KR20030055742A - 히트 파이프 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트 파이프 모듈에 관한 것으로, 온도감지센서의 감지온도에 따라 발열부품이 적정한 온도에서 작동될 수 있도록 냉각기능을 하는 동시에 방출되어 폐기되는 열중 일부를 회수할 수 있도록 발열부품에 근접 설치되는 히트파이프에 휜(Fin) 구조의 방열판 및 방열팬을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

히트 파이프 모듈{A Heat Pipe Module}

본 발명은 적정온도를 유지시켜야 할 발열부품에 설치되어 소정온도 이하의 냉각상태를 구현하기 위한 히트 파이프 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부품으로부터 방출되는 열을 흡수하여 이중 일부는 방열하여 부품을 적정온도로 유지시키는 동시에 나머지의 열은 회수하여 재활용할 수 있도록 하기 위한 히트 파이프 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 히트 파이프는 열매체 또는 작동유체라 불리우는 물질이 내포되어 있는데, 이는 극저온에서 초고온까지 다양한 온도범위 하에서 존재하며, 물, 수은, 메탄올, 아세톤 등이 통상적으로 이에 속한다.

또한 소위 위크(Wick)라고 일컫는 다공질 물질이 축방향을 따라 일측에서부터 타측까지 내장되어 일측에서 흡수되는 열이 상기 작동유체를 기화시키면 타측으로 상승하여 열을 방출한 후 상기 위크의 기공을 통하여 모세관 현상 및 중력에 의해 다시 원지점으로 복귀된다.

이러한 원리로 운용되는 히트 파이프는 히트 싱크로서 기능하여 고성능 컴퓨터에서 중앙연산 처리기로서 기능하는 CPU 등과 같은 고열의 발열성 전자부품 등에 냉각기로서 설치되거나, 냉장고 또는 에어컨 등에서 열을 흡수하는 히트 익스체인저(Heat Exchanger)로서 설치된다.

상기 종래의 히트 파이프를 포함하여 이루어지는 히트 파이프 모듈(Heat Pipe Module)에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

도 1은 종래 히트 파이프 모듈의 정면도이고, 도 2는 종래 히트 파이프 모듈의 측면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 히트 파이프 모듈(7)은 작동유체가 내포되어진 히트 파이프(1)와, 발열부품(9)의 열이 상기 히트 파이프(1)에 대해 전달할 수 있도록 상기 히트 파이프(1)의 일측에 장착되는 히트 스프리더(Heat Spreader)(5)와, 상기 히트 파이프(1)의 일측에서부터 작동유체를 매개로 하여 타측까지 전달되는 발열부품(9)의 열을 공기중으로 방열할 수 있도록 히트파이프(1) 타측에 병렬 부착되는 일련의 방열핀(1a) 및 상기 방열핀(1a)에 근접 설치되어 방열핀(1a)에 강제 송풍하는 냉각팬(3)으로 구성된다.

여기서, 상기 히트 스프리더(5)는 상기 히트 파이프(1)의 일측에 장착되며, 상기 히트 파이프(1)에 발열부품(9)의 열이 간접적으로 전달되도록 발열부품(9)에 직접적으로 접촉하는 것이다.

그리고, 상기 방열핀(1a)은 상기 히트 스프리더(5)를 통해 상기 히트 파이프(1)의 일측에 전달된 열이 타측으로 전달되면, 이를 공기 중으로 방열하기 위한 것으로 상기 히트 파이프(1)에 끼워져 고정되는 금속재질의 박판 형태이며, 상기 냉각팬(3)의 강제 송풍으로 냉각됨으로써, 결국 상기 발열부품(9)의 열은 공기중으로 방출되어 폐기된다.

이와 같이 종래 히트 파이프 모듈(7)은 상기 발열부품(9)에서 발생되는 열을 단순히 냉각하기 위한 것에 국한하여 기능하는 것으로, 이렇게 폐기되는 열을 회수하여 재생할 수 있는 어떠한 구조나 수단이 결부되지 못한 문제점이 있다.

상기 방출되는 발열부품(9)의 열은 원래 발열부품(9)을 작동시키기 위한 전기에너지가 열에너지로 변환된 것으로, 다수의 발열부품(9)에서 발생되는 열을 그대로 폐기하는 것은 심각한 전력의 낭비를 초래하는 문제점으로 대두된다.

