KR20090078932A - Cooling module - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발열소자를 냉각시키는 냉각 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling module for cooling the heating element.
전자제품에 사용되는 다양한 전자소자들 중에는 작동할 때에 열이 발생되는 발열소자가 있다. 특히 컴퓨터의 CPU나 영상처리 프로세서와 같은 발열소자는 작동 중에 매우 많은 열을 발생시킨다. 이러한 열은 발열소자 자체는 물론 발열소자 주변에 있는 다른 전자소자들을 열화(劣化)시키거나 성능을 저하시키고, 전자소자의 수명을 단축시키거나 고장을 발생시키기도 한다. 따라서, 발열소자에서 발생되는 열을 냉각시키는 방법, 즉 발열소자에서 발생되는 열을 전자제품 외부로 신속히 이동시켜서 전자제품 내부에 열이 누적되지 않도록 하는 방법이 필요하다.Among the various electronic devices used in electronic products, there is a heating element that generates heat during operation. In particular, heat generating elements such as computer CPUs or image processing processors generate a lot of heat during operation. Such heat degrades or degrades the heat generating element itself and other electronic elements around the heat generating element, and may shorten the life of the electronic element or cause a failure. Therefore, there is a need for a method of cooling heat generated in the heating element, that is, a method of rapidly moving the heat generated in the heating element to the outside of the electronic product so that heat does not accumulate inside the electronic product.
현재에는 방열부재, 히트파이프 등을 발열소자에 접촉시켜 발열소자를 냉각시키는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한 다량의 열이 발생되는 발열소자에는 방열부재, 히트파이프 등에 팬을 설치하여 주변의 공기를 유동시켜 냉각효과를 높이는 방법이 사용되고 있다.Currently, a method of cooling a heat generating element by contacting a heat radiating member, a heat pipe, or the like with a heat generating element is widely used. In addition, a method of increasing a cooling effect by installing a fan in a heat radiating member, a heat pipe, or the like, in a heat generating element that generates a large amount of heat is used.
도 1에는 종래 기술에 의한 냉각 모듈이 도시되어 있다.1 shows a cooling module according to the prior art.
도 1을 참조하면, 종래기술에 의한 냉각 모듈(100)은 발열소자(도시되지 않 음)에 일면이 접촉되어 발열소자(도시되지 않음)에서 발생되는 열이 전도되는 방열부재(130)와, 방열부재(130)에 전도된 열을 주변의 공기 중에 방출시키는 복수의 방열핀(135)과, 주변의 공기를 복수의 방열핀(135) 사이로 유동시키는 팬(110)으로 구성된다.Referring to FIG. 1, the
상술한 바와 같은 구성을 갖는 냉각 모듈(100)에서, 팬(110)에서 발생된 공기의 흐름은 복수의 방열핀(135) 사이의 공간을 지나며 발열 소자로부터 방열핀(135)으로 전도된 열을 흡수하며 이동한다. 그러나, 종래 기술과 같은 냉각 모듈(100)의 방열부재(130) 중앙부에는 기류가 신속하게 이동할 통로가 형성되어 있지 않기 때문에 앞서 유입된 공기가 새로운 공기의 유입을 방해할 수 있다. 특히 방열부재(130) 위로 유입된 공기가 외부로 배출되지 못하고 와류를 형성하는 경우에는 냉각 모듈(100)의 성능이 저하될 수 있다.In the
또한 종래 기술과 같은 냉각 모듈에서는, 냉각 모듈(100)의 수직방향 두께가 얇으면 발열소자(도시되지 않음)가 충분히 냉각되지 않을 수 있기 때문에, 방열부재(130)의 두께를 두껍게 형성한다. 그러나, 이와 같이 두껍게 형성된 방열부재를 포함하는 냉각 모듈(100)는 노트북 컴퓨터와 같이 작은 부품들로 내부가 구성되는 제품에 적용시키기 곤란하였다. 또한 이와 같이 두껍게 형성되는 방열부재를 포함하는 냉각 모듈(100)의 중량이 증가된다는 단점이 있었다.In addition, in the cooling module of the related art, since the heating element (not shown) may not be sufficiently cooled when the vertical thickness of the
본 발명은 소형으로 제작이 가능하면서도 냉각 효율이 높고, 구조가 단순하 며 제작이 용이한 냉각 모듈을 제공한다.The present invention provides a cooling module that can be manufactured in a small size, high cooling efficiency, simple structure and easy to manufacture.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기류를 발생시키는 팬과, 기류의 속도를 증가시키는 기류조절부재와, 속도가 증가된 기류가 충돌되는 충돌부가 형성된 방열부재를 포함하는 냉각 모듈이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a cooling module including a fan for generating airflow, an airflow control member for increasing the speed of the airflow, and a heat dissipation member including a collision part to collide with the increased airflow.
