KR102138221B1 - 공랭식 레이저 방열 시스템 - Google Patents

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KR102138221B1
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안진수
김윤석
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레이저닉스 주식회사
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    • H01S5/02476—Heat spreaders, i.e. improving heat flow between laser chip and heat dissipating elements

Abstract

본 발명은 공랭식 레이저 방열 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열이 필요한 부품과 이의 상부에 형성된 방열판을 포함하는 공랭식 레이저 방열 시스템에 관한 것으로, 서로 다른 온도로 제어되는 각각의 방열 대상이 서로 열적인 영향을 주지 않음에 따라 효율성이 높고 안정적인 온도 제어가 가능한 효과를 가지는 공랭식 레이저 방열 시스템에 관한 것이다.

Description

공랭식 레이저 방열 시스템{AIR COOLING HEAT DISSIPATION SYSTEM FOR LASER}
본 발명은 공랭식 레이저 방열 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열이 필요한 부품과 이의 상부에 형성된 방열판을 포함하는 공랭식 레이저 방열 시스템에 관한 것으로, 서로 다른 온도로 제어되는 각각의 방열 대상이 서로 열적인 영향을 주지 않음에 따라 효율성이 높고 안정적인 온도 제어가 가능한 효과를 가지는 공랭식 레이저 방열 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 발열이 큰 부품을 냉각하는 방법은 크게 공랭식과 수랭식(액랭식)으로 구분할 수 있다.
통상적으로, 공랭식은 방열판을 먼저 부품에 설치하고 직접 또는 간접적으로 설치된 팬(fan)을 통해 이 방열판 사이에 원활하게 공기의 유동을 흐르게 해주거나 또는 팬 없이 수동적으로 외부 대기에 열을 방출함으로써 부품의 냉각을 도모하는 방법에 해당한다.
도 1에서는 대표적으로 PC의 CPU를 냉각하는 공랭식 시스템을 나타내었으며, 이때 부품의 상부에 방열판을 구비하도록 하여, 외부 대기에 열을 방출할 수 있다.
이때, CPU를 냉각하는 방열판은 상대적으로 좁은 발열부에서부터 넓은 단면적으로 확장하는 형태를 가지게 되는데, 크기에 따라 방열판 재질의 열전도율의 한계가 있어 히트 파이프(heat pipe)등을 적용해 이를 보완하기도 한다.
이러한 공랭식 냉각은 방출하는 열량이 커질수록 방열판의 크기와 면적이 증가하게 되므로 방열량이 큰 방열판 등의 냉각부의 크기를 줄여 컴팩트하게 만들기 위해서는 팬(fan)의 용량을 증가시켜야만 하는데, 이는 팬의 소음과 진동이 증가하는 직접적인 원인이 된다.
특히, 정밀가공을 위해 고배율의 렌즈를 사용하는 레이저 가공 시스템의 경우 반도체 공정의 수준 정도로 공기질과 진동을 관리해야만 하는데, 팬의 구동이 야기하는 약한 진동만으로도 가공 정밀도에 심각한 악영향을 초래할 수 있으며, 또한 팬의 수명은 짧게는 수개월 정도로 짧아 이를 교환시의 수리기간동안 작업의 중단 등의 불편이 있으며, 또한 팬의 장기간 구동시 먼지가 쌓여 레이저 시스템이 설치된 환경의 또 다른 관리문제를 야기한다.
한편, 수랭식(액랭식)의 경우에, 액체는 기체인 공기에 비해 밀도가 매우 높아 열용량이 큰 장점을 가지고 있어, 액체를 매체로 사용하게 되면 발열부와 직접 접촉하는 부분을 매우 컴팩트하게 구성할 수 있는 장점을 가지고 있다.
도 2에서는 대표적인 수랭식(액랭식) 냉각 시스템을 나타내었으며, 도 2에서 보여지는 바와 같이 펌프, 냉각부, 저장탱크, 열교환기(히트싱크) 등을 포함할 수 있고, 상기 펌프를 통해 정해진 속도로 냉각 매체를 순환시킴으로써, 펌프작동에 따라 냉각 매체(액체)가 닫힌 경로를 순환하게 된다.
또한 상기 냉각부는 저온의 냉각 매체(물 또는 열전달액체)가 공급되어 발열부와 접촉함으로써, 발열부를 냉각시키면서 냉각매체의 온도를 상승하여 열을 배출시키는 부분이며, 저장탱크는 순환되는 액체의 상태를 유지해주는 완충장치의 역할을 하며, 마지막으로 열교환기 또는 히트싱크는 냉각부에서 받은 열을 외부로 방출시키는 기능을 한다. 이때 히트싱크는 공랭식으로 열을 배출하는 방식이며, 별도의 액체 냉각 시스템(칠러)을 사용해 열을 교환해내는 방식으로 온도를 유지할 수도 있다.
그러나 수랭식(액랭식) 냉각 시스템은 액체의 매체가 전장부로 유출되거나 공기의 유입, 장기구동시 액체와의 접촉부에 발생하는 부식, 마찰로 인한 불순물의 축적, 장기구동에 대한 펌프의 내구성의 한계와 진동등의 문제가 있고, 또한 열전달을 효과적으로 하기 위해 냉각부의 압력강하가 증가하게 되면 공랭식에서는 발생하지 않는 규모의 유체소음과 진동이 발생되어 또 다른 소음진동 문제가 야기될 수 있다.
이러한 레이저 시스템의 냉각장치에 대한 종래의 기술로서 한국등록특허 제10-1216195호(공고일: 2013.01.03)는 열전 소자를 이용한 레이저 쿨링장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열전 소자를 사용하여 레이저 장치의 냉각 시간을 현저하게 줄이며, 전압 제어가 가능하여 종래에 사용되는 냉각팬이 구성되지 않아 소음 문제를 해결할 수 있는 레이저 쿨링장치에 관한 기술이 제시되어 있으나, 이는 수랭식을 이용한 냉각 방식으로서, 쿨링 장치의 구조가 복잡해지고, 레이저 장치 내부에 자리 차지를 많이 하게 되는 문제점과 함께 앞서 기재된 바와 같은 펌프의 진동 문제 등을 여전히 포함하고 있다.
