KR20090077120A - 컵형상 히트 스프레더 및 이를 이용한 ｌｅｄ모듈용냉각장치 - Google Patents

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KR20090077120A
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Abstract

본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더는 컵형상의 내부 방열플레이트; 내부 방열플레이트에 대응되는 형상으로서, 내부 방열플레이트보다 큰 직경을 가지며, 바닥부 외면이 발열원과 열접촉되는 외부 방열플레이트; 및 내부 방열플레이트와 외부 방열플레이트가 상호 밀봉결합되어 형성되는 중공체 내부에서 상변화를 하며 순환하는 작동유체를 포함하며, 발열원에서 열을 흡수하여 기화한 작동유체는 상기 중공체의 일측에 형성된 기상통로를 통해 중공체의 상부로 이동되고, 다시 상기 중공체의 타측에 형성된 액상통로를 통해 중공체의 하부로 이동되는 순환구조를 가지며, 상기 중공체의 외부 방열플레이트(120)의 바닥부에는 윅이 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 컵형상의 히트스프레더에 의하면, 액상냉매와 기상냉매의 이동저항이 현저히 낮아져 원활한 냉매순환이 가능하다. 그리고, 배부름 현상은 히트스프레더의 형상을 컵형상으로 함에 의해 현격히 해소가 되었다. 또한 컵 형상 히트스프레더의 외부에 방열핀을 장착하고, 컵형상의 내부에도 보조 방열핀과 열전달코어를 배치함에 의해 냉각효율이 현저하게 증가하는 효과가 있다.
내부 방열플레이트, 외부 방열플레이트, 중공체, 히트스프레더, 윅

Description

컵형상 히트 스프레더 및 이를 이용한 ＬＥＤ모듈용 냉각장치{CUP-SHAPED HEAT SPREADER AND COOLING APPARATUS FOR LED MODULE USING THE HEAT SPREADER}
본 발명은 히트 스프레더에 관한 것으로서, 구체적으로는 컵형상의 히트스프레더 및 이러한 히트스프레더의 일 측에 열접촉된 발열원을 냉각시키는 장치에 관한 것이다. 나아가 특히 발열원으로서 LED모듈을 장착할 경우에 히트스프레더와 냉각부를 결합시킨 LED모듈용 냉각장치에 관한 것이다.
종래의 LED 냉각장치로 사용된 히트스프레더는 주로 평판형이었다. 도 1에 도시된 도면은 한국공개특허 제10-2005-0086391호(이하, '종래기술 1'이라 한다)의 대표도면이다. 종래 기술 1의 경우, 평판형으로 형성되어 평판위에 배치된 LED에서 발열되는 열량이 특정한 격벽통로에서만 열접촉되어 작용유체가 dry-out되는 문제점이 제기된다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 도면은 한국공개특허 제10-2007-0077399호(이하. 종래기술 2'라 한다)의 대표도면들이다. 종래기술 2의 경우, 기상냉매가 사방으로 확산되지 못하는 구조와 액상냉매의 귀환경로가 너무 길어 냉매의 이동저항이 크다는 문제점이 제기된다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 기상냉매가 상승하고, 액상냉매가 하강하는 성질을 효과적으로 이용하기 위하여 히트스프레더의 형상을 컵형상으로 하고자 한다.
둘째, 평판형 히트스프레더의 배부름 현상을 형상적 접근을 통해 해결하고자 한다.
셋째, 흡열부와 방열부를 분리하여 작동시키고자 한다.