방열부재의 충돌부의 주변에는 복수의 방열핀이 설치될 수 있다. 기류조절부재에는 기류가 유입되는 유입구 및 기류가 분출되는 분출구가 각각 형성되고 유입구의 면적이 분출구의 면적보다 넓다. 기류 조절 부재는 깔때기 형상으로 이루어질 수 있다. 방열핀은 충돌부로부터 방사상으로 설치될 수 있다. 방열핀의 표면에는 요철부가 형성될 수 있다. 방열핀은 횡단면이 유선형으로 형성될 수 있다. 속도가 증가된 기류는 충돌부에 수직 방향으로 충돌할 수 있다. 충돌부에는 요철부가 형성될 수 있다.A plurality of heat dissipation fins may be installed around the collision part of the heat dissipation member. The airflow control member is formed with an inlet port through which air flows and an outlet port through which air flows are formed, respectively, and the area of the inlet port is wider than that of the outlet port. The airflow regulating member may be formed in a funnel shape. The heat dissipation fins may be installed radially from the impact portion. An uneven portion may be formed on the surface of the heat dissipation fin. The heat dissipation fins may be formed in a streamlined cross section. Increased velocity of airflow can impinge on the impingement in a vertical direction. Concave-convex portion may be formed in the impact portion.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기류를 발생시키는 팬과, 기류를 유입 받아 이송시키고, 이송된 기류의 속도를 증가시켜 외부로 분출시키는 복수의 기류조절부가 설치되는 덕트와, 복수의 기류조절부에 각각 인접하게 설치되는 복수의 방열부재들을 포함하고, 복수의 방열부재들에는 복수의 기류조절부로부터 분출되는 속도가 증가된 기류가 충돌되는 충돌부가 각각 형성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a fan for generating the air flow, a duct provided with a plurality of air flow control unit for receiving and transporting the air flow to increase the speed of the conveyed air flow is ejected to the outside, and a plurality of air flow control unit Each of the plurality of heat dissipating members may be installed adjacent to each other, and the plurality of heat dissipating members may be formed with a collision part to collide with the air flow is increased the speed of the ejected from the plurality of air flow control unit, respectively.
복수의 기류조절부는 덕트와 일체로 형성될 수 있다. 복수의 기류조절부에 각각 형성되는 분출구들의 면적의 합은 덕트로 기류가 유입되는 유입구의 면적 보다 작다. 복수의 기류조절부는 각각 기류가 분출되는 방향을 따라 단면적이 감소되 는 형상일 수 있다.The plurality of airflow control unit may be integrally formed with the duct. The sum of the areas of the outlets respectively formed in the plurality of airflow control units is smaller than the area of the inlet port through which air flows into the duct. Each of the plurality of airflow regulators may have a shape in which a cross-sectional area is reduced in a direction in which airflow is ejected.
본 발명에 따른 냉각 모듈은 높은 냉각 효율로 다량의 열이 발생되는 발열소자에 적용할 수 있으면서도 소형 경량화가 가능하며, 구조가 단순하고 제작이 용이하여 생산에 소요되는 비용 및 시간이 절약되고 대량 생산이 용이하다.The cooling module according to the present invention can be applied to a heating element that generates a large amount of heat with high cooling efficiency, and can be compact and light in weight, and its structure is simple and easy to manufacture, thereby saving cost and time required for production and mass production. This is easy.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 내지 도 4에는 각각 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈의 분해 사시도, 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈의 부분 단면도 및 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈의 방열부재의 평면도가 도시되어 있다. 도 2 내지 도 4를 함께 참조하여 설명하기로 한다.2 to 4 respectively show an exploded perspective view of the cooling module according to the first embodiment of the present invention, a partial cross-sectional view of the cooling module according to the first embodiment of the present invention, and heat dissipation of the cooling module according to the first embodiment of the present invention. A plan view of the member is shown. This will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈(200)은 크게 팬(210), 기류조절부 재(250) 및 방열부재(230)로 구성된다.The