또한, 일본공개특허공보 특개2016-162771호(공개일: 2016.09.05)는 방열 핀을 가지는 열전도 부재를 구비한 공랭식 레이저 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 케이스내에 배치되어 레이저 다이오드 모듈에 수열부재를 통해 열적으로 접속된 열전도 부재에 장착된 복수의 방열 핀과 상기 복수의 방열 핀간 공기를 흘리기 위한 팬을 포함하는 공랭식 레이저 장치에 관한 기술이 제시되어 있으나, 이는 팬의 구동에 의해 냉각이 되는 방식으로서, 여전히 팬의 진동 문제를 포함하며, 또한 하나의 방열판에 의해 냉각이 됨으로써, 방열성능의 부분적 불균일을 야기할 문제점을 포함하고 있다.
한편, 최근의 미소 레이저 가공 시스템의 경우에 발열량이 많은 부품들을 사용하면서도, 또한 미소 가공에 따른 정밀도 향상을 위해서는 주변의 진동 등을 최대한 억제시키는 것이 중요하다.
따라서, 이러한 미소 레이저 가공 시스템을 구성하는 경우에 공랭식에서의 팬의 진동 문제, 수랭식에서의 펌프가 야기하는 소음 진동과 작동유체의 소음 진동 문제를 억제시켜 최소화하거나 제거하여야 하며, 이를 위해서는 방열부 및 히트싱크의 면적을 최대로 확보해 방열의 효율을 극대화하는 것이 필요하다.
또한, 미소 레이저 가공 시스템을 구성함에 있어, 방열량이 서로 다른 복수개의 부품 또는 영역을 서로 다른 온도로 유지시키기 위해서는 각각의 부품 유닛의 방열부 및 히트싱크의 온도는 서로 다를 수밖에 없는데, 방열부를 최대한 넓게 구성하는 과정에서 서로 근접하거나 밀착되어 서로 다른 온도제어 유닛의 방열부 또는 히트싱크 사이에 열출입이 발생할 수 있는 문제점을 가지고 있다.
또한, 방열량이 많아 차지하는 바닥면적이 큰 대형의 방열판을 포함하는 경우에, 방열판의 부위에 따라 방열효율이 차이가 난다. 특히 자연대류에만 의존하는 경우 방열판내 중앙에 가까운 부분은 공기온도보다 높은 인접한 개별 방열핀들이 다수가 인접해 있고 공기의 유속이 가장자리의 개별 방열핀보다 원활하지 않아 상대적으로 온도가 높은 분포가 형성될 수 있다. 이러한 대형 방열판내 방열성능의 부분적 불균일은 결국 전체 방열성능을 저하시키는 작용을 하며, 국부적으로 방열판 온도가 차이를 보여줌으로써, 추가적 열적 문제를 발생시킬 수 있다.
이는 방열판이 다수로 이루어진 방열판 군의 경우를 살펴보면, 주변의 방열판보다 방열량이 높은 대용량의 방열판과 이보다 작은 용량의 방열판을 포함하는 방열판군은 앞서 살펴본 대형의 방열판내 국부적 온도차이를 보여주는 경우와 유사하게 각각의 방열판끼리의 방열 성능의 부분적 불균일및 국부적으로 각각의 방열판간의 온도 차이를 보여줌으로써, 추가적 열적 문제를 발생시킬 수 있다.
따라서, 발열량이 많은 부품들을 사용하면서도, 또한 미소 가공에 따른 정밀도 향상을 위해서는 주변의 진동 등을 최대한 억제시킬 수 있는 미소 레이저 가공 시스템을 개발하기 위해서, 보다 개선된 효과를 나타낼 수 있는 레이저 방열 시스템이 필요하며, 특히 팬의 사용이 최대한으로 억제되면서도 또한, 각각의 부품 유닛의 방열부 또는 히트싱크 사이에 열출입이 발생하지 않도록 구성되는 레이저 방열 시스템의 개발이 절실히 요구되고 있다.
한국등록특허 제10-1216195호(공고일: 2013.01.03) 일본공개특허공보 특개2016-162771호(공개일: 2016.09.05)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레이저 방열 시스템에 있어, 팬이나 펌프와 같이 기계적인 움직임을 가지는 부품을 사용하지 않거나 최소화하면서도 효율적으로 복수의 부품 또는 영역을 각각의 정해진 온도로 제어하기 위한 레이저 방열 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 상부에 방열핀 등이 구비된 방열판을 포함하는 공랭식 레이저 방열 시스템에 있어, 방열부의 면적을 최대한 확보하면서도 각각의 부품에 따른 발열량이 서로 차이가 있는 경우에 각각의 부품이 열적으로 서로 영향을 주고 받지 않도록 독립적으로 각각의 부품의 온도를 제어할 수 있는 레이저 방열 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 복수의 방열판을 포함하는 레이저 방열 시스템에 있어, 방열량이 높은 대용량의 방열판 및 이보다 작은 용량의 방열판을 주변에 포함하는 경우에 각각의 방열판간의 방열 성능을 제어함으로써, 전체적인 방열성능을 극대화하도록 국부적으로 방열량을 분배하여, 전체적으로 최적의 방열 성능을 나타내 줄 수 있는 레이저 방열 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 복수의 부품 유닛을 포함하며, 이들을 각각 미리 정해진 온도로 제어하기 위한 레이저 방열 시스템으로서, 상기 레이저 방열 시스템은 공간적으로 각각 서로 이격되어 있는 적어도 2이상의 부품 유닛을 포함하며, 상기 부품 유닛은 적어도 하나이상의 방열이 필요한 부품(2)과 상기 부품의 상부에 형성된 마운트층(3) 및 상기 마운트층(3) 상부에 형성되는 방열판(7)을 포함하되, 상기 각각의 부품 유닛내 포함된 각각의 방열판과 방열판사이는 단열재가 포함됨으로써 서로에게 열전달을 억제하고, 상기 각각의 방열판(7)은 레이저 방열 시스템의 외부면으로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 방열 시스템을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 마운트층(3)과 상기 방열판(7) 사이에는 마운트층(3) 및 부품(2)을 가열 또는 냉각할 수 있는 히트 펌프층(5) 및 상기 히트 펌프층(5)의 가열 또는 냉각을 위한 열의 출력을 조절하는 제어부(6)를 포함할 수 있고, 이 경우에 상기 마운트층(3) 또는 상기 히트 펌프층(5) 중 적어도 하나에는 온도 센싱을 위한 온도센서가 구비되어 이를 통해 상기 제어부(6)가 히트펌프층(5)의 가열 또는 냉각을 위한 열의 출력을 조절할 수 있다.
