KR20040011020A

KR20040011020A - 전자장비 냉각장치

Info

Publication number: KR20040011020A
Application number: KR1020020044088A
Authority: KR
Inventors: 이현상
Original assignee: 이현상
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-05
Also published as: KR100477948B1

Abstract

본 발명은, 일측이 개구되고 내부에 복수의 부품이 장착된 수용공간을 갖는 장비본체와, 상기 장비본체의 개구를 개폐하는 도어를 갖는 전자장비를 냉각시키기 위한 전자장비 냉각장치에 관한 것으로서, 상기 장비본체의 어느 일벽면에 마련되어 외부로 열기를 방열시키는 방열판과; 상기 장비본체 내의 수용공간에 마련되며 내부에 고체에서 액체로 상변화하면서 주위의 열을 흡수하는 상변화물질(PCM)이 충진되어 있는 열저장부와; 상기 열저장부와 상기 방열판을 연결하며 외기 온도 및 상기 부품들로부터 발생된 열에 의해 상기 열저장부 내에 충진된 상변화물질이 고체에서 액체로 상변화할 경우, 상기 상변화물질에 의해 흡수된 상기 장비본체 내의 열기를 상기 방열판으로 전달하는 적어도 하나의 열전달관을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 온도가 항상 일정하게 유지될 수 있도록 하여 장비본체 내에서 이슬이 발생하는 현상을 저지함으로써 장비본체를 이루는 부품들이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

Description

전자장비 냉각장치{Cooling apparatus for electronic equipment}

본 발명은, 전자장비 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 장비본체의 내부 온도가 상승하는 것을 저지할 뿐만 아니라, 온도가 항상 일정하게 유지될 수 있도록 하여 장비본체 내에서 이슬이 발생하는 현상을 저지함으로써 장비본체를 이루는 부품들이 손상되는 것을 방지할 수 있도록 한 전자장비용 냉각장치에 관한 것이다.

대륙성 기후 지역의 경우, 사막과 같이 일교차가 크지는 않으나 주간과 야간의 일교차가 있으며, 이러한 일교차를 갖는 지역에서는 주간의 고온 열기가 열발생원을 갖는 전자장비 자체에서 발생하는 열에 더해져 전자장비를 구성하는 부품들을 손상시킨다.

뿐만 아니라 주간에 가열된 전자장비 내부 고온의 열기가 야간에 외부의 냉기와 접하게 되어 전자장비 내에 결로 현상을 발생시키게 되므로 습기에 특히 예민한 전자장비의 오동작을 유발시키거나 심지어는 전자장비를 손상시키는 문제점이 있다.

이러한 이유들로 인해, 건물의 옥상 등에 설치된 전자장비는 반드시 냉각될 수 있도록 하여 전자장비 내부에 장착된 복수의 부품들이 손상되는 것을 방지해야만 한다. 이 때, 가정이나 공장 등에서 사용되는 에어컨 등에 적용된 냉각시스템을 그대로 전자장비 냉각을 위해 사용할 수도 있으나, 이러한 경우에는 냉각 비용이 비교적 많이 소요된다.

따라서, 별도의 전력 및 비용이 소요되는 기계적 냉각장치 외에, 본 출원인에 의해 출원되어 특허 결정된 복수의 공조장치와 같은 시스템을 전자장비에 장착하여 전자장비가 열에 의해 손상되는 것을 저지할 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 온도가 항상 일정하게 유지될 수 있도록 하여 장비본체 내에서 이슬이 발생하는 현상을 저지함으로써 장비본체를 이루는 부품들이 손상되는 것을 방지할 수 있도록 한 전자장비용 냉각장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전자장비의 개방상태의 정면사시도,

도 2는 본 발명에 따른 냉각장치가 도 1에 도시된 전자장비에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 사시도,

도 3은 도 1의 부분 절취 평면 투영도,

도 4는 도 2에 도시된 전자장비 냉각장치의 사시도,

도 5는 도 4에 도시된 열저장부의 투영도,

도 6은 도 5의 A-A 선에 따른 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 장비본체 10a : 수용공간