팬(210)은 기류를 발생시키기 위한 부재이다. 팬(210)의 내부에는 임펠러(impeller)가 내장되어, 전력이 전동기(도시되지 않음)에 공급되면 임펠러가 회전하면서 팬(210)의 일측으로 기류를 발생시킨다. 팬(210)의 외주연에는 복수의 돌출부(213)가 형성되고, 각각의 돌출부(213)에는 팬(210)을 다른 부재에 고정시키기 위한 통공(218)이 형성된다. 팬(210)의 구성 및 작동은 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 팬(210) 자체에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The
본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각 모듈(200)에 있어서, 팬(210)이 구동함에 따라 기류가 형성되는 팬(210)의 전방에는 기류의 속도를 증가시키기 위한 기류조절부재(250)가 위치된다. 기류의 속도를 증가시키기 위한 기류조절부재(250)는 깔때기 형상의 유도면(253)을 갖고, 유도면(253)의 양측에는 유입구(251) 및 분출구(252)가 형성된다. 이때, 유입구(251)의 면적은 분출구(252)의 면적 보다 넓게 형성된다. 유입구(251)와 분출구(252) 사이의 유도면(253)은 도 2에 도시된 바와 같이 수직 단면이 직선형을 나타내도록 형성될 수도 있고, 필요에 따라 곡선형을 나타내도록 형성될 수도 있다.In the
한편, 유도면(253)의 일부분에는 기류조절부재(250)를 팬(210)과 결합시키기 위한 프레임(254)이 형성되며, 프레임(254)의 가장자리에는 기류조절부재(250)를 하기하는 방열부재(230) 상에 지지하도록 하는 복수의 지지대(255)가 형성된다. 복수의 지지대(255) 각각의 단부에는 고정단부(256)가 돌출 형성된다. 기류조절부재(250), 프레임(254) 및 지지대(255)는 일체로 제작될 수도 있고, 각각 별도로 제 작된 후 일체로 결합될 수도 있다. 이 때, 기류조절부재(250), 프레임(254) 및 지지대(255)를 사출 등의 방법을 이용하여 일체로 형성하면 생산에 소요되는 비용 및 시간을 절약할 수 있고 대량 생산에 유리하다.On the other hand, a portion of the
프레임(254)에는 팬(210)에 형성된 통공(218)과 상응하는 수의 통공(258)이 상응하는 위치에 형성된다. 도시되지 않은 복수의 고정부재가 통공(218)을 관통하여 통공(258)에 고정되며 팬(210)과 프레임(254)을 결합시킨다. 이때, 팬(210) 및 프레임(254)은 팬(210)에서 발생되는 기류가 기류조절부재(250)의 유입구(251)로 유입되어 분출구(252)로 분출될 수 있도록 결합되어야 한다. 팬(210)으로부터 나온 기류가 유입구(251)를 통하여 기류조절부재(250)를 통과할 수 있도록 팬(210)과 프레임(254) 사이에 기류가 빠져 나가지 않도록 형성하는 것이 바람직하다. 유입구(251)는 팬(210)에서 발생되는 기류 전체가 유입될 수 있도록 팬(210)이 발생시키는 기류의 횡단면적 보다 다소 넓은 면적을 가질 수도 있다.In the
기류 조절 부재(250)의 분출구(252) 하측에는 발열소자로부터 열을 전도시키기 위한 방열부재(230)가 설치된다. 방열부재(230)의 일면은 발열소자의 열이 전도될 수 있도록 발열소자에 열적으로 연결되는 접촉면(233)으로 형성된다. 이 때, 방열부재(230)의 재료로는 알루미늄, 구리, 금 또는 은과 같은 열의 양도체가 사용될 수 있다. 참고로, 접촉면(233)과 발열소자(도시되지 않음)가 접촉되는 부분은 완전히 밀착되지 않을 수 있기 때문에, 열 전달 효율을 향상시키기 위해 접촉면(233)과 발열소자(도시되지 않음) 사이에 TIM(thermal interface material)을 개재시킬 수 있다. TIM은 당업자에게 널리 알려진 사항이므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.The
방열부재(230)의 타면에는 복수의 방열핀(235)이 설치된다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각 모듈(200)의 방열부재(230)에 설치되는 다수개의 방열핀(235) 각각은 사각형의 단면을 갖는 직육면체 형상으로 이루어진다. 이 때, 방열핀(235)은 별도로 제작되어 방열부재(230)에 설치될 수도 있고, 방열부재(230)과 일체로 형성될 수도 있다. 그런데, 방열부재(230)로부터 방열핀(235)으로 열의 전도가 용이해야 하므로, 방열핀(235)은 방열부재(230)와 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이 방열부재(230)의 재질로 사용되는 열의 양도체는 주로 금속이므로, 방열부재(230)를 제작할 때 절삭가공, 주조 등의 방법에 의하여 방열핀(235)을 함께 형성하는 것이 생산에 소요되는 비용 및 시간이 절약되고 대량 생산에 유리하다.The other surface of the
방열부재(230)의 가장자리에는 복수의 고정단부(256)와 같은 수의 통공(238)이 서로 대응되는 위치에 형성된다. 고정단부(256)가 각각의 위치에 대응되는 통공(238)을 관통하고, 통공(238)을 관통한 후 돌출된 고정단부(256)에 고정부재(259)가 각각 결합되어 지지대(255)를 방열부재(230)에 결합시킨다. 고정단부(256) 및 고정부재(259)의 결합에는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어 고정단부(256)의 외주연에 나사산을 형성하고 고정부재(259)로는 너트를 사용하여 고정단부(256)에 고정부재(259)를 체결시키는 방법 또는 고정단부(256) 및 고정부재(259)를 접착제로 결합시키는 방법 등이 사용될 수 있다.At the edge of the
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈(200)은 방열핀(235)이 형성된 방열부재(230) 상에 깔때기 형상으로 이루어진 기류조절부재(250)를 설치하 고 기류조절부재(250) 상에 팬(210)을 결합시킴으로써 간단하게 조립될 수 있다. 특히 팬(210)은 현재 널리 상용되는 있는 것으로 대체하여 사용하는 것이 가능하다.As described above, the
한편, 지지대(255)가 방열부재(230)에 결합되면 기류조절부재(250)의 분출구(252)가 방열부재(230)에 인접하게 된다. 본 발명에 따른 냉각 모듈(200)에 있어서, 팬으로부터 형성된 기류가 분출되는 방열부재(230)의 분출구(252) 바로 아래에는 방열부재(230)에 형성된 충돌부(237)가 위치된다. 이 때, 분출구(252)로부터 직접 기류가 방열부재(230)에 부딪치는 충돌부(237)에는 방열핀(235)이 설치되지 않는다. 복수의 방열핀(235)은 충돌부(237)의 주변부에 위치되도록 형성된다.On the other hand, when the
상술한 바와 같은 구조를 갖는 냉각 모듈(200)의 작동 및 세부 구조를 설명하기로 한다.The operation and detailed structure of the
팬(210)에서 발생되는 기류는 기류조절부재(250)의 유입구(251)로 유입되어 분출구(252)로 분출된다. 이때, 상술한 바와 같이 유입구(251)의 면적이 분출구(252)에 비하여 넓기 때문에, 기류가 유동되는 단면적이 좁아지므로 기류의 속도가 증가된다. 속도가 증가된 기류는 도 3에서 볼 때 수직으로 하향하는 화살표 방향으로 분출구(252)로부터 분출되어 방열부재(230)의 충돌부(237)에 수직으로 충돌된다. 충돌부(237)는 분출구(252)로부터 분출되는 방향에 대하여 수직인 평면이다. 충돌부(237)에 수직으로 충돌된 기류는 충돌부(237)를 중심으로 측방향(도 3에서 볼 때 횡방향인 화살표 방향)으로 방열부재의 외측으로 이동되어 냉각 모듈(200) 외부로 빠져나간다.Air flow generated from the