따라서, 종래 히트 파이프 모듈(7)이 이와 같이 각 가정이나 산업전반에 걸쳐 발열부품(9)에 대한 단순 냉각기능에 머물지 않고 폐기되는 열을 회수하여 재활용할 수 있도록 하는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은 발열부품으로부터 발생되는 열의 일부분을 회수하여 재활용할 수 있는 히트 파이프 모듈을 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 제 2목적은 발열부품으로부터 발생되는 열을 직접적으로 전달받는 부위에 열회수부를 구비하여 발열부품이 기준치 이상의 온도로 작동될 경우에는 냉각기능을 하고, 적정온도에서 작동되는 경우에는 발생되는 열을 회수하는 기능을 하여 폐열될 열의 일부를 재활용할 수 있는 히트 파이프 모듈을 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적들은, 발열부품(200)으로부터 방출되는 열로 내장된 작동유체의 상변화를 유도하여 일측에서부터 타측까지 열을 이동시키는 히트 파이프(10);

상기 히트 파이프(10)의 타측까지 이동된 열이 공기중으로 방열하도록 상기 히트 파이프(10)의 타측에 축방향을 따라 병렬 부착되는 박판 형태의 방열핀(20);

상기 방열핀(20)을 강제 냉각하도록 방열핀(20)에 근접 설치되어 송풍하는 냉각팬(30); 및

상기 발열부품(200)에 부착된 온도감지센서(40)의 감지온도에 기초하여 소정열량의 열을 회수하도록 상기 히트 파이프(10)의 타측에 구비되는 열회수부(50);를 포함하여 이루어지며,

상기 열회수부(50)는 상기 온도감지센서(40)의 상기 발열부품(200)에 대한 감지온도에 비례하여 상기 냉각팬(30)의 속도를 조절하도록 전기적으로 연결되는 컨트롤러(51)와,

상기 히트 파이프(10)의 타측으로 전달되는 상기 발열부품(200)의 일부열이 방출되도록 전면에 다수개의 방열바(52a)가 배열되어 일측은 상기 발열부품에 밀착되고, 타측은 상기 히트 파이프(10)의 타측에 결합되는 방열판(52)과,

상기 방열바(52a)로부터 방출되는 열을 일방향으로 강제 송풍하여 온풍으로 회수하기 위해 상기 컨트롤러(51)에 전기적으로 연결되어 상기 방열바(52a)에 근접 설치되는 방열팬(53)으로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 히트 파이프 모듈에 의하여 달성된다.

여기서, 상기 컨트롤러(51)는 상기 온도감지센서(40)의 감지신호에 기초하여 상기 냉각팬(30) 및 방열팬(53)의 회전속도를 조절하도록 인가전압을 제어하는 마이크로프로세서(51a)와, 시간에 따른 감지온도의 변화 및 인가전압에 관한 데이터를 데이터베이스로 구축 저장하기 위한 메모리부(51b)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 종래 히트 파이프 모듈의 정면도,

도 2는 종래 히트 파이프 모듈의 측면도,

도 3은 본 발명에 따른 히트 파이프 모듈의 정면도,

도 4는 본 발명에 따른 히트 파이프 모듈의 측면도이다.

< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 >

1: 히트파이프 1a: 방열핀

3: 냉각팬 5: 히트 스프리더

7: 히트 파이프 모듈 9: 발열부품

10: 히트 파이프 20: 방열핀

30: 냉각팬 40: 온도감지센서

50: 열회수부 51: 컨트롤러

51a: 마이크로프로세서 51b: 메모리부

52: 방열판 52a: 방열바

53: 방열팬 100: 히트 파이프 모듈

200: 발열부품

다음으로는 본 발명에 따른 히트 파이프 모듈에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 히트 파이프 모듈의 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 히트 파이프 모듈의 측면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 히트 파이프 모듈(100)은 발열부품(200)을 적정온도로 유지시키기 위한 히트싱크(Heat Sink)로서 기능하는 동시에 상기 발열부품(200)으로부터 방출되는 열 중 일부를 회수하여 재활용하기 위한 폐열 회수기로서 기능하기 위해 히트 파이프(10)를 중심으로 발열부품(200)의 냉각만을 전담하는 부분과, 냉각 및 열회수를 상기 발열부품(200)의 온도에 따라 선택적으로 실시하는 부분으로 구성된다.

이러한 상기 히트 파이프 모듈(100)은 발열부품(200)으로부터 방출되는 열을 일측에서 타측까지 열전달(Heat Transfer)하기 위한 히트 파이프(10)와, 상기 히트 파이프(10)의 타측에 구비되어 히트파이프(10)의 타측까지 열전달된 발열부품(200)의 열을 공기중에 방출하기 위한 방열핀(20) 및 상기 방열핀(20)을 강제 냉각시키기 위해 송풍하는 냉각팬(30)과, 상기 히트파이프(10)의 일측에 설치되어 발열부품(200)으로부터 방출되는 열중 일부분을 회수하기 위해 상기 발열부품(200)에 부착된 온도감지센서(40)의 감지신호에 기초하여 작동되는 열회수부(50)로 이루어진다.

