KR20090004463A - 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 냉각장치는 열원에 열적으로 연결가능한 히트싱크, 공기유출개방부, 적어도 두개의 공기흡입개방부와, 공기흡입개방부를 통하여 냉각장치로 공기를 흡인하고 공기유출개방부를 통하여 냉각장치로부터의 공기를 배출할 수 있게 된 팬으로 구성되고, 상기 팬의 작동시에, 적어도 하나의 공기흡입개방부로부터의 공기흐름이 적어도 다름 하나의 공기흡입개방부로부터 공기를 히트싱크측으로 밀어낸다.
냉각장치, 히트싱크.

Description

냉각장치 {COOLING APPARATUS}
본 발명은 냉각장치와, 열원을 냉각시키기 위한 방법, 특히 발광다이오드(LED)장치, 특히 고성능 LED 어레이와 같은 발광소자를 냉각시키기 위한 방법에 관한 것이다.
통상적으로 고성능 LED 어레이는 대류냉각을 통하여 LED 어레이로부터 발생되는 열을 분산시키는 히트싱크에 결합된다. 그러나, 고성능 LED 어레이를 위한 충분한 냉각성능을 유지하기 위하여, 히트싱크는 냉각면적이 커야 하는데, 이는 조명장치의 부피가 커지도록 하고 코스트가 상승되도록 한다.
본 발명의 목적은 보다 콤팩트하고 비용효율이 높은 조명장치의 냉각방법은 제공하는데 있다.
이러한 목적은 청구범위 제1항에 따른 냉각장치와 청구범위 제10항에 따른 방법에 의하여 달성된다.
냉각장치는 열원에 열적으로 연결된 히트싱크와, 하나의 공기유출개방부 및 적어도 두개의 공기흡입개방부로 구성된다. 또한 냉각장치는 공기흡입개방부를 통하여 공기를 냉각장치측으로 흡인하고 냉각장치로부터의 공기를 공기유출개방부를 통하여 배출할 수 있게 된 팬(fan)으로 구성된다. 팬이 작동될 때, 냉각장치에서는 적어도 하나의 공기흡입개방부로부터의 공기흐름이 적어도 다른 하나의 공기흡입개방부로부터의 비교적 차거운 주위공기의 공기흐름을 히트싱크측으로 강제로 이동시켜 히트싱크를 냉각시킬 수 있도록 한다.
이와 같이 히트싱크상에 또는 이를 통하여 냉각공기가 향하도록 함으로서 복잡하고 공간을 많이 차지하는 공기편향기를 필요로 하지 않고 높은 냉각효율을 얻을 수 있도록 한다. 또한 히트싱크는 비교적 소형으로 구성될 수 있으므로 콤팩트하고 비용효율이 높은 조립체를 얻을 수 있다. 장치는 그 작동이 신뢰가능하고 안전하다.
열원은 조명장치, 유리하게는 고성능 LED 또는 레이저 다이오드, 특히 고성 능 LED 또는 레이저 어레이로 구성될 수 있으나, 이로써 한정되는 것은 아니다.
만약 LED 어레이(또는 레이저 다이오드 어레이)를 이용하는 경우, 히트싱크측으로 비교적 균일한 열분산이 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 각 LED는 균등패턴, 즉, 상호 일정한 거리를 두고 히트싱크에 배치되는 것이 유리하다.
공기흐름 사이에 충분한 상호작용이 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 각 공기흡입개방부는 실질적으로 상대측으로 향하여 배열되는 것이 유리하다. 이와 같이 함으로서, 상호작용하는 공기흐름이 상대측을 향하여 안내되고 이들의 상호작용에 의하여 공기흐름중의 하나가 다른 공기흐름을 히트싱크측으로 밀어낼 수 있다.
사용수명이 연장될 수 있도록 하고 음향성 잡음을 줄이기 위하여, 냉각장치는 공기흐름이 층류(層流)를 이루도록 하는 것이 유리하다.
높은 압력강하 또는 이에 따른 유속의 감소를 방지하고 난류성의 공기흐름을 방지하기 위하여, 적어도 하나의 공기흡입개방부, 바람직하기로는 모든 공기흡입개방부가 필터 그리드(filter grid)로 구성된다. 또한 이러한 필터 그리드는 전기적인 충격과 외부로부터 작용하는 힘으로부터 냉각장치를 보호함으로서 이러한 냉각장치의 사용분야가 확장될 수 있다. 이러한 필터 그리드에는 다수의 통공이 구비되는 것이 유리하다.
히트싱크는 실질적으로 팬을 향하는 열전도구조물로 구성되며 여기에서 적어도 하나의 공기흐름이 강제로 열전도구조물측으로 향하게 된다. 따라서, 이러한 공기흐름은 열전도구조물 전체를 통하여 유동함으로서 보다 효과적인 열분산이 이루어질 수 있다. 열전도구조물은 적어도 하나의 히트싱크 핀(heatsink pin), 냉각 핀(cooling fin)과, 냉각판으로 구성되는 것이 유리하다.