한편, 분출구(252)와 인접한 충돌부(237)에는 방열핀(235)이 설치되지 않는데, 이는 충돌부(237)를 향하여 분출되는 기류의 유동을 방해하지 않도록 하기 위한 것이다. 분출구(252)로부터 분출된 기류는 충돌부(237)에 도달될 때에 다소 분산될 수 있으므로, 충돌부(237)에는 분출구(252)의 직경인 d를 지름으로 하는 가상의 원(도시되지 않음)과 동일하거나 이보다 다소 넓은 부분에 방열핀(235)이 설치되지 않는다. On the other hand, the
또한, 분출구(252)와 충돌부(237) 사이의 이격거리인 g가 너무 멀면 기류가 충돌부(237)에 도달되기 전에 분산되거나 기류의 속도가 감소되고, g가 너무 가까우면 기류가 충돌부(237)에 충돌한 이후에 방열부재(230)의 표면을 따라 유동되지 못하고 충돌부(237)로부터 반사되어 비산될 수 있다. 이 때, g의 거리는 실험을 통하여 방열 효과가 최대화 되도록 최적 값을 구할 수 있다.In addition, if the distance g between the
본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈(200)에 있어서, 기류조절부재(250)를 통과한 기류는 상술한 바와 같이 팬(210)으로부터 나온 직후의 기류에 비하여 속도가 증가된다. 또한 이와 같이 속도가 증가된 기류는 기류조절부재(250)의 분출구(252)를 통하여 집중적으로 분출되고, 분출구(252)를 통하여 집중적으로 분출된 기류는 방열부재(230)의 충돌부(237)에 수직으로 충돌하게 된다. 이와 같이 고속의 기류를 국소적인 고온의 영역에 충돌시켜 냉각시키는 방법을 충돌제트(impinging-jet)라고 한다. 충돌제트의 냉각 효과를 얻기 위해서는 기류의 속도가 충분히 빨라야 하며, 이와 같이 빠른 기류를 얻기 위하여 기류조절부재(250)의 유입구(251)의 직경(D) 또는 면적 및 분출구(252)의 직경(d) 또는 면적 사이의 비율 및 유입 구(251) 및 분출구(252) 사이의 거리(g)가 조절될 수 있음은 물론이다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각 모듈(200)은 유입구(251)의 직경(D), 분출구(252)의 직경(d) 및 유입구(251) 및 분출구(252) 사이의 거리(L), 분출구(252)와 충돌부(237) 사이의 간격(g)을 각각 변수들로 두고, 각 변수를 변경시키면서 냉각 모듈(200)의 방열 성능을 측정함으로써 최적의 규격을 결정할 수 있다.In the
발열소자(도시되지 않음)로부터 접촉면(233)을 통하여 충돌부(237) 및 방열핀(235)으로 전도된 열은 충돌부(237)에 충돌되는 기류 및 충돌 후 복수의 방열핀(235) 사이로 흐르는 기류에 의해 신속하게 방출되어 발열소자(도시되지 않음)가 냉각된다. 분출구(252)로부터 분출되어 충돌부(237)에 수직 방향으로 충돌된 기류는 도 4에 화살표로 표시된 바와 같이 방열부재(230)의 표면을 따라 거의 전 방향으로 분산되어 방열핀(235) 사이로 유동된다. 이때, 방열부재(230)의 표면을 따라 분산되는 기류는 방열핀(235)의 횡방향으로 지나가면서 방열핀(235)으로부터 열을 발산시킨다. 또한 이와 같이 외부로 배출되는 기류는 방열부재(230)의 측방향으로 퍼져 나갈 수 있기 때문에 방열부재(230)의 주위에 있는 다른 발열소자들(도시되지 않음)도 함께 냉각될 수 있다.Heat conducted from the heat generating element (not shown) to the
이 때, 기류에 저항이 크게 가해지면 방열핀(235) 사이를 빠져 나가지 못한 공기가 팬(210)에 의해 연속적으로 발생된 기류가 유입되는 것을 방해하여 냉각 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 방열핀(235)은 고속으로 분출된 기류가 충돌부(237)에 충돌된 이후 방열핀(235) 사이를 통과하여 신속하게 방열부재(230) 외부로 배출될 수 있도록 형성되는 것이 좋다. At this time, if a large resistance is applied to the airflow, air that has not escaped between the radiating
한편, 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈(200)은, 충돌부(237)가 방열 부재(230)의 중앙부에 위치되도록 형성되었으나, 접촉면(233)과 접해있는 발열소자(도시되지 않음)로부터 전도된 열에 의해 온도가 상승되는 방열부재(230)의 가장 온도가 높은 부분에 충돌부(237)가 형성될 수도 있다. 즉, 충돌부(237)는 방열부재(230)의 중심이 아닌 부분에 형성될 수도 있다.On the other hand, the
도 5에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈의 방열핀의 일 변형예가 도시되어 있다. 도 4를 함께 참조하여 설명한다.5 is a modification of the heat radiation fin of the cooling module according to the first embodiment of the present invention. It demonstrates with reference to FIG.
도 4에서, 충돌부(237)에 충돌된 고속의 기류는 충돌부(237)와 멀어질수록 분산되는 면적이 넓어지며, 다수의 방열핀(235)에 의하여 공기의 유동에 저항이 가해짐으로 인하여 기류의 속도가 점점 감소된다. 이와 같이 기류의 속도가 감소됨에 따라, 방열부재(230)의 가장자리 부분의 방열 효과는 충돌부(237) 보다 감소될 수 있다.In FIG. 4, the high speed airflow impinging on the colliding
따라서, 방열부재(230)의 가장자리 부분에 설치되는 방열핀(235)은 기류의 유동을 방해하지 않는 범위 내에서 방열핀(235)이 기류와 접촉되는 면적을 증가시킴으로써 방열 효과를 증대시킬 수 있다. 이와 같이, 방열핀(235)이 기류와 접촉되는 면적을 증가시키는 방법으로 방열핀(235)의 표면적을 증가시키는 것을 예로 들 수 있다.Therefore, the
방열핀(235)의 표면적을 증가시키는 방법으로는 방열핀(235)의 표면에 다수의 돌기(236) 또는 홈(도시되지 않음)과 같은 요철부를 형성하는 것을 예로 들 수 있다. 또는 방열핀(235)의 표면을 연삭 하거나, 샌드 블라스트(sand blast) 등을 행하여 표면에 미세한 요철부(도시되지 않음)를 형성하는 방법 등도 있다.For example, a method of increasing the surface area of the
도 6에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈의 방열부재의 일 변형예가 도시되어 있다. 6 is a view showing a modification of the heat dissipation member of the cooling module according to the first embodiment of the present invention.