10b : 개구 20 : 도어

30 : 방열판 30a : 방열슬릿

30b : 메쉬 40 : 열저장부

42 : 라지에터부 42a : 라지에터판

50 : 열전달관 50a : 외측관

50b : 내측관

상기 목적은, 본 발명에 따라, 일측이 개구되고 내부에 복수의 부품이 장착된 수용공간을 갖는 장비본체와, 상기 장비본체의 개구를 개폐하는 도어를 갖는 전자장비를 냉각시키기 위한 전자장비 냉각장치에 있어서, 상기 장비본체의 어느 일벽면에 마련되어 외부로 열기를 방열시키는 방열판과; 상기 장비본체 내의 수용공간에 마련되며 내부에 고체에서 액체로 상변화하면서 주위의 열을 흡수하는 상변화물질(PCM)이 충진되어 있는 열저장부와; 상기 열저장부와 상기 방열판을 연결하며 외기 온도 및 상기 부품들로부터 발생된 열에 의해 상기 열저장부 내에 충진된 상변화물질이 고체에서 액체로 상변화할 경우, 상기 상변화물질에 의해 흡수된 상기 장비본체 내의 열기를 상기 방열판으로 전달하는 적어도 하나의 열전달관을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장비 냉각장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 방열판은 비교적 열전도가 높은 알루미늄 재질로 이루어지며, 그 일측면에는 외기와의 접촉면적을 증대시키기 위한 복수의 방열슬릿이 형성되어있는 것이 유리하다. 이 때, 상기 방열슬릿은 지그재그 형상을 갖는다.

상기 방열판 내에는 상기 방열판의 두께방향을 따라 적어도 일단 이상으로 배열된 다공성 메쉬가 개재되어 있다.

상기 방열판 내에는 상변화물질이 충진될 수도 있다.

상기 열저장부 내에는 알루미늄 압출에 의해 성형되어 판면방향으로 배열된 복수의 라지에터판을 갖는 라지에터부가 마련되어 있다.

상기 열전달관은 이중의 관상체로 형성되어 있으며, 외측관 내에는 고체에서 액체로 상변화하면서 주위의 열을 흡수하는 상변화물질이 충진되어 있고 내측관 내에는 액체에서 기체로 상변화하면서 주위의 열을 흡수하는 상변화물질이 충진되어 있다.

또 한 종류로 열전달관(Heat pipe)이 있으며 복합으로도 사용할 수도 있다. 히트파이프(Heat pipe)란 유체의 상변화 과정에 필요한 잠열을 이용하여 발열밀도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 열을 전달하는 기구이다.

이러한 히트파이프는 유체의 상변화를 이용하기 때문에 알려진 어떠한 금속의 열전도계수보다 높은 것이 특징이라고 할 수 있다. 실제로 상온범위에서 작동하는 히트파이프의 경우 매우 높은 열전도계수(k=400W/mK)를 가지는 은이나 구리의 수 백 배에 해당한다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자장비의 개방상태의 정면사시도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 건물의 옥상 등에 설치된 전자장비는 일측이 개구(10b)되고 내부에 복수의 부품이 장착된 수용공간(10a)을 갖는 장비본체(10)와, 장비본체(10)의 개구(10b)를 개폐하는 도어(20)를 갖는다.

도 1에 도시된 바와 같이, 장비본체(10)의 수용공간(10a) 내의 일측에는 상하방향을 따라 정보통신을 위한 PDP(11), 광전송장비부(12), OFD(13), 정류기반(14) 및 배터리저장함(15)이 마련되어 있으며, 그 타측에는 동케이블 성단부(16)가 마련되어 있다. 그리고, 도어(20)에는 열교환부(17)가 마련될 수도 있다.

