KR19990014829U - 공기압축 냉각방식의 함체 - Google Patents

Abstract

본 고안은 팬(fan)에 의해 함체의 내부로 유입된 상온의 공기가 압축된 후 다시 팽창하는 과정에서 주위의 열을 흡수하는 성질을 이용한 공기압축 냉각방식의 함체에 관한 것으로서, 전면 개방된 저면으로부터 내측 방향으로 소정의 공간부(10a)가 형성되어 있되, 단열성 내벽(10c)이 삽입형성된 하우징(housing)(10); 상기 저면에 고정장착되되, 중앙부에는 원형의 공기 배출구(20a)가 형성되어 있고, 상기 공기 배출구(20a)의 외주면 둘레에는 다수의 공기 흡입구(20b)가 형성되어 있는 저면판(20); 상기 공기 배출구(20a)와 동일축 상에 위치하도록 상기 저면판(20) 하측에 고정장착되는 팬(fan)(30); 내측에 관통형성된 중공부(40a, 40b)를 통해 상기 공기 배출구(20a)에 연통되어 있되, 상기 중앙부에 위치한 중공부(40a)의 내부 직경(A)이 양 끝단에 위치한 상기 중공부(40b)의 내부 직경(B)보다 작게 형성된 체적변환관(40); 상기 체적변환관(40)의 외주면에 접하도록 형성되어, 피냉각장치의 상승열을 상기 하우징(10)내로 유입되어 배출되는 순환공기 중으로 방출하는 방열판(50); 상기 저면판(20)의 상기 공기 배출구(20a)와 상기 공기 흡입구(20b) 사이에 형성되어, 상기 공기 배출구(20a)에서 배출되는 고온의 공기가 상기 공기 흡입구(20b)로 재유입되지 않도록 배출공기의 흐름을 제어하는 차단막(60);을 포함하여 구성되어, 단순히 실온의 외부 공기와 상승된 내부 공기와의 온도차이에 의한 냉각방식의 경우에 비해 약 5 ~ 10℃ 가량 더 상승된 냉각효과를 얻을 수 있도록 한 매우 유용한 고안이다.

Description

공기압축 냉각방식의 함체

본 고안은 공기압축 냉각방식의 함체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 팬(fan)에 의해 함체의 내부로 유입된 상온의 공기가 압축된 후 다시 팽창하는 과정에서 주위의 열을 흡수하는 성질을 이용하여, 단순히 팬만을 이용한 강제냉각 방식의 함체에 비해 냉각 효과가 보다 향상되도록 한 공기압축 냉각방식의 함체에 관한 것이다.

일반적으로 동작시 자체적으로 발생하는 열이 많은 반면, 과열 상태에서의 열적성능이 장치 전체의 효율이나 기기·부품의 신뢰도, 즉 수명에 커다란 영향을 키치는 전기·전자기기들은 장치 자체의 효율성만큼이나 그 열적성능 또는 냉각효율도 중요하게 간주되고 있으며, 특히 컴퓨터나 통신장비 등에 있어서는 열적성능이 단순히 장치의 수명뿐만 아니라 정보처리성능 및 경제성에도 큰 영향을 끼치게 된다.

이에 따라 전기·전자공학의 대부분의 분야, 예를 들면 통신용, 산업용, 가전용의 각 분야에 있어서, 제품의 품질을 보증하기 위해 실장설계, 기구설계의 초기적 단계부터 열설계를 고려하여 제품 전체의 설계가 진행되고 있는 실정인 바, 일렉트로닉스의 열설계란 전기적, 기구적, 경제적 등의 제약조건 하에서 전자부품의 온도를 허용 범위내로 제어하는 기술이라고 할 수 있을 것이다.

한편, 보다 향상된 냉각성능을 얻기 위해, 상기와 같은 장치 자체적인 열설계 이외에 별도의 외부 보조 냉각장치를 통한 추가적 냉각방식도 사용되었는데, 이러한 냉각방식에는 자연냉각방식, 강제냉각방식, 수냉열교환기방식, 액체냉각방식, 히터파이프방식 등이 있었으며, 상기의 여러 방법 중에서 냉각능력, 장치의 체적, 소음, 냉각제의 신뢰도 등을 고려하여 가장 많이 사용되는 것 중의 하나인 강제냉각방식에 사용되는 장치는, 유체(대부분의 경우는 상온의 공기)의 부력을 이용한 자연대류에 의한 자연냉각방식 이외에, 별도로 구비된 팬의 회전력에 의해 공기의 유속을 상승시킴으로써 발열부분의 공기를 강제적으로 대류순환시키는 강제냉각방식이 결합된 혼합형 강제냉각방식을 사용하였었다.