방열부재(330), 접촉면(333) 및 통공(338)은 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈(200)의 방열부재(230), 접촉면(233) 및 통공(238)과 상응하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.Since the
방열부재(330)의 일면에는 원기둥 형상을 갖는 복수의 방열핀(335)이 형성 또는 설치된다. 충돌부(도시되지 않음)에는 방열핀(335)이 형성 또는 설치되지 않는다. 상술한 바와 같이, 방열핀(335)에 의해 기류가 방해를 받으면 방열 효과가 저하되므로, 방열핀(335)은 기류에 대한 저항이 작아야 한다. 따라서, 방열핀(335)을 원기둥 형상으로 형성하면, 기류가 방열핀(335) 사이를 횡방향으로 유동할 때 와류가 적게 발생된다. 따라서, 새로운 기류의 유입이 용이해지고, 방열핀(335)과 기류 사이에 열교환이 일어나는 유효한 접촉면적이 증가되므로 방열 효과가 높아질 수 있다.One surface of the
도 7에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈의 방열부재의 다른 변형예가 도시되어 있다.7 shows another modification of the heat dissipation member of the cooling module according to the first embodiment of the present invention.
방열부재(430) 및 통공(438)은 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈(200)의 방열부재(230) 및 통공(238)과 상응하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.Since the
방열부재(430)의 일면에 복수의 방열핀(435)이 방사상으로 설치된다. 방열핀(335)은 상술한 바와 같이 충돌부(도시되지 않음)에는 설치 또는 형성되지 않고, 충돌부(도시되지 않음)를 중심으로 하여 방열부재(430)의 가장자리 방향을 향하여 방사상으로 설치 또는 형성된다.A plurality of
따라서, 방열부재(430)의 충돌부(도시되지 않음)에 충돌된 고속의 기류는 방사상으로 분산되는 방향과 방열핀(335)의 방향이 일치하므로, 기류가 방열핀(335)의 저항을 적게 받게 되어 기류의 흐름이 더 원활해질 수 있다. 따라서, 발열소자(도시되지 않음)가 대형이거나 발열량이 매우 많거나, 발열소자(도시되지 않음)의 형상이 원형이고, 방열부재(430)의 수평방향 형상이 원형으로 형성되는 경우에 적용하기 용이하다.Therefore, the high-speed airflow impinging on the impingement portion (not shown) of the
한편, 도시되지는 않았으나, 기류가 고속일 때 방열핀이 기류의 흐름을 방해하는 형상을 갖는 경우에는 방열핀 부근에서 유동박리(separation) 현상이 발생될 수 있다. 유동박리 현상은 소음을 유발시킬 수 있고 와류를 발생시켜 기류의 흐름을 저하시킬 수 있으므로 방열 효과가 저하될 수 있다. 이 때, 기류가 고속일 경우에는 방열핀의 횡단면의 형상을 유선형 또는 박판 형상으로 형성하여 기류에 가해지는 저항을 최소화함으로써 유동박리 현상을 감소시킬 수 있다. 방열핀의 표면조도 또한 기류와의 저항에 영향을 주므로, 방열핀의 표면조도를 낮게 가공하면 유동박리 현상을 감소시킬 수 있다.Although not shown, when the airflow fin has a shape that obstructs the flow of airflow at a high speed, a flow separation phenomenon may occur near the heat radiation fin. The flow peeling phenomenon may cause noise and generate a vortex, thereby lowering the flow of airflow, and thus, a heat radiation effect may be reduced. At this time, when the airflow is a high speed to form a cross-sectional shape of the heat radiation fin in a streamlined or thin plate shape to minimize the resistance to the airflow can be reduced the flow peeling phenomenon. Since the surface roughness of the heat sink fins also affects the resistance to airflow, a low surface roughness of the heat sink fins can reduce the flow peeling phenomenon.
도 8에는 본 발명의 제2 실시예에 의한 냉각 모듈의 일부분이 도시되어 있다.8 shows a part of a cooling module according to a second embodiment of the present invention.
방열부재(630)에는 접촉면(633) 및 충돌부(637)가 포함되고, 기류조절부재(650)에는 유입구(651), 분출구(652) 및 유도면(653)이 포함된다. 여기서, 기류 조절부재(650)는 앞에서 설명한 본 발명의 제2 실시예에 의한 냉각 모듈(200)의 기류조절부재(250)와 상응하므로, 유입구(651), 분출구(652) 및 유도면(653)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 도시되지 않은 팬도 본 발명의 제1 실시예에서 설명한 것과 같으므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다.The
화살표로 표시한 바와 같이, 분출구(652)에서 분출된 기류는 충돌부(637)와 충돌한 후 방열부재(630)의 표면을 따라 분산된다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 방열부재(630)는 충돌제트에 의한 방열 효과를 최대화 한 것으로, 본 발명의 제1 실시예에서와는 달리 방열부재(630)의 일면에 방열핀이 형성 또는 설치되지 않는다. 이러한 방열부재(630)는 발열소자(도시되지 않음)가 소형이거나, 발열소자(도시되지 않음)에서 열이 발생되는 부위의 면적이 협소할 때에 적용할 수 있다. 그리고, 분산되는 기류의 속도가 방열핀이 있는 경우에 비하여 상대적으로 빠르므로, 발열소자(도시되지 않음)의 주변에 설치되어 있는 다른 발열소자(도시되지 않음)를 함께 냉각 시키는 효과도 커진다.As indicated by the arrow, the airflow ejected from the
방열부재(630)에 방열핀을 형성 또는 설치하지 않는 대신, 충돌부(637)가 형성된 방열부재(630)의 일면에 요철부를 형성하여 기류와의 접촉면적을 증가시킴으로써 방열부재(630)의 방열효과를 증가시킬 수 있다. 요철부는 기류가 원활히 흐를 수 있을 정도로 다소 미세하게 형성된다. 미세한 요철부를 형성하는 방법으로는 프레스 가공, 샌드 블라스트 등의 방법을 사용할 수 있다.Instead of forming or installing a heat radiating fin on the
도 9에는 본 발명의 제3 실시예에 의한 냉각 모듈이 도시되어 있다.9 shows a cooling module according to a third embodiment of the present invention.
