KR102049403B1 - 3d프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함하는 일체형 방열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함한 일체형 방열장치는 내부에 수용공간이 형성되어 적어도 일부가 발열원과 접촉되는 몸체, 상기 몸체의 일면에 일체형으로 형성되고 내부에 응축성유체가 수용되어 상기 수용공간 내부를 방열시키는 증기챔버파트 및 상기 몸체 및 상기 증기챔버파트 사이에서 형성되어 상기 증기챔버파트를 냉각시키도록 외부와 연통되는 통로가 되는 방열파트를 포함하며, 상기 증기챔버파트 및 상기 방열파트는 상기 몸체에 일체형으로 형성될 수 있다.

Description

3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함하는 일체형 방열 장치{A vapor chamber array made of a 3D printer and an integral heat sink including the same}

본 발명은 3D프린터에 의해 하우징에 증기챔버를 일체형으로 형성하는 쿨러에 관한 것으로 더욱 상세하게는 발열원을 감싸는 하우징의 일부에 증기챔버를 일체형으로 제작하여 방열성능을 극대화하기 위한 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함하는 일체형 방열 장치에 관한 것이다.

히트씽크(Heat sink)와 같은 장치는 구성품들이나 시스템으로부터 주변으로 열을 제거하는 데에 사용된다.

이러한 방열 장치가 높은 성능을 보이기 위해서는 낮은 값의 열 저항으로 결정된다.

일반적으로 이러한 열 저항은 방열 장치 표면과 주변 환경 간의 열발산 저항으로 이루어진다. 상기 열 발산 저항을 최소화하기 위해서는 방열 장치를 만들기 위해 고전도성 물질, 예를 들면 구리와 알루미늄이 일반적으로 사용되고 있다.

그러나, 일반적으로 이러한 고형물 확산 메커니즘은 더욱 새로운 전자 장비들에 대한 보다 높은 수준의 냉각 요구에 부응하기에는 충분하지 않다.

따라서 보다 효율적인 메카니즘이 개발되고 평가되어 왔으며, 증기 챔버가 통상적으로 고려해야 할 메커니즘 중의 하나였다.

증기 챔버들은, 열이 증발된 작동 액체에 의해 전달되고 증기 흐름에 의해 발산되는 히트파이프의 원리를 이용한다. 여기서 증기는 결국 상기 냉각 표면 위로 응축되고, 그 결과 상기 열은 증발 표면 (열원을 가진 인터페이스)에서 응축 표면 (냉각표면)으로 전달된다.

만약 상기 냉각 표면부가 상기 증발 표면보다 훨씬 더 높다면, 상변화 (액체-증기-액체) 방식이 등온환경 근처에서 일어나기 때문에 상기 열 발산은 효율적으로 이루어질 수 있다.

이러한 증기 챔버들이 각종 발열원가 접촉되면서 방열을 시키는 쿨러의 역할을 하게 되는데, 대형 발열장치나 주요 전자부품들이 군집 된 형태로 배치된 장치에서는 보호기능을 위해 하우징을 결합시키는 경우가 일반적이다.

전자부품에서 발생되는 열을 제거하기 위해서 전자제품에 증기챔버와 같은 방열 장치를 장착하는 것이 일반적이지만, 하우징 내부에 있는 다수의 전자제품에 히트파이프 등을 포함한 방열 장치를 결합시켜서 방열을 유도하고 있지만, 이를 위해 방열 장치를 일일이 설치하는 것을 쉽지 않고, 작업에 소요되는 시간도 많아서 결국엔 생산성이 감소하게 되며, 이미 설계에 의해 컴팩트 하게 만들어졌기 때문에 중간에 방열 장치를 별도의 구성품으로 설치하게 되면 구성품간 접촉부의 열저항이 발생하여 방열 성능이 현저하게 저하된다.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 개별적으로 전자부품에 방열 장치를 설치하는 것이 아닌, 전자부품을 보호하고 있는 하우징에 일체형으로 방열 장치를 형성하되, 3D프린터로 일체형으로 형성하여 열 저항이 발생되지 않아 방열 성능을 극대화 할 수 있는 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함한 일체형 방열 장치를 제공하기 위함이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함한 일체형 방열 장치는 3D프린터로 제작되어 발열원과 일부가 접촉되는 몸체를 포함하는 증기챔버어레이로서, 내부에 응축성유체가 수용되고, 상기 몸체의 일면에 일체형으로 형성되 어 상기 수용공간 내부에서 발생되는 열을 냉각시키는 증기챔버파트를 포함할 수 있다.

