KR20000010951U

KR20000010951U - 열전 냉각기를 이용한 냉각 장치

Info

Publication number: KR20000010951U
Application number: KR2019980023421U
Authority: KR
Inventors: 김재헌
Original assignee: 전주범; 대우전자 주식회사
Priority date: 1998-11-28
Filing date: 1998-11-28
Publication date: 2000-06-26

Abstract

본 고안은 열전 냉각기를 이용한 냉각 장치를 개시한다.

종래에는 발열체에 방열기를 부착하고, 내부를 순환하는 공기와 열교환시켜 발열체의 온도 상승을 방지하였으나, 냉각속도의 조절이 어렵고, 상온의 공기와 열교환 됨으로써 효율적인 냉각이 어려운 문제점이 있었다.

본 고안은, 열전 반도체를 이용하여 전원이 인가되면 일측면은 발열하고 타측면은 냉각 작용하는 열전모듈과, 이 열전모듈의 일측면에 밀착하여 이로부터 전달되는 열을 외부 공기와의 접촉에 의해 열교환하여 방산시키는 방열기와, 열전모듈의 타측면에 밀착하여 그 내부를 경유하는 내부 공기와 열교환되어 공기를 냉각하는 흡열기로 이루어진 열전 냉각기와; 흡열기와 열교환된 냉기를 발열체에 부착된 방열기에 공급하기 위한 공급관;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전 냉각기를 이용한 냉각 장치를 제공함으로써, 열교환에 의해 냉각된 공기를 공급관을 통해 발열체에 부착된 방열기에 직접 공급함으로써 효율적이고도 신속하게 발열체를 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

열전 냉각기를 이용한 냉각 장치

본 고안은 냉각 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 발열체의 온도 상승을 효과적으로 방지할 수 있는 열전 냉각기를 이용한 냉각 장치에 관한 것이다.

전자제품에서 각종 부품이나 소자는 작동과 동시에 발열이 이루어지게 되고, 이때 적절한 냉각조치가 이루어지지 않으면 과열되기 쉬우므로 방열기를 사용하여 열을 효율적으로 분산되게 함으로써 과열을 방지하고 있다.

히트 싱크(Heat sink)로도 일컬어지는 방열기는 부품이나 소자에서 열을 흡수하여 외부로 방산시키는 작용을 하게 되며, 열전도성(Themal conductivity)이 우수한 알루미늄 등의 재질로 구성되는 것이 일반적이다.

도 1에서는 방열기를 이용한 종래의 냉각방식을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 방열기(7)는 발열체(6)에 접촉하는 베이스 플레이트(8)의 일측면에 균일한 두께로 형성된 다수개의 방열핀(9)이 일정한 간격으로 수직 배열됨으로써 공기와 접촉하는 표면 면적을 넓힌 형태를 이루고 있다. 열전달 과정은 발열체(6)로부터 베이스 플레이트(8)를 통해 방열핀(9)으로 전달된 뒤, 공기와의 접촉에 의해 열교환되어 외부로 발산된다.

따라서, 그 설치예 및 작용을 살펴보면, PCB기판(5) 위에 장착된 IC칩 등의 발열소자(6) 상면에 베이스 플레이트(8)의 하면이 밀착됨으로써 열을 전달받게 되고, 방열핀(9)이 공기와 접촉하면서 열교환되어 발열체(6)를 냉각시키게 된다. 이때, 밀폐된 공간을 구성하는 케이스(1)의 일측에는 강제 배기를 위한 팬(3)이 설치되고, 커버(2)에는 공기의 흐름량을 고려하여 다수개의 기공(4)이 형성됨으로써, 팬(3)이 회전함에 따라 방열기(7)와의 열교환에 의해 가열된 내부 공기를 외부로 방출함과 동시에 외부 공기를 유입시키게 된다.

그런데, 위에서 설명한 바와 같이, 종래의 냉각방식에서는 방열기(7) 표면과 접촉하는 공기의 흐름량 조절이 팬(3)의 회전에 의해 이루어지게 되나, 이는 방열기(7)로 직접 보내지는 방식이 아닌 내부 순환 방식에 의한 것인 만큼 냉각속도의 조절이 어려울 뿐만 아니라, 상온의 공기와 열교환이 이루어지게 됨으로써 효율적인 냉각이 어려운 문제점이 있었다.