그러나, 상기의 강제냉각방식용 장치를 사용할 경우에는, 단순히 팬을 이용하여 발열부분의 공기를 장치 외부의 공기로 계속적으로 강제순환시킴으로써 원하는 냉각효과를 얻었기 때문에, 장치외부의 공기 온도와, 발열부 주위의 공기온도와의 차이 이상의 냉각효과는 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 장착된 것으로서, 발열부 주위의 공기 온도와 외부 공기 온도의 단순 온도차에 의한 냉각효과 이상의 냉각효과를 얻을 수 있는 공기압축 냉각방식의 함체를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 공기압축 냉각방식의 함체의 일 실시예의 구성을 도시한 분해 사시도이고,

도 2는 도 1의 저면 분해 사시도이고,

도 3은 도 1의 결합상태의 정단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 하우징(housing)10a : 공간부

10b : 고정구10c : 단열성 내벽

20 : 저면판20a : 공기 배출구

20b : 공기 흡입구30 : 팬(fan)

40 : 체적변환관40a, 40b : 중공부

50 : 방열판60 : 차단막

A, B : 중공부 직경

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 공기압축 냉각방식의 함체는, 전면 개방된 일면으로부터 내측으로 공간부가 형성된 하우징; 상기 개방된 일면에 장착되되, 중앙에 공기 배출구가 형성되고 그 둘레에는 다수개의 공기 흡입구가 형성된 저면판; 상기 공기 배출구와 동일축 상에 위치하도록 상기 저면판에 고정장착되는 팬; 및 상기 팬의 회전시 상기 공기 흡입구를 통해 상기 하우징 내부로 유입된 공기를 강제적으로 압축시킨 후 다시 팽창시켜 상기 공기 배출구를 통해 배출하는 체적변환수단;을 포함하여 구성되는 것과, 상기 체적변환수단의 외측에 피냉각장치의 상승열을 상기 하우징 내로 유입된 공기 중으로 방출하기 위한 방열수단이 부착된 것에 특징이 있으며,

본 고안에 따른 공기압축 냉각방식의 함체는, 상기 하우징 내부의 공기가 외부의 기온상승에 의해 최소한의 영향만을 받도록 상기 하우징에 단열성 내벽이 삽입형성된 것과, 상기 공기 배출구 외측에 상기 체적변환수단으로부터 배출되는 고온의 공기가 상기 공기 흡입구로 재유입되지 않도록 배출공기의 흐름을 조절하는 차단막이 형성된 것에 다른 특징이 있는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 고안에 따른 공기압축 냉각방식의 함체에서는, 발열성 장치들을 상기 체적변환수단의 상기 공기 배출구 측 끝단에 인접하여 장착한 상태에서, 외부로부터 전력을 공급하여 상기 팬을 고속으로 회전시키면, 팬의 회전력에 의해 상기 하우징 내부의 공기가 상기 공기 배출구를 통해 외부로 배출되면서 상기 하우징 내부의 공기 압력이 상기 하우징 외부의 공기 압력에 비해 낮아지게 되고, 이 기압차에 의해 외부 상온의 공기가 상기 공기 흡임구를 통해 상기 하우징 내부로 유입되게 된다. 이 과정은 상기 팬이 회전하고 있는 동안 계속적으로 일어나게 된다.

