KR101713570B1 - 레이저 쿨링 장치 및 이를 이용한 레이저 쿨링 시스템 - Google Patents

레이저 쿨링 장치 및 이를 이용한 레이저 쿨링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 장치를 냉각시키는 쿨링 장치와 이를 제어하는 쿨링 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.
냉각수저장부를 직접 냉각시킴으로써 레이저 장치의 출력 안정성을 높이고, 부피를 최소화할 수 있다. 또한, 장치를 분해하지 않고서도 냉각수를 교체할 수 있는 장점이 있다. 마지막으로, 열전소자의 냉각효율을 높임과 동시에 레이저 장치 내부의 열기를 직접 빼낼 수 있으므로, 레이저 장치 내부 온도를 빠른 시간 안에 효율적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

Description

레이저 쿨링 장치 및 이를 이용한 레이저 쿨링 시스템 {omitted}
본 발명은 레이저 장치를 냉각시키는 쿨링 장치와 이를 제어하는 쿨링 시스템에 관한 것이다.
램프 타입의 레이저에 사용되는 냉각장치의 방식은 수냉식이다.
강제 순환식으로 마그네틱펌프(magnatic pump)를 사용하여 물을 강제로 순환시켜 라디에이터(radiator)와 냉각팬(cooling fan)의 사용을 콤비로 하여 냉각효과를 얻을수 있도록 설계되어 있는 것이다.
레이저에서 펌핑되어지는 램프에 순환되는 물 온도를 적절한 온도로 유지하기(상온 28~30℃) 위해 수냉식 냉각장치가 사용되어 졌다.
레이저의 램프의 펌핑이 지속될수록 물의 온도를 유지할 수 있는지 여부와 냉각팬의 소음 문제가 레이저 성능과 질높은 제품의 완성에 관한 문제와 연계가 되어 있다.
등록특허 제10-1216195에서는 상기한 문제점을 해결하고자 전자 제어가 가능하며, 냉각 효과를 극대화할 수 있는 장치를 제안한다.
그러나, 상기 등록특허는 물이 순환하는 파이프를 냉각하는 방식으로, 물을 저장하는 물탱크를 별도로 구비한다. 이러한 구조로 인해 다음과 같은 단점이 존재한다.
첫째, 물이 순환하는 파이프를 냉각하는 방식은 냉각효율에 한계가 있다. 특히 레이저 장치는 온도에 민감하므로 레이저 연속으로 쏠때 안정성을 확보하기 위해 냉각 기능이 그만큼 중요한데, 파이프를 냉각하는 방식으로서는 아무리 열전소자를 많이 구비하더라도 파이프를 지나는 물의 양이 한정됨에 따라 냉각효율도 한정될 수 밖에 없는 것이다.
둘째, 쿨링 장치의 구조가 복잡해지고, 레이저 장치 내부에 자리차지를 많이 하게 된다. 도 4가 종래 물탱크를 별도로 구비하던 레이저 장치(등록특허 제10-1216195호도 해당됨)의 내부 구조인데, 쿨링 장치(B)가 레이저 장치의 후단부에 구비되고, 이와 별도로 레이저 장치의 전단부에 물탱크(A)가 위치한다. 따라서 물탱크(A)를 두기 위한 공간을 별도로 마련해야 한다. 이러한 구조에서는 물탱크(A)에서 쿨링장치(B)로, 쿨링장치(B)에서 레이저헤드를 거쳐 다시 물탱크(A)로 순환하는 경로가 매우 길어질 수 밖에 없는데, 이 때 열을 많이 흡수하게 되어 냉각수의 온도가 금방 올라가게 된다. 또한 등록특허 제10-1216195호의 경우 쿨링장치(B)에서 열전소자와의 접촉면적을 넓히기 위해 긴 파이프를 여러번 구부려 쿨링 장치 내부로 우겨넣어야 하므로, 재료비 및 가공비가 많이 들고 쿨링장치의 구조도 복잡해진다.