본 발명에 있어서. 상기 히트 펌프층(5)은 펠티어 소자, 열선, 냉매순환식 냉각사이클, 흡수식 냉동사이클 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 방열판(7) 상부에는 방열판을 포함하는 부품유닛을 냉각하기 위한 팬을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 각각의 부품 유닛내 포함된 각각의 방열판과 방열판 사이에 구비되는 단열재는 공기, 종이, 고분자, 고무, 세라믹, 발포성 소재, 섬유재질 중의 어느 하나 또는 이들의 혼합물, 또는 이밖에 유효 열전도 계수가 5.0 W/m·K이하인 소재를 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 레이저 방열 시스템은 팬(fan) 또는 공기의 유동을 야기하는 장치 없이 자연 대류만으로 부품을 냉각시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 방열판은 열복사를 극대화할 수 있도록 방열판의 표면의 반사율을 낮추기 위해 방열판의 표면이 검정, 빨강, 파랑, 녹색 또는 이들이 혼합된 색깔로 착색된 소재를 사용하거나 또는 상기 색상의 소재로 코팅되어 있는 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 레이저 방열 시스템은 각각의 부품 유닛의 적어도 일부를 그 내부에 포함할 수 있도록 하며, 레이저 방열 시스템의 전체적인 외관의 형태를 유지하기 위한 골격으로서의 프레임(9)를 포함하며, 상기 프레임의 외부면의 적어도 일부가 단열재와 맞닿게 되어 프레임과 방열판 사이에도 단열재가 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 복수의 부품 유닛에 따른 각각의 제어부는 통합되어 하나의 통합 제어부를 이루며, 상기 통합제어부가 각각의 부품 유닛내 각각의 히트펌프층의 가열 또는 냉각을 위한 열의 출력을 조절할 수 있고, 이 경우에 상기 통합 제어부의 온도를 조절하기 위해, 상기 통합제어부의 온도를 센싱하는 통합 제어부 온도센서 및 통합 제어부를 가열 또는 냉각할 수 있는 통합제어부 히트 펌프를 포함하고, 상기 통합 제어부의 온도를 제어하기 위한 통합 제어부의 제어부를 추가적으로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 각각의 부품 유닛내 포함된 방열판 중 적어도 두 개 이상의 서로 인접한 방열판에 각각 온도센서를 구비하며, 또한, 상기 온도센서가 구비된 방열판을 포함하는 부품 유닛내 각각의 마운트층에는 인접한 방열판을 포함하는 이웃한 부품 유닛내 각각의 마운트층을 서로 연결시킬 수 있는 히트 파이프(12) 또는 증기챔버(Vapor chamber)(12)를 구비하여 서로 열전달이 가능하도록 할 수 있고, 또한, 상기 각각의 부품 유닛내 포함된 방열판 중 적어도 두 개 이상의 서로 인접한 방열판에 각각 온도센서를 구비하며, 또한, 상기 온도센서가 구비된 방열판을 포함하는 부품 유닛내 각각의 히트펌프층에는 인접한 방열판을 포함하는 이웃한 부품 유닛내 각각의 히트펌프층을 서로 연결시킬 수 있는 히트 파이프(12) 또는 증기챔버(Vapor chamber)(12)를 구비하여 서로 열전달이 가능하도록 할 수 있으며, 이때, 상기 방열판내 구비되는 온도센서는 방열판의 하부에 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 각각의 부품 유닛내 포함된 방열판은 2개 내지 8개의 서로 인접한 방열판에 각각 온도센서를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 방열 시스템은 각각의 부품 유닛내 포함된 각각의 방열판(7)을 레이저 방열 시스템의 외부면으로 노출시킴으로써, 팬이나 펌프와 같이 기계적인 움직임을 가지는 부품을 사용하지 않거나 최소화하면서도 효율적으로 방열의 효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 레이저 방열 시스템은 각각의 부품 유닛내 각각의 방열판과 방열판사이에 단열재를 포함시킴으로써, 각 방열판들 서로에게 열전달을 억제하여, 서로 다른 온도로 제어되는 각 부품 유닛이 서로 열적인 영향을 주지 않음에 따라 효율성이 높고 안정적인 온도 제어가 가능함으로써, 복수의 부품 또는 영역을 각각의 정해진 온도로 서로 용이하게 제어할 수 있는 장점을 가질 수 있다.
특히, 상부에 방열핀 등이 구비된 방열판을 포함하는 공랭식 레이저 방열 시스템에 있어, 방열부의 면적을 최대한 확보하면서도 각각의 부품에 따른 발열량이 서로 차이가 있는 경우에도 각각의 부품이 열적으로 서로 영향을 주고받지 않도록 독립적으로 각각의 부품의 온도를 제어할 수 있는 장점을 가지는 레이저 방열 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 레이저 방열 시스템에서, 부품 유닛 내의 서로 인접한 방열판에 온도 센서를 구비하며, 상기 온도센서가 구비된 방열판을 포함하는 부품 유닛내 각각의 마운트층 또는 히트펌프층에 각각의 마운트층 또는 히트펌프층을 각각 서로 연결시킬 수 있는 히트 파이프(12) 또는 증기챔버(12)를 구비하여 서로 열전달이 가능하도록 함으로써, 전체적으로 최적화된 방열성능을 얻기 위해서 도출된 각각의 방열판들내의 방열 성능을 제어하여, 사용자의 의도에 따라 전체적인 방열성능을 극대화하도록 국부적으로 방열량을 분배하여, 전체적으로 최적의 방열 성능을 나타내 줄 수 있는 레이저 방열 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 PC의 CPU를 냉각하는 공랭식 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 수랭식(액랭식) 냉각을 위한 냉각장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 방열 시스템내 방열을 위한 부품 유닛내 각각의 구성요소를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 부품 유닛을 포함하는 레이저 방열 시스템을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템의 외관을 도시화한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템내 방열판 주변을 부분확대한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 방열판내 센서를 포함하며, 각각의 부품유닛내 마운트층을 서로 연결시킬 수 있는 히트 파이프를 구비하는 레이저 방열 시스템을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이고, 특징적 구성이 드러나도록 공지의 구성들은 생략하여 도시하였으므로 도면으로 한정하지는 아니한다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 방열 시스템내 방열을 위한 부품 유닛내 각각의 구성요소를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 부품 유닛을 포함하는 레이저 방열 시스템을 나타내는 도면이다.
