KR102418088B1 - Cooling Apparatus using Phase Change Material - Google Patents

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KR102418088B1
KR102418088B1 KR1020220006635A KR20220006635A KR102418088B1 KR 102418088 B1 KR102418088 B1 KR 102418088B1 KR 1020220006635 A KR1020220006635 A KR 1020220006635A KR 20220006635 A KR20220006635 A KR 20220006635A KR 102418088 B1 KR102418088 B1 KR 102418088B1
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cooling
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condensing
heat sink
change material
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KR1020220006635A
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신우중
박한솔
박준현
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주식회사 스탠더드시험연구소
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Abstract

The present invention relates to a cooling apparatus using a phase change material, which can rapidly dissipate the heat of an object to be cooled, which has been transferred to a heat sink while a refrigerant is continuously circulated. In the present invention, a refrigerant in a liquid state is phase-changed to a vapor state after heat-exchanged with a heat sink, and the refrigerant phase-changed to a vapor state is condensed into liquid in a condensation module and then moved back into a cooling module, so that the heat of the object to be cooled, which has been transferred to the heat sink, can be quickly dissipated while the refrigerant is continuously circulated.

Description

상변화 물질을 이용한 냉각 장치{Cooling Apparatus using Phase Change Material}Cooling Apparatus using Phase Change Material

본 발명은 상변화 물질을 이용한 냉각 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각제가 지속적으로 순환되면서 히트싱크로 전달된 피냉각물의 열을 신속하게 방출시킬 수 있도록 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling device using a phase change material, and more particularly, to a cooling device using a phase change material that allows the coolant to be continuously circulated and rapidly dissipate the heat of an object to be cooled transferred to a heat sink .

최근 컴퓨터 등 전자부품들의 고성능화에 따라 단위 면적당 발열량이 증가하고 있어, 이러한 발열량을 관리하기 위한 많은 에너지가 소비되고 있다. 가장 발열량이 큰 것은 슈퍼컴퓨터나 데이터센터와 같은 서버용 컴퓨터이다. 서버용 컴퓨터가 고성능화 됨에 따라 제한된 공간에 더 많은 반도체 소자 또는 전자부품들의 집적이 요구되고 있으며, 이에 따라 단위면적당 열 발생량은 급격히 증가하고 있다.Recently, as the performance of electronic components such as computers increases, the amount of heat generated per unit area is increasing, and thus a lot of energy is consumed to manage the amount of heat. Server computers such as supercomputers and data centers generate the largest amount of heat. As server computers become high-performance, more semiconductor devices or electronic components are required to be integrated in a limited space, and accordingly, the amount of heat generated per unit area is rapidly increasing.

특히, 정보처리의 두뇌인 중앙처리장치(CPU)의 속도가 급격한 속도로 빨라지고 있다. CPU의 처리 속도 증가는 작은 면적에 더 많은 반도체 소자들이 집적되어 단위면적당 발열량은 지속적으로 증가하게 되므로, 이러한 열을 효과적으로 분산시키고 냉각시키기 위한 방열능력이 절실하다.In particular, the speed of the central processing unit (CPU), which is the brain of information processing, is rapidly increasing. As the processing speed of the CPU increases, more semiconductor devices are integrated in a small area, and the amount of heat generated per unit area continuously increases.

이러한 CPU의 발열을 최소화 하기 위하여 일반적으로 공냉방식 또는 수냉방식을 주로 사용한다. 공냉방식은 외기를 이용하기 때문에 구조가 간단한 반면, 냉각모듈 안쪽 등의 작은 영역으로 열을 분산시키는 구조이므로, CPU 주변 온도는 빠르게 상승하게 되며, 냉각모듈 내부의 통풍이 잘되지 않을 경우 뜨거운 공기로 인해 시스템이 과열되어 성능 저하로 이어지는 문제점이 있다. 수냉방식은 물을 이용하므로 냉각 효율이 높으나, 누수로 인하여 정비가 어렵고, 배관의 일부에서 누설이 이루어지게 되면 냉각기능이 완전히 상실되는 문제점이 있다. 이에 따라 냉각제와 CPU가 열교환하는 증발모듈과, 냉각제와 냉각수가 열교환하는 응축모듈을 이용하여, CPU로부터 발생되는 열을 신속하게 방출시켜서, 우수한 냉각성능을 갖도록 하고, 냉각수를 CPU와 이격시키도록 하여, 안정성을 확보하도록 하는 고성능 컴퓨터용 냉각장치가 필요한 실정이다In order to minimize the heat generated by the CPU, an air cooling method or a water cooling method is mainly used. The air cooling method has a simple structure because it uses outside air, but since it is a structure that distributes heat to a small area such as the inside of the cooling module, the temperature around the CPU rises quickly. As a result, there is a problem that the system overheats and leads to degradation of performance. Since the water cooling method uses water, cooling efficiency is high, but maintenance is difficult due to leakage, and if a part of the pipe leaks, the cooling function is completely lost. Accordingly, by using an evaporation module in which the coolant and CPU exchange heat and a condensation module in which the coolant and coolant exchange heat, the heat generated from the CPU is quickly discharged to have excellent cooling performance, and the coolant is separated from the CPU. However, there is a need for a high-performance computer cooling system that ensures stability.

대한민국 등록특허공보 제10-0873843호Republic of Korea Patent Publication No. 10-0873843

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 냉각제가 지속적으로 순환되면서 히트싱크로 전달된 피냉각물의 열을 신속하게 방출시킬 수 있도록 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to solve the problems of the prior art as described above to provide a cooling device using a phase change material capable of rapidly dissipating the heat of an object to be cooled transferred to a heat sink while a coolant is continuously circulated.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 피냉각물에 맞닿는 히트싱크에 결합되며 일측에 상기 히트싱크 방향으로 개방되도록 개방부가 형성되고, 내부에 냉각제가 채워지는 냉각모듈; 및 상기 냉각모듈의 상측에 위치되는 응축모듈을 포함하고, 액체 상태로 상기 냉각모듈 내부에 채워진 냉각제는 상기 개방부를 통하여 상기 히트싱크에 접촉되면서 증기 상태로 상변화되어 상기 응축모듈로 이동되고, 증기 상태로 상기 응축모듈로 이동된 냉각제는 상기 응축모듈에서 액체로 응축된 후 상기 냉각모듈 내부로 이동되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a cooling module coupled to a heat sink in contact with an object to be cooled, an opening portion is formed on one side to open in the direction of the heat sink, and a coolant is filled therein; and a condensation module positioned above the cooling module, wherein the coolant filled in the cooling module in a liquid state is phase-changed to a vapor state while in contact with the heat sink through the opening, and is moved to the condensation module, vapor The coolant moved to the condensing module in a state of being condensed into a liquid in the condensing module and then moved to the inside of the cooling module provides a cooling device using a phase change material.

또한, 상기 히트싱크는, 일면이 피냉각물과 접촉되는 베이스판과, 상기 베이스판의 타면에 세워지도록 형성되는 복수 개의 냉각판을 포함하고, 상기 베이스판은 피냉각물에 수직 방향으로 접촉되고, 상기 냉각판은 상기 베이스판에 수직 방향으로 형성되고, 상기 히트싱크에 접촉되는 상기 냉각제는 상호 인접한 한 쌍의 상기 냉각판 사이 공간을 따라 상부로 이동되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 제공한다.In addition, the heat sink includes a base plate having one surface in contact with the object to be cooled, and a plurality of cooling plates formed to stand on the other surface of the base plate, wherein the base plate is in contact with the object to be cooled in a vertical direction and , wherein the cooling plate is formed in a vertical direction to the base plate, and the coolant in contact with the heat sink is moved upward along a space between a pair of adjacent cooling plates. provide the device.

또한, 상기 응축모듈은 상기 냉각모듈의 상부로 이격되도록 위치되고, 상기 냉각모듈과 상기 응축모듈을 연결시키는 제 1 관과, 상기 응축모듈과 상기 냉각모듈을 연결시키는 제 2 관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 제공한다.In addition, the condensing module is positioned to be spaced apart from the upper portion of the cooling module, and further comprising a first pipe connecting the cooling module and the condensing module, and a second pipe connecting the condensing module and the cooling module. It provides a cooling device using a phase change material characterized in that.