셋째, 냉각수의 교환이 어렵다. 도 4와 같은 종래의 구조에서는 물탱크(A) 내부의 물을 교환하기 위해서는 레이저 장치를 분해해야 하는 문제점이 있다.
넷째, 열전소자를 이용하는 경우, 열전소자의 방열면에서 발생하는 열이 잘 방출될 수록 흡열면에서의 냉각기능도 증대된다. 그러나 등록특허 제10-1216195호에서 구성되는 팬은 상기 열전소자의 방열면에서의 열 방출에 최적화되지 않은 구조로써, 많은 팬을 구비한 만큼의 방열효율은 떨어지는 것이 사실이다.
대한민국등록특허공보 제10-1216195호 (2013.01.03)
본 발명에서 해결하려는 과제는 다음과 같다.
냉각수저장부를 직접 냉각시킴으로써 레이저 장치의 출력 안정성을 높이고, 부피를 최소화하고자 한다. 또한, 장치를 분해하지 않고서도 냉각수를 교체할 수 있는 편의성을 제공하고자 한다. 마지막으로, 열전소자의 냉각효율을 높임과 동시에 레이저 장치 내부의 열기를 빠른 시간 안에 효율적으로 냉각시킬 수 있는 구조를 제시하고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여,
레이저 장치 내부의 레이저헤드(100)를 냉각시키기 위한 쿨링장치(200); 쿨링장치(200)를 제어하는 제어부(300);를 포함하여 구성되고, 상기 쿨링장치(200)는 레이저헤드(100)의 하부에 위치하며 레이저헤드(100)를 순환하는 물을 냉각시키기 위한 냉각부(210); 냉각부(210)에서 발생되는 열을 방출하기 위한 방열부(220)를 포함하여 구성되며, 상기 냉각부(210)는 레이저헤드(100)를 순환하는 냉각수를 저장하는 냉각수저장부(211), 냉각수저장부(211)의 상부에 형성된 관통구와 하부에 형성된 관통구를 잇는 관으로 형성되어 냉각수저장부(211)에 저장된 냉각수의 수위를 확인하기 위한 수위확인부(212), 냉각수저장부(211)의 측면에 형성되어 열교환에 의해 냉각수저장부(211)에 저장된 냉각수를 냉각시키는 냉각수단(213)을 포함하되, 상기 냉각수단(213)은 열전소자로서, 냉각수저장부(211)와 접하는 면이 흡열면(213a)으로 형성되고, 반대쪽 면이 방열면(213b)으로 형성됨을 특징으로 하고, 상기 냉각수저장부(211)는 상부에 냉각수가 유입되는 유입구(211a)가 형성되고, 하부에 냉각수를 배출하는 배출구(211b)가 형성되며, 상기 방열부(220)는 열교환에 의해 냉각수단(213)에서 발생하는 열을 흡수하여 공기중으로 방출시키는 방열부재(221), 방열부재(221)에 접하는 공기를 강제로 대류시킴과 동시에 상부의 레이저헤드(100) 열기를 흡입하여 하부로 배출시키는 강제대류용팬(222)을 포함하여 구성되며, 상기 방열부재(221)는 냉각수단(213)의 방열면(213b)에 형성되는 방열판(221a), 방열판(221a)이 방열면(213b)에 접하는 반대쪽 면에 형성되는 돌출부인 방열핀(221b)을 다수 포함하고, 상기 방열핀(221b)은 소정간격을 두고 가로로 적층되도록 형성되어, 방열핀(221b) 사이에 수직으로 대류홈(221h)이 형성되고, 상기 강제대류용팬(222)은 방열핀(221b)의 상측단부에서 외부 공기를 대류홈(221h)으로 흡입하도록 형성되는 흡입팬(222a), 방열핀(221b)의 하측단부에서 대류홈(221h)에 체류하는 공기를 외부로 배출하도록 형성되는 배출팬(222b)을 포함하며, 흡입팬(222a)으로 흡입된 상부 공기가 방열핀 사이 홈(221h)을 통과하면서 방열부재(221)와 열교환하고 배출팬(222b)의 하부로 배출되도록 형성되고, 상기 냉각부(210)는 