상기 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서의 레이저 방열 시스템은 복수의 부품 유닛(1)을 포함하며, 각각의 부품 유닛(1)은 공간적으로 각각 서로 이격되어 있고. 각각의 부품 유닛은 레이저 가공 장치의 구동에 따라 부품의 방열을 위한 최소단위로서, 적어도 하나이상의 방열이 필요한 부품(2)과 상기 부품 또는 복수의 부품들의 상부에 형성된 마운트층(3) 및 상기 마운트층(3) 상부에 형성되는 방열판(7)을 포함한다.
여기서, 상기 마운트층(3)은 발열에 따른 부품의 냉각을 하기 위해 발열된 부품에 직접 접촉하는 냉각블럭에 해당하며, 또한 상기 부품과 방열판 사이를 연결해주는 부분으로서, 필요에 따라 구비되지 않고 방열핀의 하부가 직접 마운트층의 역할을 하거나 이후에 설명할 히트펌프층(5)이 마운트층의 역할을 동시에 할 수 있다.
또한, 상기 방열판(7)은 레이저 가공 시스템내 부품의 작동에 의해 발생된 열을 외부로 방열시키는 것으로, 마운트층의 상부에 형성되며, 열전도성이 매우 우수한 재료로 제작하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 구리를 포함하는 합금으로서, 구리와 니켈의 합금 또는 은, 알루미늄 등의 열전도성이 우수한 금속을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 방열판의 상부에는 방열핀이 구비되어 이를 통해 외부 공기의 대류에 따른 열을 방출할 수 있다.
도 3에서는 2개의 부품상에 하나의 마운트층이 공유되고, 이의 상부에 방열판(7)이 형성된 부품 유닛을 도시하고 있으며, 상기 방열판의 상부에는 복수의 방열핀이 수직방향으로 형성되어 표면적을 넓힘으로써, 방열 효율을 효과적으로 도모할 수 있다.
또한, 도 4에서는 2개의 부품 유닛이 서로 인접하게 위치하도록 구성된 방열 시스템을 도시하고 있으며, 각각의 부품 유닛과 서로 이웃한 부품 유닛내 각각의 방열판 사이에는 단열재를 포함하는 구성을 도시하고 있다.
여기서, 상기 방열이 필요한 부품의 구체적인 예로서는 미소영역의 가공을 위한 레이저 가공 장치의 구동에 필요한 칩, 소자, 회로, 광원, 발진기 등 개별 구성 요소가 해당될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
이러한 부품은 통상적으로 레이저 가공 장치의 구동에 의해 상기 부품의 발열이 수반되고, 이에 따라 온도가 높아진 부품 또는 부품 유닛을 방열을 통해 온도를 낮추거나 또는 부품 온도 또는 부품 유닛의 온도 상승을 지연시키거나, 이와 반대로 주변의 인접한 부품 유닛과 대비하여 온도가 낮은 부품 유닛의 온도를 상승시켜야 할 필요가 있다.
이를 위해, 본 발명에서는 상기 각각의 부품 유닛내 포함된 각각의 방열판과 방열판사이는 단열재가 포함됨으로써 서로에게 열전달을 억제하고, 상기 각각의 방열판(7)은 레이저 방열 시스템의 외부면으로 노출되어 있는 것을 특징으로 한다.
통상적으로 공랭식 방열 시스템을 이용하는 레이저 가공 장치에 있어, 팬 등에 의해 야기되는 소음 진동을 최소화하거나 제거하기 위해서는 방열부 및 히트싱크의 면적을 최대로 확보해 방열의 효율을 극대화하는 것이 필요하며, 이는 방열 시스템의 외부면에 방열판이 최대한 많이 노출되도록 할애하여 방열에 활용하여야 함을 의미한다. 이를 위해 본 발명에서의 각각의 부품 유닛(1)내 방열판은 레이저 방열 시스템의 외부면으로 노출되도록 구성한다.
한편, 방열량이 서로 다른 복수개의 부품 또는 영역을 서로 다른 온도로 유지하기 위해서 구성되는 각각의 부품 유닛의 방열판 또는 각각의 마운트층의 온도는 서로 다를 수밖에 없으며, 다르게 제어되어야만 하는데, 방열핀 등을 포함하는 방열판을 레이저 시스템의 외부면에 최대한 넓게 구성하는 과정에서 각각의 방열판이 서로 근접하거나 밀착되어 이들 사이에 열출입이 발생할 수 있다.
예컨대, 방열량이 적은 부품 유닛의 방열판은 방열량이 많아 상대적으로 온도가 높은 부품 유닛의 방열판보다 온도가 낮은데, 두 종류의 방열판이 서로 근접하거나 밀착되면, 방열판끼리 열출입이 발생해 한 부품 유닛의 방열량이 변함으로써 인접한 다른 부품 유닛의 출력에도 변동이 생기게 된다. 즉, 이미 온도가 열평형을 이루어 안정적으로 유지되고 있었던 부품 유닛이 인접한 다른 부품 유닛의 온도에 따라 영향을 받아 변동할 수 있게 된다.
이러한 현상을 레이저 가공장치에 적용하는 경우에, 레이저를 증폭하기 위한 고출력 레이저 다이오드를 일정한 온도로 유지하기 위해서 필요한 히트 펌프의 에너지는 레이저 가공 장치내에서 온도제어가 적용되는 다른 부품 또는 영역에 비해 상대적으로 큰 편이며, 레이저 다이오드의 출력에 따라 가변적이다. 따라서 만약 다른 부품 유닛의 방열량의 비율을 고려해 방열부 면적을 최적화하여 미리 정해진 레이저 다이오드의 출력에 대해 방열부 온도가 같도록 구성하는 것은 가능하나, 상기 레이저 다이오드의 출력을 바꾸게 되면 마찬가지의 문제가 발생하는 것을 근본적으로는 피할 수 없다.
예를 들어, 방열 설계시 주변의 특정한 부품이 10W, 레이저 다이오드가 80W으로 고려하여 방열핀의 면적을 1:8로 고려해 레이저를 설계하여 상기 레이저 다이오드 출력을 100% 사용하는 경우에 상기 특정한 부품과 레이저 다이오드에 있어, 두 유닛내 각각의 방열핀끼리의 온도차는 거의 없게 만들 수도 있겠으나, 레이저 다이오드의 출력 또는 방열량이 최초의 설계값의 100로 사용되지 않고, 가령 40W만 쓰게 될 경우 다시 온도차이가 발생할 수 있어, 앞서 기재된 문제점이 발생할 수 있다.