상기 하우징 내부로 유입된 상온의 공기는 상기 체적변환수단에 의해 일단 강제적으로 압축된 후 다시 팽창되어 배출되고, 이러한 단열팽창과정에서 주위로부터 발생하는 열을 흡수하게 되므로, 상기 체적변환수단에 장착된 발열성 장치를 냉각시키게 된다. 결국, 상기 팬의 회전에 의한 고속의 공기흐름을 이용한 대류에 의한 냉각효과에 더하여, 상기 공기의 단열팽창에 의한 냉각효과가 추가로 나타나므로, 종래의 냉각장치에 비해 보다 향상된 냉각효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

상기 공기 배출구를 통해 다시 하우징 외부로 배출되는 공기는, 상기 공기 배출구의 외측에 형성된 차단막에 의해 상기 공기 흡입구로 직접 재유입되지는 못하게 되어 있으므로, 최초 유입될 당시에 비해 상기 발열성 장치로부터의 열흡수량만큼 온도가 상승된 배출공기가 상기 공기 흡입구로 다시 유입될 경우에 발생할 수 있는 냉각효율의 하강을 막게 된다.

한편, 상기 하우징 전체를 단열재로 형성하거나, 하우징 일부에 단열성 내벽을 형성함으로써 하우징 외부에 있는 열원에 의한 상기 하우징 내부의 온도 상승을 막아서 전체적으로 냉각효율을 높일 수 있다.

이하, 본 고안에 따른 공기압축 냉각방식의 함체의 일 실시예의 구성 및 동작에 대해 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 공기압축 냉각방식의 함체의 일 실시예의 구성을 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 저면 분해 사시도로서, 본 고안에 따른 공기압축 냉각방식의 함체(housing)는, 전면 개방된 저면으로부터 내측 방향으로 소정의 공간부(10a)가 형성되어 있되, 단열성 재질의 내벽(10c)이 삽입형성된 하우징(housing)(10); 상기 저면에 고정장착되되, 중앙부에는 원형의 공기 배출구(20a)가 형성되어 있고, 상기 공기 배출구(20a)의 외주면 둘레에는 다수의 공기 흡입구(20b)가 형성되어 있는 저면판(20); 상기 공기 배출구(20a)와 동일축 상에 위치하도록 상기 저면판(20) 하측에 고정장착되는 팬(fan)(30); 내측에 관통형성된 중공부(40a, 40b)를 통해 상기 공기 배출구(20a)에 연통되어 있되, 상기 중앙부에 위치한 중공부(40a)의 내부 직경(A)이 양 끝단에 위치한 상기 중공부(40b)의 내부 직경(B)에 비해 작게 형성된 체적변환관(40); 상기 체적변환관(40)의 외주면에 접하도록 형성되어, 피냉각장치의 상승열을 상기 하우징(10) 내로 유입되어 배출되는 순환공기 중으로 방출하는 방열판(50); 상기 저면판(20)의 상기 공기 배출구(20a)와 상기 공기 흡입구(20b) 사이에 형성되어, 상기 공기 배출구(20a)에서 배출되는 고온의 공기가 상기 공기 흡입구(20b)로 재유입되지 않도록 배출공기의 흐름을 제어하는 차단막(60);을 포함하여 구성되어 있으며, 상기 하우징(10)의 외측면에는, 상기 하우징(10)을 외부 지지체에 고정하기 위한 고정구(10b)가 구비되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 공기압축 냉각방식의 함체의 동작은 다음과 같다. 먼저, 외부로부터 전력을 공급하여 상기 팬(30)을 고속으로 회전시키게 되면, 그 회전력에 의해 상기 하우징(10) 내부의 공기가 상기 공기 배출구(20a)를 통해 외부로 배출되면서 상기 하우징(10) 내부의 공기 압력이 순간적으로 낮아지게 되고, 이로 인한 상기 하우징(10) 내·외부간의 압력차에 의해 상기 하우징(10) 외부의 공기가 상기 공기 흡입구(20b)를 통해 상기 하우징(10) 내부로 흡입되게 된다.

흡입된 공기는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(10) 상부까지 상승했다가, 상기 팬(30)의 회전에 의한 흡입력에 의해 상기 체적변환관(40)의 상단부를 통해 내부로 유입된다. 유입된 공기는 보다 큰 직경(B)의 중공부(40b)로부터 일정 거리 아래에 형성된 상기 작은 직경(A)의 중공부(40b)를 통과하면서 그 직경의 차이로 인해 압축되게 되고, 압축된 상태에서 소정 거리만큼 진행한 후 보다 큰 직경(B)의 중공부(40b)에 도달하게 되면 다시 팽창하게 되는데, 이 과정은 외부로부터의 별도의 열전달이 없는 단열팽창과정이므로 흡열반응을 하게 되어 팽창과정에서 외부로부터 열을 흡수하게 된다.