또한, 상기 응축모듈은: 내부에 빈 공간이 형성되는 응축본체; 및 상기 응축본체의 내부 상부에 장착되는 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 제공한다.In addition, the condensation module may include: a condensation body having an empty space therein; and a cooling unit mounted on the inner upper portion of the condensing body.

또한, 상기 제 1 관을 따라 이동되는 증기 상태의 상기 냉각제가 상기 제 1 관의 상단부를 통하여 상기 응축본체의 내부로 유입될 때, 상기 제 1 관의 상단부는 상기 응축본체의 내부에서 측방으로 절곡 형성되는 절곡부를 구비하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 제공한다.In addition, when the coolant in a vapor state moving along the first pipe flows into the inside of the condensing body through the upper end of the first pipe, the upper end of the first pipe is laterally bent inside the condensing body It provides a cooling device using a phase change material, characterized in that provided with a bent portion to be formed.

또한, 상기 냉각부는 복수 개가 나란하도록 위치되고, 상기 응축본체의 내부에 위치되는 상기 제 1 관의 상단부는 각각의 상기 냉각부와 마주보도록 복수 개로 구성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 제공한다.In addition, a plurality of the cooling units are positioned side by side, and the upper end of the first tube positioned inside the condensing body is a cooling device using a phase change material, characterized in that it is configured in plurality to face each of the cooling units. provides

또한, 상기 응축본체의 저면 일측에 상기 제 2 관의 상단부가 연결되고, 상기 응축본체의 저면 타측에 유도부가 긴 형상으로 형성되고, 상기 유도부의 상면은 상기 제 2 관의 상단부 방향으로 갈수록 하향 경사지도록 경사부가 형성되고, 상기 냉각부에 접촉되면서 액체로 응축된 상기 냉각제는 상기 경사부로 낙하된 후 상기 경사부를 따라 상기 제 2 관의 상단부 방향으로 유도되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 제공한다.In addition, the upper end of the second tube is connected to one side of the lower surface of the condensation body, the induction part is formed in a long shape on the other side of the lower surface of the condensation body, and the upper surface of the induction part is inclined downward toward the upper end of the second tube. A cooling device using a phase change material, characterized in that an inclined portion is formed so as to decrease, and the coolant condensed into a liquid while in contact with the cooling portion is guided to the upper end of the second pipe along the inclined portion after falling to the inclined portion. provides

또한, 상기 제 2 관의 상단부는 상기 응축본체의 저면 중앙에 연결되고, 상기 유도부는 한 쌍으로 구성되며 상호 이격된 상태로 상기 냉각부의 길이방향을 따라 상기 응축본체의 저면 양측에서 중앙 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 제공한다.In addition, the upper end of the second tube is connected to the center of the bottom surface of the condensing body, and the induction part is composed of a pair and formed in a central direction from both sides of the bottom surface of the condensing body along the longitudinal direction of the cooling unit in a state of being spaced apart from each other. It provides a cooling device using a phase change material, characterized in that.

또한, 상기 응축모듈은: 상기 냉각모듈의 상부에 일체로 형성되며 내부에 공간이 형성되는 응축본체 및 증기 상태의 상기 냉각제를 액체로 응축시키도록 상기 응축본체의 내부 상부에 장착되는 냉각부를 포함하고, 상기 냉각모듈와 상기 응축본체 사이는 연통홀에 의하여 상호 연통되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 제공한다.In addition, the condensing module includes: a condensing body integrally formed on the upper portion of the cooling module and having a space therein, and a cooling unit mounted on the inner upper portion of the condensing body to condense the refrigerant in a vapor state into a liquid, , It provides a cooling device using a phase change material, characterized in that configured to communicate with each other through a communication hole between the cooling module and the condensing body.

또한, 상기 냉각부는, 길이방향을 따라 긴 형상으로 형성되고 양 단부는 상기 응축본체의 외부로 돌출되도록 연장 형성되며 냉각수가 공급되는 냉각관을 포함하고, 상호 병렬로 배열되는 복수 개의 상기 냉각관은 상기 냉각관의 상호 마주보는 단부를 번갈아가면서 상호 연결시키는 연결관에 의하여 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 제공한다. In addition, the cooling unit includes a cooling pipe that is formed in a long shape along the longitudinal direction, both ends are formed to protrude to the outside of the condensing body, and to which cooling water is supplied, the plurality of cooling pipes arranged in parallel with each other There is provided a cooling device using a phase change material, characterized in that it is integrally formed by connecting pipes that alternately interconnect the opposite ends of the cooling pipes.

또한, 복수 개의 상기 냉각관은 짝수로 구성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 제공한다.In addition, there is provided a cooling device using a phase change material, characterized in that the plurality of cooling tubes are composed of an even number.

또한, 상기 응축본체의 상측에 하나 이상의 증기벤트가 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 제공한다.In addition, there is provided a cooling device using a phase change material, characterized in that one or more vapor vents are formed through the upper side of the condensing body.

또한, 상기 증기벤트는 복수 개로 구성되고, 상기 응축본체가 경사지도록 위치된 상태에서 복수 개의 상기 증기벤트는 상하 방향으로 상호 이격되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 제공한다.In addition, there is provided a cooling device using a phase change material, characterized in that the steam vent is configured in plurality, and the plurality of steam vents are positioned to be spaced apart from each other in the vertical direction in a state in which the condensing body is positioned to be inclined.

본 발명은 액체 상태의 냉각제가 히트싱크와 열교환된 후 증기상태로 상변화되고, 증기 상태로 상변화된 냉각제는 응축모듈에서 액체로 응축된 후 다시 상기 냉각모듈 내부로 이동되므로, 냉각제가 지속적으로 순환되면서 히트싱크로 전달된 피냉각물의 열을 신속하게 방출시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the liquid coolant is phase-changed to a vapor state after heat exchange with a heat sink, and the coolant phase-changed to a vapor state is condensed into a liquid in the condensing module and then moved back into the cooling module, so that the coolant is continuously circulated This has the effect of rapidly dissipating the heat of the object to be cooled transferred to the heat sink.

또한, 냉각판이 수직 방향으로 형성되므로, 히트싱크 주변에 구비되는 냉각제가 냉각판의 길이방향을 따라 용이하게 상방으로 이동되어, 유체의 흐름이 원활해지도록 함은 물론, 전체 냉각판의 용적을 냉각에 사용 가능하도록 하여 열 교환 효율을 높이는 효과가 있다.In addition, since the cooling plate is formed in the vertical direction, the coolant provided around the heat sink is easily moved upward along the longitudinal direction of the cooling plate to facilitate the flow of the fluid and cool the entire cooling plate volume. It has the effect of increasing the heat exchange efficiency by allowing it to be used in

또한, 제 1 관의 상단부에 절곡부가 형성되므로 냉각부에서 액체 상태로 응축되는 냉각제가 제 1 관 내부로 들어갈 수 없어, 제 1 관을 따라 상승되는 증기의 유동을 방해하지 않는 효과가 있다.In addition, since the bent portion is formed at the upper end of the first tube, the coolant condensed in a liquid state in the cooling portion cannot enter the inside of the first tube, so that the flow of steam rising along the first tube is not disturbed.

또한, 응축본체의 상측에 증기벤트를 형성하여, 응축본체로 유입된 증기의 일부가 증기벤트를 통하여 외부로 배출되도록 하여 응축본체 내부의 압력이 필요 이상으로 상승되지 않도록 조절할 수 있는 효과가 있다.In addition, by forming a steam vent on the upper side of the condensing body, a portion of the steam introduced into the condensing body is discharged to the outside through the steam vent, so that the pressure inside the condensing body is not increased more than necessary.

또한, 복수 개의 냉각관 중 연결부와 연결되지 않은 냉각관의 양 단부 즉, 냉각수가 공급되는 입구와 냉각수가 배출되는 출구가 동일한 방향을 향하도록 위치되어, 냉각수가 연결되는 입구 및 출구의 설치 작업이 용이해지고, 좁은 공간에서의 공간 효율을 최적화 할 수 있는 효과가 있다. In addition, both ends of the cooling pipe not connected to the connection part among the plurality of cooling pipes, that is, the inlet through which the cooling water is supplied and the outlet through which the cooling water is discharged, are positioned to face the same direction, so that the installation work of the inlet and the outlet to which the cooling water is connected is reduced. It is easy and has the effect of optimizing the space efficiency in a narrow space.