여기서, 상기 히트 파이프(10)는 포함된 작동유체의 상변화에 따라 일측에 전달된 열을 타측으로 전달하는 것으로, 상기 히트 파이프(10)의 일측에 전달된 열로 상기 작동유체가 기화되어 타측으로 상승함으로써, 타측에 열을 전달하고, 열전달로 액화되면 액화된 작동유체는 상기 히트 파이프(10)에 내장된 다공질의 위크(Wick)를 통해 모세관 현상으로 원위치에 복귀되는 등의 상변화에 따른 순환이 연속적으로 반복된다.

따라서, 상기 히트 파이프(10)에서 일측에서부터 타측까지의 열전달은 상기 작동유체의 상변화에 따른 순환으로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 방열핀(20)은 상기 히트 파이프(10)의 타측에 축방향을 따라 병렬로 부착되어진 것으로, 공기중에 접촉하는 면적을 극대화하기 위해 길쭉하고 얇은 박판 형태를 취하여 상기 히트 파이프(10)의 타측 상부에 끼워지며, 열전달율이 비교적 높은 금속재질로 이루어진다.

또한, 상기 냉각팬(30)은 상기 방열핀(20)을 강제 냉각시키기 위해 일정한 회전속도로 회전하여 송풍하는 것으로, 상기 방열핀(20)에 근접 설치되어 상기 방열핀(20)에 계속적으로 송풍한다.

아울러, 상기 열회수부(50)는 상기 히트 파이프(10)의 일측에 설치되는 방열판(52)과, 상기 방열판(52)에 근접 설치되어 송풍하는 방열팬(53)과, 상기 온도감지센서(40)의 감지신호에 기초하여 상기 냉각팬(30) 및 방열팬(53)의 회전속도를조절하는 컨트롤러(51)로 구성된다.

상기 방열판(52)은 상기 히트파이프(10)의 일측이 안측에 내포되도록 하는 구조이며, 그 전면에는 공기에 대한 접촉면적을 극대화하기 위해 다수개의 방열바(52a)가 일체로 배열되어 있는 휜(Fin) 구조를 취하고 있다.

이 때 상기 방열판(52)의 후면에는 발열부품(200)(예를 들어 컴퓨터의 CPU, 비디오카드)등이 직접적으로 면접촉됨으로써, 방출되는 열이 열전도 현상으로 방열판(52)에 전달된다.

상기 컨트롤러(51)는 상기 발열부품(200)에 부착된 온도감지센서(40)에 전기적으로 연결되어 온도감지센서(40)의 발열부품(200)에 대한 온도감지신호를 전송받아 상기 냉각팬(30) 및 방열팬(53)의 회전속도를 조절하는 것이다.

이러한 상기 컨트롤러(51)는 상기 감지온도를 자체 내장된 기준온도치와 비교 처리하여 상기 냉각팬(30) 및 방열팬(53)에 인가되는 전압을 제어하는 마이크로프로세서(51a)와, 상기 마이크로프로세서(51a)에 전기적으로 연결되어 시간에 따른 상기 감지온도의 변화 및 이에 대응하는 냉각팬(30)에 대한 인가전압의 데이터를 데이터 베이스로 구축 저장하기 위한 메모리부(51b)를 포함하여 이루어진다.

상기 마이크로프로세서(51a)는 상기 온도감지센서(40)의 감지온도에 따라 주로 상기 냉각팬(30)에 대한 인가전압을 조절하여 방열핀(20)에 대한 송풍량을 조절하며, 상기 방열팬(53)의 인가전압은 항시 일정하도록 유지시키는데 반해 상기 발열부품(200)의 방열온도가 자체 내장된 기준 온도치와 비교하여 초과되면, 상기 냉각팬(30)의 송풍량을 높이기 위해 인가전압을 상승시키고, 기준 온도치 미만이면상기 냉각팬(30)의 송풍량을 낮추기 위해 인가전압을 줄인다.

이는 상기 컨트롤러(51)가 상기 발열부품(200)이 적정온도로 원활히 작동되도록 하기 위해 방열온도가 높으면 냉각기능을 하고, 방열온도가 낮아 냉각기능이 불필요해지면 방출되는 열중 일부분을 회수하기 위한 것이다.

상기 발열부품(200)이 적정온도 이하(예를 들어 발열부품 허용 최고 온도는 보통 약 70℃∼120℃ 정도 이하이나 본 발명에서는 냉각효과를 감안하여 약 45℃ 정도)를 유지하면, 상기 냉각팬(30)의 회전속도를 줄여 냉각기능을 제한하도록 하고, 상기 방열팬(53)의 회전속도를 그대로 유지시켜 결국 상기 방열판(52)의 방열바(52a)로부터 방출되는 열은 방열팬(53)의 송풍으로 온풍화 되도록 하여 이를 회수할 수 있다.

이러한 상기 열회수부(50)의 작동을 간단하게 기술하면 다음과 같다.

