20)는 내부가 진공 상태에 가깝기 때문에 낮은 온도에서도 열교환이 잘 이루어지고 액상의 냉매(C1)는 쉽게 기화될 수 있다.

다음으로, 상기 기체 상태의 냉매(C1)는 상기 기화부(20) 양단의 압력차에 의해 와류형성부(30)로 유입된다. 상기 냉매(C1)는 벤츄리관(32)의 입구(34)를 거쳐 분무생성유로(36)로 유입된다. 이때, 상기 분무생성유로(36)로 유입부(37)를 통해 액상의 냉매(C2)가 유입된다. 상기 냉매(C2)는 상술한 바와 같이, 상기 응축부(10)에서 유입되는 것으로서, 좁은 유로인 분무생성유로(36)를 통과할 때 발생하는 압력강하로 인해 냉매(C2)가 빨려들어가는 것이다. 이와 같이, 상기 분무생성유로(36)로 액상의 냉매(C2)가 유입되면서 기체 상태의 냉매(C1)와 혼합되어 냉매분무(C)를 형성한다.

상기 냉매분무(C)는 분출구(38)를 통해 배출된다. 상기 냉매분무(C)는 상기 벤츄리관(32)의 내벽과 가이드부(44) 사이의 분출경로(39)를 따라 안내되면서 이송된다. 여기에서, 도 7을 참고하면, 상기 분출구(38)를 통해 배출되는 냉매분무(C)가 상기 가이드부(44)가 없을 때보다 대략 40%의 압력손실이 줄어드는 것을 알 수 있다.

상기 가이드부(44)를 통과한 냉매분무(C)는 몸체부(41)의 와류리브(42)를 통과하게 된다. 상기 냉매분무(C)는 상기 와류리브(42)에 의해 나선형궤적을 따라 이동되면서 와류를 형성하게 되고, 증발부(50)로 배출된다. 이와 같이 와류를 형성한 냉매분무(C)는 상기 증발부(50)를 따라 회전없이 흐르는 것이 아니고 상기 증발부(50)의 내벽에 액적 형태로 분사되고, 증발부(50)의 후단으로 갈수록 증발부(50)의 내벽으로 점점 확산된다. 상기 냉매분무(C)가 상기 증발부(50)에서 와류를 형성하여 유동되는 경로는 도 9에 잘 도시되어 있다. 즉, 상기 냉매분무(C)는 원심력에 의해 상기 증발부(50)의 내벽에서 속도가 빨라져 밀착된다.

이와 같이 상기 증발부(50)의 내벽에 냉매분무(C)가 액적 형태로 분사되면서 증발부(50)에서 보다 효과적으로 증발이 이루어지게 된다. 따라서, 상기 증발부(50)에 인접한 주열원(H1)과 냉매분무(C)의 열교환이 활발해져 주열원(H1)의 냉각이 보다 잘 이루어지게 되는 것이다. 상기 증발부(50)를 통과한 냉매분무(C) 축부(10)로 유입되어 액상의 냉매로 다시 응축된다.

이상에서 설명한 냉매의 순환과정에서 냉각은 기화부(20) 및 증발부(50)에서 이루어질 수 있다. 이 중에서 전자기기에서 가장 많은 열을 발생시키는 주열원(H1)은 상기 증발부(50)에 인접하게 구비된다. 즉, 상기 기화부(20)에 인접한 보조열원(H2)은 냉각을 위한 것이라기보다는 기화부(20)에서 액상의 냉매(C1)가 기화가 되도록 도와주는 역할을 하는 것이다.

하지만, 반드시 상기 보조열원(H2)이 단순히 열을 공급하는 요소로서 사용되어야 하는 것은 아니고, 상기 증발부(50)에 인접한 주열원(H1)과 같은 별도의 발열부품을 기화부(20)에 인접하도록 위치시키는 것도 가능하다. 이 경우에는 전자기기의 내부에서 주요 발열부품 두 곳에서 냉각이 이루어져 냉각성능이 보다 향상될 수 있다. 상기 보조열원(H2)이 상기 주열원(H1)보다 상대적으로 낮은 온도를 가짐은 상술한 바와 같다.

한편, 이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의해 열원의 냉각이 이루어지는 것에 대해 설명한다. 도 8의 구성요소 중에 바람직한 실시예의 구성과 동일한 것에 대해서는 백번 대의 도면부호를 부여하고 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서 기화부(120)의 일단에는 역이송부(128)가 연결된다. 상기 역이송부(128)는 대략 'U'자형의 파이프형상을 가진다. 이는 상기 기화부(120)를 통과한 냉매를 역방향으로 이송시키기 위함이다.