냉각수저장부(211)의 내부에 형성되어 냉각수의 온도를 측정하는 냉각수온도센서(211c)를 더 포함하고, 상기 방열부(220)는 방열부재(221)의 측면에 형성되어 방열부재(221)의 온도를 측정하는 방열부재온도센서(221c)를 더 포함하며, 냉각수단(213)이 격자형태로 형성되어 2개 이상의 냉각수단이 한 페어로 구성되고, 상기 제어부(300)는 냉각수온도센서(211c)와 방열부재온도센서(221c)에서부터 측정된 온도를 입력받는 온도감지부(310), 온도감지부(310)에서 입력받은 냉각수온도와 레이저 장치의 작동 상태에 따라 냉각수단(213)을 선별적으로 구동시키는 냉각수단구동부(360)를 포함하여, 상기 냉각수단구동부(360)에서 레이저 장치가 대기상태(st)일 때 냉각수단(213) 중 일부 페어를 선별하여 동시구동하는 과정을 2~8분 간격으로 나머지 페어를 거쳐 순차적으로 진행하며, 레이저 장치가 발진상태(osc)일 때 냉각수단(213) 전체를 구동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 쿨링 시스템을 제시한다.
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본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.
냉각수저장부를 직접 냉각시킴으로써 레이저 장치의 출력 안정성을 높이고, 부피를 최소화할 수 있다. 또한, 장치를 분해하지 않고서도 냉각수를 교체할 수 있는 장점이 있다. 마지막으로, 열전소자의 냉각효율을 높임과 동시에 레이저 장치 내부의 열기를 직접 빼낼 수 있으므로, 레이저 장치 내부 온도를 빠른 시간 안에 효율적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 레이저 쿨링 장치를 대략적으로 나타낸 측면도(상단) 및 평면도(하단).
도 2는 도 1의 레이저 쿨링 장치 중 방열부에 대한 정면도.
도 3은 도 1의 레이저 쿨링 장치 중 냉각부에 대한 정면도.
도 4는 종래 특허발명의 레이저 쿨링 장치가 장착된 레이저 장치.
도 5는 본 발명의 레이저 쿨링 장치가 장착된 레이저 장치.
도 6은 본 발명의 레이저 쿨링 시스템에 대한 블록도.
도 7은 강제대류용팬에 의한 냉각과정을 레이저 쿨링장치의 정면도(좌측) 및 측면도(우측)에 나타낸 도면.
도 8은 도 5의 레이저 장치 후면.
도 9는 도 5의 레이저 장치 바닥면.
이하 첨부된 도면을 바탕으로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 다만 본 발명의 권리범위는 특허청구범위 기재에 의하여 파악되어야 한다. 또한 본 발명의 요지를 모호하게 하는 공지기술의 설명은 생략한다.
본 발명의 레이저 쿨링 장치는 레이저장치 내부의 레이저헤드(100)를 냉각시키기 위한 쿨링장치(200)이며, 냉각부(210)와 방열부(220)를 포함하여 구성된다. 상세하게는 수냉식을 채택하여, 레이저헤드(100) 내부에 냉각수가 순환하는 냉각수관이 형성되며, 이 냉각수 관은 냉각부(210)에서 냉각수를 공급받고, 레이저헤드(100)를 순환하면서 데워진 냉각수는 다시 냉각부(210)로 들어가 냉각된다. 또한 방열부(220)에 형성된 강제대류용팬(222)에 의해 레이저헤드(100)의 열기를 한번 더 배출하게 된다. 이 때 레이저헤드(100)는 레이저챔버를 포함하는 레이저 장치의 상단부를 의미한다. 레이저를 구동하는 레이저챔버가 특히 온도에 민감하므로, 냉각수 관이 레이저챔버에 직접 닿아 열을 식히게 된다.