냉각 모듈(700)에는 덕트(750), 제1 방열부재(753) 및 제2 방열부재(793)가 포함된다. 덕트(750)는 일측에 유입구(751)가 형성되고, 덕트(750)의 내부에는 팬(710)이 설치된다. 팬(710)은 공기가 유입구(751)를 통하여 덕트(750) 내부로 공급되도록 기류를 발생시킨다. 덕트(750)에는 제1 기류조절부(753) 및 제2 기류조절부(793)가 형성된다. 제1 기류조절부(753) 및 제2 기류조절부(793)에는 각각 분출구(752, 792)가 형성된다.The
회로기판(30)에 실장된 제1 발열소자(10) 및 제2 발열소자(20)는 그 높이와 넓이가 다를 수 있고, 발열량 또한 차이가 날 수 있다. 그리고, 회로기판(30)이 설치된 전자기기(도시되지 않음) 내부의 다른 부품(도시되지 않음)에 의해 발열소자들(10, 20)을 직선으로 연결할 수 없을 수도 있고, 회로기판(30)이 연성기판(도시되지 않음) 등으로 연결되어 굽혀진 형상을 경우 발열소자들(10, 20)이 같은 평면상에 위치하지 않을 수도 있다. 이러한 경우, 덕트(750)의 일부분에 하기하는 만곡부(759)를 형성하여 덕트(750)가 발열소자들(10, 20)에 인접할 수 있는 형상으로 제작하고, 덕트(750) 중 발열소자들(10, 20)의 위치에 상응하는 부분에 각각 기류조절부들(753, 793)을 형성한다.The
제1 발열소자(10)는 회로기판(30)으로부터의 높이가 낮거나 열이 발생되는 부위의 면적이 협소한 것을 예로 든 것이고, 제2 발열소자(20)는 높이가 높거나 열이 발생되는 부위의 면적이 넓은 것을 예로 든 것이다. 제1 발열소자(10)에는 제1 방열부재(730)가 설치되고, 제2 발열소자(20)에는 제2 방열부재(770)가 설치된다. 이때, 제1 방열부재(730)는 앞에서 설명한 본 발명의 제2 실시예의 방열부재(630)와 상응하고, 제2 방열부재(770)는 본 발명의 제1 실시예의 방열부재(770)와 상응 한다. 따라서, 제1 방열부재(730) 및 제2 방열부재(770)에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The first
냉각 모듈(700)의 방열 효과를 최적화하기 위해서는 상술한 바와 같이, 분출구(752)와 제1 방열부재(730) 사이의 이격 거리, 분출구(792)와 제2 방열부재(770) 사이의 이격 거리가 적절하게 설정되어야 한다. 최적의 이격 거리는 실험을 통하여 구할 수 있고, 만곡부(759)의 형상을 이용하여 최적의 이격 거리를 갖도록 조절할 수 있다. 만곡부(759)는 상술한 바와 같이 덕트(750)가 복수의 발열소자들(10, 20)을 직선으로 연결할 수 없거나, 발열소자들(10, 20)의 높이가 서로 다를 경우에도 사용할 수 있다. 만곡부(759)는 팬(710)에 의해 유입구(751)를 통하여 덕트(750) 내부로 유입되는 기류가 층류 상태를 유지할 수 있도록 완만한 곡선형으로 형성될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 필요에 따라 덕트(750)를 분기(分岐)할 수도 있는데, 이 경우에도 덕트(750)가 완만한 곡선형을 갖도록 한다.In order to optimize the heat dissipation effect of the
기류조절부들(753, 793)의 형상은 발열소자들(10, 20)의 특성에 따라 다르게 형성할 수 있다. 제2 기류조절부(793)는 본 발명의 제1 실시예에서 설명한 바와 같이 깔때기 형상을 갖는데, 제2 방열부재(770)의 충돌부(도시되지 않음)의 면적이 다소 넓은 경우에 충분한 속도의 기류를 얻기 위하여 사용한다. 제1 기류조절부(753)는 본 발명의 제2 실시예에서 설명한 바와 같이 제1 방열부재(730)의 충돌부의 면적(도시되지 않음)이 작을 경우에 사용할 수 있다. 제1 기류조절부(753)는 분출구(752)에서 분출되는 기류가 층류 상태로 분출될 수 있도록 덕트(750)의 일부분으로부터 다소 돌출된 관 형상을 갖는다.The
기류조절부들(753, 793)은 덕트(750)와 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 제작되어 덕트(750)에 설치될 수도 있다. 별도로 제작되어 덕트(750)에 설치되는 경우에는, 덕트(750)와 기류조절부들(753, 793)의 연결부위가 매끄럽도록 하여 기류의 속도를 떨어뜨리거나 와류를 형성하지 않도록 한다. 또한, 분출구들(752, 792)의 면적의 합은 유입구(751)의 면적 보다 작아야 한다.The
한편, 컴퓨터의 고성능화, ISDN 교환기와 같은 통신장비 등의 대규모화 및 고속화 등에 의해 하나의 전자기기(도시되지 않음)에 복수의 발열소자(도시되지 않음)가 사용되는 경우가 증가되고, 전자기기(도시되지 않음)는 집적화 및 소형화 되는 추세이다. 이러한 전자기기(도시되지 않음)의 발열소자(도시되지 않음)에 본 발명의 제3 실시예에 의한 냉각 모듈(700)을 사용하면, 앞서 설명한 바와 같이 냉각 모듈(700)의 주변으로 기류가 배출될 수 있다. 따라서 주변의 발열소자(도시되지 않음) 또한 냉각시킬 수 있고, 전자기기(도시되지 않음) 내부에 공기의 유동이 발생되므로 전자기기(도시되지 않음) 내부의 전체적인 온도가 낮아지게 하는 것이 가능하다.On the other hand, a plurality of heat generating elements (not shown) are used in one electronic device (not shown) due to high performance of a computer, large-scale and high speed communication equipment such as an ISDN exchanger, and the like. Not shown) is a trend toward integration and miniaturization. When the
특히, 현재 개인용 컴퓨터에는 복수의 코어(core)가 내장된 중앙처리장치가 사용되는 경우가 증가되고 있다. 따라서 냉각이 필요한 중앙처리장치의 발열부가 여러 곳이 될 수 있다. 이럴 경우, 기류조절부재의 분출구를 냉각이 필요한 부분의 수 및 위치에 대응되도록 복수로 형성할 수 있고, 방열부재에는 분출구의 수 및 위치에 대응되는 복수의 충돌부를 형성할 수도 있다. 다만, 분출구에서 분출되는 기류의 속도가 저하되지 않도록 충분한 양의 공기를 덕트 내부로 유입시킬 수 있는 팬이 사용되어야 한다. In particular, the use of a central processing unit having a plurality of cores (core) is increasingly used in personal computers. Therefore, the heating unit of the central processing unit requiring cooling may be several places. In this case, a plurality of jets of the airflow control member may be formed to correspond to the number and positions of the parts requiring cooling, and a plurality of collision parts corresponding to the number and positions of the jets may be formed on the heat radiating member. However, a fan should be used to allow a sufficient amount of air to flow into the duct so that the speed of the air stream ejected from the spout is not lowered.