넷째, 기상냉매와 액상냉매가 분리되어 이동시키고자 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급된 목적들에 한정되지 않으면, 언급되지 아니한 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더는 컵형상의 내부 방열플레이트; 내부 방열플레이트에 대응되는 형상으로서, 내부 방열플레이트보다 큰 직경을 가지며, 바닥부 외면이 발열원과 열접촉되는 외부 방열플레이트; 및 내부 방열플레이트와 외부 방열플레이트가 상호 밀봉결합되어 형성되는 중공체 내부에서 상변화를 하며 순환하는 작동유체를 포함하며, 발열원에서 열을 흡수하여 기화한 작동유체는 상기 중공체의 일측에 형성된 기상통로를 통해 중공체의 상부로 이동되고, 다시 상기 중공체의 타측에 형성된 액상통로를 통해 중공체의 하부로 이동되는 순환구조를 가지며, 상기 중공체의 외부 방열플레이트(120)의 바닥부에는 윅이 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더는 중공체 내부가 윅으로 구비되는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더의 중공체 내부에는, 일 단이 바닥부에 배치된 상기 윅에 인접배치되고, 타 단이 상기 중공체의 상단과 이격되게 배치되어, 기상통로와 액상통로를 연통가능하게 분리시키는 분리판이 구비되는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더의 기상통로는 비어있거나 스페이서가 배치되며, 액상통로는 비어있거나 윅이 배치되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더의 중공체의 내부에는 스페이서가 전ㆍ후에 결합된 윅이 배치되는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더의 중공체의 바닥부 내면에는 상측으로 돌출형성된 복수의 열교환돌기가 구비되며, 열교환돌기의 상부 또는 전부가 윅과 접하게 된다.
본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더에는 중공체를 관통하는 통풍구가 형성되며, 통풍구는 중공체의 측면부에 형성되는 측면통풍구와 중공체의 바닥부에 형성되는 중앙통풍구 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치는 중앙에 홀이 형성된 냉각부 몸체; 냉각부 몸체로부터 돌출형성된 방열핀; 냉각부 몸체의 중앙홀에 삽입안착되는, 본 발명에 따른 히트스프레더; 및 상기 히트스프레더의 바닥부 외면에 장착되는 LED모듈부를 포함한다.
본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치의 냉각부 몸체는 상협하광의 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치는 히트스프레더의 측면부에 형성된 측면통풍구와 중앙통풍구 중 적어도 하나의 통풍구와 연통되도록, 냉각부 몸체에 몸체통풍구가 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치는 방열핀이 좌우로 이격배열되는 구조 또는 상하로 적층배열되는 구조가 가능하다.
방열핀이 좌우로 이격배열된 구조인 경우, 각 방열핀은 외경이 상측으로 갈수록 작아지는 상협하광의 형상으로 구비되는 것이 바람직하다.
방열핀이 상하로 적층배열된 구조인 경우, 상측에 배치되는 방열핀의 외경이 하측에 배치되는 방열핀의 외경보다 작아져서, 적층된 방열핀의 전체 외관이 상협하광의 형상을 이루는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치은 히트스프레더의 컵 형상 내부에 삽입되는 내부 방열핀이 더 구비된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치는 히트스프레더의 컵 형상 내부에 열전달코어가 추가로 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 컵형상의 히트스프레더에 의하면, 액상냉매와 기상냉매의 이동저항이 현저히 낮아져 원활한 냉매순환이 가능하다. 그리고, 배부름 현상은 히트스프레더의 형상을 컵형상으로 함에 의해 현격히 해소되었다. 또한 컵 형상 히트스프레더의 외부에 방열핀을 장착하고, 컵형상의 내부에도 보조 방열핀과 열전달코어를 배치함에 의해 냉각효율이 현저하게 증가하는 효과가 있다.
본 발명에 따른 히트스프레더는 컵형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 여기서 '컵'의 사전적 의미는 물이나 음료 따위를 따라 마시려고 만든 그릇을 뜻한다. 본 명세서에서의 '컵형상'이란 컵의 기능을 할 수 있는 형상을 통칭하는 의미로 사용된다. 따라서 원형상, 사각형상, 타원형상 등 다양한 컵형상이 가능하다. 다만 설명의 편의를 위하여, 본 명세서와 첨부된 도면에서는 원형상 내지 원통형상을 본 발명에 따른 대표적인 컵형상으로 삼아 설명하고자 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 활용하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
종래기술인 평판형 히트스프레더(도1,도2a, 도2b 참조)와 대비하여 주요한 구조적 차이점은 히트스프레더의 형상이 컵형상이라는 점에 있다.