즉, 출력의 변동에 따라 이웃하여 영향을 받은 다른 부품 유닛의 소비 에너지에 변동이 생기고, 결과적으로 각각의 부품 유닛들의 온도분포가 달라져 레이저의 성능에 미세한 변동이 발생할 수 있다. 이러한 점은 레이저성능을 일정하게 유지하는 제어에 장애물이 될 수 있다.
또한 레이저 시스템에서 상대적으로 고온을 형성하는 방열판에서 레이저 시스템의 다른 방열판으로 열전도가 일어나게 되면 특별히 온도제어를 하지 않는 부분이라 하더라도 전도된 열에 영향을 받을 수 있다. 이러한 각각의 방열판은 레이저 가공장치내 출력의 변화 이외에도 주변 환경의 변화와 시간에 따라 온도 변동이 발생 가능한 부분이므로 레이저의 다른 부분이 영향을 받아 변동하는 문제가 생기지 않도록 예방이 필요하다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 상기 각각의 부품 유닛내 포함된 각각의 방열판과 방열판사이는 단열재를 포함시킴으로써 서로 인접한 방열판들 간에 열전달을 억제하는 것을 특징으로 하며, 이를 통해 서로 다른 온도로 제어되는 각 부분의 방열부가 서로 열적으로 영향을 주고받지 않아 효율성이 높고 안정적인 온도제어가 가능하다.
이를 도 3 및 도 4를 통해 구체적으로 살펴보면, 도 3에서는 하나의 부품유닛내 방열판(7)의 양 말단에 단열재가 구비되어 있는 것을 나타내고 있고, 도 4에서는 좌측의 부품유닛(1)내 방열판의 양말단에 단열재(10, 11)가 각각 구비되고, 좌측의 부품유닛(1)내 방열판의 우측 말단에 구비된 단열재(11)의 우측에 인접한 부품유닛의 방열판이 연결됨으로써, 각각의 방열판과 방열판사이가 단열재를 포함하여 서로 인접한 방열판들 간에 열전달을 억제하는 것을 보여 주고 있다.
본 발명에서의 상기 단열재는 열전도율이 낮아 열전달이 잘 되지 않는 소재로서, 공기, 종이, 고분자, 고무, 세라믹, 발포성 소재, 섬유재질 중의 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 소재를 포함할 수 있고, 바람직하게는 유효 열전도 계수가 적어도 25 ℃의 온도에서 5.0 W/m·K이하인 소재를 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.01 ~ 1.0 W/m·K의 범위를 가지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 마운트층(3)과 상기 방열판(7) 사이에는 마운트층(3) 및 부품(2)을 가열 또는 냉각할 수 있는 히트 펌프층(5)을 포함하며, 또한 상기 히트펌프층(5)의 가열 또는 냉각을 위한 열의 출력을 조절하는 제어부(6)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 히트 펌프층(5)은 열전소자 또는 가열 소자, 냉각소자를 사용할 수 있으며, 구체적인 예로서, 펠티어 소자, 열선, 냉매순환식 냉각사이클, 흡수식 냉동사이클 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이를 통해 주변의 마운트층(3) 및 부품(2)을 가열 또는 냉각시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 마운트층 또는 상기 히트 펌프층 중 적어도 하나에는 온도 센싱을 위한 온도센서가 구비되어 이를 통해 마운트층 또는 상기 히트 펌프층의 온도를 센싱하여 히트 펌프층의 가열 또는 냉각을 통해 온도를 제어할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 마운트층 내부 또는 표면에는 온도를 제어하기 위한 온도센서를 포함할 수 있고, 또한 상기 히트 펌프층의 내부 또는 표면에도 온도센서가 포함될 수 있다.
즉, 상기 제어부(6)가 히트펌프층(5)의 가열 또는 냉각을 위한 열의 출력을 조절하기 위해서, 상기 마운트층(3) 또는 상기 히트 펌프층(5) 중 적어도 하나에는 온도 센싱을 위한 온도센서가 구비되며, 상기 온도 센서에서 측정된 온도를 통해 제어부(6)는 히트펌프층(5)의 가열 또는 냉각을 위한 열의 출력을 조절할 수 있다.
즉, 상기 히트 펌프층(5), 온도센서 및 제어부(6)를 포함하는 본 발명에 따른 레이저 방열 시스템은, 복수의 부품 유닛을 포함하며, 이들을 각각 정해진 온도로 제어하기 위한 레이저 방열 시스템으로서, 상기 레이저 방열 시스템은 공간적으로 각각 서로 이격되어 있는 적어도 2이상의 부품 유닛을 포함하며, 상기 부품 유닛은 적어도 하나이상의 방열이 필요한 부품(2)과 상기 부품의 상부에 형성된 마운트층(3), 상기 마운트 상부에 형성되며, 마운트층(3) 및 부품(2)을 가열 또는 냉각할 수 있는 히트 펌프층(5), 상기 히트 펌프(5) 상부에 형성되는 방열판(7) 및 상기 히트펌프층(5)의 가열 또는 냉각을 위한 열의 출력을 조절하는 제어부(6)를 포함하되, 상기 마운트층(3) 또는 상기 히트 펌프층(5) 중 적어도 하나에는 온도 센싱을 위한 온도센서(4)가 구비되어 이를 통해 상기 제어부(6)가 히트펌프층(5)의 가열 또는 냉각을 위한 열의 출력을 조절하고, 상기 각각의 부품 유닛내 포함된 각각의 방열판과 방열판사이는 단열재가 포함됨으로써 서로에게 열전달을 억제하고, 상기 각각의 방열판(7)은 레이저 방열시스템의 외부면으로 노출되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 3에서는 상기 마운트층(3)에 온도센서(4)가 구비되어 있는 것을 나타내고 있으나, 상기 온도센서는 히트펌프층(5)에 구비될 수 도 있고, 상기 마운트층(3) 및 히트펌프층(5) 모두에 구비될 수도 있다.