본 고안은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 냉각된 공기를 방열핀에 직접 공급함으로써 이를 효율적으로 냉각시킬 수 있게 한 열전 냉각기를 이용한 냉각 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 방열기가 부착된 발열체를 공기와의 열교환을 통해 냉각하기 위한 냉각 장치에 있어서, 열전 반도체를 이용하여 전원이 인가되면 일측면은 발열하고 타측면은 냉각 작용하는 열전모듈과, 이 열전모듈의 일측면에 밀착하여 이로부터 전달되는 열을 외부 공기와의 접촉에 의해 열교환하여 방산시키는 방열기와, 열전모듈의 타측면에 밀착하여 그 내부를 경유하는 내부 공기와 열교환되어 공기를 냉각하는 흡열기로 이루어진 열전 냉각기와; 흡열기와 열교환된 냉기를 발열체에 부착된 방열기에 공급하기 위한 공급관;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 고안에 의하면, 흡열기 내부를 경유하면서 이와 열교환된 냉기를 공급관을 통해 발열체에 부착된 방열기에 직접 공급하게 됨으로써, 발열체를 효율적으로 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라, 냉기의 공급량을 조절함으로써 발열체의 냉각속도를 조절할 수 있게 된다.

도 1은 방열기를 이용한 종래의 냉각방식을 나타내는 사시도,

도 2는 본 고안에 따른 열전 냉각기를 이용한 냉각 장치의 구성을 나타내는 단면도,

도 3은 열전 냉각기의 구조를 나타내는 사시도,

도 4는 본 고안의 냉각 장치가 플라즈마 디스플레이 패널 TV에 적용된 일실시예를 나타내는 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 ; 케이스(Case) 11 ; 기판

12 ; 발열체(발열 IC) 13 ; (발열체의) 방열기

30 ; 열전 냉각기 31 ; 열전모듈

32 ; (열전 냉각기의) 방열기 33 ; 방열핀

34, 39a ; 팬 35 ; 흡열기

36 ; (흡열기의) 하우징(Housing) 37 ; 내벽

38 ; (하우징의) 공기 유입구 39 ; 공기 배출구

40 ; 공급관

이와 같은 본 고안의 특징적인 구성 및 이에 따른 작용효과는 후술하는 첨부된 도면을 참조한 실시예의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.

본 고안에 따른 냉각 장치는 방열기가 부착된 발열체를 공기와의 열교환을 통해 냉각시키기 위한 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 공기를 냉각하는 열전 냉각기(30)와, 이를 통해 냉각된 공기를 공급하기 위한 공급관(40)으로 구성된다.

열전 냉각기(30)는 열전 반도체를 이용하여 전원이 인가되면 일측면은 발열하고 타측면은 냉각 작용하는 열전모듈(31)의 특성을 이용한 것으로서, 발열작용이 이루어지는 열전모듈(31)의 일측면에는 방열핀(33)이 형성된 방열기(32)를 부착하여 열을 외부로 방산시키고, 냉각작용이 이루어지는 반대측면에는 공기가 그 내부를 경유하여 외부로 배출될 수 있게 한 흡열기(35)를 부착하여 열교환에 의해 공기를 냉각시킬 수 있게 한 것이다. 이와 같은 열전 냉각기(30)는 열전모듈(31)에 인가되는 전원을 반대로 하는 경우 발열 작용하는 면과 냉각 작용하는 면이 각각 뒤바뀌게 된다.

열전모듈(31)에 부착된 방열기(32)는 다수개의 방열핀(33)이 일정한 간격으로 배열됨으로써 공기와의 접촉면적을 넓힌 형태로 되어 있고, 그 전측에 팬(34)이 설치된다. 따라서, 팬(34)의 회전에 방열핀(33)이 주변 공기와 접촉하면서 열교환되어 열전모듈(31)로부터 전달되는 열을 방산시킨다.

흡열기(35)는 도 3에 도시된 바와 같이, 일측면이 열전모듈(31)에 밀착하는 밀폐형의 하우징(36)과 이 하우징(36) 내부 공간을 구획하는 내벽(37)으로 이루어지며, 하우징(36)에는 공기 유입구(38) 및 공기 배출구(39)가 형성되어 내벽(37)에 의해 하우징 내부에 구획된 통로를 통해 연결된다.

하우징(36)의 일측면에는 공기 유입구(38)가 마련되며, 열전모듈(31)과 접촉되는 반대측면에는 팬(39a)이 설치된 공기 배출구(39)가 마련된다. 이 공기 배출구(39)에는 이로부터 배출되는 공기를 발열체측으로 공급하기 위한 공급관(도 2 참조)이 연결된다. 이때, 팬(39a)은 공기 유입구(38)측에 설치하는 것도 가능할 것이다.