도 3은 본 발명에 따른 히트스프레더를 직관적으로 설명하기 위한 개략적인 사시도와 단면도이다. 도 4는 본 발명에 따른 히트스프레더의 기본적인 실시예를 나타내는 정단면도이다. 도 5a는 도 4의 개략적인 분해사시도이고, 도 5b 및 도 5c는 도 4에 도시된 스페이서(150)의 일 실시예의 사시도이다.
본 발명에 따른 히트스프레더(100)는 도 4 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 내부 방열플레이트(110), 외부방열플레이트(120) 및 윅(wick)(130)을 포함한다.
본 발명에 따른 히트스프레더(100)는 컵 형상의 내부 방열플레이트(110), 내부 방열플레이트(110)에 대응되는 형상으로서, 내부 방열플레이트(110)보다 큰 직경을 가지며, 바닥부 외면이 발열원과 열접촉되는 외부 방열플레이트(120)를 가진다.
본 발명에 따른 내부 방열플레이트(110)와 외부 방열플레이트(120)는 상호 밀봉결합되어 중공체가 형성된다.
그리고 중공체 내부에는 상변화를 하며 순환하는 작동유체가 배치된다.
본 발명에 따른 작동유체는 발열원에서 열을 흡수하여 기화하며 중공체의 일측에 형성된 기상통로(111)를 통해 중공체의 상부로 이동되고, 다시 중공체의 타측에 형성된 액상통로(121)를 통해 중공체의 하부로 이동되는 순환구조를 가진다.
본 발명에 따른 기상통로(111)와 액상통로(121)는 본 발명에 따른 중공체의 내부에 마련된다. 본 명세서에서는 내부 방열플레이트(110)와 접한 공간을 기상통로(111)로 설정하고, 외부 방열플레이트(120)와 접한 공간을 액상통로(121)로 설정하는 실시예를 기본으로 설명한다. 그러나 기상통로(111)와 액상통로(121)는 기본 실시예의 위치에 설정되는 것으로 한정되지는 않으며, 상호 위치가 전환되는 실시예(도 8 참조) 또는 액상통로(121)의 전ㆍ후에 기상통로(111)가 형성되는 실시예 (도 7 참조) 등 다양한 실시예가 가능하다.
본 발명에 따른 히트스프레더(100)는 중공체의 외부 방열플레이트(120)의 바닥부에는 윅(130)이 배치된다. 외부 방열플레이트(120)의 바닥부의 외면은 발열원과 열접촉되는데, 발열원의 열량을 액상냉매 전체에 걸쳐 신속히 전달시키기 위하여 바닥부의 내면에 윅(130)을 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 중공체의 바닥부에 배치되는 윅(130)은 외부 방열플레이트(120)의 바닥부의 내면에 접하도록 배치되는 실시예(도 4 참조)도 가능하고, 바닥부의 내면과 부분적으로만 접하도록 배치되는 실시예(도 8 참조)도 가능하다.
본 발명에 따른 히트스프레더(100)는 기상통로(111)의 내면에 증기확산채널(112)이 돌출형성 또는 함몰형성된 것이 바람직하다. 증기확산채널(112)은 일정한 부분이 길이방향으로 돌출형성 또는 함몰형성됨에 따라 일정 깊이로 패인 홈이 형성되는 구조이다. 중공체 내부의 기상냉매는 기상통로(111) 뿐 아니라 증기확산채널(112)을 통해서 보다 신속하게 이동될 수 있다.
본 발명에 따른 증기확산채널(122)이 기상냉매를 이동시키기에 충분한 면적이 확보된다면, 증기확산채널(112)을 기상통로(111)로 삼는 것도 가능하다. 이 경우, 중공체 내부에서 증기확산채널(112) 이외의 부분은 윅(130)으로 배치되어 액상통로(121)로 기능 하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 히트스프레더(100)의 중공체 내부에는 분리판(140)이 구비될 수 있다. 본 발명에 따른 분리판(140)은 일 단이 중공체의 바닥부에 배치된 윅(130)에 인접배치되고, 타 단이 중공체의 상단과 이격되게 배치되어, 기상통 로(111)와 액상통로(121)를 연통가능하게 분리시킨다.