또한, 냉각부에서 액체로 응축된 냉각제는 경사부를 따라 흐르면서 신속하게 제 2 관으로 유도되므로, 응축본체 내부에서 액체로 응축되는 냉각제는 제 2 관으로 신속하게 유도된 후 냉각모듈 내부로 신속하게 순환되는 효과가 있다.In addition, since the coolant condensed into a liquid in the cooling unit flows along the inclined portion and is quickly guided to the second pipe, the coolant condensed as a liquid inside the condensing body is rapidly guided to the second pipe and then quickly circulates into the cooling module. has the effect of being

도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 히트싱크 및 냉각모듈가 분리된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 히트싱크 및 냉각모듈가 결합된 상태를 단면으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 히트싱크의 다른 예시를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 응축모듈을 종 방향으로 절단한 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 응축모듈을 횡 방향으로 절단한 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 응축모듈의 다른 예시를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치에서 냉각제가 순환되는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 냉각부 및 제 1 관의 다른 예시를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 종 방향으로 절단한 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치에서 냉각제가 순환되는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a state in which a heat sink and a cooling module of a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention are separated.
3 is a cross-sectional view illustrating a state in which a heat sink and a cooling module of a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention are coupled.
4 is a diagram illustrating another example of a heat sink of a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention.
5 is a view schematically showing a longitudinal cross-section of a condensation module of a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention.
6 is a view schematically showing a cross-section of a condensing module of a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention, cut in the transverse direction.
7 is a diagram schematically illustrating another example of a condensation module of a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention.
8 is a diagram schematically illustrating a process in which a coolant is circulated in a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention.
9 is a view illustrating another example of a cooling unit and a first tube of a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention.
10 is a diagram schematically illustrating a cooling device using a phase change material according to a second preferred embodiment of the present invention.
11 is a view schematically showing a longitudinal cross-section of a cooling device using a phase change material according to a second preferred embodiment of the present invention.
12 is a diagram schematically illustrating a process in which a coolant is circulated in a cooling device using a phase change material according to a second preferred embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, a cooling device using a phase change material according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 히트싱크 및 냉각모듈가 분리된 상태를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 히트싱크 및 냉각모듈가 결합된 상태를 단면으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a heat generated by a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention. It is a view showing a state in which the sink and the cooling module are separated, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing the state in which the heat sink and the cooling module of the cooling device using the phase change material according to the first preferred embodiment of the present invention are combined.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치(100)는 피냉각물(10)에 발생하는 열을 효과적으로 분산시키고 냉각시키기 위한 것으로, 히트싱크(110), 냉각모듈(120), 냉각제, 제 1, 2 관(130, 134) 및 응축모듈(140)을 포함한다. 피냉각물(10)은 예를 들면 서버 등에 적용되는 고성능 컴퓨터의 CPU를 포함할 수 있다.1 to 3 , the cooling device 100 using the phase change material according to the first preferred embodiment of the present invention is for effectively dispersing and cooling the heat generated in the object 10 to be cooled. It includes a sink 110 , a cooling module 120 , a coolant, first and second pipes 130 , 134 , and a condensation module 140 . The object to be cooled 10 may include, for example, a CPU of a high-performance computer applied to a server or the like.

히트싱크(110)는 피냉각물(10)에 맞닿도록 위치되어 피냉각물(10)의 열을 전달받는 것으로, 예를 들면 열전도성이 우수한 알루미늄 재질로 형성될 수 있으며, 알루미늄 이외에 열전도성이 우수한 다른 재질로 형성될 수도 있음은 당연한 것이다. 이러한 히트싱크(110)는 일면이 피냉각물(10)과 접촉되는 베이스판(112)과, 베이스판(112)의 타면에 세워지도록 형성되는 복수 개의 냉각판(114)을 포함한다. 베이스판(112)은 예를 들면 원판 형태로 형성될 수 있다. 냉각판(114)은 복수 개가 베이스판(112)에 조밀하게 배열되며, 후술하는 냉각제와 접하면서 베이스판(112)으로부터 열을 전도받아 방출하게 된다. 냉각판(114)은 베이스판(112)에 수평 방향으로 형성될 수 있다. 이는, 일 실시예에 불과할 뿐 본 발명을 이로 한정하지 않음은 당연하다.The heat sink 110 is positioned so as to be in contact with the object 10 to be cooled and to receive heat from the object 10 to be cooled. It goes without saying that it may be formed of other excellent materials. The heat sink 110 includes a base plate 112 having one surface in contact with the object 10 to be cooled, and a plurality of cooling plates 114 formed to stand on the other surface of the base plate 112 . The base plate 112 may be formed in the form of a disk, for example. A plurality of cooling plates 114 are densely arranged on the base plate 112 , and heat is conducted and discharged from the base plate 112 while in contact with a coolant to be described later. The cooling plate 114 may be formed in a horizontal direction on the base plate 112 . This is only an example, and it is natural that the present invention is not limited thereto.

냉각모듈(120)은 베이스판(112)의 일면이 피냉각물(10)에 접촉될 때 베이스판(112)의 타면에 결합되는 것으로, 연결부(122) 및 수용부(124)를 포함한다. 연결부(122)는 베이스판(112)의 타면 테두리를 따라 링 형태로 형성되고, 베이스판(112)의 타면에 결합된다. 수용부(124)는 내부에 공간이 형성되도록 대략 육면체 형상 등으로 형성되며 연결부(122)에 결합된다. 이때, 수용부(124)의 일측에는 히트싱크(110) 방향으로 개방되도록 개방부(125)가 형성된다.The cooling module 120 is coupled to the other surface of the base plate 112 when one surface of the base plate 112 comes into contact with the object 10 to be cooled, and includes a connection part 122 and a receiving part 124 . The connection part 122 is formed in a ring shape along the edge of the other surface of the base plate 112 and is coupled to the other surface of the base plate 112 . The receiving part 124 is formed in a substantially hexahedral shape to form a space therein, and is coupled to the connecting part 122 . At this time, an opening 125 is formed on one side of the receiving part 124 to be opened in the direction of the heat sink 110 .

냉각제는 냉각모듈(120) 내부에 채워지는 것으로, 예를 들면 HFE(Hydrofluoroether), FK(Fluoroketone), PFC(Per- fluorinated compound) 등의 절연냉각제로 구성될 수 있다. 이러한 냉각제는 액체 상태로 냉각모듈(120) 내부에 채워지며, 개방부(125)를 통하여 히트싱크(110)에 접촉되면, 히트싱크(110)의 열이 냉각제로 전달되어, 액체 상태의 냉각제가 증기 상태로 상변화된다.The coolant is filled in the cooling module 120 and may be composed of, for example, an insulating coolant such as Hydrofluoroether (HFE), Fluoroketone (FK), or Per-fluorinated compound (PFC). This coolant is filled in the cooling module 120 in a liquid state, and when it comes into contact with the heat sink 110 through the opening 125 , the heat of the heat sink 110 is transferred to the coolant, and the liquid coolant is phase change to vapor state.

도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 히트싱크의 다른 예시를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating another example of a heat sink of a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 베이스판(112)은 피냉각물(10)에 수직 방향으로 접촉되고, 냉각판(114)은 베이스판(112)에 수직 방향으로 형성된다. 그리고 히트싱크(110)에 접촉되는 냉각제는 상호 인접한 한 쌍의 냉각판(114) 사이 공간을 따라 상부로 이동된다. 즉, 피냉각물(10)에 적접 접촉한 냉각제가 증기 상태로 상변화된 이후, 증기 상태의 냉각제가 세로 방향으로 형성된 냉각판(114) 사이의 공간을 따라 상부로 이동되는 것이다. Referring to FIG. 4 , the base plate 112 is in contact with the object 10 to be cooled in a vertical direction, and the cooling plate 114 is formed in a vertical direction to the base plate 112 . In addition, the coolant in contact with the heat sink 110 is moved upward along the space between the pair of adjacent cooling plates 114 . That is, after the coolant in direct contact with the object 10 is phase-changed to a vapor state, the vapor-state coolant is moved upward along the space between the cooling plates 114 formed in the vertical direction.

