KR20000013955A - Heat pipe assembly - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 철도차량용 브레이크 시스템, 인버터등에 채용되어 발열소자에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 히트파이프 어셈블리에 관한 것으로, 특히 전열면적을 늘려 냉각효율을 극대화한 히트파이프 어셈블리에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat pipe assembly for cooling a heat generated from a heat generating element employed in a railroad vehicle brake system, an inverter, and the like, and more particularly, to a heat pipe assembly in which the heat transfer area is increased to maximize cooling efficiency.
일반적으로, 히트파이프 어셈블리는 작동유체의 증발 잠열을 이용하여 작은 온도차에서도 무동력으로 열을 효과적으로 이송하는 열교환장치이다. 상기 히트파이프 어셈블리는 각종 트랜지스터나 인쇄회로기판과 같은 소형전자부품의 전기적인 기능에 의해 발생되는 열을 냉각하는 히트싱크와는 달리 철도차량용 인버터나, 브레이크 시스템과 같은 대용량의 발열소자에 주로 채용되어 냉각시켜줌으로써 전자부품의 효율향상 및 열에 의한 기능저하를 방지한다.In general, a heat pipe assembly is a heat exchanger that effectively transfers heat with no power even at a small temperature difference by using latent heat of evaporation of a working fluid. The heat pipe assembly is mainly used in a large-capacity heating element such as an inverter for a railway vehicle or a brake system, unlike a heat sink that cools heat generated by an electrical function of a small electronic component such as various transistors or a printed circuit board. By cooling, it improves the efficiency of electronic parts and prevents the function deterioration by heat.
도1은 이러한 히트파이프의 작동 원리를 나타낸 것으로, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 히트파이프는 진공상태의 파이프몸체(101) 속에 작동유체를 넣고 밀봉한 것이며, 열원이 있는 흡열부(102)에서 작동유체는 증발하여 증기가 파이프(101) 내부에 확산되면서, 이송부(103)를 지나 응축부(104)에서 열을 방출하고, 다시 액체로 되어 파이프 몸체(101)의 내벽면에 구비된 윅(wick)(105)을 타고 흡열부(102)로 귀환하면서, 다시 열을 받아 증발하는 작동을 반복하므로써 열교환을 하는 것이다. 이와 같은 히트파이프에 있어서, 그 성능은 작동유체의 종류, 주입량 및 파이프 내부의 진공상태, 청결도 등 여러 가지 변수의 영향을 받을 수 있으나, 파이프몸체의 흡열부의 전열면적을 넓히는 것과, 응축부에서 응축된 액체가 다시 흡열부로 잘 귀환할 수 있도록 하는 것이 중요하다.Figure 1 shows the operating principle of such a heat pipe, as shown in the drawing, the heat pipe is sealed in a working fluid in a pipe body 101 in a vacuum state, in the heat absorbing portion 102 having a heat source As the working fluid evaporates and vapor diffuses into the pipe 101, the working fluid discharges heat from the condensation part 104 after passing through the conveying part 103, and again becomes a liquid, which is provided on the inner wall of the pipe body 101. The wick 105 is returned to the endothermic portion 102, and heat is exchanged by repeating the operation of receiving heat again. In such a heat pipe, the performance may be affected by various variables such as the type of working fluid, the injection amount, the vacuum state inside the pipe, and the cleanliness, but the heat transfer area of the heat absorbing part of the pipe body and the condensation in the condenser are It is important to allow the recovered liquid to return well back to the endothermic section.
도2 및 도3은 종래기술에 따른 히트파이프 어셈블리의 구성을 나타낸 것으로, 도면에 도시된 바와 같이, 외부의 발열소자와 연결되도록 직립되어 있는 블록(31)과, 상기 블록(31)의 일면에 소정각도만큼 상측으로 기울어진 기울기를 가지고 장착되며, 흡열부(32)와 응축부(34)를 가지는 히트파이프(35)와, 상기 히트파이프(35)와 교차되어 상기 흡열부(32)에서 응축부(34)로 흐르는 냉매열을 외부공기와 교환시키는 방열판(36)으로 구성된다. 여기서, 상기 히트파이프(35)의 일단부는 블록(31)의 일면에 납땜등으로 장착되어 흡열부(32)를 형성한다. 또 상기 응축부(34)의 타단부는 손잡이(33)가 연결된다. 또한 상기 방열판(36)은 하부에서 상부까지 직립하는 블록면을 향하여 7∼10°만큼 기울어진 상태로 장착되어 블록의 하부에서 상부측으로 원활한 공기대류를 이룰 수 있도록 하고 있다.2 and 3 illustrate a configuration of a heat pipe assembly according to the prior art, and as shown in the figure, a block 31 which is upright to be connected to an external heating element, and one surface of the block 31. It is mounted with a slope inclined upward by a predetermined angle, the heat pipe 35 having the heat absorbing portion 32 and the condensation portion 34, and the heat pipe 35 is condensed in the heat absorbing portion (32) It consists of a heat sink 36 for exchanging the refrigerant heat flowing to the portion 34 with the outside air. Here, one end of the heat pipe 35 is mounted on one surface of the block 31 by soldering or the like to form the heat absorbing portion 32. In addition, the handle 33 is connected to the other end of the condensation part 34. In addition, the heat sink 36 is mounted in a state inclined by 7 to 10 ° toward the block surface upright from the bottom to the top to achieve a smooth air convection from the bottom of the block to the top side.