분리판(140)은 도 4에 도시된 바와 같이, 중공체의 상단과 이격되게 배치되어 이격된 공간을 액화된 작동유체가 액상통로(121)로 이동되게 한다.
한편, 본 발명에 따른 분리판(140)은 도 5a에 도시된 바와 같이, 상부에 복수의 관통공(141)이 형성될 수 있다. 작동유체가 기상통로(111)를 이동하는 중에 액상으로 상변화가 되는 경우가 있을 수 있는데, 관통공(141)은 기상통로(111)의 대략 말단부분에 복수 개로 형성되어 액상으로 된 작동유체를 액상통로(121)로 이동시키는 역할을 담당한다.
본 발명에 따른 스페이서(150)은 도 5b 및 도 5c에 도시된 실시예와 같은 물결형상 또는 그물형상(미도시) 등으로 형성될 수 있다. 스페이서(150)는 기상냉매가 중공체의 기상통로(111)를 신속하게 이동할 수 있는 공간을 확보하며, 중공체 및/또는 윅과 열접촉되는 방열핀 역할을 수행함으로써 방열효과를 극대화할 수 있다.
윅(130)이 배치된 실시예의 경우, 기상통로(111) 상에서 액화된 냉매는 스페이스(150)의 표면을 따라 인접한 윅(130)에 흡수될 수 있다.
윅(130)이 배치되는 실시예의 경우, 본 발명에 따른 스페이서(150)는 윅(130)을 압착하여 밀착접촉시키는 수단으로 사용될 수도 있다.
본 발명에 따른 히트스프레더(100)는 기상통로(111)는 비어있거나 스페이서(150)가 배치되는 실시예, 액상통로(121)는 비어있거나 윅(130)이 배치되는 실시예 등 다음과 같은 실시예들이 가능하다.
구성 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
기상통로(111) 빈 공간 스페이서 빈 공간 스페이서
액상통로(121) 빈 공간 빈 공간 윅 윅
또한, 본 발명에 따른 히트스프레더(100)는 도 7에 도시된 바와 같이, 스페이서(150)가 전ㆍ 후로 결합된 윅(130)이 중공체 내부에 배치되는 것도 가능하다. 이와 같은 실시예에서는 가운데 배치된 윅(130)이 액상통로(121) 역할을 하고, 전ㆍ 후로 배치된 스페이서(150)가 기상통로(111)역할을 하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 히트스프레더(100)의 중공체 측면부의 액상통로(121)에 윅(130)이 배치되는 경우에는, 중공체의 바닥부에 배치된 윅(130)과 연결되게 형성시키는 것이 액상냉매의 원활한 이동의 측면에서 바람직하다.
본 발명에 따른 히트스프레더(100)는 도 8에 도시된 바와 같이, 중공체의 바닥부 내면에 상측으로 돌출형성된 복수의 열교환돌기(122)가 구비될 수 있다. 이 경우, 열교환돌기(122)의 상부 또는 전부가 윅(130)과 접하게 된다. 열교환효율을 위해서는 열교환돌기(122)가 윅(130)에 삽입접촉되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 히트스프레더(100)에는 중공체를 관통하는 통풍구(160)가 형성되어 보다 효율적인 공기유동을 유도할 수 있다.
본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더(100)는 컵형상 안쪽의 공기유동이 원활하지 못한 경우에 대비하여, 중공체를 관통하는 통풍구(160)를 형성시켜, 컵형상의 안과 밖의 공기를 통하게 하는 방식을 채택함이 바람직하다.