이처럼 냉각판(114)이 수직 방향으로 형성되므로, 히트싱크(110) 주변에 구비되는 냉각제가 냉각판(114)의 길이방향을 따라 용이하게 상방으로 이동되어, 유체의 흐름이 원활해지도록 함은 물론, 전체 냉각판(114)의 용적을 냉각에 사용 가능하도록 하여 열 교환 효율을 높이는 효과가 있다.Since the cooling plate 114 is formed in the vertical direction as described above, the coolant provided around the heat sink 110 is easily moved upward along the longitudinal direction of the cooling plate 114 to facilitate the flow of the fluid. Of course, there is an effect of increasing the heat exchange efficiency by allowing the volume of the entire cooling plate 114 to be used for cooling.

도 5는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 응축모듈을 종 방향으로 절단한 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.5 is a view schematically showing a longitudinal cross-section of a condensation module of a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 응축모듈(140)은 냉각모듈(120)의 상부로 이격되도록 위치되고 내부에 빈 공간이 형성되는 응축본체(142)와, 응축본체(142)의 내부 상부에 장착되며 증기 상태의 냉각제를 액체 상태로 응축시키는 냉각부(146)를 포함한다. 응축본체(142)는 예를 들면 육면체 형상 등으로 형성될 수 있다. 냉각부(146)는 응축본체(142)의 내부 길이방향을 따라 긴 형상으로 형성되는 냉각관(147)과, 냉각관(147)의 외주연 길이방향을 따라 복수 개가 돌출 형성되는 냉각판(148)을 포함할 수 있다. 냉각판(148)은 원형 등으로 형성될 수 있다. 냉각관(147)은 복수 개가 상호 병렬로 배열될 수 있으며, 냉각관(147)으로 냉각수가 공급될 수 있다. 냉각수는 통상의 냉매 또는 물 등을 포함할 수 있다. 그리고 냉각판(148)은 경우에 따라 생략 가능하다.Referring to the drawings, the condensing module 140 is positioned so as to be spaced apart from the upper part of the cooling module 120 and has a condensing body 142 having an empty space therein, and is mounted on the inner upper portion of the condensing body 142 and is in a vapor state. and a cooling unit 146 for condensing the coolant in a liquid state. Condensation body 142 may be formed, for example, in a hexahedral shape. The cooling unit 146 includes a cooling pipe 147 formed in a long shape along the inner longitudinal direction of the condensing body 142 and a plurality of cooling plates 148 protruding along the outer periphery longitudinal direction of the cooling pipe 147 . ) may be included. The cooling plate 148 may be formed in a circular shape or the like. A plurality of cooling tubes 147 may be arranged in parallel with each other, and cooling water may be supplied to the cooling tubes 147 . The cooling water may include a conventional refrigerant or water. And the cooling plate 148 may be omitted in some cases.

그리고 제 1 관(130)과 제 2 관(134)이 냉각모듈(120)과 응축본체(142)를 각각 연결시킨다. 예를 들면, 제 1 관(130)이 냉각모듈(120)의 상측과 응축본체(142)의 상측을 상호 연결시키고, 제 2 관(134)이 응축본체(142)의 하측과 냉각모듈(120)의 하측을 상호 연결시킨다. 이를 위하여 수용부(124)의 측방 상측에 제 1 홀(124a)이 관통 형성되고, 수용부(124)의 측방 하측에 제 2 홀(124b)이 관통 형성된다. 그리고 제 1 관(130)의 하단부는 제 1 홀(124a)에 연통되고 제 2 관(134)의 하단부는 제 2 홀(124b)에 연통된다. 그리고 제 1 관(130)의 상단부는 응축본체(142)의 내부에서 냉각부(146)의 하측에 위치되고, 제 2 관(134)의 상단부는 응축본체(142)의 저면에 연결된다.And the first pipe 130 and the second pipe 134 connect the cooling module 120 and the condensing body 142, respectively. For example, the first pipe 130 interconnects the upper side of the cooling module 120 and the upper side of the condensing body 142 , and the second pipe 134 connects the lower side of the condensing body 142 and the cooling module 120 . ) and interconnect the lower side. To this end, the first hole 124a is formed through the upper side of the receiving portion 124 and the second hole 124b is formed through the lower side of the receiving portion 124 . And the lower end of the first tube 130 communicates with the first hole (124a) and the lower end of the second tube 134 communicates with the second hole (124b). And the upper end of the first tube 130 is located below the cooling unit 146 in the inside of the condensing body 142, the upper end of the second tube 134 is connected to the bottom surface of the condensing body (142).

한편, 제 1 관(130)의 상단부가 응축본체(142)의 내부로 유입될 때, 제 1 관(130)의 상단부는 냉각부(146)를 향하지 않도록 응축본체(142)의 내부에서 측방으로 절곡 형성되는 절곡부(132)를 구비한다. 절곡부(132)의 상측은 냉각부(146)와 근접하도록 위치되어, 제 1 관(130)을 따라 이동되는 증기 상태의 냉각제가 제 1 관(130)의 상단부 및 절곡부(132)를 통하여 응축본체(142)의 내부로 유입된 후 신속하게 냉각부(146)와 접촉되도록 한다. 이처럼 응축본체(142)로 유입되는 증기 상태의 냉각제가 냉각부(146)와 신속하게 접촉되므로, 응축본체(142)로 이동된 증기 상태의 냉각제가 액체 상태로 신속하게 응축되는 효과가 있다.On the other hand, when the upper end of the first tube 130 flows into the inside of the condensing body 142, the upper end of the first tube 130 does not face the cooling unit 146 from the inside of the condensing body 142 to the side. It includes a bent portion 132 that is formed to be bent. The upper side of the bent part 132 is positioned to be close to the cooling part 146 , so that the coolant in a vapor state moving along the first pipe 130 passes through the upper end of the first pipe 130 and the bent part 132 . After flowing into the inside of the condensing body 142, it is quickly brought into contact with the cooling unit 146. As such, since the refrigerant in the vapor state introduced into the condensing body 142 is rapidly contacted with the cooling unit 146 , there is an effect that the refrigerant in the vapor state transferred to the condensing body 142 is rapidly condensed into a liquid state.

그리고 제 1 관(130)의 상단부는 절곡부(132)가 구비되므로, 냉각부(146)에서 액체 상태로 응축되는 냉각제가 냉각부(146)에서 응축본체(142)의 하부로 낙하될 때 제 1 관(130) 내부로 들어가지 않도록 구성된다. 이처럼 제 1 관(130)의 상단부에 절곡부(132)가 형성되므로 냉각부(146)에서 액체 상태로 응축되는 냉각제가 제 1 관(130) 내부로 들어갈 수 없어, 제 1 관(130)을 따라 상승되는 증기의 유동을 방해하지 않는 효과가 있다.And since the upper end of the first tube 130 is provided with a bent part 132, when the coolant condensed in a liquid state in the cooling part 146 falls to the lower part of the condensing body 142 from the cooling part 146, the first 1 is configured so as not to enter the tube 130 . As such, since the bent portion 132 is formed at the upper end of the first tube 130 , the coolant condensed in the liquid state in the cooling portion 146 cannot enter the first tube 130 , so the first tube 130 is closed. It has the effect of not obstructing the flow of the rising steam.

도 6은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 응축모듈을 횡 방향으로 절단한 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.6 is a view schematically showing a cross-section of a condensing module of a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention, cut in the transverse direction.

도면을 참조하면, 응축본체(142)의 저면 일측에 제 2 관(134)의 상단부가 연결되고, 응축본체(142)의 저면 타측에 유도부(144)가 구비된다. 제 2 관(134)의 상단부는 응축본체(142)의 저면 중앙에 연결될 수 있고, 유도부(144)는 한 쌍으로 구성되며 응축본체(142)의 저면 중앙 사이의 양측에 각각 구비될 수 있다. 이러한 유도부(144)는 냉각부(146)의 길이방향을 따라 응축본체(142)의 저면 양측에서 중앙 방향으로 길게 형성된다. 이때, 각각의 유도부(144)의 상면은 제 2 관(134)의 상단부 방향으로 갈수록 하향 경사지도록 경사부(145)가 형성된다.Referring to the drawings, the upper end of the second tube 134 is connected to one side of the bottom surface of the condensation body 142 , and the induction part 144 is provided on the other side of the bottom surface of the condensation body 142 . The upper end of the second tube 134 may be connected to the center of the bottom surface of the condensing body 142, and the induction part 144 may be configured as a pair and provided on both sides between the center of the bottom surface of the condensation body 142, respectively. The induction part 144 is formed long in the central direction from both sides of the bottom surface of the condensing body 142 along the longitudinal direction of the cooling part 146 . At this time, the inclined portion 145 is formed so that the upper surface of each guide portion 144 is inclined downward toward the upper end of the second tube 134 .