도 10 내지 도 11에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈의 분출구의 최적 직경을 구하기 위한 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 도 2 내지 도 4를 함께 참조하여 설명하기로 한다.10 to 11 show simulation results for obtaining an optimum diameter of the jet port of the cooling module according to the first embodiment of the present invention. This will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈(200)에서 분출구(252)의 직경(Nozzle diameter[mm])을 15mm에서 30mm까지 5mm 간격으로 변화시키며, 각 경우의 방열부재(230)의 열저항(Thermal resistance[K/W])의 변화를 나타낸 그래프이다. 가로축은 분출구(252)의 직경, 세로축은 방열부재(230)의 열저항을 나타낸다.10 is a diameter (Nozzle diameter [mm]) of the
방열부재(230)의 열저항은 분출구(252)의 직경이 15mm일 때에 가장 크고, 25mm일 때에 가장 작음을 알 수 있다. 방열부재(230)의 열저항이 작을수록 방열 효과가 커지므로, 방열부재(230)의 열저항이 최소일 때의 분출구(252)의 직경이 최적 값이 된다. 따라서, 분출구(252)의 직경을 작은 간격으로 세분하여 변화시키며 매 경우의 방열부재(230)의 열저항을 측정하면, 분출구(252)의 최적 값, 즉 냉각 모듈(200)의 방열 효과를 가장 크게 할 수 있는 분출구(252)의 직경을 구할 수 있다.It can be seen that the heat resistance of the
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈(200)에서 분출구(252)의 직경(Nozzle diameter[mm])을 15mm에서 30mm까지 5mm 간격으로 변화시키며, 각 경우의 발열소자(도시되지 않음)의 온도를 나타낸 그래프이다. 가로축은 분출구(252)의 직경, 세로축은 발열소자(도시되지 않음)의 온도를 나타낸다.FIG. 11 changes the diameter (Nozzle diameter [mm]) of the
발열소자(도시되지 않음)의 온도는 분출구(252)의 직경이 15mm일 때에 가장 높고, 25mm일 때에 가장 낮음을 알 수 있다. 발열소자(도시되지 않음)의 온도가 낮 을수록 냉각 모듈(200)의 방열 효과가 큰 것이므로, 발열소자(도시되지 않음)의 온도가 최저일 때의 분출구(252)의 직경이 최적 값이 된다. 따라서, 분출구(252)의 직경을 작은 간격으로 세분하여 변화시키며 매 경우의 발열소자(도시되지 않음)의 온도를 측정하면, 분출구(252)의 최적 값, 즉 냉각 모듈(200)의 방열 효과를 가장 크게 할 수 있는 분출구(252)의 직경을 구할 수 있다.It can be seen that the temperature of the heating element (not shown) is the highest when the diameter of the
상술한 시뮬레이션은 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈(200)뿐만 아니라, 본 발명에 따른 모든 냉각 모듈에 적용하여 분출구의 최적 직경을 구할 수 있다.The above-described simulation can be applied not only to the
도 12에는 제1 실시예에 의한 냉각 모듈의 분출구의 최적 값을 구하기 위한 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 도 2 내지 도 4를 함께 참조하여 설명하기로 한다.12 shows simulation results for obtaining an optimum value of the ejection opening of the cooling module according to the first embodiment. This will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈(200)의 충돌부(237)의 표면에 다수의 홈(도시되지 않음)을 형성한 경우(Rough1), 다수의 돌기(도시되지 않음)를 형성한 경우(Rough2) 및 표면이 매끄러운 경우(Smooth) 등 세 가지 경우로 나누고, 각 경우마다 단면이 정사각형인 방열핀(235)의 두께(즉, 정사각형 단면의 두 변의 길이)를 1mm, 2mm 및 3mm로 설정하였을 때의 발열소자(도시되지 않음)의 온도를 나타낸 그래프이다. 참고로, 다수의 돌기(도시되지 않음) 또는 다수의 홈(도시되지 않음)은 그 높이 또는 깊이를 1mm 내외로 형성하여 많은 와류를 발생시키지 않도록 한다.12 illustrates a plurality of grooves (not shown) formed on the surface of the
Rough1, Rough2 및 Smooth인 경우 모두, 방열핀(235)의 폭이 1mm일 때의 온 도가 가장 낮고, 2mm일 때의 온도가 가장 높다는 결과를 얻었다. 따라서, 방열핀(235)의 세 가지 두께 중 1mm일 때가 방열 모듈(200)의 방열 효과가 가장 우수하다는 결과를 얻게 되었다.In the case of Rough1, Rough2 and Smooth, the temperature when the width of the