한편, 상기 방열판은 상부에 방열판의 효율을 확보하기 위해 수직 또는 수평으로 형성된 복수의 방열핀을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 레이저 방열시스템에서의 상기 방열판(7) 상부에는 방열판을 포함하는 부품유닛을 냉각하기 위해 공기의 유동을 만들어 내는 팬(8)을 포함할 수 있고, 이 경우에 바람직하게는 상기 방열판의 상부에 형성된 복수의 방열핀 상부에 팬을 포함할 수 있으나, 상기 팬을 사용함에 있어서, 진동 및 소음을 억제하기 위해, 이를 최소한으로 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
도 4에서는 우측 부품유닛내 방열판 상부에 팬이 포함된 것을 보여주고 있으며, 상기 팬의 크기는 제한을 두지 않으나, 방열판의 넓이와 동일한 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 또 다른 레이저 방열 시스템의 구체적 예로서, 본 발명의 레이저 방열 시스템은 팬(fan) 또는 공기의 유동을 야기하는 장치 없이 자연 대류만으로 부품을 냉각시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 상기 팬 또는 공기의 유동을 야기하는 장치 없이 자연 대류만으로 부품을 냉각시킴으로써, 팬의 구동이 야기하는 진동문제를 원천적으로 해결함과 동시에, 팬 교체를 위한 작업의 중단 등의 불편을 제거하며, 또한 팬의 장기간 구동시 먼지가 쌓여 레이저 시스템이 설치된 환경의 또 다른 관리문제를 해소할 수 있다.
한편, 본 발명에서의 상기 복수의 부품 유닛에 각각 포함된 상기 방열판은 열복사를 극대화할 수 있도록 방열판의 표면의 반사율을 낮추기 위해 방열판의 표면이 명도가 낮은 검정, 빨강, 파랑, 녹색 또는 이들이 혼합된 색깔로 착색된 소재를 사용하거나 또는 상기 색상의 소재로 코팅되어 있는 것을 사용할 수 있다. 즉, 상기 방열판의 표면은 원래의 방열판 고유의 색깔보다 어두운 색으로 나타나도록 명도가 낮은 색으로 착색되거나 코팅될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 레이저 방열 시스템은 각각의 부품 유닛의 적어도 일부를 그 내부에 포함할 수 있도록 하며, 레이저 방열 시스템의 전체적인 외관의 형태를 유지하기 위한 골격으로서의 프레임(9)를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 레이저 방열 시스템이 상기 프레임(9)를 포함하는 경우에, 상기 프레임의 외부면의 적어도 일부가 단열재와 맞닿게 되어 프레임과 방열판 사이에도 단열재가 포함될 수 있다.
이를 도 4 내지 도 6을 통해 살펴보면, 도 4의 좌측 부품유닛(1)내 방열판의 좌측부분에 결합된 단열재(10)의 우측면에 레이저 방열 시스템의 전체적인 외관의 형태를 유지하기 위한 골격으로서의 프레임(9)이 구비된 것을 볼 수 있고, 또한 도 4의 우측 부품유닛내 방열판의 우측부분에 결합된 단열재의 우측면에도 마찬가지로 프레임이 구비된 것을 볼 수 있다.
또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템의 외관을 도시화한 도면으로, 레이저 방열 시스템의 외부면에 노출되어 배치된 방열판의 구성을 보여주고 있으며, 각각의 방열판(7)들 사이에 단열재가 포함되며, 또한 레이저 방열 시스템의 전체적인 외관의 형태를 유지하기 위해 직육면체의 모서리 부분을 골격으로서 가지는 프레임이 구비되고, 상기 프레임의 외부면이 단열재와 맞닿게 되어 프레임과 방열판 사이에도 단열재가 포함된 것을 나타내고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템내 방열판 주변을 부분 확대한 도면으로서, 상기 프레임의 외부면에 단열재가 구비된 보다 상세한 예를 나타내고 있다. 상기 도 6을 살펴보면, 도 5에서의 직육면체의 모서리를 서로 연결한 형태의 구조를 가지는 프레임내 외부면이 단열재(10)에 의해 맞닿고 있으며, 또한 각각의 방열판(7)들 사이에도 단열재(11)가 포함되어 있는 것을 나타내고 있다.
여기서, 상기 프레임의 재질은 제한을 두지 않으나, 강성이 우수하고, 또한 외부의 충격으로부터 휘어지거나 파손되지 않는 재료로 제작하는 것이 바람직하며, 또한 상기 프레임(9)은 필요에 따라 외부에 노출이 되는 구조일 수도 있고 내부에만 형성되어 외형적으로는 보여지지 않을 수도 있다.
한편, 본 발명에서의 상기 복수의 부품 유닛에 따른 각각의 제어부는 통합되어 하나의 통합 제어부를 이루며, 상기 통합제어부가 각각의 부품 유닛내 각각의 히트펌프층의 가열 또는 냉각을 위한 열의 출력을 조절하도록 구성될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 상기 복수의 부품 유닛내 각각의 제어부는 도 3에서와 같이 마운트층(3) 또는 상기 히트 펌프층(5) 중 적어도 하나에 온도센서가 구비되어 이를 통해 각각의 제어부(6)가 히트펌프층(5)의 가열 또는 냉각을 위한 열의 출력을 조절함으로써, 각 부품유닛내 부품의 온도를 독립적으로 제어할 수 있는 제어부가 부품유닛내 별도로 존재하고 있으나, 이러한 각각의 제어부들을 포함하도록 통합하여 하나의 통합제어부(13)를 구성할 수 있고, 이를 통해 각각의 부품 유닛내 각각의 히트펌프층의 가열 또는 냉각을 위한 열의 출력을 통합적으로 조절할 수 있다.
도 7에서는 통합제어부(13)를 구성하여 이를 통해 각 부품유닛들내에 각각 포함된 온도 센서들로부터 센싱된 각각의 온도를 바탕으로 각각의 부품유닛내 히트펌프층의 열 출력을 독립적으로 제어가능한 구성을 도시하고 있다.
이 경우에, 상기 통합 제어부(13)의 온도를 조절하기 위해, 상기 통합제어부의 온도를 센싱하는 통합 제어부 온도센서(미도시) 및 통합 제어부를 가열 또는 냉각할 수 있는 통합제어부 히트 펌프(미도시)를 포함하고, 상기 통합 제어부의 온도를 제어하기 위한 통합 제어부의 제어부(미도시)를 추가적으로 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에서의 각각의 부품 유닛내 포함된 방열판 중 적어도 두 개 이상의 서로 인접한 방열판에 각각 온도센서를 포함할 수 있고, 바람직하게는 2 개 내지 8개, 더욱 바람직하게는 2개 내지 5개의 서로 인접한 방열판에 각각 온도센서를 구비할 수 있다.