그리고 냉각부(146)에 접촉되면서 액체로 응축된 냉각제는 경사부(145)로 낙하된 후 경사부(145)를 따라 흐르면서 제 2 관(134)의 상단부 방향으로 유도된다. 이처럼 냉각부(146)에서 액체로 응축된 냉각제는 경사부(145)를 따라 흐르면서 신속하게 제 2 관(134)으로 유도되므로, 응축본체(142) 내부에서 액체로 응축되는 냉각제는 제 2 관(134)으로 신속하게 유도된 후 냉각모듈(120) 내부로 신속하게 순환되는 효과가 있다.In addition, the coolant condensed into a liquid while in contact with the cooling unit 146 falls to the slope 145 and flows along the slope 145 and is guided toward the upper end of the second pipe 134 . As such, the coolant condensed into a liquid in the cooling unit 146 flows along the inclined portion 145 and is quickly guided to the second pipe 134, so that the coolant condensed into a liquid in the condensing body 142 inside the second pipe ( 134), and then rapidly circulates inside the cooling module 120.

한편, 응축본체(142)의 상측에 한 개 이상의 증기벤트(143)가 관통 형성될 수 있다. 이는, 냉각모듈(120) 내부에서 피냉각물(10)의 열을 흡수하여 증기 상태로 기화된 냉각제가 제 1 관(130)을 통하여 응축본체(142)로 유입되는데, 액체 상태의 냉각제가 증기 상태로 기화되는 과정에서 냉각제의 부피는 팽창하게 된다. 이처럼 냉각제의 부피가 팽창한 상태로 응축본체(142)로 유입되면, 응축본체(142) 내부의 압력이 상승될 수 있어, 응축본체(142)의 형태 변형 또는 충격이 발생될 수 있다. 이에 따라 본 발명은 응축본체(142)의 상측에 증기벤트(143)를 형성하여, 응축본체(142)로 유입된 증기의 일부가 증기벤트(143)를 통하여 외부로 배출되도록 하여 응축본체(142) 내부의 압력이 필요 이상으로 상승되지 않도록 조절할 수 있는 효과가 있다. On the other hand, one or more vapor vents 143 may be formed through the upper side of the condensing body 142 . In this case, the coolant vaporized in the vapor state by absorbing the heat of the object 10 to be cooled inside the cooling module 120 flows into the condensing body 142 through the first pipe 130, and the liquid coolant is vaporized. During the vaporization process, the volume of the coolant expands. As such, when the volume of the coolant flows into the condensing body 142 in an expanded state, the pressure inside the condensing body 142 may increase, and thus the shape of the condensing body 142 may be deformed or an impact may occur. Accordingly, the present invention forms a steam vent 143 on the upper side of the condensation body 142 so that a part of the steam introduced into the condensation body 142 is discharged to the outside through the steam vent 143, so that the condensation body 142 ) has the effect of controlling the internal pressure so that it does not rise more than necessary.

그리고 경우에 따라 응축본체(142)는 경사지도록 설치될 수 있으며, 이때, 복수 개의 증기벤트(143)는 응축본체(142)의 상측에 상하 방향으로 상호 이격되도록 위치될 수 있다. 그리고 응축본체(142)로 유입된 증기의 일부는 상대적으로 응축본체(142)의 상부에 위치된 증기벤트(143)를 통하여 외부로 신속하게 배출되어 응축본체(142) 내부의 압력이 필요 이상으로 상승되지 않도록 조절할 수 있다.And in some cases, the condensing body 142 may be installed to be inclined, and in this case, the plurality of steam vents 143 may be located on the upper side of the condensing body 142 to be spaced apart from each other in the vertical direction. And a portion of the steam introduced into the condensation body 142 is relatively quickly discharged to the outside through the steam vent 143 located on the upper portion of the condensation body 142, so that the pressure inside the condensation body 142 is higher than necessary. It can be adjusted so that it does not rise.

도 7은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 응축모듈의 다른 예시를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.7 is a diagram schematically illustrating another example of a condensation module of a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 냉각부(146)는, 길이방향을 따라 긴 형상으로 형성되고 양 단부는 응축본체(142)의 외부로 돌출되도록 연장 형성되며 냉각수가 공급되는 냉각관(147)과, 냉각관(147)의 외주연 길이방향을 따라 복수 개가 돌출 형성되는 냉각판(148)을 포함한다. 그리고 냉각관(147)은 짝수, 예를 들면 4개가 상호 병렬로 배열될 수 있다. 그리고 복수 개의 냉각관(147)은 냉각관(147)의 상호 마주보는 단부를 번갈아가면서 상호 연결시키는 연결관(149)에 의하여 일체로 구성된다. 이에 따라 복수 개의 냉각관(147) 중 연결관(149)과 연결되지 않은 냉각관(147)의 양 단부 즉, 냉각수가 공급되는 입구와 냉각수가 배출되는 출구가 동일한 방향을 향하도록 위치되어, 냉각수가 연결되는 입구 및 출구의 설치 작업이 용이해지고, 좁은 공간에서의 공간 효율을 최적화 할 수 있는 효과가 있다. Referring to FIG. 7 , the cooling unit 146 is formed in a long shape along the longitudinal direction and both ends are extended to protrude to the outside of the condensing body 142 , and a cooling pipe 147 to which cooling water is supplied; A plurality of cooling plates 148 protruding along the outer periphery longitudinal direction of the tube 147 are included. And an even number of cooling tubes 147 may be arranged in parallel with each other, for example, four. In addition, the plurality of cooling tubes 147 are integrally formed by connecting tubes 149 that alternately interconnect opposite ends of the cooling tubes 147 to each other. Accordingly, both ends of the cooling pipe 147 not connected to the connection pipe 149 among the plurality of cooling pipes 147, that is, the inlet to which the cooling water is supplied and the outlet to which the cooling water is discharged, are positioned to face in the same direction, It is easy to install the inlet and outlet connected to, and has the effect of optimizing the space efficiency in a narrow space.

이하, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 작용에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the cooling device using the phase change material according to the first preferred embodiment of the present invention will be described.

도 8은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치에서 냉각제가 순환되는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.8 is a diagram schematically illustrating a process in which a coolant is circulated in a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 히트싱크(110)는 피냉각물(10)의 열이 전달된 상태이며, 상대적으로 차가운 액체 상태의 냉각제가 개방부(125)를 통하여 히트싱크(110)에 접촉되면서 열교환되어, 히트싱크(110)로 전달된 피냉각물(10)의 열이 빠르게 방출된다. 이때, 액체 상태의 냉각제가 증기 또는 기체 상태로 상변화된다. 그리고 증기 상태로 상변화된 냉각제는 제 1 관(130)을 통하여 응축본체(142)로 이동되어 액체로 응축된 후 제 2 관(134)을 통하여 다시 냉각모듈(120) 내부로 이동되므로, 냉각제가 지속적으로 순환되면서 히트싱크(110)로 전달된 피냉각물(10)의 열을 신속하게 방출시킬 수 있는 효과가 있다.Referring to the drawings, the heat sink 110 is a state in which the heat of the object to be cooled 10 is transferred, and a relatively cold liquid coolant is heat exchanged while in contact with the heat sink 110 through the opening 125 . , the heat of the object to be cooled 10 transferred to the heat sink 110 is rapidly discharged. At this time, the liquid coolant is phase-changed to a vapor or gaseous state. And since the refrigerant phase-changed to a vapor state is moved to the condensing body 142 through the first pipe 130, condensed into a liquid, and then moved back into the cooling module 120 through the second pipe 134, the coolant There is an effect of rapidly dissipating the heat of the object to be cooled 10 transferred to the heat sink 110 while continuously circulating.