냉각부(210)는 레이저헤드(100)를 순환하는 물을 냉각시키는 역할을 하며, 냉각수저장부(211), 수위확인부(212), 냉각수단(213)으로 구성된다.
냉각수저장부(211)는 레이저헤드(100)를 순환하는 냉각수를 저장하는 역할을 한다. 상세하게는 냉각수를 저장함과 동시에 후술하는 냉각수단(213)과 열교환하여 저장된 냉각수(혹은 상온의 물)를 특정 온도로 냉각시키는 역할을 한다. 따라서 냉각수단(213)과 열교환이 원활하게 이루어지도록, 열전도율이 높은 금속재질로 구성함이 바람직하다. 또한, 냉각수단(213)이 형성되는 면은 후술하는 방열부(220)와 밀착할 수 있도록 평판으로 형성되며, 레이저 장치 내부에 최대한의 냉각수 저장공간을 확보하면서 차지하는 부피는 최소화 하도록, 직육면체의 형태로 형성되도록 하여 장치 내부에 안착시킴이 바람직하다(도 1,3,5 참고).
한편, 냉각수저장부(211)에는 냉각수가 유입되는 유입구(211a)와 냉각수를 배출하는 배출구(211b)가 형성되는데, 냉각수(혹은 상온의 물)의 유입과 배출이 원활하게끔 유입구(211a)는 냉각수저장부(211)의 상부에, 배출구(211b)는 냉각수저장부(211)의 하부에 위치시킴이 바람직하다. 이 때, 레이저 장치가 완전 조립된 상태에서 도 8과 같이 장치 커버 외부에 상기 유입구(211a)와 연결되는 외부유입구(211a')를 구비하면 장치를 분해하지 않은 상태로도 냉각수를 손쉽게 유입할 수 있게 된다. 마찬가지로 도 9와 같이 장치의 바닥면에 상기 배출구(211b)와 연결되는 외부배출구(211b')를 구비하면 장치를 분해하지 않은 상태로도 냉각수를 손쉽게 배출할 수 있게 된다.
상기 유입구(211a)와 배출구(211b)는 냉각수저장부(211)에 물을 충전하고 빼내기 위한 것으로써, 앞서 언급한 레이저헤드(100)를 순환하는 냉각수관이 연결된 구멍과는 별도로 형성된다. 냉각수관이 연결되는 구멍은 기본적인 구성이므로 상세한 설명을 생략한다.
수위확인부(212)는 냉각수저장부(211)에 저장된 냉각수의 수위를 확인하는 역할을 한다. 상세하게는 냉각수저장부(211)의 상부에 형성된 관통구와 하부에 형성된 관통구를 잇는 관으로서, 관 내부와 냉각수저장부(211)의 수위는 동일하게 유지된다(도 1 참고). 또한, 물에 뜨는 재질의 부이(212a)를 더 포함하여 냉각수면에 떠있도록 함으로써, 냉각수저장부(211)의 외부에서 냉각수저장부(211)의 내부 수위를 한눈에 확인할 수 있다. 이 때, 도 8과 같이 레이저 장치 후면의 커버 중앙에 수위확인부(212)가 위치한 곳을 세로로 뚫어, 레이저 장치 외부에서도 장치를 분해하지 않고 냉각수저장부(211)의 수위를 확인하게 할 수도 있다.
냉각수단(213)은 냉각수저장부(211)에 형성되어 열교환에 의해 냉각수저장부(211)에 저장된 냉각수를 냉각시키는 역할을 한다.