이 때, 도 1에 도시된 장비본체(10)는 본 발명의 구성을 설명하기 위한 일 예로써 정보통신 기기를 도시하고 있으나 장비본체(10)의 구성 및 내부 부품들의 배치상태, 그리고 장비본체(10)의 용도는 달리 변경될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 냉각장치가 도 1에 도시된 전자장비에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 도 1의 부분 절취 평면 투영도이며, 도 4는 도 2에 도시된 전자장비 냉각장치의 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 열저장부의 투영도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자장비 냉각장치는, 장비본체(10)의 어느 일벽면에 마련되어 외부로 열기를 방열시키는 방열판(30)과, 장비본체(10) 내의 수용공간(10a)에 마련되는 열저장부(40, PCM jacket)와, 방열판(30) 및 열저장부(40)를 상호 연결하는 열전달관(50)을 갖는다.(도 2 참조)

방열판(30)은 비교적 열전도가 높은 알루미늄 재질로 이루어진다. 열전도도를 더 높이고자 한다면 백금이나 은 등을 사용할 수도 있으나, 이러한 재료는 비용이 비싸다는 단점을 갖는다.

방열판(30)의 일측면에는 외기와의 접촉면적을 증대시키기 위한 복수의 방열슬릿(30a)이 형성되어 있다. 방열슬릿(30a)은 지그재그 형상을 가짐으로써 외기와의 접촉면적을 증대시킨다.

따라서, 열저장부(40)에 충진된 상변화물질(PCM)의 상변화작용에 의해 장비본체(10) 내의 열기가 열이송관을 따라 방열판(30)으로 향하면 방열판(30)에서는 이 열기를 외부로 방열한다. 이 때, 방열슬릿(30a)으로 인해 열기의 방열량이 더욱 증대될 수 있게 된다.

도 2 및 도 3에 보면, 방열판(30)이 장비본체(10)의 일측에 마련되어 있지만 그 위치는 변경될 수 있는 것이며, 경우에 따라 장비본체(10)의 외곽을 모두 방열판(30)으로 형성할 수도 있는 것이다. 이처럼 장비본체(10)의 외곽을 모두 방열판(30)으로 형성할 경우에는 열전달관(50)을 복수개로 형성하여 그 양단이 각각 열저장부(40)와 방열판(30)을 연결하도록 해야할 것이다.

방열판(30) 내에는 방열판(30)의 두께방향을 따라 3단으로 배열된 다공성 메쉬(30b)가 개재되어 있다. 메쉬(30b)는 동이나 알루미늄 재질, 혹은 그밖에 열전도도가 높은 은, 백금 등의 재질로 이루어져 방열효과를 높인다. 만일, 방열판(30)의 방열효과를 더욱 높이고자 한다면 방열판(30) 내에 상변화물질이 충진시킬 수도 있을 것이다.

한편, 열저장부(40) 내에는 도 5에 도시된 바와 같이, 알루미늄 압출에 의해 성형되어 판면방향으로 배열된 복수의 라지에터판(42a)을 갖는 라지에터부(42)가마련되어 있다. 그리고, 열저장부(40) 내에는 상변화물질이 충진되어 있다.

소위, 흡열부라고도 불리는 라지에터부(42)는 열전달을 보다 높이기 위해 알루미늄이나 동재질로 마련되며, 흡열판이라 불리는 라지에터판(42a)은 핀(pin)으로도 형성될 수 있다. 열저장부(40)의 전면에는 블랭크(44, Blank)가 마련되어 있고 블랭크(44)에는 복수의 고정홀(44a)이 형성되어 있다.

이러한 상변화물질은 고체에서 액체로 상변화하면서 주위의 열을 흡수한다. 즉, 장비본체(10) 내에 부품들은 대략 20℃ 내지 45℃ 정도의 온도상태를 유지해야만 정상적으로 작동할 수 있다. 그러나, 더운 여름날의 외기 온도와 더불어 부품들이 작동함에 따라 발생되는 온도는 대략 70℃ 이상을 형성한다. 따라서, 이러한 높은 온도를 낮추지 않게 되면 장비본체(10) 내의 부품들은 손상이 갈 수밖에 없다.