여기서, 미설명부호 37은 냉매를 나타낸다.Here, reference numeral 37 denotes a refrigerant.
이와같은 종래의 구조에서는, 상기 발열소자에서 발생되는 열이 블록에서 파이프몸체의 흡열부를 통하여 흐를 때, 상기 블록의 홈에 흡열부가 수평상태로 장착되어 있으므로 그에 내재된 냉매가 연결관측으로 월류할 수도 있으며, 이는 냉각효율에 큰 영향을 미치게 된다. 또, 상기 발열소자를 통해 블록으로 진동이 전달시에 상기 블록으로부터 흡열부가 이탈될 수 있는 문제점을 내포하고 있다.In such a conventional structure, when heat generated from the heat generating element flows through the heat absorbing portion of the pipe body in the block, the heat absorbing portion is horizontally mounted in the groove of the block, so that the refrigerant inherent therein may flow to the connecting pipe side. This greatly affects the cooling efficiency. In addition, there is a problem that the heat absorbing portion may be separated from the block when vibration is transmitted to the block through the heating element.
따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 블록에 장착되는 파이프몸체의 흡열부의 전열면적이 크도록 설계하고 기구물 자체의 진동 및 전후 좌우 유동시 냉매의 유동으로 인해 흡열 및 전열효과의 저하로 발생하는 문제점을 방지하여 냉각효과를 극대화한 히트파이프 어셈블리를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and is designed to have a large heat transfer area of the heat absorbing portion of the pipe body mounted on the block and endothermic and heat transfer due to the vibration of the mechanism itself and the flow of the refrigerant during the flow of the front and rear It is an object of the present invention to provide a heat pipe assembly that maximizes the cooling effect by preventing problems caused by the degradation of the effect.
도1은 일반적인 히트파이프의 작동원리를 개략적으로 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing the operating principle of a general heat pipe.
도2a 내지 도2c는 종래기술에 따른 히트파이프 어셈블리의 구성을 나타낸 정면도, 측면도 및 평면도.Figures 2a to 2c is a front view, a side view and a plan view showing a configuration of a heat pipe assembly according to the prior art.
도3는 종래기술에 따른 히트파이프 어셈블리의 상세 구성도.Figure 3 is a detailed configuration of the heat pipe assembly according to the prior art.
도4는 본 발명에 의한 히트 파이프 어셈블리의 일실시예 구성을 나타낸 분해사시도.Figure 4 is an exploded perspective view showing the configuration of one embodiment of a heat pipe assembly according to the present invention.
도5는 본 발명에 의한 히트 파이프 어셈블리의 조립구성을 나타낸 사시도.Figure 5 is a perspective view showing the assembly of the heat pipe assembly according to the present invention.
도6a는 본 발명에 의한 히트파이프 어셈블리의 조립상태를 나타낸 정면도.Figure 6a is a front view showing the assembled state of the heat pipe assembly according to the present invention.
도6b는 도6a의 A-A'단면도.FIG. 6B is a cross-sectional view along the line AA ′ of FIG. 6A;
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 블록 1a : 절곡홈1: Block 1a: Bending Groove
2 : 흡열부 3 : 손잡이2: heat absorbing portion 3: handle
4 : 연결엘보우 5 : 응축부4: connecting elbow 5: condenser
6 : 히트파이프 7 : 냉매6: heat pipe 7: refrigerant
8 : 방열판 8a : 구멍8: heat sink 8a: hole
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외부의 발열소자와 결합되어 열을 전달하며, 일측면에 소정 각도의 절곡홈이 형성된 블록; 상기 블록의 절곡홈과 대응하는 형상을 가지고 그에 삽입·고정되는 흡열부와, 상기 흡열부에 일단이 연결되고 그 타단부로 갈수록 소정각도만큼 상향된 경사각을 가지며 상기 흡열부로부터 증발되어 이송하는 냉매를 응축시켜 다시 흡열부측으로 귀환시키는 응축부와, 상기 양측 응축부를 연결하는 손잡이를 구비하는 히트파이프; 및 상기 히트파이프의 전면에 걸쳐 그의 기울기에 교차하는 방향으로 다수가 위치되며, 상기 히트파이프의 흡열부에서 응축부로 이송되는 냉매열의 교환을 수행하는 방열수단을 포함하는 히트파이프 어셈블리를 제공한다.The present invention for achieving the above object is coupled to the heat generating element to transfer heat, the block formed with a bent groove of a predetermined angle on one side; A heat absorbing portion having a shape corresponding to the bent groove of the block and inserted and fixed thereto, and one end of which is connected to the heat absorbing portion, and having an inclined angle upward by a predetermined angle toward the other end thereof, the refrigerant evaporated and transferred from the heat absorbing portion; A heat pipe having a condensation unit for condensing the water and returning it to the endothermic unit side, and a handle connecting the two condensation units; And a plurality of heat dissipation means positioned in a direction crossing the slope of the heat pipe in a direction crossing the front surface of the heat pipe, and performing heat exchange of refrigerant heat transferred from the heat absorbing portion of the heat pipe to the condensation portion.