즉 본 발명에 따른 통풍구(160)는 중공체의 측면부에 측면통풍구(161)가 형성될 수도 있고, 중공체의 바닥부에 중앙통풍구(162)가 형성될 수도 있으며, 두 곳 모두에 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 측면통풍구(161)가 형성된 실시예는 도 9a에 도시되어 있다. 측면통풍구(161)는 단수 또는 복수로 형성될 수 있으며, 공기유동에 적절한 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 도 9a는 컵형상에 대해 대략 동일한 높이로 복수개가 연속으로 형성된 실시예를 나타낸다. 이 경우 도 9b에 도시된 바와 같이 컵형상의 바깥쪽의 공기가 컵형상의 안쪽으로 유입되어 내부 방열플레이트(110)를 통한 열전달효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 중앙통풍구(162)가 형성된 실시예는 도 10a에 도시되어 있다. 중앙통풍구(162)도 크게 1개를 형성시킬 수도 있고, 작게 복수개를 형성시킬 수도 있다.
본 발명에 따른 중앙통풍구(162)가 크게 1개가 형성되는 경우 중에서, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 중공체의 측면부 하단이 바닥부가 되는 실시예가 가능하다.
본 실시예의 경우, 중공체의 내부 방열플레이트(110)와 외부 방열플레이트(120)의 측면부 각 내면에는 윅(130)이 배치되어 액상통로(121)가 되며, 측면부 내부는 중공으로서 기상통로(111)가 되는 것이 바람직하다.
여기서, 액상통로(121)에 윅(130)이 배치되는 경우에는 윅(130)과 대응되는 형상의 윅 압착부재(131)를 중공체의 내경방향으로 윅(130) 안쪽에 배치시키는 것이 바람직하다.
즉 윅(130)의 배치를 용이하게 하기 위하여, 윅 압착부재(131)를 사용하는 것도 가능하다. 윅(130)은 일반적으로 소결방식 또는 접촉방식으로 배치될 수 있다. 소결방식의 경우, 즉 윅(130)을 플레이트에 소결형성시키는 경우에는 윅 압착부재(131)가 반드시 필요로 되지는 않을 것이다.
그러나 접촉방식의 경우에는 윅(130)을 중공체에 강제로 밀착접촉시킬 수단인 윅 압착부재(131)가 필요하게 된다. 윅 압착부재(131)는 탄성을 가지고 강제밀착기능을 수행할 수 있는 형상이면 모두 가능하다.
본 발명에 따른 윅 압착부재(131)는 성형된 윅(130)과 함께 중공체에 삽입되거나, 윅(130)을 먼저 삽입한 다음에 삽입되는 방식으로 활용될 수 있다.
이러한 윅 압착부재(131)는 전술한 스페이서(150)의 기능을 수행할 수 있다. 그러므로 전술한 스페이서(150)도 윅 압착부재(131)로 활용가능하다.
한편, 본 발명에 따른 컵형상 히트스프레더(100)의 컵형상 안쪽의 공기유동을 원활하게 하기 위하여, 중공체의 상부에 냉각팬(170)이 추가배치하고 강제대류방식을 채택하는 실시예(도 12 참조)도 가능하다. 본 강제대류 실시예는 중공체에 통풍구(160)가 형성되면 더욱 효과적으로 기능할 것이다.
자연대류방식은 열교환을 통해 열량을 흡수한 공기(hot air)가 상부로 상승하는 공기유동흐름이 이루어질 것이다. 반면, 냉각팬(170)을 이용한 강제대류방식은 도 12에 도시된 바와 같이 하강하는 공기유동을 만들 수도 있고, 냉각팬(170)의 회전방향을 변경하여 상승하는 공기유동을 만들 수도 있다. 이 경우 냉각효율에 효과적인 공기유동흐름을 위해 냉각팬(170)의 회전방향을 선택함이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 따른 컵형상의 히트스프레더(100)를 이용하여 LED모듈 용 냉각장치를 구성하는 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 LED모듈용 냉각장치(200)는 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 냉각부 몸체(210), 방열핀(220), 본 발명에 따른 컵형상의 히트스프레더(100) 및 LED 모듈부(230)를 포함한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 LED모듈용 냉각장치(200)는 중앙에 홀이 형성된 냉각부 몸체(210), 냉각부 몸체(210)로부터 돌출형성된 방열핀(220), 냉각부 몸체(210)의 중앙홀에 삽입안착되는 본 발명에 따른 컵형상의 히트스프레더(100) 및 히트스프레더(100)의 바닥부 외면에 장착되는 LED모듈부(230)를 포함한다.