그리고 3D프린터로 제작되어 발열원과 일부가 접촉되는 제1파트와, 상기 1면과 냉각공간을 사이에 두고 서로 마주보게 형성된 제2파트로 형성된 이중구조의 몸체를 포함하는 방열어레이로서, 상기 제1파트에서 상기 냉각공간을 향해 돌출 형성되고, 상기 제1파트에서 전달된 열을 상기 냉각공간에 제공되는 공기를 통해 냉각시키도록 다수가 균일한 간격으로 돌출되는 방열파트를 포함하며, 상기 방열파트는 상기 몸체와 일체형으로 형성될 수 있다.

또한 내부에 수용공간이 형성되어 적어도 일부가 발열원과 접촉되는 몸체, 상기 몸체의 일면에 일체형으로 형성되고 내부에 응축성유체가 수용되어 상기 수용공간 내부를 방열시키는 증기챔버파트 및 상기 몸체 및 상기 증기챔버파트 사이에서 형성되어 상기 증기챔버파트를 냉각시키도록 외부와 연통되는 통로가 되는 방열파트를 포함하며, 상기 증기챔버파트 및 상기 방열파트는 상기 몸체에 일체형으로 형성될 수 있다.

그리고 상기 몸체는, 상기 적어도 일면에 제1파트 및 제2파트로 구분되는 이중구조로 형성되며, 상기 제1파트와 제2파트사이에는 방열공간이 형성될 수 있다.

또한 상기 증기챔버파트는, 상기 제1파트와 일체형으로 형성될 수 있다.

그리고 상기 증기챔버파트는, 적어도 일면 전체가 돌기와 홈이 일정한 간격으로 반복되는 윅구조를 포함할 수 있다.

또한 상기 윅구조는, 상기 증기챔버파트의 양면에 서로 대칭되게 형성 될 수 있다.

그리고 상기 윅구조는 상기 증기챔버파트의 양면에 서로 비대칭되게 형성될 수 있다.

또한 상기 증기챔버파트는, 일부에 응축성유체를 주입하는 주입구가 상기 증기챔버파트의 개수에 대응되게 형성될 수 있다.

그리고 상기 증기챔버파트는, 상기 주입구를 폐쇄하는 별도의 마개를 포함할 수 있다.

또한 상기 방열파트는, 상기 제1파트에 형성되어 상기 제2파트를 향해 상하 방향으로 복수개가 돌출 형성될 수 있다.

그리고 상기 몸체는, 상기 몸체에 착탈 가능하게 형성되어 상기 수용공간 내부의 공기를 외부로 배출시키는 송풍팬파트를 포함할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함한 일체형 방열 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 하우징에 증기챔버가 일체형으로 형성되어 구성품간의 열저항이 발생되는 것을 억제하여 방열 성능을 극대화 할 수 있다는 장점이 있다.

둘째, 하우징에 방열핀이 일체형으로 형성되어 구성품간의 열저항이 발생되는 것을 억제하여 방열 성능을 극대화 할 수 있다는 장점이 있다.

셋째, 하우징에 형성된 증기챔버가 윅구조를 갖기 때문에 모세관력이 상승되어 방열 성능을 극대화 할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함하는 일체형 방열 장치의 전체적인 모습을 나타낸 사시도;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함하는 일체형 방열 장치의 I-I단면을 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함하는 일체형 방열 장치에서 증기챔버파트 및 방열파트의 모습을 확대한 도면;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함하는 일체형 방열 장치에서 송풍팬파트가 몸체에 결합된 모습을 나타낸 사시도 이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함하는 일체형 방열 장치에 관한 것으로 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함하는 일체형 방열 장치의 전체적인 모습을 나타낸 사시도 이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함하는 일체형 방열 장치의 I-I단면을 나타낸 단면도 이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함하는 일체형 방열 장치에서 증기챔버파트(200) 및 방열파트(300)의 모습을 확대한 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함하는 일체형 방열 장치에서 송풍팬파트가 몸체(100)에 결합된 모습을 나타낸 사시도 이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함하는 일체형 방열 장치는 몸체(100)와, 상기 몸체(100)의 양측에 형성된 증기챔버파트(200) 및 상기 몸체(100)와 상기 증기챔버파트(200) 사이에 형성된 방열파트(300)를 포함한다.

몸체(100)는 내부에 수용공간이 형성되어 적어도 일부가 발열원과 접촉되며, 증기챔버파트(200)는 상기 몸체(100)의 일면에 일체형으로 형성되고 내부에 응축성유체가 수용되어 상기 수용공간 내부를 방열시키고. 방열파트(300)는 상기 몸체(100) 및 상기 증기챔버파트(200) 사이에서 형성되어 상기 증기챔버파트(200)를 냉각시키도록 외부와 연통되는 통로가 형성된다.