히트싱크는 95% 이상의 순수 알루미늄, 바람직하기로는 적어도 99%의 알루미늄으로 만들어지며, 양호한 열전도성을 갖도록 하기 위하여 특히 800 바아의 압력에서 고압성형되는 것이 좋다. 고휘도는 증가된 열효율 때문에 효과적인 냉각이 이루어질 수 있도록 한다.
냉각영역으로부터 열원, 특히 LED 를 분리하기 위하여, 수용수단이 열전도구조물의 대향측에 배열된다. 이는 비교적 차거운 광원을 얻기 위하여 따뜻한 공기가 방출되는 방향의 대향측 방향으로 빛의 전달이 이루어질 수 있도록 한다.
냉각장치는 실질적으로 관상의 하우징으로 구성되고 그 내부에 팬과 히트싱크가 서로 간격을 두고 배치되어 이들 사이에 공기유동영역이 형성된다. 이러한 공기유동영역은 공기흡입개방부를 포함하는 방사상 연장부로 구성되고 여기에서 공기흐름과 상호작용하는 공기흡입개방부는 길이방향에서 상대측을 향한다. 방사상 연장부는 환상의 방사상 연장부일 수 있다.
더욱이, 히트싱크에 연결된 열원, 예를 들어, LED 어레이를 냉각시키기 위한 방법이 제공되며, 이러한 방법에서, 팬이 적어도 두개의 공기흡입개방부로부터 하우징 측으로 공기를 흡인하여 적어도 하나의 공기흡입개방부로부터의 공기흐름이 적어도 하나의 다른 공기흡입개방부로부터 흡입되는 공기흐름을 강제로 히트싱크측으로 향하도록 함으로서 히트싱크를 냉각시키고, 이어서 팬이 하우징으로부터 공기를 배출한다. 이러한 공기흐름을 실질적으로 층류상의 공기흐름이다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 고성능의 냉각장치(1)를 보인 것이다. 이 냉각장치(1)는 기본적으로 종축선 L을 갖는 관상형의 하우징(2)으로 구성된다. 이러한 하우징(2)내에 금속제 히트싱크(3)가 착설된다. 히트싱크(3)는 열전도성 접착제(5)에 의하여 고성능 LED 어레이(4)에 열적으로 연결되어 있다. 히트싱크(3)와, 상부벽을 포함하는 하우징(2)의 상측부가 LED 어레이를 수용하는 상부의 수용공간(6)을 형성한다. LED 측에 대향된 히트싱크(3)의 하측부에는 열전도/분산핀(7)의 베드(bed) 형태인 열전도구조물이 제공된다.
열전도/분산핀(7)을 포함하는 히트싱크(3)는 적어도 99%의 순수 알루미늄으로 만들어지며 양호한 열전도성을 갖도록 하기 위하여 800 바아 이상의 압력에서 고압성형으로 제작된다.
하우징의 하측부 저면벽에는 단면으로 보았을 때 하우징(2)의 하측부 전체를 점유하는 팬(8)이 안치되어 있다. 이러한 팬(8)은 하우징(2)의 내부로부터 공기를 흡인하여 수개의 통공의 형태로 구성된 저면벽의 공기유출개방부(9)를 통하여 공기를 배출할 수 있게 되어 있다. 팬(8)과 히트싱크(3)는 거리 A 만큼 간격을 두고 있다(핀 7로부터 측정하였을 때). 팬(8), 히트싱크(3)와, 하우징(2)의 측벽이 냉각공간(10)을 형성한다.
또한, 하우징(2)은 상부공기흡입개방부(11)와 하부공기흡입개방부(12)를 갖는다. 특히, 이들 개방부(11)(12)는 하우징(2)의 측벽에 형성된 연장부(13)에 형성되어 있다. 이들 개방부(11)(12)는 도시된 바와 같이 길이방향에서 상대측을 향하 여 배치된다. 팬(8)은 공기흡입개방부(11)(12)를 통하여 하우징(2)의 내부로 공기를 흡인할 수 있게 되어 있다. 이후 도 2에서 상세히 설명되는 바와 같이, 상부공기흡입개방부(11)로부터의 공기흐름은 하부공기흡입개방부(12)로부터의 공기흐름을 핀(7)의 기부를 통하여 히트싱크(3)측으로 밀어낸다.
상부공기흡입개방부(11)에는 다수의 통공이 형성된 필터 그리드(부호를 붙이지 않았음)가 구비되어 있다. 필터 그리드에 형성된 통공의 크기와 수, 공기흡입개방부(11)(12)의 위치, 공기흐름을 가속시키거나 방향을 바꾸어 주기 위하여 사용된 공기흡입개방부(11)(12)와 히트싱크(3) 및 열전도핀(7) 사이의 공기채널의 형태, 거리 A, 팬의 출력 등의 냉각장치(1)의 구성요소들을 설계하고 배치함으로서, 냉각장치는 냉각공간(10)내에서 층류상의 공기흐름을 형성한다.