본 발명에 따른 컵형상의 히트스프레더(100)가 삽입안착될 수 있는 중앙홀이 구비된 냉각부 몸체(210)에 방열핀(210)을 다양한 형태로 배치하여, 발열원인 LED 모듈부에서 발생되는 열량을 1 차적으로 히트스프레더(100)를 통해 방열시키며, 2차적으로 방열핀(210)을 통해서 방열시키는 구조를 취하고 있다.
본 발명에 따른 LED모듈용 냉각장치(200)의 방열핀(220) 관통공(221)이 형성되어 원활한 공기유동을 유도함이 바람직하다. 방열핀(220)의 관통공(221)은 다양한 개수로 다양한 위치에, 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 LED모듈용 냉각장치(200)는 컵형상의 히트스프레더(100)의 컵형상 안쪽을 비워두고 공기유동을 통한 열교환을 수행할 수도 있다.
반면, 히트스프레더(100)의 컵형상의 안쪽에 도 15에 도시된 바와 같이, 내부 방열핀(240)을 추가로 배치하여 열교환효율을 증가시키는 것도 바람직하다.
한편, 냉각부 몸체(210)의 형상 또한 상협하광의 형상으로 구비되게 하면 방열효율이 증가하므로 바람직하다.
본 발명에 따른 LED모듈용 냉각장치(200)의 냉각부 몸체(210)에는 몸체통풍구(211)가 형성되어, 본 발명에 따른 히트스프레더(100)의 측면부에 형성된 측면통풍구(161) 및/또는 중앙통풍구(162)와 연통되도록 하여 공기유동을 원활하게 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 LED모듈용 냉각장치(200)의 복수의 방열핀(220)은 냉각부 몸체(210)에 좌우로 이격배열되는 실시예(도 13a 및 도 19a 참조)도 가능하고, 상하로 적층배열되는 실시예(도 14 내지 도 18 참조)도 가능하다.
본 발명에 따른 방열핀(220)이 좌우로 이격배열된 구조인 경우, 방열핀(220)에는 내부유동홈(222)이 상하방향으로 형성될 수 있다.
방열핀(220)이 좌우로 이격배열되면, 좌우방향으로의 공기유동을 원활하게 할 필요가 있고, 또한 뜨거워진 공기(hot air)가 신속하게 상승하게 할 필요도 있다. 뜨거워진 공기의 상승을 위해 방열핀(220)에 상하방향으로 내부유동홈(222)을 형성함이 바람직하다. 내부유동홈(222)은 단수 또는 복수개로 형성될 수 있고, 일정한 기울기를 가지고 상하방향으로 형성될 수 있다.
한편, 상승하는 공기의 흐름을 방해하지 않기 위하여, 각 방열핀(220)은 동일한 형상보다 상측으로 갈수록 외경이 작아지는 형상을 구비하여, 전체적인 외관이 상협하광(上狹下廣)의 형상을 이루는 것이 바람직하다. 그러나 상하가 동일한 외경을 가진 형상도 가능할 것이다.
방열핀(220) 좌우로의 공기유동을 위하여 방열핀(220)의 소정의 위치에 단수 또는 복수의 관통공(221)을 형성시키는 것이 바람직하다. 그리고 내부유동홈(222)도 방열핀(220) 좌우로의 공기유동에 기여하게 된다.