그리고 상기 증기챔버파트(200) 및 상기 방열파트(300)는 상기 몸체(100)에 일체형으로 형성된다.

구체적으로 상기 몸체(100)는 내부에 상기 수용공간이 형성되고 상기 수용공간이 전후 방향으로 외부와 연통되어 있으며, 양측면과 상하면이 폐쇄된 형상을 갖는다.

상기 수용공간에는 상기 발열원이 배치되며, 좀 더 자세히 설명하면 상기 발열원을 상기 몸체(100)가 감싸는 형태가 될 수 있다.

상기 발열원은 일부가 상기 몸체(100)와 접촉될 수 있다.

이를 통해 상기 발열원에서 발생되는 열을 상기 몸체(100)에 형성된 상기 증기챔버파트(200) 및 상기 방열파트(300)가 냉각시키게 된다.

상기 몸체(100)는 양측에 상기 증기챔버파트(200) 및 상기 방열파트(300)가 형성되는데 여기서 상기 몸체(100)는 이중 구조로 형성된다.

도 1에 도시된 바와 같이 상기 몸체(100)의 양측면에는 상기 증기챔버파트(200) 및 상기 방열파트(300)가 일체형으로 형성되어 있다.

구체적으로는 상기 몸체(100)는 제1파트(120) 및 제2파트(140)의 이중구조로 형성되며, 상기 제1파트(120)은 수용공간과 인접하고, 상기 제2파트(140)은 외부와 인접하게 된다.

그리고 상기 제2파트(140) 내부에는 상기 증기챔버파트(200)가 형성되고 내부에 상기응축성유체가 수용된다.

상기 응축성유체는 상기 발연원에서 발생되는 열에 의해 상변화를 하면서 상기 증기챔버파트(200) 내부에서 유동된다.

자세한 내용은 후술하도록 한다.

계속해서 도 2를 통해 3D프린터로 제작된 증기챔버어레이 및 이를 포함하는 일체형 방열 장치에 대해 구체적으로 살펴보도록 하겠다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 몸체(100)의 양측에는 상기 증기챔버파트(200) 및 상기 방열파트(300)가 형성되어 있다.

여기서 상기 증기챔버파트(200) 및 상기 방열파트(300)는 상기 몸체(100)에 일체형으로 형성되어 있는데, 본 발명에서 3D프린터로 제작되기 때문에 상기 증기챔버파트(200) 및 상기 방열파트(300)가 일체형으로 구비될 수 있는 것이다.

구체적으로 살펴보면, 상기 증기챔버파트(200)는 상기 제1파트(120)의 내부에 형성되어 있고, 내부에는 도시하진 않았지만 내부에는 응축성유체가 수용된다.

그리고 상기 제1파트(120)과 상기 증기챔버파트(200)는 서로 구분되게 분리되어 있다.

즉, 상기 제1파트(120)과 상기 증기챔버파트(200)는 서로 연통되지 않아서 상기 증기챔버파트(200)의 상기 응축성유체가 상기 제1파트(120)에 유입되지는 않는다.

계속해서 상기 제1파트(120)의 외측면은 제2파트(140)을 향해 돌출된 형상으로 상기 방열파트(300)가 형성되어 있다.

상기 방열파트(300)는 상하 방향으로 다수가 일정간격으로 돌출된 형상을 가지며 상기 방열파트(300)는 상기 증기챔버파트(200)에서 발생되는 열을 외부로 방열시키는 목적을 갖는다.

이는 상기 제1파트(120)과 상기 제2파트(140) 사이에 냉각공간이 형성되어 있으므로 외부의 공기가 이동하면서 상기 방열파트(300)와 접촉하여 냉각시키는 것이다.

이 때 상기 방열파트(300)는 상기 제2파트(140)을 향해 돌출된 형상을 가지고 있기 때문에 공기와 접촉되는 면적이 커서 냉각이 효과적이다.

상기 방열파트(300)는 상기 제1파트(120)의 외측면에 횡방향으로 길게 형성되어 있다.

이와 같은 이유는 몸체(100)의 일부에 결합되는 송풍팬파트에서 제공되는 바람이 상기 냉각공간을 통과하면서 상기 방열파트(300)를 냉각시키기 위함이다.

한편, 몸체(100)의 상면 중 일부에는 상기 증기챔버파트(200)에 응축성유체를 주입할 수 있는 주입관(240)이 형성되어 있다. 그리고 별도의 마개(미도시)로 상기 주입관(240)을 밀폐하여 상기 응축성유체를 주입하지 않을 시에는 상기 주입관(240)을 폐쇄하게 된다.