상기 냉각수단(213)은 냉각수저장부(211)와 접하는 면이 흡열면(213a)으로 형성되고, 반대쪽 면이 방열면(213b)으로 형성되는 열전소자일 수 있다. 열전소자는 전자적 방식으로 양면의 온도가 달리 제어되는 것으로서, 가해지는 전압의 방향에 따라 일측면은 온도가 떨어져 흡열면(냉각작용)으로 형성되고, 타측면은 온도가 올라가 방열면(가열작용)으로 형성된다. 자세하게는 펠티에 효과에 의한 흡열 또는 방열을 이용한 것이다. 비스무트와 테르르의 화합물(Bi2Te3) 등의 반도체로 만든 pn접합을 사용할 수 있으며, 이에 한정된 것은 아니다.
한편, 냉각수단(213)이 형성되는 위치는 냉각수저장부(211)의 일측면에 도 3과 같이 다수의 냉각수단(213)이 2열 4행의 격자형태로 됨이 바람직하다. 이는 최소한의 냉각수단(213)으로 냉각효과를 극대화 하기 위한 구조이며, 후술하는 제어부(300)에서의 제어방식과도 관련된다. 다만, 격자형태를 이루는 수는 3열 4행, 2열 3행과 같이 필요에 따라 설계변경할 수 있는 요소이므로 이를 한정하는 것은 아니다.
방열부(220)는 냉각부(210)의 냉각수단(213)에서 발생되는 열, 구체적으로는 냉각수단의 방열면(213b)에서 발생되는 열을 방출하는 역할을 하며, 방열부재(221)와 강제대류용팬(222)으로 구성된다.
방열부재(221)는 열교환에 의해 냉각수단(213)에서 발생하는 열을 흡수하여 공기중으로 방출시키는 역할을 하며, 냉각수단(213)의 방열면(213b)에 형성되는 방열판(221a)과, 방열판(221a)이 방열면(213b)에 접하는 반대쪽 면에 형성되는 돌출부인 방열핀(221b)으로 구성된다. 방열판(221a)과 방열핀(221b)는 평판플레이트 형태가 바람직하다.
방열부재(221)의 상세한 구조 설명을 위해, 편의상 냉각수저장부(211)의 높이 방향(도 1 상단의 세로방향)을 z축, 냉각수저장부(211)의 정면가로방향(도 2의 가로방향)을 x축, 냉각수저장부(211)의 측면 가로방향(도 1의 가로방향)을 y축이라고 정의한다.
냉각수저장부(211)와 방열판(221a), 방열핀(221b)의 크기관계는 다음과 같다.
방열판(221a)의 x방향 길이와 냉각수저장부(211)의 x방향 길이, 방열판(221a)의 z방향 길이와 냉각수저장부(211)의 z방향 길이가 각각 대응된다. 방열판(221a)의 두께(y방향 길이)는 소정의 두께를 갖도록 한다.
방열핀(221b)의 z방향 길이와 냉각수저장부(211)의 z방향 길이, 방열핀(221b)의 y방향 길이와 강제대류용팬(222)의 y방향 길이가 각각 대응된다. 방열핀(221b)의 두께(x방향 길이)는 소정의 두께를 갖도록 한다.
위치관계는 다음과 같다.
방열판(221a)은 다수 냉각수단(213)의 방열면(213b)을 모두 덮어, 모든 방열면(213b)과 접하도록 한다.
다수의 방열핀(221b)은 y방향의 일측단부(도 1 기준 우측 단부)가 방열판(221a)에 결합되어 x방향으로 소정의 간격을 두고 적층된다. 따라서 방열핀(221b) 사이에 적층방향(x방향)과 수직(z방향)으로 대류홈(221h)이 형성된다(도 1,2 참고).
강제대류용팬(222)은 방열부재(221)에 접하는 공기를 강제로 대류시키는 역할을 하며, 흡입팬(222a)과 배출팬(222b)으로 구성된다.