본 발명에 따른 방열핀(220)이 상하로 적층배열된 구조인 경우, 각 방열핀(220)의 외경이 대략 동일하게 형성되는 실시예(도 14 내지 도 18 참조)가 가능하다. 그런데 상하로 적층된 경우 상승하는 공기의 흐름을 방해하지 않기 위하여 도 21에 도시된 바와 같이, 상측에 배치되는 방열핀(220)의 외경이 하측에 배치되는 방열핀(220)의 외경보다 작아져서, 적층된 방열핀(220)의 전체 외관이 상협하광의 형상(예로 계단형상)을 이루는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 LED모듈용 냉각장치(200)의 내부 방열핀(240)은 냉각부 몸체(210)에 형성되는 방열핀(220)과 별개로 형성될 수도 있고(도 19a 참조), 상호 연결되어 일체형으로 형성될 수도 있다(도 20a 참조).
한편, 본 발명에 따른 LED모듈용 냉각장치(200)에 있어서, 히트스프레더(100)의 컵 형상 내부에는 열전도도가 높은 소재로 형성된 열전달코어(250)를 내부 방열플레이트(110)의 바닥부 외면에 열접촉시키는 것이 바람직하다. 열전달코어(250)가 추가로 배치되면, 내부 방열핀(240)은 열전달코어(250)에 접하게 배치됨이 바람직하다. 이 경우 내부 방열핀(240)이 열전달코어(250)에만 접하게 될 수도 있고, 일부는 내부 방열플레이트(110)와 접하고, 나머지는 열전달코어(250)와 접하는 실시예(도 20b 참조)도 가능하다.
도 1은 종래 기술을 나타내는 도면이고,
도 2a 및 도 2b는 다른 종래 기술을 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명을 나타내는 개략도이고,
도 4는 본 발명에 따른 히트스프레더의 일 실시예를 나타내는 정단면도이고,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 히트스프레더의 분해사시도이고,
도 6은 본 발명에 따른 히트스프레더의 다른 실시예를 나타내는 정단면도이고,
도 7은 본 발명에 따른 히트스프레더의 다른 실시예를 나타내는 정단면도이고,
도 8은 본 발명에 따른 히트스프레더에 열전달돌기가 형성된 실시예를 나타내는 정단면도이고.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 히트스프레더의 측면부에 측면통풍구가 형성된 실시예를 나타내는 정단면도이고,
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 히트스프레더의 바닥부에 중앙통풍구가 형성된 실시예를 나타내는 정단면도이고,
도 11a 및 도 11b는 히트스프레더의 바닥부에 중앙통풍구가 형성된 실시예의 작동원리를 나타내는 정단면도 및 평단면도이고,
도 12는 본 발명에 따른 히트스프레더의 상부에 냉각팬이 구비된 실시예를 나타내는 정단면도이고,
도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따른 LED모듈용 냉각장치의 일 실시예를 나타내는 사시도 및 정단면도이고,
도 14는 본 발명에 따른 LED모듈용 냉각장치의 냉각핀이 상하 적층배열된 실시예를 나타내는 정단면도이고,
도 15는 도 14의 히트스프레더 내부에 보조 방열핀이 배치된 실시예를 나타내는 정단면도이고,
도 16 내지 도 18은 본 발명에 따른 LED모듈용 냉각장치의 냉각핀이 상하 적층배열된 다른 실시예를 나타내는 정단면도이고,
도 19a 및 도 19b는 본 발명에 따른 LED모듈용 냉각장치의 냉각핀이 좌우 이격배열된 실시예를 나타내는 사시도 및 정단면도이고,
도 20a 및 도 20b는 본 발명에 따른 LED모듈용 냉각장치의 냉각핀이 좌우 이격배열된 다른 실시예를 나타내는 사시도 및 정단면도이고,
도 21은 본 발명에 따른 LED모듈용 냉각장치의 냉각핀이 상하 적층배열된 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.