또한, 상기 방열판내 구비되는 온도센서는 방열판의 하부에 구비되는 것이 바람직하다.
일반적으로 각각의 방열판은 주어진 환경(배치된 위치 및 하부의 부품의 발열정도)에 따라 방열의 효율이 달라 온도가 다를 수밖에 없는데, 같은 열량을 방출할 때 효율이 좋은(열저항이 낮은) 방열판의 온도가 상대적으로 낮을 수 있다.
본 발명에서는 레이저 방열 시스템을 복수개의 구획으로 나누어 서로 인접한 각각의 방열판의 온도를 측정하는 센서를 방열판에 구비하고, 이를 참조하여 각 센서의 온도들의 평균보다 낮은 방열판과 연결된 히트펌프에는 파워를 더 공급하고, 평균보다 높은 쪽에는 파워를 낮추어 파워를 공급함으로써, 보다 효율적으로 방열을 할 수 있다.
여기서, 상기 ‘서로 인접한’의 의미는 각각의 인접한 대상이 직접적으로 이웃하고 있는 경우만을 포함하는 것이 아닌, 하나의 대상을 건너 뛰어서 이웃하고 있는 것도 포함하는 개념으로 보아야 한다.
즉, 본 발명에서 방열판(A), 방열판(B) 및 방열판(C)의 세 개의 방열판을 포함하는 시스템에 있어, 방열판(A)와 방열판(B) 및 방열판(C))의 순서로 위치하는 경우에 방열판(A)와 방열판(C)도 서로 인접한 것으로 보아야 한다.
한편, 상기 온도센서가 구비된 방열판을 포함하는 부품 유닛내 각각의 마운트층에는 인접한 방열판을 포함하는 이웃한 부품 유닛내 각각의 마운트층을 서로 연결시킬 수 있는 히트 파이프(12) 또는 증기챔버(12)를 구비하여 서로 열전달이 가능하도록 할 수 있다. 이 경우에, 상기 각각의 마운트 층을 서로 연결시키는 대신에, 상기 온도센서가 구비된 방열판을 포함하는 부품 유닛내 각각의 히트펌프층에는 인접한 방열판을 포함하는 이웃한 부품 유닛내 각각의 히트펌프층을 서로 연결시킬 수 있는 히트 파이프(12) 또는 증기챔버(vapor chamber)(12)를 구비하여 서로 열전달이 가능하도록 할 수 있다.
이때, 상기 온도센서가 구비된 방열판을 포함하는 부품 유닛내 각각의 마운트층 또는 히트 펌프층 각각을 서로 연결시킬 수 있는 히트 파이프(12) 또는 증기챔버(vapor chamber)(12)를 구비함으로써, 각각의 방열판 간의 열량 출입은 억제하지만, 상기 히트 파이프(12) 또는 증기챔버(12)를 통해 각각의 부품유닛내 마운트층 또는 히트 펌프층간에 서로 열량의 출입을 원활하게 할 수 있는 장점을 가진다.
여기서, 상기 히트 파이프는 단면이 원형 또는 다각형의 형태를 가지며, 길이방향으로 길게 연장된 봉 형태의 파이프를 의미하며, 히트 파이프를 통해 마운트층 또는 히트펌프층이 서로 연결되는 경우에는 상기 히트 파이프는 복수개가 구비될 수 있다.
또한, 상기 증기챔버는 가로 및 세로의 크기에 대비하여 낮은 높이를 가지는 평면 형태의 히트파이프를 의미하며, 히트 파이프와 마찬가지로 이를 통해 마운트층 또는 히트펌프층이 서로 연결되는 경우에는 상기 증기챔버는 복수개가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 히트 파이프와 증기챔버의 재질은 방열판의 재질과 마찬가지로 열전도성이 매우 우수한 재료로 제작하는 것이 바람직하며, 예를 들면, 구리를 포함하는 합금으로서, 구리와 니켈의 합금 또는 은, 알루미늄 등의 열전도성이 우수한 금속을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 앞서의 구성을 통해, 발열량이 큰 방열판 한 개로 방열을 하는 것보다, 복수의 방열 유닛으로 구분하여 서로 인접한 각각의 방열판의 온도를 측정하는 센서를 방열판에 구비하고, 이를 참조하여 각각의 방열판의 방열 능력을 반영하여 열저항이 낮은 방열판에 더 많은 방열이 되도록 제어하면 같은 면적과 부피를 차지하는 방열판의 방열량을 높일 수 있다.
이를 도 7을 통해 상세히 살펴보기로 한다. 도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 방열판내 센서를 포함하며, 각각의 부품유닛내 마운트층을 서로 연결시킬 수 있는 히트 파이프를 구비하는 레이저 방열 시스템을 나타낸 도면이다.
도 7에서와 같이, 레이저 다이오드와 같이 방열량이 큰 부품을 부품유닛에 포함하는 경우에, 각각의 방열판을 포함하는 부품유닛을 구획으로 나누어 각각의 온도(TH1, TH2, …)를 측정하는 온도센서를 방열판에 포함하고, 각각에 독립적으로 히트 펌프를 구성한다.
상기 구성에 따른 히트 펌프의 저온부는 도 7과 같이 각각의 마운트 층을 연결시킬 수 있는 히트 파이프(12)를 두어 각 부품유닛간에 서로 열량의 출입을 원활하게 할 수 있다.
이때, 각각의 히트 펌프에 공급되는 출력(P1, P2, P3 …)은 두 가지 성분을 갖는데, 일반적인 온도제어와 같이, 실제 측정값(Tc)이 미리 설정된 값보다 낮으면 증가하고 높으면 감소하는 성분(P1C, P2C, P3C…)과, 방열판들의 평균온도를 기준으로 각 방열판의 온도(TH1, TH2, TH3 …)가 높으면 감소하고 낮으면 증가하는 성분 (P1H, P2H, P3H …)의 합으로 제어된다.
P1=P1C(TC)+P1H(TH1, Average(TH1,TH2,TH3))
P2=P2C(TC)+P2H(TH2, Average(TH1,TH2,TH3))
P3=P3C(TC)+P3H(TH3, Average(TH1,TH2,TH3))
...