도 2는 하부공기흡입개방부(또는 채널)(12)로부터 팬(8)으로 향하는 공기유동프로파일(14)과, 상부공기흡입개방부(또는 채널)(11)로부터 팬(8)으로 향하는 공기유동프로파일(15)을 보이고 있다. 팬(8)의 작동(흡인), 빠른 공기유속과, 그 프로파일의 곡률에 의하여, 하부공기유동프로파일(14)은 상호작용으로 이 하부공기유동프로파일(14)이 핀(7)과 히트싱크(3)를 통하여 상부공기유동프로파일(15)를 밀어내어 시스템의 열관리효율을 개선한다. 공기유동프로파일(14)(15)은 공기가 실질적으로 층류상으로 유동할 수 있도록 하여 팬의 날개상에서 공기의 유속이 균일하도록 하고 팬 기어의 온도가 균일하게 유지될 수 있도록 하여 팬의 사용수명이 보존될 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명 냉각장치의 단면도.
도 2는 공기흐름이 공기유동프로파일의 형태로 표시된 도 1에서 보인 냉각장치의 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
1: 냉각장치, 2: 하우징, 3: 히트싱크, 8: 팬, 9: 공기유출개방부, 11, 12: 공기흡입개방부, 14, 15: 공기유동프로파일.

Claims (11)

  1. 냉각장치(1)에 있어서, 이 냉각장치가 열원(4)에 열적으로 연결가능한 히트싱크(3), 공기유출개방부(9), 적어도 두개의 공기흡입개방부와, 공기흡입개방부(11, 12)를 통하여 냉각장치(1)내로 공기를 흡인하고 공기유출개방부를 통하여 냉각장치로부터의 공기를 배출할 수 있게 된 팬(8)으로 구성되고, 상기 팬(8)의 작동시에, 적어도 하나의 공기흡입개방부(12)로부터의 공기흐름(14)이 적어도 다름 하나의 공기흡입개방부(11)로부터의 공기를 히트싱크(3)측으로 밀어냄을 특징으로 하는 냉각장치(1).
  2. 제1항에 있어서, 층류상 공기흐름(14, 15)을 생성할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 냉각장치(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상호작용하는 공기흐름(14, 15)이 이루어질 수 있도록 하는 공기흡입개방부(11, 12)가 서로 대향되게 배치됨을 특징으로 하는 냉각장치(1).
  4. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 공기흡입개방부(11)가 필터 그리드를 가짐을 특징으로 하는 냉각장치(1).
  5. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 히트싱크(3)가 실질적으로 팬(8)을 향하여 배치된 열전도구조물(7)을 포함하고 적어도 하나의 공기흐름(15)이 열전도구조물측으로 강제이동됨을 특징으로 하는 냉각장치(1).
  6. 제5항에 있어서, 열전도구조물이 히트싱크 핀(7), 냉각핀과, 냉각판 중의 적어도 하나로 구성됨을 특징으로 하는 냉각장치(1).
  7. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 열원(4)이 열전도구조물(7)에 대하여 대향되게 배열됨을 특징으로 하는 냉각장치(1).
  8. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 중간에 공기유동영역을 형성하도록 내부에 팬(8)과 히트싱크(3)가 간격을 두고 배치되어 있는 관상의 하우징을 포함하고, 공기유동영역이 공기흡입개방부(11, 12)를 포함하는 방사상의 연장부로 구성되며 공기흐름에 상호작용하는 공기흡입개방부(11, 12)가 길이방향 L에서 상대측으로 향하고 있음을 특징으로 하는 냉각장치(1).
  9. 전기 청구항의 어느 한 항에 있어서, 열원(4)이 적어도 하나의 발광다이오드와 레이저 다이오드로 구성됨을 특징으로 하는 냉각장치(1).
  10. 히트싱크에 연결된 열원을 냉각시키는 방법에 있어서, 팬(8)이 적어도 두개 의 공기흡입개방부(11, 12)로부터 하우징(2) 측으로 공기를 흡인하여 적어도 하나의 공기흡입개방부(12)로부터의 공기흐름(14)이 적어도 하나의 다른 공기흡입개방부(11)로부터 흡입되는 공기흐름(15)을 강제로 히트싱크(3)측으로 향하도록 하고, 팬(8)이 하우징(2)으로부터 공기를 배출함을 특징으로 하는 열원의 냉각방법.
  11. 제10항에 있어서, 공기흐름이 실질적으로 층류상의 공기흐름(14, 15)임을 특징으로 하는 냉각방법.
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