Claims (23)

  1. 컵형상의 내부 방열플레이트;
    내부 방열플레이트에 대응되는 형상으로서, 내부 방열플레이트보다 큰 직경을 가지며, 바닥부 외면이 발열원과 열접촉되는 외부 방열플레이트; 및
    내부 방열플레이트와 외부 방열플레이트가 상호 밀봉결합되어 형성되는 중공체 내부에서 상변화를 하며 순환하는 작동유체를 포함하며,
    발열원에서 열을 흡수하여 기화한 작동유체는 상기 중공체의 일측에 형성된 기상통로를 통해 중공체의 상부로 이동되고, 다시 상기 중공체의 타측에 형성된 액상통로를 통해 중공체의 하부로 이동되는 순환구조를 가지며,
    상기 중공체의 외부 방열플레이트의 바닥부에는 윅이 배치된 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기상통로의 내면에는
    증기확산채널이 돌출형성 또는 함몰형성된 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중공체 내부가 윅으로 구비되는 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중공체 내부에는,
    일 단이 바닥부에 배치된 상기 윅에 인접배치되고, 타 단이 상기 중공체의 상단과 이격되게 배치되어, 기상통로와 액상통로를 연통가능하게 분리시키는 분리판이 구비되는 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분리판은 상부에 복수의 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    기상통로는 비어있거나 스페이서가 배치되며,
    액상통로는 비어있거나 윅이 배치되는 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 액상통로에 윅이 배치되는 경우,
    상기 윅과 대응되는 형상의 윅 압착부재를 중공체의 내경방향으로 윅 안쪽에 배치시키는 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더.
  8. 제1항에 있어서
    상기 중공체의 내부에는
    스페이서가 전ㆍ후에 결합된 윅이 배치되는 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 중공체의 바닥부 내면에는
    상측으로 돌출형성된 복수의 열교환돌기가 구비되며,
    열교환돌기의 상부 또는 전부가 윅과 접하는 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 중공체를 관통하는 통풍구가 형성되며,
    상기 통풍구는 중공체의 측면부에 형성되는 측면통풍구와 중공체의 바닥부에 형성되는 중앙통풍구 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 중공체에 중앙통풍구만이 형성되어, 상기 중공체의 측면부 하단이 바닥부가 되는 경우,
    상기 중공체의 내부 방열플레이트와 외부 방열플레이트의 측면부 각 내면에는 윅이 배치되어 액상통로가 되며, 측면부 내부는 중공으로서 기상통로가 되는 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 중공체의 상부에 냉각팬이 추가배치되는 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더.
  13. 중앙에 홀이 형성된 냉각부 몸체;
    냉각부 몸체로부터 돌출형성된 방열핀;
    냉각부 몸체의 중앙홀에 삽입안착되는, 제1항 내지 제12항에 따른 히트스프레더; 및
    상기 히트스프레더의 바닥부 외면에 장착되는 LED모듈부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 냉각부 몸체는 상협하광의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 히트스프레더의 측면부에 형성된 측면통풍구와 중앙통풍구 중 적어도 하나의 통풍구와 연통되도록, 냉각부 몸체에 몸체통풍구가 형성되는 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 방열핀에는 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 방열핀은 좌우로 이격배열되는 구조 또는 상하로 적층배열되는 구조인 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치.
  18. 제17항에 있어서,
    방열핀이 좌우로 이격배열된 구조인 경우,
    각 방열핀은 외경이 상측으로 갈수록 작아지는 상협하광의 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 방열핀에는 내부유동홈이 상하방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치.
  20. 제17항에 있어서,
    방열핀이 상하로 적층배열된 구조인 경우,
    상측에 배치되는 방열핀의 외경이 하측에 배치되는 방열핀의 외경보다 작아져서, 적층된 방열핀의 전체 외관이 상협하광의 형상을 이루는 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 히트스프레더의 컵 형상 내부에 삽입되는 내부 방열핀이 더 구비된 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 내부 방열핀은 상기 방열핀과 연결된 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 히트스프레더의 컵 형상 내부에 열전달코어가 추가로 배치되는 것을 특징으로 하는
    컵형상 히트스프레더를 이용한 LED모듈용 냉각장치.
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