한편, 하우징(36)의 내부에는 공기 유입구(38)와 공기 배출구(39)를 소정의 경로로써 연결하는 공기 순환로가 내벽(37)에 의해 형성되는데, 이는 공기 유입구(38)를 통해 유입된 주변공기가 하우징(36) 내부에서 저항을 덜 받고 원활하게 순환할 수 있도록 기류의 방향 전환 각도를 최소화시키는 형태를 이루도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 하우징(36) 내부의 공기 순환로는 상술한 조건을 만족시키기 위한 나선형상 또는 소용돌이 형상으로 이루어진다. 따라서, 팬(39a)이 회전하면 흡열기(35) 주변의 공기를 하우징(36)의 공기 유입구(38)로 유입시키게 되고, 유입된 공기는 하우징(36) 내부를 순환하면서 열교환되어 공기 배출구(39)를 통해 공급관(40)으로 송출된다.

이하, 본 고안의 작용 효과를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 고안의 냉각 장치를 플라즈마 디스플레이 패널 TV에 적용시킨 것으로, TV 케이스(10) 내부는 발열 IC(12)가 부착된 기판(11)이 그 전면을 향하여 설치되어 있고, 발열 IC(12)의 상면에는 방열기(13)가 부착되어 있다.

열전 냉각기(30)는 케이스(10) 측면부에 설치되며, 이때 방열기(32)는 케이스(10) 외부로 노출되고 방열핀(33)의 전측에는 팬(34)이 설치된다. 그리고, 흡열기(35)의 공기 배출구(39)에는 냉각된 공기를 발열 IC(12)에 부착된 방열기(13)에 공급하기 위한 공급관(40)이 연결된다. 공급관(40)은 중간에서 분기되어 각 발열 IC(12)의 상측를 통과하도록 설치되며, 통과 지점에는 냉기를 분사할 수 있도록 분사공(도시되지 않음)이 형성된다.

따라서, 도시되지 않은 전원부에 의해 전원이 인가되면, 열전모듈(31)의 양측면에서 냉각작용과 발열작용이 동시에 진행되면서, 이와 동시에 각 면에 접해진 방열기(32) 및 흡열기(35)측으로 열이 전도된다.

이에 따라, 케이스(10) 내부에 위치된 흡열기(35)에서는 팬이 회전하면서 흡열기(35)로 내부의 주변 공기가 유입되어 그 내부를 순환하면서 열교환에 의해 냉각된 뒤 공급관(40)을 통해 발열 IC(12)에 부착된 방열기(13)로 보내져 이를 냉각시키게 되고, 케이스(10) 외부로 노출된 방열기(32)에서는 주변의 외부 공기가 방열핀(33)과 접촉하면서 열교환되어 이를 냉각시키게 됨으로써 과열을 방지하게 된다.

따라서, 본 고안에 의하면, 열교환에 의해 냉각된 공기를 공급관(40)을 통해 발열체(12)에 부착된 방열기(13)에 직접 공급함으로써 발열체(12)를 효율적으로 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라, 팬(39a)의 작동시간 또는 회전속도의 조절에 의해 냉기의 공급량을 조절함으로써 발열 IC(12)의 냉각속도를 조절할 수 있게 된다.

위에서 설명한 바와 같이 본 고안에 의한 열전 냉각기를 이용한 냉각 장치는, 열교환된 냉기를 발열체에 부착된 방열기에 직접 공급함으로써 주변 공기의 흐름을 유도하여 열교환이 이루어지게 하는 종래의 간접적인 방식에 비해, 보다 효율적으로 발열체를 냉각시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims

방열기가 부착된 발열체를 공기와의 열교환을 통해 냉각하기 위한 냉각 장치에 있어서,

열전 반도체를 이용하여 전원이 인가되면 일측면은 발열하고 타측면은 냉각 작용하는 열전모듈(31)과, 상기 열전모듈(31)의 일측면에 밀착하여 상기 열전모듈(31)로부터 전달되는 열을 외부 공기와의 접촉에 의해 열교환하여 방산시키는 방열기(32)와, 상기 열전모듈(31)의 타측면에 밀착하여 그 내부를 경유하는 내부 공기와 열교환되어 공기를 냉각하는 흡열기(35)로 이루어진 열전 냉각기와(30);

상기 흡열기(35)와 열교환된 냉기를 상기 발열체(12)에 부착된 방열기(13)에 공급하기 위한 공급관(40);으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전 냉각기를 이용한 냉각 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 흡열기(35)는, 공기 유입구(38)와 공기 배출구(39)가 각각 구비되며, 이들 중 적어도 하나에는 팬(39a)이 설치된 밀폐형의 하우징(36)과, 상기 공기 유입구(38)와 상기 공기 배출구(39)가 상기 하우징(36) 내부를 순환하여 연결되도록, 상기 하우징(36) 내부를 나선 또는 소용돌이 형상으로 구획하는 내벽(37)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열전 냉각기를 이용한 냉각 장치.