상기 역이송부(128)의 타단은 와류형성부(130)에 연결된다. 상기 역이송부(128)를 통과한 냉매는 와류형성부(130)에서 와류를 형성하여 증발부(150)의 내벽에 원심력에 의해 밀착되어 분사된다. 이때, 상기 기화부(120) 및 상기 증발부(150)와 동시에 인접하도록 열원(H3)이 구비된다. 상기 열원(H3)으로는 전자기기의 내부에 장착되는 중앙처리장치(CPU)와 같은 발열부품이 사용된다.

상기 열원(H3)은 기화부(120) 및 증발부(150)와 동시에 열교환을 하게 된다. 즉, 상기 열원(H3)은 기화부(120)와의 열교환을 통해 냉매를 기화시키고, 상기 증발부(150)와의 열교환에 의해 냉각된다. 이와 같이 본 실시예에서는 상술한 실시예와 달리 증발부(150)에 의해 냉각되는 열원(H3)이 기화부(120)와도 열교환이 이루어지도록 구성된다. 따라서, 상기 기화부(120)에 별도의 열원을 구비하지 않고 냉각장치가 구동될 수 있다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기 재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

예를 들어, 상기 증발부(50,150)는 인접한 부분에 별도의 열원이 구비되지 않고 증발부(50,150) 자체가 열원으로서 사용되는 구성도 가능하다.

그리고, 상기 와류형성부(30,130)의 내벽에 와류리브(42,142)와 같은 구성을 두거나 와류형성부(30,130) 구간의 파이프를 원통코일 형상으로 만들어 냉매가 와류를 형성하도록 하는 구성도 가능하다.

또한, 본 발명에서는 상기 기화부(20), 와류형성부(40) 및 증발부(50)의 구성을 연속적으로 일체로 형성하였으나 상기 기화부(20)와 와류형성부(30)를 각각 별개로 채용하여 사용하는 것도 가능하다.

그리고 본 발명에서는 와류리브(42)를 형성하여 냉매가 증발부(50)의 내벽을 따라 와류를 형성하며 유동되도록 하였으나, 와류리브(42)대신에 냉매가 주열원(H1)이 접촉한 내벽 방향으로 냉매의 유동이 집중되도록 가이드 통로를 형성하는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 전자기기의 냉각장치의 바람직한 실시예의 구성을 보인 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 전자기기의 냉각장치의 바람직한 실시예의 요부구성을 보인 사시도.

도 3a는 본 발명의 실시예를 구성하는 기화체의 구성을 보인 사시도.

도 3b는 본 발명의 실시예를 구성하는 기화체의 배면도.

도 4는 본 발명의 실시예를 구성하는 벤츄리관의 구성을 보인 사시도.

도 5는 본 발명의 실시예를 구성하는 분사체의 구성을 보인 측면도.

도 6은 본 발명의 실시예를 구성하는 분사체의 유무를 비교한 구성도.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에서 벤츄리관에서 분출되는 냉매의 압력손실을 보인 그래프.

도 8은 본 발명에 의한 전자기기의 냉각장치의 다른 실시예의 구성을 보인 사시도.

도 9는 본 발명의 실시예에 의해 와류를 형성한 냉매의 경로를 보인 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 응축부 12 : 분기단

15 : 보상부 16 : 마개

20 : 기화부 22 : 기화체

23 : 연결부 24 : 유입채널

26 : 배출리브 27 : 배출채널

30 : 와류형성부 32 : 벤츄리관

34 : 입구 36 : 분무생성유로

37 : 유입부 38 : 분출구

40 : 분사체 41 : 몸체부

42 : 와류리브 44 : 가이드부

50 : 증발부 52 : 마개

110 : 응축부 115 : 보상부

116 : 마개 120 : 기화부

122 : 기화체 124 : 유입채널

126 : 배출채널 128 : 역이송부

130 : 와류형성부 132 : 벤츄리관

140 : 분사체 150 : 증발부

152 : 마개

Claims (28)

1. 냉매를 응축시키기 위한 응축부와;

   상기 응축부를 통과한 냉매가 유입되어 외부에 구비된 보조열원과 열교환을 통해 기화되고, 다공성 물질로 만들어지는 기화체가 구비되는 기화부와;

   상기 기화체를 통과한 기체상태의 냉매가, 내부의 분무생성유로에서, 상기 응축부에서 유입부를 통하여 유입되는 액상냉매를 분무(spray) 형태로 생성하여, 상기 분무생성유로 보다 유동 단면적이 점차 커지는 분출구로 공급하는 벤츄리관과;