도 9는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 냉각부 및 제 1 관의 다른 예시를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.9 is a view illustrating another example of a cooling unit and a first tube of a cooling device using a phase change material according to a first preferred embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 응축본체(142)에 위치되는 냉각부(146)는 복수 개가 병렬로 배열된다. 이때, 복수 개의 냉각부(146)는 예를 들면 수평 방향으로 나란하게 위치될 수도 있을 것이고, 수직 방향으로 나란하게 위치될 수도 있을 것이다.Referring to FIG. 9 , a plurality of cooling units 146 positioned on the condensing body 142 are arranged in parallel. In this case, the plurality of cooling units 146 may be positioned side by side in a horizontal direction or may be positioned side by side in a vertical direction, for example.

제 1 관(130)은 복수 개로 구성되어, 응축본체(142)의 내부에 위치되는 제 1 관(130)의 상단부 또한 각각의 냉각부(146)와 마주보도록 복수 개로 구성될 수 있다. 이때, 각각의 제 1 관(130)의 상단부에 위치된 절곡부(132)는 각각의 냉각부(146)의 하부에 위치될 수도 있고, 각각의 냉각부(146)의 측방을 향하도록 위치될 수도 있을 것이다. 한편, 냉각모듈(120)과 연결되는 제 1 관(130)의 하단부는 한 개로 구성되고, 응축본체(142)의 내부에 위치되는 제 1 관(130)의 상단부는 복수 개로 분기되도록 구성될 수도 있을 것이다.The first tube 130 is configured in plurality, and the upper end of the first tube 130 positioned inside the condensation body 142 may also be configured in plurality to face each cooling unit 146 . At this time, the bent portion 132 located at the upper end of each first tube 130 may be located below each cooling unit 146 , and may be positioned to face the side of each cooling unit 146 . it might be On the other hand, the lower end of the first tube 130 connected to the cooling module 120 is composed of one, and the upper end of the first tube 130 located inside the condensing body 142 may be configured to branch into a plurality. There will be.

그리고 각각의 제 1 관(130)의 상단부를 통하여 응축본체(142)의 내부로 이동된 기체 상태의 냉각제는 각각의 냉각부(146)에 일대일 접촉되면서 액체로 신속하게 응축되는 효과가 있다.In addition, the gaseous coolant moved to the inside of the condensing body 142 through the upper end of each first tube 130 has an effect of being rapidly condensed into a liquid while in one-to-one contact with each cooling unit 146 .

도 10은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치를 종 방향으로 절단한 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.10 is a diagram schematically illustrating a cooling device using a phase change material according to a second preferred embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a longitudinal view of a cooling device using a phase change material according to a second preferred embodiment of the present invention. It is a diagram schematically showing a cross-section cut in the direction.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치(200)는 제 1 실시예와 비교하여 냉각모듈(220)와 응축모듈(230)이 상호 일체로 형성되는 것으로, 히트싱크(210), 냉각모듈(220) 및 냉각모듈(220)의 상측에 위치되는 응축모듈(230)을 포함한다. 10 and 11, in the cooling device 200 using the phase change material according to the second preferred embodiment of the present invention, the cooling module 220 and the condensing module 230 are mutually reciprocal compared to the first embodiment. It is integrally formed and includes a heat sink 210 , a cooling module 220 , and a condensation module 230 positioned above the cooling module 220 .

히트싱크(210)는 하측에 피냉각물(10)이 맞닿도록 위치되는 베이스판(212)과, 베이스판(212)의 상측에 돌출 형성되는 복수 개의 냉각판(214)을 포함한다. The heat sink 210 includes a base plate 212 positioned on the lower side so that the object 10 to be cooled abuts, and a plurality of cooling plates 214 protruding from the upper side of the base plate 212 .

냉각모듈(220)는 내부에 공간이 형성되고 하측 및 상측은 개방되도록 형성되어, 냉각모듈(220)의 개방된 개방부(222)를 히트싱크가 커버하도록 위치되고, 냉각모듈(220)의 개방된 상측 즉, 연통홀(224)을 덮도록 응축본체(232)가 위치된다.The cooling module 220 has a space formed therein, and the lower and upper sides are formed to be opened, so that the heat sink covers the open opening 222 of the cooling module 220 , and the cooling module 220 is opened. The condensing body 232 is positioned so as to cover the upper side, that is, the communication hole 224 .

응축모듈(230)은 응축본체(232) 및 냉각부(234)를 포함한다. 응축본체(232)는 냉각모듈(220)의 상부에 일체로 형성되며 내부에 공간이 형성된다. 응축본체(232)의 폭은 냉각모듈(220)의 폭보다 크도록 구성될 수 있다. 냉각모듈(220)와 마주보는 응축본체(232)의 하측은 개방부(222)에 의하여 냉각모듈(220)와 연통되도록 구성된다. 응축본체(232)의 상측에는 응축본체(232)로 유입된 증기의 일부가 배출되도록 증기벤트(233)이 형성된다. 냉각부(234)는 증기 상태의 냉각제를 액체로 응축시키는 것으로, 응축본체(232)의 내부 상부에 장착되는 냉각관(235)과, 냉각관(235)의 외주연 길이방향을 따라 복수 개가 돌출 형성되는 냉각판(236)을 포함한다.The condensation module 230 includes a condensation body 232 and a cooling unit 234 . The condensing body 232 is integrally formed on the upper portion of the cooling module 220 and a space is formed therein. The width of the condensing body 232 may be configured to be greater than the width of the cooling module 220 . The lower side of the condensing body 232 facing the cooling module 220 is configured to communicate with the cooling module 220 by the opening 222 . A steam vent 233 is formed on the upper side of the condensing body 232 so that a part of the steam introduced into the condensing body 232 is discharged. The cooling unit 234 condenses the refrigerant in a vapor state into a liquid, and a plurality of cooling tubes 235 mounted on the inner upper portion of the condensing body 232 and the cooling tube 235 protrude along the outer periphery longitudinal direction. and a cooling plate 236 formed thereon.

이하, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치의 작용에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the cooling device using the phase change material according to the second preferred embodiment of the present invention will be described.

도 12는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 상변화 물질을 이용한 냉각 장치에서 냉각제가 순환되는 과정을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.12 is a diagram schematically illustrating a process in which a coolant is circulated in a cooling device using a phase change material according to a second preferred embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 히트싱크(210)는 피냉각물(10)의 열이 전달된 상태이며, 상대적으로 차가운 액체 상태의 냉각제가 히트싱크(210)에 접촉되면서 열교환되어, 히트싱크(210)로 전달된 피냉각물(10)의 열이 빠르게 방출된다. 이때, 액체 상태의 냉각제가 증기 또는 기체 상태로 상변화된다. 그리고 증기 상태로 상변화된 냉각제는 응축모듈(230)에서 액체로 응축된 후 다시 냉각모듈(220) 내부로 이동되므로, 냉각제가 지속적으로 순환되면서 히트싱크(210)로 전달된 피냉각물(10)의 열을 신속하게 방출시킬 수 있는 효과가 있다.Referring to the drawings, the heat sink 210 is a state in which the heat of the object to be cooled 10 is transferred, and the coolant in a relatively cold liquid state is heat-exchanged while in contact with the heat sink 210 , to the heat sink 210 . The transferred heat of the object to be cooled 10 is rapidly discharged. At this time, the liquid coolant is phase-changed to a vapor or gaseous state. And since the coolant phase-changed into a vapor state is condensed into a liquid in the condensation module 230 and then moved back into the cooling module 220, the coolant is continuously circulated and transferred to the heat sink 210 (10) It has the effect of dissipating heat quickly.

본 발명은 상기 실시예에서 상세히 설명되었지만, 본 발명을 이로 한정하지 않음은 당연하고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.Although the present invention has been described in detail in the above embodiments, it goes without saying that the present invention is not limited thereto, and it is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the technical spirit of the present invention. If it falls within the scope of the claims, the technical idea should also be regarded as belonging to the present invention.