따라서, 상기 체적변환관(40)의 하부측에 위치한, 보다 큰 직경(B)의 중공부(40b)에 인접하여 고열을 발생하는 부품을 설치하게 되면, 상기 공기는 단열팽창과정에서 고열발생부품으로부터 방출되는 열을 흡수하여 고열발생부품을 냉각시키게 되고, 이어서 상기 팬(30)의 회전력에 의한 공기의 순환흐름에 따라 온도가 상승된 상태로 상기 공기 배출구(20a) 외부로 배출되게 되는 것이다.

온도가 상승된 상태로 상기 공기 배출구(20a)로 배출되는 고온의 공기는, 상기 공기 배출구(20a)와 상기 공기 흡입구(20b)를 강제적으로 분리시키고 있는 상기 차단막(60)에 의해 다시 상기 공기 흡입구(20b)로 재유입되지 않게 된다.

또한, 상기 하우징(10)에는 스티로폴이나 석면 등의 단열재로 형성된 내벽(10c)이 삽입형성되어 있어서, 태양 등 하우징(10) 외부에 있는 열원에 의한 상기 하우징(10) 내부 공기의 온도상승을 막아주게 되어, 전체적으로 냉각효율을 상승시키게 된다. 물론, 상기 하우징(10) 전체를 단열성 재질로 형성하는 것도 가능하다.

상기와 같이 구성되어 동작하는 본 고안에 따른 공기압축 냉각방식의 함체는, 단순히 실온의 외부 공기와 상승된 내부 공기와의 온도차이에 의한 냉각방식의 경우에 비해 약 5 ~ 10℃ 가량 더 상승된 냉각효과를 얻을 수 있는 유용한 고안인 것이다.

Claims (8)

1. 전면 개방된 일면으로부터 내측으로 공간부가 형성된 하우징;

   상기 개방된 일면에 장착되되, 중앙에 공기 배출구가 형성되고 그 둘레에는 다수개의 공기 흡입구가 형성된 저면판;

   상기 공기 배출구와 동일축 상에 위치하도록 상기 저면판에 고정장착되는 팬; 및

   상기 팬의 회전시 상기 공기 흡입구를 통해 상기 하우징 내부로 유입된 공기를 강제적으로 압축시킨 후 다시 팽창시켜 상기 공기 배출구를 통해 배출하는 체적변환수단;을 포함하여 구성되는 공기압축 냉각방식의 함체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 체적변환수단은, 내측에 관통형성된 중공부를 통해 상기 공기 배출구에 연통되어 있는 관이고, 관의 양 끝단에서의 내부 직경에 비해 관중간부에서의 내부 직경이 작은 것을 특징으로 하는 공기압축 냉각방식의 함체.
3. 제2항에 있어서,

   상기 관의 상기 공기 배출구 축 끝단에 인접하도록 피냉각장치가 장착되는 것을 특징으로 하는 공기압축 냉각방식의 함체.
4. 제2항에 있어서,

   상기 관의 외측에는 피냉각장치의 상승열을 상기 하우징 내로 유입된 공기중으로 방출하기 위한 방열수단이 부착된 것을 특징으로 하는 공기압축 냉각방식의 함체.
5. 제4항에 있어서,

   상기 방열수단은 열전도율이 높은 재질로 형성된 평판형으로서, 상기 관의 외주면에 접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 공기압축 냉각방식의 함체.
6. 제4항에 있어서,

   상기 방열수단에는 다수의 발열 부품이 실장된 PCB기판이 장착되는 것을 특징으로 하는 공기압축 냉각방식의 함체.
7. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 하우징에는 상기 하우징 내부의 공기가 외부의 기온상승에 의해 최소한의 영향만을 받도록 단열성 내벽이 삽입형성된 것을 특징으로 하는 공기압축 냉각방식의 함체.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 공기 배출구 외측에는 상기 체적변환수단으로부터 배출되는 고온의 공기가 상기 공기 흡입구로 재유입되지 않도록 배출공기의 흐름을 조절하는 차단막이 형성된 것을 특징으로 하는 공기압축 냉각방식의 함체.