   상기 벤츄리관의 분출구 상에 위치하고, 상기 벤츄리관을 통과한 냉매를 나선형의 궤적을 따르는 와류를 형성하는 분사체; 그리고

   상기 와류를 형성한 냉매분무가 통과하면서 원심력에 의해 원형의 유동단면적을 가지는 내벽에 밀착되어 분사되고, 외부에 위치한 주열원과 열교환이 이루어지는 증발부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전자기기의 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분사체는, 몸체부와, 상기 몸체부의 외면에 나선형으로 형성되어 와류를 형성하는 와류리브를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전자기기의 냉각장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 분사체는, 상기 몸체부의 선단에 상기 분출구에 대응되는 형상으로 구비되고, 상기 분출구를 형성하는 벤츄리관의 내벽과 이격되게 위치하여 냉매가 이동되는 분출경로를 형성하는 가이드부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전자기기의 냉각장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 가이드부는 원뿔형상으로 형성됨을 특징으로 하는 전자기기의 냉각장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 와류리브의 일부는 냉매가 상기 증발부 측으로 이동하도록 끊어져 있음을 특징으로 하는 전자기기의 냉각장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 기화체의 선단에는 상기 응축부를 통과한 냉매가 유입되는 유입채널이 형성되고, 후단에는 상기 기화체의 외면을 둘러 다수개의 배출리브가 일정한 간격으로 구비되며, 상기 배출리브의 사이에는 상기 기화체의 내부에서 열교환을 통해 기화된 냉매가 배출되는 배출채널이 형성됨을 특징으로 하는 전자기기의 냉각장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 유입채널은 상기 기화체의 종단면상에서 중심에 위치하도록 형성되고, 상기 배출채널은 상기 유입채널을 감싸도록 다수개가 형성됨을 특징으로 하는 전자기기의 냉각장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 기화부, 상기 벤츄리관과 분사체를 구비하는 와류형성부, 그리고 증발부는 서로 연통되는 파이프형상임을 특징으로 하는 전자기기의 냉각장치.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 보조열원과 주열원은 하나의 발열체인 것을 특징으로 하는 전자기기의 냉각장치.
12. 냉매를 응축시키기 위한 응축부와;

    상기 응축부를 통과한 액상의 냉매가 유입되어 외부에 구비된 보조열원과 열교환을 통해 기화되고, 다공성 물질로 만들어지는 기화체가 구비되는 기화부와;

    상기 기화체를 통과한 기체상태의 냉매가, 내부의 분무생성유로에서, 상기 응축부에서 유입부를 통하여 유입되는 액상냉매를 분무(spray) 형태로 생성하여, 상기 분무생성유로 보다 유동 단면적이 점차 커지는 분출구로 공급하는 벤츄리관과;

    상기 벤츄리관의 분출구 상에 위치하고, 상기 벤츄리관을 통과한 냉매를 중심에서 멀어지는 방향으로 안내하는 분출경로를 형성하는 분사체; 그리고

    상기 분출 경로에 의하여, 냉매 분무가 통과하면서 원형의 유동 단면적을 가지는 내벽에 밀착되어 분사되고, 외부에 위치하는 주열원과 열교환이 이루어지는 증발부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전자기기의 냉각장치.
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 제 12 항에 있어서,

    상기 기화체의 선단에는, 상기 응축부를 통과한 냉매가 유입되는 유입채널이 형성되고, 후단에는 상기 기화체의 외면을 둘러 다수개의 배출리브가 일정한 간격으로 구비되며, 상기 배출리브의 사이에는 상기 기화체의 내부에서 열교환을 통해 기화된 냉매가 배출되는 배출채널이 형성됨을 특징으로 하는 전자기기의 냉각장치.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 유입채널은 상기 기화체의 종단면상에서 중심에 위치하도록 형성되고, 상기 배출채널은 상기 유입채널을 감싸도록 다수개가 형성됨을 특징으로 하는 전자 기기의 냉각장치.
19. 제 12 항에 있어서,

    상기 기화부, 상기 벤츄리관과 분사체를 구비하는 와류형성부, 그리고 증발부는 서로 연통되는 파이프형상임을 특징으로 하는 전자기기의 냉각장치.
20. 제 12 항에 있어서,

    상기 보조열원과 주열원은 하나의 발열체인 것을 특징으로 하는 전자기기의 냉각장치.
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