흡입팬(222a)은 방열핀(221b)의 일측단부에서 외부 공기를 대류홈(221h)으로 흡입하도록 형성된다. 도 7과 같이 방열핀(221b)의 상측단부에 위치하여, 흡입팬(222a) 상부 공기를 흡입하여 흡입팬(222a)의 하부 즉 대류홈(221h)으로 밀어넣도록 한다. 이 때 도 5와 같이 흡입팬(222a)의 상부에 위치한 레이저헤드(100) 내부의 열기를 빼내는 역할도 할 수 있다.
배출팬(222b)은 방열핀(221b)의 타측단부에서 대류홈(221h)에 체류하는 공기를 외부로 배출하도록 형성된다. 도 7과 같이 방열핀(221b)의 하측단부에 위치하여, 배출팬(222b)의 상부 즉 대류홈(221h)에 체류하는 공기를 배출팬(222b)의 하부인 장치 외부로 빼내도록 한다. 이 때 배출팬(222b)은 도 9와 같이 레이저 장치의 바닥면에 형성되어 장치 내부의 열기를 바닥면을 통해 외부로 빼내는 역할을 한다.
위와 같이 방열부(220)의 상부에서 흡입팬(222a)으로 흡입된 공기가 수직하방으로 형성된 방열핀 사이 홈(221h)을 통과하면서 방열부재(221)와 열교환하고 방열부(220)의 하부에 형성된 배출팬(222b)으로 배출되는 것을 특징으로 한다. 이러한 구조로 인해 최소한의 팬(fan)으로 최대한의 대류를 형성할 수 있게 되므로, 팬을 많이 구비함에 따른 소음 또한 최소화할 수 있게 된다.
본 발명의 레이저 쿨링 시스템은 상술한 쿨링장치(200)와, 이를 제어하는 제어부(300)로 구성된다.
상기 쿨링장치(200)는 냉각수저장부(211)의 내부에 형성되어 냉각수의 온도를 측정하는 냉각수온도센서(211c), 방열부재(221)의 일측면에 형성되어 방열부재(221)의 온도를 측정하는 방열부재온도센서(221c)를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부(300)는 온도감지부(310), 전류감지부(320), 유량체크부(330), 수위감지부(340), 펌프구동부(350), 냉각수단구동부(360)를 포함하여 구성된다.
온도감지부(310)는 냉각수온도센서(211c)와 방열부재온도센서(221c)에서부터 측정된 온도를 입력받는 부분이다.
전류감지부(320)는 냉각수단(213)의 전류를 체크하여 냉각수단(213)의 정상작동을 체크하는 부분이다.
유량체크부(330)는 유량감지센서에서 제공된 유량값을 획득하여 설정유량의 범위를 벗어날 경우에 이벤트 신호를 발생시키기 위한 부분이다. 유량감지센서는 레이저헤드(100)를 순환하는 냉각수관 내 유량을 감지하는 센서이다.
수위감지부(340)는 상기 수위확인부(212)에서 냉각수저장부(211) 내의 수위를 물리적으로 확인하는 것과 별도로, 냉각수저장부(211)의 내부에 수위센서(211d)를 별도로 구비할 때 수위센서(211d)에 의해 획득된 수위값이 설정수위의 범위를 벗어날 경우에 이벤트 신호를 발생시키기 위한 부분이다.
펌프구동부(350)는 제어부(300)의 제어에 따라 냉각수저장부(211)의 냉각수를 펌핑하여 레이저헤드(100)를 순환하는 냉각수관으로 제공한다.
냉각수단구동부(360)는 온도감지부(310)에서 입력받은 냉각수온도와 레이저 장치의 작동 상태에 따라 냉각수단(213)을 선별적으로 구동시키는 부분이다.
도 3과 같이, 열전소자 등의 냉각수단(213)이 2열 4행으로 형성된 경우를 기준으로 설명하나, 앞서 언급했듯이 열과 행을 이루는 수는 제한이 없다.