100: 상변화 물질을 이용한 냉각 장치
110: 히트싱크
112: 베이스판 114: 냉각판
120: 냉각모듈
122: 연결부 124: 수용부
124a: 제 1 홀 124b: 제 2 홀
125: 개방부
130: 제 1 관
132: 절곡부 134: 제 2 관
140: 응축모듈
142: 응축본체 143: 증기벤트
144: 유도부 145: 경사부
146: 냉각부 147: 냉각관
148: 냉각판 149: 연결관
200: 상변화 물질을 이용한 냉각 장치
210: 히트싱크
212: 베이스판 214: 냉각판
220: 냉각모듈
222: 개방부 224: 연통홀
230: 응축모듈
232: 응축본체 233: 증기벤트
234: 냉각부 235: 냉각관
236: 냉각판100: cooling device using a phase change material
110: heat sink
112: base plate 114: cooling plate
120: cooling module
122: connecting portion 124: receiving portion
124a: first hole 124b: second hole
125: opening
130: first tube
132: bent part 134: second tube
140: condensing module
142: condensing body 143: steam vent
144: induction part 145: inclined part
146: cooling unit 147: cooling tube
148: cooling plate 149: connector
200: cooling device using a phase change material
210: heat sink
212: base plate 214: cooling plate
220: cooling module
222: opening 224: communication hole
230: condensing module
232: condensing body 233: steam vent
234: cooling unit 235: cooling tube
236: cooling plate

Claims (13)