도 3에서 좀 더 상세하게 설명하도록 한다.

도 3은도 2에서 상기 증기챔버파트(200) 및 상기 방열파트(300)의 단면을 확대한 그림이다.

도시된 바와 같이 상기 증기챔버파트(200)는 외측면이 윅구조(220)로 형성되고, 상기 제1파트(120)과 서로 연통되지 않는다.

이와 같이 상기 증기챔버파트(200)가 상기 제1파트(120)과 접촉되는 면이 상기 윅구조(220)로 형성되는 것은, 상기 윅구조(220)를 통해 현저하게 냉각을 할 수 있기 때문이다.

상기 윅구조(220)는 외측면이 돌기와 홈이 반복되는 형상으로 상기 돌기와 상기 홈의 크기 미세 할수록 모세관력이 증가하게 되고, 상기 제1파트(120)과 접촉이 용이하게 할 수 있게 한다.

따라서 상기 윅구조(220)의 상기 돌기와 상기 홈의 크기를 통해 다량의 상기 응축성 유체가 큰 모세관력에 의해 신속하게 이동되면서 상기 수용공간의 열을 흡열 할 수 있게 된다.

이와 같은 특성으로 상기 수용공간과 인접한 면에서 흡열한 열에 의해 상기 응축성 유체가 기화되고, 다시 기화된 상기 응축성 유체를 상기 방열파트(300)에서 냉각시켜서 액화시키는 과정으로 상기 수용공간에서 발생되는 열을 상기 냉각공간에서 외부로 배출시키게 된다.

이를 위해 상기 송풍팬파트는 상기 방열파트(300)가 길게 형성된 방향을 따라 일측에서 상기 몸체(100)와 결합되어 외부로부터 상기 냉각공간 및 상기 수용공간으로 바람을 제공한다.

여기서 상기 송풍팬파트는 상기 몸체(100)에 착탈 가능하게 결합되며, 따라서 상기 송풍팬파트는 도시된 바와 같이 하나의 송풍팬으로 한정되지 않고 복수의 상기 송풍팬이 형성된 상기 송풍팬파트가 될 수 있다.

한편 제2실시예에서 상기 몸체(100)는 상기 증기챔버파트(200)가 일체형으로 형성된 형태를 가질 수 있고, 제3실시에를 통해 상기 몸체(100)에 상기 방열파트(300)만 형성된 형태를 가질 수 있다.

또한 상기 증기챔버파트(200)의 특성에 따라 상기 증기챔버파트(200)는 금속섬유, 금속소결체 및 활성탄소섬유 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직 하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 몸체
120: 제1파트
140: 제2파트
200: 증기챔버파트
220: 윅구조
240: 주입관
300: 방열파트
400: 송풍팬파트

Claims (14)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 적어도 일부가 발열원과 접촉되도록 내부에 수용공간이 형성되는 제1파트 및 외부와 인접하고 상기 제1파트와 냉각공간을 사이에 두도록 상기 제1파트의 외측에 이중구조로 형성되는 제2파트가 구비되는 몸체;
   상기 수용공간의 내부를 방열시키도록 적어도 일부가 돌기와 홈이 반복되는 윅구조로 형성되어 상기 윅구조의 내부에 응축성유체가 수용되고, 상기 응축성유체가 주입되는 주입구가 구비되는 증기챔버파트; 및
   상기 냉각공간에 의해 냉각되도록 적어도 일부가 돌출되고, 외부와 연통되는 통로를 형성하며, 상기 증기챔버파트를 냉각시키는 방열파트;
   를 포함하며,
   상기 증기챔버파트 및 상기 방열파트는 상기 몸체에 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 방열 장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제5항에 있어서,
   상기 윅구조는,
   상기 증기챔버파트의 양면에 서로 대칭되게 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 방열 장치.
10. 제5항에 있어서,
    상기 윅구조는
    상기 증기챔버파트의 양면에 서로 비대칭되게 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 방열 장치.
11. 삭제
12. 제5항에 있어서,
    상기 증기챔버파트는,
    상기 주입구를 폐쇄하는 별도의 마개를 포함하는 일체형 방열 장치.
13. 삭제
14. 제5항에 있어서,
    상기 몸체는,
    상기 몸체에 착탈 가능하게 형성되어 상기 수용공간 내부의 공기를 외부로 배출시키는 송풍팬파트를 포함하는 일체형 방열 장치.
    

Images