레이저 장치의 작동 상태는 크게 대기상태(st)와 레이저 발진 상태(osc)로 나뉠 수 있다.
대기상태(st)에서 냉각수단(213)을 선별적으로 구동시키는데, "선별적 구동"에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
st1 - (A1,A2), (B1,B2) 동시구동
st2 - (A1,A2), (C1,C2) 동시구동
st3 - (A1,A2), (D1,D2) 동시구동
st4 - (B1,B2), (C1,C2) 동시구동
st5 - (B1,B2), (D1,D2) 동시구동
st6 - (C1,C2), (D1,D2) 동시구동
위와 같이 2개가 한 페어(pair; A1,A2 혹은 B1,B2 등)인 냉각수단(213)을 2페어씩 동시구동한다. 동시구동은 해당 냉각수단에 전원을 인가하여 흡열면(213a)의 온도를 내리고, 방열면(213b)의 온도를 올리는 상태(on)를 의미한다. 동시구동에서 제외된 냉각수단은 전원이 인가되지 않은 상태(off)를 유지하게 된다.
각 단계(st1, st2, ...)의 시간간격은 수분(2~8분) 정도가 바람직하다.
본 실시예에서는 st1 → st2 → st3 → ... 와 같이 순차적인 순서를 제시하나, st2 → st5 → st1 → ... 와 같이 랜덤하게 돌아갈 수도 있으므로, 그 순서를 한정하지는 않는다. 또한 2페어씩 동시구동하는 방식도, 2열 6행의 냉각수단이 구비된 경우에는 3페어씩 동시구동할 수도 있을 것이므로, 그 페어 수를 한정하는 것은 아니다. 한 페어 역시 (A1,A2), (B1,B2)와 같이 한 행의 냉각수단을 한 페어로 묶을 수도 있으나, (A1,B2), (A2,B1)과 같이 필요에 따라 다른 짝으로 구성할 수도 있고, (A1,B1,C1), (A2,B2,C2)와 같이 세 개가 한 페어로 구성될 수도 있다.
다시말해, 선별적 구동은 필요에 따라 선택된 일부 냉각수단을 순차적으로 구동시키는 것을 의미한다.
레이저 발진 상태(osc)에서도 위와 같이 일부 냉각수단(213)을 선별적으로 구동(다만 동시구동되는 수는 이보다 더 많아질 것임)할 수도 있으나, 레이저 발진 상태에서는 장치 내부에 열이 많이 발생하게 되므로, 즉각적인 온도제어를 위해서는 전체의 냉각수단(213)을 모두 구동함이 바람직하다.
또한 온도감지부(310)에서 입력받은 냉각수 온도가 설정온도 범위를 벗어날 경우 냉각수단(213)을 선별적으로 또는 전체적으로 구동할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
100 : 레이저헤드
200 : 쿨링장치
210 : 냉각부
211 : 냉각수저장부
211a : 유입구
211b : 배출구
211c : 냉각수온도센서
211d : 수위센서
212 : 수위확인부
212a : 부이
213 : 냉각수단
213a : 흡열면
213b : 방열면
220 : 방열부
221 : 방열부재
221a : 방열판
221b : 방열핀
221c : 방열부재온도센서
221h : 대류홈
222 : 강제대류용팬
222a : 흡입팬
222b : 배출팬
230 : 펌프
300 : 제어부
310 : 온도감지부
320 : 전류감지부
330 : 유량체크부
340 : 수위감지부
350 : 펌프구동부
360 : 냉각수단구동부

Claims (3)

  1. 레이저 장치 내부의 레이저헤드(100)를 냉각시키기 위한 쿨링장치(200);
    쿨링장치(200)를 제어하는 제어부(300);를 포함하여 구성되고,

    상기 쿨링장치(200)는