피냉각물에 맞닿는 히트싱크에 결합되며 일측에 상기 히트싱크 방향으로 개방되도록 개방부가 형성되고, 내부에 냉각제가 채워지는 냉각모듈; 및
상기 냉각모듈의 상측에 위치되는 응축모듈을 포함하고,
액체 상태로 상기 냉각모듈 내부에 채워진 냉각제는 상기 개방부를 통하여 상기 히트싱크에 접촉되면서 증기 상태로 상변화되어 상기 응축모듈로 이동되고,
증기 상태로 상기 응축모듈로 이동된 냉각제는 상기 응축모듈에서 액체로 응축된 후 상기 냉각모듈 내부로 이동되고,
상기 응축모듈은 상기 냉각모듈의 상부로 이격되도록 위치되고,
상기 냉각모듈과 상기 응축모듈을 연결시키는 제 1 관과, 상기 응축모듈과 상기 냉각모듈을 연결시키는 제 2 관을 더 포함하고,
상기 응축모듈은:
내부에 빈 공간이 형성되는 응축본체; 및
상기 응축본체의 내부 상부에 장착되는 냉각부를 포함하고,
상기 제 1 관을 따라 이동되는 증기 상태의 상기 냉각제가 상기 제 1 관의 상단부를 통하여 상기 응축본체의 내부로 유입될 때, 상기 제 1 관의 상단부는 상기 응축본체의 내부에서 측방으로 절곡 형성되는 절곡부를 구비하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치.
a cooling module coupled to a heat sink in contact with an object to be cooled, an opening portion formed on one side to open in the direction of the heat sink, and a coolant filled therein; and
Including a condensation module located on the upper side of the cooling module,
The coolant filled in the cooling module in a liquid state is phase-changed to a vapor state while in contact with the heat sink through the opening and is moved to the condensing module,
The refrigerant moved to the condensing module in a vapor state is condensed into a liquid in the condensing module and then moved into the cooling module,
The condensing module is positioned to be spaced apart from the upper part of the cooling module,
A first pipe connecting the cooling module and the condensing module, and a second pipe connecting the condensing module and the cooling module,
The condensing module includes:
Condensation body having an empty space therein; and
Including a cooling unit mounted on the inner upper portion of the condensing body,
When the refrigerant in a vapor state moving along the first pipe flows into the inside of the condensing body through the upper end of the first pipe, the upper end of the first pipe is bent laterally inside the condensing body A cooling device using a phase change material, characterized in that it has a bent portion.
 피냉각물에 맞닿는 히트싱크에 결합되며 일측에 상기 히트싱크 방향으로 개방되도록 개방부가 형성되고, 내부에 냉각제가 채워지는 냉각모듈; 및
상기 냉각모듈의 상측에 위치되는 응축모듈을 포함하고,
액체 상태로 상기 냉각모듈 내부에 채워진 냉각제는 상기 개방부를 통하여 상기 히트싱크에 접촉되면서 증기 상태로 상변화되어 상기 응축모듈로 이동되고,
증기 상태로 상기 응축모듈로 이동된 냉각제는 상기 응축모듈에서 액체로 응축된 후 상기 냉각모듈 내부로 이동되고,
상기 응축모듈은 상기 냉각모듈의 상부로 이격되도록 위치되고,
상기 냉각모듈과 상기 응축모듈을 연결시키는 제 1 관과, 상기 응축모듈과 상기 냉각모듈을 연결시키는 제 2 관을 더 포함하고,
상기 응축모듈은:
내부에 빈 공간이 형성되는 응축본체; 및
상기 응축본체의 내부 상부에 장착되는 냉각부를 포함하고,
상기 냉각부는 복수 개가 나란하도록 위치되고,
상기 응축본체의 내부에 위치되는 상기 제 1 관의 상단부는 각각의 상기 냉각부와 마주보도록 복수 개로 구성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치.
a cooling module coupled to a heat sink in contact with an object to be cooled, an opening portion formed on one side to open in the direction of the heat sink, and a coolant filled therein; and
Including a condensation module located on the upper side of the cooling module,
The coolant filled in the cooling module in a liquid state is phase-changed to a vapor state while in contact with the heat sink through the opening and is moved to the condensing module,
The refrigerant moved to the condensing module in a vapor state is condensed into a liquid in the condensing module and then moved into the cooling module,
The condensing module is positioned to be spaced apart from the upper part of the cooling module,
A first pipe connecting the cooling module and the condensing module, and a second pipe connecting the condensing module and the cooling module,
The condensing module includes:
Condensation body having an empty space therein; and
Including a cooling unit mounted on the inner upper portion of the condensing body,
A plurality of the cooling units are positioned side by side,
A cooling device using a phase change material, characterized in that the plurality of upper ends of the first tube positioned inside the condensing body are configured to face each of the cooling units.
 피냉각물에 맞닿는 히트싱크에 결합되며 일측에 상기 히트싱크 방향으로 개방되도록 개방부가 형성되고, 내부에 냉각제가 채워지는 냉각모듈; 및
상기 냉각모듈의 상측에 위치되는 응축모듈을 포함하고,
액체 상태로 상기 냉각모듈 내부에 채워진 냉각제는 상기 개방부를 통하여 상기 히트싱크에 접촉되면서 증기 상태로 상변화되어 상기 응축모듈로 이동되고,
증기 상태로 상기 응축모듈로 이동된 냉각제는 상기 응축모듈에서 액체로 응축된 후 상기 냉각모듈 내부로 이동되고,
상기 응축모듈은 상기 냉각모듈의 상부로 이격되도록 위치되고,
상기 냉각모듈과 상기 응축모듈을 연결시키는 제 1 관과, 상기 응축모듈과 상기 냉각모듈을 연결시키는 제 2 관을 더 포함하고,
상기 응축모듈은:
내부에 빈 공간이 형성되는 응축본체; 및
상기 응축본체의 내부 상부에 장착되는 냉각부를 포함하고,
상기 응축본체의 저면 일측에 상기 제 2 관의 상단부가 연결되고,
상기 응축본체의 저면 타측에 유도부가 긴 형상으로 형성되고,
상기 유도부의 상면은 상기 제 2 관의 상단부 방향으로 갈수록 하향 경사지도록 경사부가 형성되고,
상기 냉각부에 접촉되면서 액체로 응축된 상기 냉각제는 상기 경사부로 낙하된 후 상기 경사부를 따라 상기 제 2 관의 상단부 방향으로 유도되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치.
a cooling module coupled to a heat sink in contact with an object to be cooled, an opening portion formed on one side to open in the direction of the heat sink, and a coolant filled therein; and
Including a condensation module located on the upper side of the cooling module,
The coolant filled in the cooling module in a liquid state is phase-changed to a vapor state while in contact with the heat sink through the opening and is moved to the condensing module,
The refrigerant moved to the condensing module in a vapor state is condensed into a liquid in the condensing module and then moved into the cooling module,
The condensing module is positioned to be spaced apart from the upper part of the cooling module,
A first pipe connecting the cooling module and the condensing module, and a second pipe connecting the condensing module and the cooling module,
The condensing module includes:
Condensation body having an empty space therein; and
Including a cooling unit mounted on the inner upper portion of the condensing body,
The upper end of the second tube is connected to one side of the lower surface of the condensing body,
An induction part is formed in a long shape on the other side of the bottom surface of the condensing body,
The upper surface of the induction part is formed with an inclined part so as to be inclined downward toward the upper end of the second tube,
The cooling device using a phase change material, characterized in that the coolant condensed into a liquid while in contact with the cooling part is guided to the upper end of the second pipe along the inclined part after falling to the inclined part.
 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 관의 상단부는 상기 응축본체의 저면 중앙에 연결되고,
상기 유도부는 한 쌍으로 구성되며 상호 이격된 상태로 상기 냉각부의 길이방향을 따라 상기 응축본체의 저면 양측에서 중앙 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치.
4. The method of claim 3,
The upper end of the second tube is connected to the center of the bottom surface of the condensing body,
The induction part is composed of a pair and is spaced apart from each other and is formed from both sides of the bottom surface of the condensing body in the longitudinal direction of the cooling part in the central direction.
 피냉각물에 맞닿는 히트싱크에 결합되며 일측에 상기 히트싱크 방향으로 개방되도록 개방부가 형성되고, 내부에 냉각제가 채워지는 냉각모듈; 및
상기 냉각모듈의 상측에 위치되는 응축모듈을 포함하고,
액체 상태로 상기 냉각모듈 내부에 채워진 냉각제는 상기 개방부를 통하여 상기 히트싱크에 접촉되면서 증기 상태로 상변화되어 상기 응축모듈로 이동되고,
증기 상태로 상기 응축모듈로 이동된 냉각제는 상기 응축모듈에서 액체로 응축된 후 상기 냉각모듈 내부로 이동되고,
상기 응축모듈은 상기 냉각모듈의 상부로 이격되도록 위치되고,
상기 냉각모듈과 상기 응축모듈을 연결시키는 제 1 관과, 상기 응축모듈과 상기 냉각모듈을 연결시키는 제 2 관을 더 포함하고,
상기 응축모듈은:
내부에 빈 공간이 형성되는 응축본체; 및
상기 응축본체의 내부 상부에 장착되는 냉각부를 포함하고,
상기 냉각부는, 길이방향을 따라 긴 형상으로 형성되고 양 단부는 상기 응축본체의 외부로 돌출되도록 연장 형성되며 냉각수가 공급되는 냉각관을 포함하고,
상호 병렬로 배열되는 복수 개의 상기 냉각관은 상기 냉각관의 상호 마주보는 단부를 번갈아가면서 상호 연결시키는 연결관에 의하여 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치.
a cooling module coupled to a heat sink in contact with an object to be cooled, an opening portion formed on one side to open in the direction of the heat sink, and a coolant filled therein; and
Including a condensation module located on the upper side of the cooling module,
The coolant filled in the cooling module in a liquid state is phase-changed to a vapor state while in contact with the heat sink through the opening and is moved to the condensing module,
The refrigerant moved to the condensing module in a vapor state is condensed into a liquid in the condensing module and then moved into the cooling module,
The condensing module is positioned to be spaced apart from the upper part of the cooling module,
A first pipe connecting the cooling module and the condensing module, and a second pipe connecting the condensing module and the cooling module,
The condensing module includes:
Condensation body having an empty space therein; and
Including a cooling unit mounted on the inner upper portion of the condensing body,
The cooling unit includes a cooling pipe formed in a long shape along the longitudinal direction, both ends extending to protrude to the outside of the condensing body, and supplied with cooling water,
A cooling apparatus using a phase change material, characterized in that the plurality of cooling tubes arranged in parallel are integrally formed by connecting tubes that alternately interconnect opposite ends of the cooling tubes.
 피냉각물에 맞닿는 히트싱크에 결합되며 일측에 상기 히트싱크 방향으로 개방되도록 개방부가 형성되고, 내부에 냉각제가 채워지는 냉각모듈; 및
상기 냉각모듈의 상측에 위치되는 응축모듈을 포함하고,
액체 상태로 상기 냉각모듈 내부에 채워진 냉각제는 상기 개방부를 통하여 상기 히트싱크에 접촉되면서 증기 상태로 상변화되어 상기 응축모듈로 이동되고,
증기 상태로 상기 응축모듈로 이동된 냉각제는 상기 응축모듈에서 액체로 응축된 후 상기 냉각모듈 내부로 이동되고,
상기 응축모듈은:
상기 냉각모듈의 상부에 일체로 형성되며 내부에 공간이 형성되는 응축본체 및
증기 상태의 상기 냉각제를 액체로 응축시키도록 상기 응축본체의 내부 상부에 장착되는 냉각부를 포함하고,
상기 냉각모듈와 상기 응축본체 사이는 연통홀에 의하여 상호 연통되도록 구성되고,
상기 냉각부는, 길이방향을 따라 긴 형상으로 형성되고 양 단부는 상기 응축본체의 외부로 돌출되도록 연장 형성되며 냉각수가 공급되는 냉각관을 포함하고,
상호 병렬로 배열되는 복수 개의 상기 냉각관은 상기 냉각관의 상호 마주보는 단부를 번갈아가면서 상호 연결시키는 연결관에 의하여 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치.
a cooling module coupled to a heat sink in contact with an object to be cooled, an opening portion formed on one side to open in the direction of the heat sink, and a coolant filled therein; and
Including a condensation module located on the upper side of the cooling module,
The coolant filled in the cooling module in a liquid state is phase-changed to a vapor state while in contact with the heat sink through the opening and is moved to the condensing module,
The refrigerant moved to the condensing module in a vapor state is condensed into a liquid in the condensing module and then moved into the cooling module,
The condensing module includes:
a condensing body integrally formed on the upper part of the cooling module and having a space therein; and
and a cooling unit mounted on the inner upper portion of the condensing body to condense the refrigerant in a vapor state into a liquid,
The cooling module and the condensing body are configured to communicate with each other through a communication hole,
The cooling unit includes a cooling pipe which is formed in a long shape along the longitudinal direction, both ends are formed to protrude to the outside of the condensing body, and to which cooling water is supplied,
A cooling apparatus using a phase change material, characterized in that the plurality of cooling tubes arranged in parallel are integrally formed by connecting tubes that alternately interconnect opposite ends of the cooling tubes.
 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 및 제 5 항 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
상기 히트싱크는, 일면이 피냉각물과 접촉되는 베이스판과, 상기 베이스판의 타면에 세워지도록 형성되는 복수 개의 냉각판을 포함하고,
상기 베이스판은 피냉각물에 수직 방향으로 접촉되고,
상기 냉각판은 상기 베이스판에 수직 방향으로 형성되고,
상기 히트싱크에 접촉되는 상기 냉각제는 상호 인접한 한 쌍의 상기 냉각판 사이 공간을 따라 상부로 이동되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치.
6. The method of any one of claims 1, 2, 3 and 5, wherein
The heat sink includes a base plate having one surface in contact with the object to be cooled, and a plurality of cooling plates formed to stand on the other surface of the base plate,
The base plate is in contact with the object to be cooled in a vertical direction,
The cooling plate is formed in a direction perpendicular to the base plate,
The cooling device using a phase change material, characterized in that the coolant in contact with the heat sink is moved upward along a space between a pair of adjacent cooling plates.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
복수 개의 상기 냉각관은 짝수로 구성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치.
7. The method according to claim 5 or 6,
A cooling device using a phase change material, characterized in that the plurality of cooling tubes is composed of an even number.
 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 응축본체의 상측에 하나 이상의 증기벤트가 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치.
7. The method according to claim 5 or 6,
A cooling device using a phase change material, characterized in that one or more vapor vents are formed through the upper side of the condensing body.
 제 12 항에 있어서,
상기 증기벤트는 복수 개로 구성되고,
상기 응축본체가 경사지도록 위치된 상태에서 복수 개의 상기 증기벤트는 상하 방향으로 상호 이격되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 냉각 장치.


13. The method of claim 12,
The steam vent is composed of a plurality,
A cooling device using a phase change material, characterized in that the plurality of vapor vents are positioned to be spaced apart from each other in the vertical direction in a state in which the condensing body is positioned to be inclined.
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