우선, 상기 발열부품(200)이 작동함에 따라 열이 방출되고, 시간에 따른 상기 방출열의 온도는 온도감지센서(40)가 감지하여 상기 컨트롤러(51)에 전송된다.

그러면, 상기 컨트롤러(51)의 마이크로프로세서(51a)가 상기 감지온도를 내장된 기준 온도치에 비교하여 기준 온도치를 초과한다고 판단하면, 상기 냉각팬(30)에 대한 인가전압을 높여 보다 강력한 송풍으로 방열핀(20)을 냉각하게 된다.

이 때 상기 각 감지온도의 변화 및 인가전압은 상기 메모리부(51b)에서 데이터베이스로 구축한다.

한편, 상기 마이크로프로세서(51a)가 온도감지센서(40)의 감지온도가 내장된기준 온도치와 비교하여 기준 온도치 미만이라고 판단하면, 상기 냉각팬(30)에 대한 인가전압을 낮춰 방열핀(20)에 대한 송풍량을 대폭 줄인다.

그러면 상기 히트 파이프(10)의 일측에 전달되는 열은 상기 히트 파이프(10) 타측으로까지 이동되기 이전에 방열판(52) 및 방열바(52a)로 이동되어 상기 방열바(52a)에 대한 상기 방열팬(53)의 송풍으로 온풍화되어 회수될 수 있으며, 회수된 온풍의 열에너지를 재활용(예를 들어 난방)할 수 있다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 히트 파이프 모듈(100)에서, 상기 방열판(52)에 배열부착된 방열바(52a)는 방열판(52)에 병렬로 부착되는 것 이외에, 격자 형태로 구조로 배열되는 것 등 일반적인 휜(Fin) 구조를 취하여 사용할 수 있다.

아울러, 상기 메모리부(51b)에 데이터 베이스로 구축된 감지온도 변화 및 인가전압에 대한 데이터는 해당 발열부품(200)에 대한 최적화된 히트 파이프 모듈(100)의 설계에 이용될 수 있다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 상기 히트 파이프 모듈에 따르면, 전자제품이나 냉온장고 등에 설치된 다수의 발열부품 등에서 설치되어 폐기되는 방출열의 일부를 회수할 수 있는 특징이 있다.

아울러, 회수된 방출열은 히터 등으로 재활용할 수 있어 난방을 위한 전력에너지의 낭비요인을 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 기존의 히트 파이프 모듈에서 발열부품에 근접 설치되는 히트파이프부분에 히트 스프리더를 대신하여 열회수부를 장착하는 간단한 구조이기 때문에, 기존 모듈을 재활용하여 사용할 수 있는 효과가 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (2)

1. 발열부품(200)으로부터 방출되는 열로 내장된 작동유체의 상변화를 유도하여 일측에서부터 타측까지 열을 이동시키는 히트 파이프(10);

   상기 히트파이프(10)의 타측까지 이동된 열이 공기중으로 방열하도록 상기 히트파이프(10)의 타측에 축방향을 따라 병렬 부착되는 박판 형태의 방열핀(20);

   상기 방열핀(20)을 강제 냉각하도록 방열핀(20)에 근접 설치되어 송풍하는 냉각팬(30); 및

   상기 발열부품(200)에 부착된 온도감지센서(40)의 감지온도에 기초하여 상기 발열부품(200)에 대한 열회수 또는 냉각을 선택적으로 실시하도록 상기 히트파이프(10)의 타측에 구비되는 열회수부(50);를 포함하여 이루어지며,

   상기 열회수부(50)는 상기 온도감지센서(40)의 상기 발열부품(200)에 대한 감지온도에 비례하여 상기 냉각팬(30)의 속도를 조절하도록 전기적으로 연결되는 컨트롤러(51)와,

   상기 히트 파이프(10)의 타측으로 전달되는 상기 발열부품(200)의 일부열이 방출되도록 전면에 다수개의 방열바(52a)가 배열되어 일측은 상기 발열부품(200)에 밀착되고, 타측은 상기 히트 파이프(10)의 타측에 결합되는 방열판(52)과,

   상기 방열바(52a)로부터 방출되는 열을 일방향으로 강제 송풍하여 온풍으로 회수하기 위해 상기 컨트롤러(51)에 전기적으로 연결되어 상기 방열바(52a)에 근접 설치되는 방열팬(53)으로 이루어져 구성되는 것을 특징으로 하는 히트 파이프 모듈.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 컨트롤러(51)는 상기 온도감지센서(40)의 감지신호에 기초하여 상기 냉각팬(30) 및 방열팬(53)의 회전속도를 조절하도록 인가전압을 제어하는 마이크로프로세서(51a)와, 시간에 따른 감지온도의 변화 및 인가전압에 관한 데이터를 데이터베이스로 구축 저장하기 위한 메모리부(51b)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트 파이프 모듈.