    레이저헤드(100)의 하부에 위치하며 레이저헤드(100)를 순환하는 물을 냉각시키기 위한 냉각부(210);
    냉각부(210)에서 발생되는 열을 방출하기 위한 방열부(220)를 포함하여 구성되며,

    상기 냉각부(210)는
    레이저헤드(100)를 순환하는 냉각수를 저장하는 냉각수저장부(211),
    냉각수저장부(211)의 상부에 형성된 관통구와 하부에 형성된 관통구를 잇는 관으로 형성되어 냉각수저장부(211)에 저장된 냉각수의 수위를 확인하기 위한 수위확인부(212),
    냉각수저장부(211)의 측면에 형성되어 열교환에 의해 냉각수저장부(211)에 저장된 냉각수를 냉각시키는 냉각수단(213)을 포함하되,
    상기 냉각수단(213)은 열전소자로서, 냉각수저장부(211)와 접하는 면이 흡열면(213a)으로 형성되고, 반대쪽 면이 방열면(213b)으로 형성됨을 특징으로 하고,
    상기 냉각수저장부(211)는 상부에 냉각수가 유입되는 유입구(211a)가 형성되고, 하부에 냉각수를 배출하는 배출구(211b)가 형성되며,

    상기 방열부(220)는
    열교환에 의해 냉각수단(213)에서 발생하는 열을 흡수하여 공기중으로 방출시키는 방열부재(221),
    방열부재(221)에 접하는 공기를 강제로 대류시킴과 동시에 상부의 레이저헤드(100) 열기를 흡입하여 하부로 배출시키는 강제대류용팬(222)을 포함하여 구성되며,

    상기 방열부재(221)는
    냉각수단(213)의 방열면(213b)에 형성되는 방열판(221a),
    방열판(221a)이 방열면(213b)에 접하는 반대쪽 면에 형성되는 돌출부인 방열핀(221b)을 다수 포함하고,
    상기 방열핀(221b)은 소정간격을 두고 가로로 적층되도록 형성되어, 방열핀(221b) 사이에 수직으로 대류홈(221h)이 형성되고,
    상기 강제대류용팬(222)은
    방열핀(221b)의 상측단부에서 외부 공기를 대류홈(221h)으로 흡입하도록 형성되는 흡입팬(222a),
    방열핀(221b)의 하측단부에서 대류홈(221h)에 체류하는 공기를 외부로 배출하도록 형성되는 배출팬(222b)을 포함하며,
    흡입팬(222a)으로 흡입된 상부 공기가 방열핀 사이 홈(221h)을 통과하면서 방열부재(221)와 열교환하고 배출팬(222b)의 하부로 배출되도록 형성되고,

    상기 냉각부(210)는 냉각수저장부(211)의 내부에 형성되어 냉각수의 온도를 측정하는 냉각수온도센서(211c)를 더 포함하고,
    상기 방열부(220)는 방열부재(221)의 측면에 형성되어 방열부재(221)의 온도를 측정하는 방열부재온도센서(221c)를 더 포함하며,
    냉각수단(213)이 격자형태로 형성되어 2개 이상의 냉각수단이 한 페어로 구성되고,

    상기 제어부(300)는
    냉각수온도센서(211c)와 방열부재온도센서(221c)에서부터 측정된 온도를 입력받는 온도감지부(310),
    온도감지부(310)에서 입력받은 냉각수온도와 레이저 장치의 작동 상태에 따라 냉각수단(213)을 선별적으로 구동시키는 냉각수단구동부(360)를 포함하여,
    상기 냉각수단구동부(360)에서
    레이저 장치가 대기상태(st)일 때 냉각수단(213) 중 일부 페어를 선별하여 동시구동하는 과정을 2~8분 간격으로 나머지 페어를 거쳐 순차적으로 진행하며,
    레이저 장치가 발진상태(osc)일 때 냉각수단(213) 전체를 구동시키는 것을 특징으로 하는
    레이저 쿨링 시스템.
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