이에, 본 발명에서는 장비본체(10) 내에 상변화물질이 충진된 열저장부(40)를 마련하고 있는 것이다. 열저장부(40) 내에 충진된 상변화물질은 평상시에는 고체상태로 존재하다가 전술한 바와 같이, 더운 여름날의 외기 온도와 더불어 부품들이 작동함에 따라 발생되는 온도는 대략 70℃도 이상을 이룰 경우, 액체상태로 상변화한다.

예를 들어, 통신장비내의 온도(△T : 온도 변화값)는 통신장비의 발열량(T2)과 외부온도(T1) 차의 허용온도로 함체내부의 열(Q)을 효과적으로 제거할 수 있도록 하였다. △T = T2 - T1

이처럼 고체에서 액체로 상변화하면서 장비본체(10) 내의 열을 흡수하게 된다. 흡수된 열기는 열전달관(50)을 통해 방열판(30)으로 전달되어 외부로 방열됨으로써 장비본체(10) 내부의 온도는 낮아질 수 있게 된다.

열전달관(50)은 열저장부(40)와 방열판(30)을 연결하며 외기 온도 및 부품들로부터 발생된 열에 의해 열저장부(40) 내에 충진된 상변화물질이 고체에서 액체로 상변화할 경우, 상변화물질에 의해 흡수된 장비본체(10) 내의 열기를 방열판(30)으로 전달한다. 이러한 열전달관(50)은 단일의 관이 채용될 수도 있으나, 열전달을 보다 높이고자 한다면 도 4과 같이 복수개로 채용하는 것이 유리할 것이다.

열전달관(50)은 도 6에 도시된 바와 같이, 이중의 관상체로 형성되어 열전달효율이 높아지도록 한다. 즉, 외측관(50a) 내에는 고체에서 액체로 상변화하면서 주위의 열을 흡수하는 상변화물질이 충진되어 있고 내측관(50b) 내에는 액체에서 기체로 상변화하면서 주위의 열을 흡수하는 상변화물질이 충진되어 있다.

이러한 구성을 갖는 냉각장치의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

더운 여름날이나 혹은 봄/가을의 오후, 외기의 온도가 높을 경우, 외기의 온도에 의해 장비본체(10)의 내부는 그 온도가 상승한다. 이 때, 장비본체(10)를 가동시키는 부품들에서도 역시 열기가 발생한다.

이처럼 발생된 열기로 인해 열저장부(40) 내에 충진된 상변화물질은 고체에서 액체로 상변화하면서 장비본체(10) 내의 고온의 열기를 흡수한다. 이처럼 흡수된 열기는 열전달관(50)을 통해 장비본체(10)의 일측면에 마련된 방열판(30)으로 향한다. 그리고는, 방열판(30)을 통해 외부로 방열된다.

한편, 밀폐된 공간 내에서 열을 발생시키는 전자장비의 온도를 일정하게 유지시키는 본 발명의 냉각장치는 특히 하루 중 외기 온도가 실내 설정온도보다 낮게 되는 야간에 외기에 의해 냉각된 작동액을 실내에 저장된 액상 상변화물질에 접촉시켜 용융열을 내놓고 고화되게 하고, 낮 동안에 실내온도가 설정온도보다 상승하게 되면, 고화된 상변화물질이 녹으면서 열을 흡수하며 내재된 전자장비의 과도한 상승을 막는 수동냉각장치를 말한다.

본 발명의 전자장비 냉각장치가 설치되려면 다음과 같은 선결조건들이 만족되어야 할 것이다.

첫째, 실내설정온도가 일일 최저온도보다 낮아서는 안된다. 이 조건은 열역학 제2법칙에 의한 것이다.

둘째, 열저장매체인 상변화물질의 크기가 일일 열부하를 감당할 수 있는 만큼 커야한다.

셋째, 일일 최저 기온시의 열발산능력이 충분하여 단시간 내에 일일 열부하를 발산할 수 있어야 한다.