이하, 첨부된 도4 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하며 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings of FIG. 4.
본 발명에 의한 히트파이프 어셈블리는 냉매의 유동을 적게하면서 전열면적을 크게 하여 냉각효과를 극대화한 것으로, 본 발명에서 히트파이프의 내면에 장착되어 응축된 냉매를 모세관 현상을 이용하여 흡열부로 귀환시키는 윅의 구조에 대해서는 이미 공지된 기술이므로 여기서의 상세한 설명은 생략하기로 한다.The heat pipe assembly according to the present invention maximizes the cooling effect by increasing the heat transfer area while reducing the flow of the refrigerant. In the present invention, the wick which is mounted on the inner surface of the heat pipe and returns the condensed refrigerant to the heat absorbing part using a capillary phenomenon. For the structure of the already known technology, detailed description thereof will be omitted.
본 발명에 의한 히트파이프 어셈블리에는 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 외부의 발열소자에 결합되어 그로부터 발생되는 열을 전달하며, 일면에 절곡홈(1a)이 형성된 블록(1)이 구비된다. 여기서, 상기 블록(1)의 절곡홈(1a)은 하측으로 절곡된 90°이상의 둔각(θ1)을 가지는 V자홈으로 형성되는데, 본 실시예에서는 120°를 가진 절곡홈으로 이루어져 있다.In the heat pipe assembly according to the present invention, as shown in FIGS. 4 and 5, the heat pipe assembly is coupled to an external heating element to transfer heat generated therefrom, and a block 1 having a bending groove 1a formed on one surface thereof is provided. Here, the bent groove (1a) of the block 1 is formed of a V-shaped groove having an obtuse angle (θ 1 ) of 90 ° or more bent downward, in this embodiment consists of a bent groove having 120 °.
또, 상기 블록(1)의 절곡홈(1a)에 그 일측이 끼워져 열교환을 수행하는 히트파이프(6)가 구비되는데, 상기 히트파이프(6)는 상기 블록(1)의 절곡홈(1a)에 대응하도록 둔각으로 절곡되어 상기 절곡홈(1a)에 삽입·고정되는 흡열부(2)와, 상기 흡열부(2)의 상단부 양측에 일단이 연결되고 그 타단부로 갈수록 θ2각도만큼 상측으로 기울어지며 상기 흡열부(2)로부터 증발되어 이송되는 냉매를 응축시켜 다시 흡열부(2)측으로 귀환시키는 응축부(5)와, 연결엘보우(4)를 매개로 상기 양측 응축부(5)를 연결한 손잡이(3)로 구성되어 있다. 여기서, 상기 손잡이(3)와 응축부(5)는 서로 차단된 상태로 결합되어 있다.In addition, one side of the block 1 is inserted into the bent groove (1a) is provided with a heat pipe (6) for performing heat exchange, the heat pipe (6) is in the bent groove (1a) of the block (1) A heat absorbing portion 2 which is bent at a corresponding obtuse angle and inserted into and fixed to the bending groove 1a, and one end is connected to both sides of an upper end of the heat absorbing portion 2, and is inclined upward by θ 2 toward the other end thereof. Condensing the refrigerant evaporated and transported from the heat absorbing part 2 and returning it to the heat absorbing part 2 again, and connecting the two condensing parts 5 through a connecting elbow 4. The handle 3 is comprised. Here, the handle 3 and the condensation unit 5 are coupled to each other in a blocked state.