상기와 같은 효과를 갖는 제어 방법으로, 각각의 구획된 부품유닛에서의 각각의 방열판 온도(TH1, TH2, …)를 주어진 값으로 일정하게 제어하는 제어기를 각각 구성하되, 냉각부의 실제온도(TC)가 목표값보다 높으면 각 방열핀온도(TH1, TH2, …)의 설정값을 낮게 조정하고, 제어온도가 목표값보다 낮으면 높게 조정하여 결국 냉각부의 실제온도(TC)가 소정의 온도가 되도록 제어할 수도 있다.
상기 온도제어방법은 방열핀의 넓이가 넓을 때 각 구획된 부분의 열저항의 차이에 따라 방열량의 차등을 자동적으로 조절하여 궁극적으로는 전체 방열핀의 방열효율을 극대화하는 효과를 가질 수 있으며, 이러한 방열효율의 극대화는 방열량이 크면서 팬 등을 사용하지 않고 자연대류에 의존하는 방열에서 중요성이 특히 크다.
또한 레이저의 상대운동으로 방열핀 주변에 간접적으로 바람이 발생하는 경우와 같이 방열효율의 분포가 시간에 따라서도 변화할 수 있어 방열에 도움이 되는 주변 환경의 변화를 전체 방열성능을 극대화하는 쪽으로 이용할 수 있게 된다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
1: 부품 유닛
2: 부품(소자)
3: 마운트층
4: 온도센서
5: 히트 펌프층
6: 제어부
7: 방열판
8: 팬
9: 프레임
10, 11: 단열재
12 : 히트 파이프 또는 증기챔버
13 : 통합 제어부

Claims (15)

  1. 복수의 부품 유닛을 포함하며, 이들을 각각 미리 정해진 온도로 제어하기 위한 레이저 방열 시스템으로서,
    상기 레이저 방열 시스템은 공간적으로 각각 서로 이격되어 있는 적어도 2 이상의 부품 유닛(1) 및 제어부(6)을 포함하며,
    상기 부품 유닛(1)은 적어도 하나이상의 방열이 필요한 부품(2)과,
    상기 부품의 상부에 형성된 마운트층(3)과,
    상기 마운트층(3) 상부에 형성되는 방열판(7)과,
    상기 마운트층(3)과 상기 방열판(7) 사이에 형성되어 마운트층(3) 및 부품(2)을 가열 또는 냉각할 수 있는 히트 펌프층(5)을 포함하고,
    상기 제어부(6)는 상기 히트펌프층(5)의 가열 또는 냉각을 위한 열의 출력을 조절하되,
    상기 각각의 부품 유닛(1)내 포함된 방열판(7) 중 적어도 두 개 이상의 서로 인접한 방열판(7)에 각각 온도센서(4)를 구비하며,
    상기 온도센서(4)가 구비된 방열판(7)을 포함하는 부품 유닛(1)내 각각의 마운트층(3)에는 인접한 방열판(7)을 포함하는 이웃한 부품 유닛(1)내 각각의 마운트층(3)을 서로 연결시킬 수 있는 히트 파이프(12) 또는 증기챔버(12)를 구비하거나,
    또는 상기 온도센서(4)가 구비된 방열판(7)을 포함하는 부품 유닛(1)내 각각의 히트펌프층(5)에는 인접한 방열판(7)을 포함하는 이웃한 부품 유닛(1)내 각각의 히트펌프층(5)을 서로 연결시킬 수 있는 히트 파이프(12) 또는 증기챔버(12)를 구비하여 서로 열전달이 가능하도록 하며,
    상기 각각의 부품 유닛(1)내 포함된 각각의 방열판(7)과 방열판(7) 사이는 단열재(10, 11)가 포함됨으로써 서로에게 열전달을 억제하고,
    상기 각각의 방열판(7)은 레이저 방열 시스템의 외부면으로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 방열 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마운트층(3) 또는 상기 히트 펌프층(5) 중 적어도 하나에는 온도 센싱을 위한 온도센서가 구비되어 이를 통해 상기 제어부(6)가 히트펌프층(5)의 가열 또는 냉각을 위한 열의 출력을 조절하는 것을 특징으로 하는 레이저 방열 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히트 펌프층(5)은 펠티어 소자, 열선, 냉매순환식 냉각사이클, 흡수식 냉동사이클 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 방열 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방열판(7) 상부에는 방열판을 포함하는 부품유닛을 냉각하기 위한 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 방열 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 부품 유닛내 포함된 각각의 방열판과 방열판 사이에 구비되는 단열재는 공기, 종이, 고분자, 고무, 세라믹, 발포성 소재, 섬유재질 중의 어느 하나 또는 이들의 혼합물, 또는 이밖에 유효 열전도 계수가 5.0 W/m·K이하인 소재를 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 레이저 방열 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 방열 시스템은 팬(fan) 또는 공기의 유동을 야기하는 장치 없이 자연 대류만으로 부품을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 레이저 방열 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방열판은 열복사를 극대화할 수 있도록 방열판의 표면의 반사율을 낮추기 위해 방열판의 표면이 검정, 빨강, 파랑, 녹색 또는 이들이 혼합된 색상으로 착색된 소재를 사용하거나 또는 상기 색상의 소재로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 방열 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 방열 시스템은 각각의 부품 유닛의 적어도 일부를 그 내부에 포함할 수 있도록 하며, 레이저 방열 시스템의 전체적인 외관의 형태를 유지하기 위한 골격으로서의 프레임(9)를 포함하며, 상기 프레임의 외부면의 적어도 일부가 단열재와 맞닿게 되어 프레임과 방열판 사이에도 단열재가 포함되는 것을 특징으로 하는 레이저 방열 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 부품 유닛에 따른 각각의 제어부는 통합되어 하나의 통합 제어부를 이루며, 상기 통합제어부가 각각의 부품 유닛내 각각의 히트펌프층의 가열 또는 냉각을 위한 열의 출력을 조절하는 것을 특징으로 하는 레이저 방열 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 통합 제어부의 온도를 조절하기 위해, 상기 통합제어부의 온도를 센싱하는 통합 제어부 온도센서 및 통합 제어부를 가열 또는 냉각할 수 있는 통합제어부 히트 펌프를 포함하고, 상기 통합 제어부의 온도를 제어하기 위한 통합 제어부의 제어부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 방열 시스템.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 방열판내 구비되는 온도센서는 방열판의 하부에 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저 방열 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 부품 유닛내 포함된 방열판은 2 개 내지 8개의 서로 인접한 방열판에 각각 온도센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 방열 시스템.
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