방열핀(235)의 두께가 동일할 때의 충돌부(237)의 표면 상태에 따른 결과를 비교해 보면 다음과 같다. 방열핀(235)의 두께가 1mm일 때에는 충돌부(237)의 표면이 매끄러운 경우 발열소자(도시되지 않음)의 온도가 가장 낮고, 다수의 돌기(도시되지 않음)을 형성한 경우의 온도가 가장 높다는 결과를 얻었다. 방열핀(235)의 두께가 2mm일 때에는 충돌부(237)의 표면에 다수의 홈(도시되지 않음)을 형성한 경우 발열소자(도시되지 않음)의 온도가 가장 낮고, 다수의 돌기(도시되지 않음)를 형성한 경우의 온도가 가장 높다는 결과를 얻었다. 방열핀(235)의 두께가 3mm일 때에는, 방열핀(235)의 두께가 2mm일 때와 같은 경향의 결과를 얻었다.Comparing the results according to the surface state of the
따라서, 방열핀(235)의 두께가 두꺼울수록 난류가 많이 발생되어 냉각 모듈(200)의 방열 효과가 떨어진다는 결과를 얻었다. 충돌부(237)의 표면 상태에 홈(도시되지 않음) 또는 돌기(도시되지 않음)를 형성하는 것은 방열 효과에 큰 영향을 주지는 않으나, 방열핀(235)의 두께가 두꺼울 때에는 충돌부(237)의 표면이 매끄러운 상태일 때보다 방열 성능이 떨어진다는 결과를 얻었다.Therefore, the thicker the
상술한 실험 결과들은 시뮬레이션을 통하여 얻은 것으로, 실제 실험과는 다소 다른 결과를 수도 있으나, 냉각 모듈(200)의 방열 효과는 방열부재(230) 및 기류조절부재(250)의 각 구성요소들의 치수에 따라 크게 변화될 수 있고, 각 구성요소들의 치수는 유기적으로 영향을 준다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상술한 시뮬레 이션에서와 같이 실제로 각 구성요소들의 치수를 변화시키며 방열 효과를 측정하고 비교하면, 방열 효과가 가장 높은 최적 치수들을 구할 수 있다는 것을 알 수 있다.Experimental results described above are obtained through simulation, and may be slightly different from the actual experiments, but the heat dissipation effect of the
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.
도 1은 종래 기술에 의한 냉각 모듈의 분해 사시도.1 is an exploded perspective view of a cooling module according to the prior art.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈의 분해 사시도.2 is an exploded perspective view of a cooling module according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈의 부분 단면도.3 is a partial cross-sectional view of a cooling module according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈의 방열부재의 평면도.4 is a plan view of a heat radiation member of the cooling module according to the first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈의 방열핀의 일 변형예를 도시한 사시도.5 is a perspective view showing one modification of the heat radiation fin of the cooling module according to the first embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈의 방열부재의 일 변형예를 도시한 사시도.Figure 6 is a perspective view showing a modification of the heat radiation member of the cooling module according to the first embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 의한 냉각 모듈의 방열부재의 다른 변형예를 도시한 사시도.7 is a perspective view showing another modification of the heat dissipation member of the cooling module according to the first embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 냉각 모듈의 부분 단면도.8 is a partial cross-sectional view of a cooling module according to a second embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 의한 냉각 모듈의 단면도.9 is a cross-sectional view of a cooling module according to a third embodiment of the present invention.
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 냉각 모듈의 방열 효과를 시뮬레이션 한 결과를 나타낸 그래프.10 to 12 are graphs showing the results of simulating the heat radiation effect of the cooling module according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
210 : 팬 230 : 방열부재210: fan 230: heat dissipation member
233 : 접촉면 235 : 방열핀233: contact surface 235: heat radiation fin
250 : 기류조절부재 251 : 유입구250: airflow control member 251: inlet
252 : 분출구 255 : 지지대252: spout 255: support
710 : 팬 730 : 제1 방열부재710: fan 730: first heat dissipation member
750 : 덕트 751 : 유입구750: Duct 751: Inlet
752 : 분출구 753 : 기류조절부752: outlet 753: air flow control unit
759 : 만곡부 770 : 제2 방열부재759: curved portion 770: second heat radiation member
792 : 분출구 793 : 기류조절부792: blower outlet 793: air flow control unit
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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