상기 히트파이프(6)의 흡열부(2)는 블록(1)의 절곡홈(1a)에 삽입된 채로 납땜되어 고정되며, 또 상기 히트파이프(6)의 흡열부(2)는 도6b에 도시된 바와 같이 실질적으로 90°이상의 둔각을 가지는 V자형상으로 형성되며, 본 실시예에서의 흡열부는 120°의 각도를 가진 구조로 되어 있다.The heat absorbing portion 2 of the heat pipe 6 is soldered and fixed while being inserted into the bent groove 1a of the block 1, and the heat absorbing portion 2 of the heat pipe 6 is shown in Fig. 6B. As described above, it is formed in a V shape having an obtuse angle of substantially 90 ° or more, and the heat absorbing portion in this embodiment has a structure having an angle of 120 °.
상기와 같이 구성된 히트파이프(6)는 그의 흡열부(2)가 V자 형상으로 형성되어 있으므로 블록(1)과 접촉하는 면적이 커져 전열량을 크게 할 수 있으며, 또 도6a에 도시된 바와 같이 상기 흡열부(2)에 내재된 냉매가 V자관내에 모여져 있으므로 발열소자를 통한 진동이 블록(1)과 흡열부(2)에 미친다 하더라도 냉매가 응축부(5)측으로 월류하지 않아, 냉각효과를 극대화할 수 있고, 또 상기 블록(1)으로부터 이탈될 염려가 전혀 없게 되는 것이다.In the heat pipe 6 configured as described above, since the heat absorbing portion 2 is formed in a V shape, the area in contact with the block 1 can be increased to increase the heat transfer amount, and as shown in FIG. 6A. Since the coolant inherent in the heat absorbing portion 2 is collected in the V-shaped tube, even if vibration through the heat generating element reaches the block 1 and the heat absorbing portion 2, the coolant does not overflow to the condensing portion 5 side, resulting in a cooling effect. It can be maximized, and there is no fear of departure from the block (1) at all.
상기 히트파이프(6)의 응축부(5)에는 그에 끼워지도록 고정홀(8a)이 형성되며 소정간격을 두고 다수가 순차적으로 중첩되어 응축부(5)를 통하여 이송되는 냉매열을 외부로 방열시키는 방열판(8)이 장착된다. 또한 상기 방열판(8)은 블록(1)의 하단부와 소정간격만큼 이격되며 상측으로 갈수록 상기 블록면에 근접하도록 θ3만큼 경사지게 설치되어 공기대류를 원활히 할 수 있도록 한다. 여기서, 상기 방열판의 기울기각도 θ3는 통상 7∼10°정도로 형성한다.A fixing hole 8a is formed in the condensation unit 5 of the heat pipe 6 so as to be fitted therein, and a plurality of layers are sequentially overlapped at predetermined intervals to dissipate the heat of the refrigerant transferred through the condensation unit 5 to the outside. The heat sink 8 is mounted. In addition, the heat sink 8 is spaced apart from the lower end of the block 1 by a predetermined interval and is inclined by θ 3 so as to be closer to the block surface toward the upper side to facilitate the air convection. Here, the inclination angle θ 3 of the heat sink is usually formed at about 7 to 10 degrees.
따라서, 발열소자로부터 상기 블록(1)으로 열이 전달될 경우에, 상기 히트파이프(6)의 V자 형상 흡열부(2)에 모여져 있는 냉매가 증발되어 응축부(5)로 이동한다. 이 과정에서 상기 방열판(8)을 통하여 냉매열이 외부로 방출되고, 열을 빼앗긴 냉매는 응축부(5)에 머물렀다가 히트파이프(6)의 내주면에 구비된 윅(wick)의 모세관 현상에 의해 다시 흡열부(2)로 모이게되는 일련을 과정을 거치게 되는 것이다.Therefore, when heat is transferred from the heating element to the block 1, the refrigerant collected in the V-shaped heat absorbing portion 2 of the heat pipe 6 is evaporated to move to the condensation portion 5. In this process, the heat of the coolant is discharged to the outside through the heat sink 8, and the heat-extracted coolant stays in the condensation part 5, and then is caused by the capillary phenomenon of the wick provided on the inner circumferential surface of the heat pipe 6. The series will be gathered back to the heat absorbing part (2).
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 히트파이프의 흡열부가 큰 전열면적을 가지고 블록에 장착됨으로써 발열소자에서 발생되는 열의 냉각효율을 증대시킬 수 있으며, 또 상기 전자부품 어셈블리에서 발생되는 진동이 발열소자를 통하여 블록으로 전달되어도 상기 블록면에 접촉·고정되는 히트파이프의 흡열부 면적이 크므로 외부로 이탈할 염려가 전혀 없는 효과를 가진다.As described above, according to the present invention, since the heat absorbing portion of the heat pipe is mounted on the block with a large heat transfer area, it is possible to increase the cooling efficiency of the heat generated from the heat generating element, and the vibration generated from the electronic component assembly generates the heat generating element. Even if transmitted to the block through the heat absorbing portion area of the heat pipe that is contacted and fixed to the block surface has a large effect that there is no fear to escape to the outside.
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