넷째, 기타 단열 및 제어 등의 부수적인 장치가 적절히 갖추어져 있어야 한다.

외부온도가 내부온도보다 더 낮을 때 방열판(30)이 전자장비로부터 외부환경으로 축적된 열을 발산하기 시작한다. 반면에 열저장부(40) 내의 상변화물질은 자동으로 재충전된다. 물론, 상변화물질의 충진을 위해 열저장부(40)로 상변화물질을 공급하는 별도의 상변화물질 공급부를 더 마련해야 할 것이다. 이처럼 상변화물질의 충진을 위해서는 이러한 자연스런 현상은 중력과 밀도의 차이를 이용한 특별한 유기적인 열이전 유동시스템에 의해 이루어진다.

이러한 과정을 통해 장비본체(10) 내부의 온도는 낮아질 수 있다. 이처럼 장비본체(10) 내부의 온도가 낮아지기 때문에 장비본체(10) 내부 고온의 열기가 야간에 외부의 냉기와 접하게 되어 장비본체(10) 내에 결로 현상을 일으키는 것을 효과적으로 방지하여 전자장비가 오동작하는 것을 저지할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 의하면 장비본체(10)의 내부 온도가 상승하는 것을 저지할 뿐만 아니라 장비본체(10) 내에서 이슬이 발생하는 현상을 저지함으로써 장비본체(10)를 이루는 부품들이 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 장비본체의 내부 온도가 상승하는 것을 저지할 뿐만 아니라 장비본체 내에서 이슬이 발생하는 현상을 저지함으로써 장비본체를 이루는 부품들이 손상되는 것을 방지하며 내장된 전자장비의 과도한 온도상승을 막는 전자장비용 냉각장치가 제공된다.

Claims

일측이 개구되고 내부에 복수의 부품이 장착된 수용공간을 갖는 장비본체와, 상기 장비본체의 개구를 개폐하는 도어를 갖는 전자장비를 냉각시키기 위한 전자장비 냉각장치에 있어서,

상기 장비본체의 어느 일벽면에 마련되어 외부로 열기를 방열시키는 방열판과;

상기 장비본체 내의 수용공간에 마련되며 내부에 고체에서 액체로 상변화하면서 주위의 열을 흡수하는 상변화물질(PCM)이 충진되어 있는 열저장부와;

상기 열저장부와 상기 방열판을 연결하며 외기 온도 및 상기 부품들로부터 발생된 열에 의해 상기 열저장부 내에 충진된 상변화물질이 고체에서 액체로 상변화할 경우, 상기 상변화물질에 의해 흡수된 상기 장비본체 내의 열기를 상기 방열판으로 전달하는 적어도 하나의 열전달관을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장비 냉각장치.
제1항에 있어서,

상기 방열판은 비교적 열전도가 높은 알루미늄 재질로 이루어지며, 그 일측면에는 외기와의 접촉면적을 증대시키기 위한 복수의 방열슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자장비 냉각장치.
제2항에 있어서,

상기 방열슬릿은 지그재그 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전자장비 냉각장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 방열판 내에는 상기 방열판의 두께방향을 따라 적어도 일단 이상으로 배열된 다공성 메쉬가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전자장비 냉각장치.
제4항에 있어서,

상기 방열판 내에는 상변화물질이 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 전자장비 냉각장치.
제1항에 있어서,

상기 열저장부 내에는 알루미늄 압출에 의해 성형되어 판면방향으로 배열된 복수의 라지에터판을 갖는 라지에터부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전자장비 냉각장치.
제1항에 있어서,

상기 열전달관은 이중의 관상체로 형성되어 있으며, 외측관 내에는 고체에서 액체로 상변화하면서 주위의 열을 흡수하는 상변화물질이 충진되어 있고 내측관 내에는 액체에서 기체로 상변화하면서 주위의 열을 흡수하는 상변화물질이 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 전자장비 냉각장치.