KR20100005767U - 방열판 구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열전 소자에 열을 전달하거나 흡수하기 위해 열전 소자와 접촉결합되는 방열판의 구조에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 방열판의 하판구조를 다수의 방열핀으로 구성되는 제 1방열부와 냉각수 유동경로를 제공하는 제 2방열부로 형성함으로써 원활한 순환과 간섭에 따른 방열면적 증대를 절충하여 방열효율을 극대화하며, 제 1방열부의 중심부에 냉각수가 유입되도록 구성함으로써 유입되었던 냉각수와 유입되는 냉각수 간에 간섭효과가 유도되어 방열핀과 접촉시간이 증대됨에 따라 방열효율을 보다 증대할 수 있으며, 제 2방열부에 경계격벽을 형성함으로써 유동간섭에 따른 접촉시간 증대는 물론 경계격벽이 방열핀과 같은 역할을 함에 따라 방열효율 상승을 유도하는 방열판 구조에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 냉각수의 유입 및 배출에 따라 열교환이 이루어지는 열전소자와 결합되는 방열판 구조에 있어서, 상기 방열판은 냉각수가 유입되는 유입구 및 배출되는 배출구가 각각 형성되는 플레이트 형태의 상판과; 상기 상판과 결합되며 중앙부에 형성되는 홈부상에 방열핀이 일정간격 이격배치되는 제 1방열부와, 제 1방열부의 일측과 연통되며 제 1방열부를 통해 유입되는 냉각수가 배출될 수 있도록 유동경로를 제공하기 위한 경로홈부가 형성되는 제 2방열부로 이루어지는 하판;을 포함하여 구성된다.
여기서 상기 제 1방열부는 상판의 유입구로부터 냉각수가 유입되도록 유입구와 대응되는 위치에 형성되되, 상기 유입된 냉각수가 제 1방열부의 방열핀과 간섭 효과가 유도되어 방열핀 접촉시간이 증대되도록 유입구와 제 1방열부의 중심지점은 동일수직선상에 배치되며, 상기 제 2방열부의 유동경로는 제 1방열부와의 연통지점에서 상판의 배출구 와 대응되는 위치까지 제 1방열부의 외측 테두리를 우회하여 형성된다.
방열판, 열전 소자, 방열부, 방열핀, 펠티어 효과
Description
본 발명은 열전 소자에 열을 전달하거나 흡수하기 위해 열전 소자와 접촉결합되는 방열판의 구조에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 방열판의 하판구조를 다수의 방열핀으로 구성되는 제 1방열부와 냉각수 유동경로를 제공하는 제 2방열부로 형성함으로써 원활한 순환과 간섭에 따른 방열면적 증대를 절충하여 방열효율을 극대화하며, 제 1방열부의 중심부에 냉각수가 유입되도록 구성함으로써 유입되었던 냉각수와 유입되는 냉각수 간에 간섭효과가 유도되어 방열핀과 접촉시간이 증대됨에 따라 방열효율을 보다 증대할 수 있으며, 제 2방열부에 경계격벽을 형성함으로써 유동간섭에 따른 접촉시간 증대는 물론 경계격벽이 방열핀과 같은 역할을 함에 따라 방열효율 상승을 유도하는 방열판 구조에 관한 것이다.
통상, 열전 소자들은 자신에게 적정 전류가 가해질 경우 '펠티어 효과 (Peltier effect)'에 의해 전자 또는 정공이 신속한 이동을 이루어 자신과 접촉된 물체의 열을 운반함으로써, 물체의 냉각을 촉진하는 특수 반도체 소자들로 알려져 있으며, 이러한 열전 소자들로는 열전 기능이 탁월한 Bi2 Te3 , Bi2 Se3 , Sb2 Te3 등이 주로 사용된다.
상기와 같은 열전 소자를 이용한 종래의 열전 반도체 모듈을 도 1을 참조로 하여 설명한다. 열전 반도체 모듈은 방열판(1)과, 열전 소자(2)와, 흡열판(3)의 연속된 적층 구조로 형성된다.
방열판(1)은 상부판(1a)과, 하부판(1b) 및 상/하부판(1a, 1b)에 형성되는 경로홈부(1c)로 구성된다. 상기 방열판(1)은 물론 상/하부판(1a, 1b)으로 분리되어 결합될 수 있으나 일체로 형성될 수 있다.
상기 경로홈부(1c)는 다수개가 형성되며, 일측이 냉각수가 유입되는 입구이며 타측이 출구가 되어 냉각수의 순환에 의해 방열판((1)에 접촉되는 열전 소자의 열을 방출시키게 된다.
한편, 상기 방열판(1)과 유사한 구성을 가지는 흡열판(3)은 입구 및 출구를 통해 순환하는 냉각수의 열을 흡수하여 이를 열전 소자에 전달하는 역할을 담당한다.
이와 같이 구성되는 열전 반도체 모듈은 방열판 및 흡열판의 냉각수 유동경로가 단순하고 냉각수와 방열판과의 접촉면적이 작아 방열효율이 떨어지는 문제가 있으며, 단순히 유동경로를 복잡하게 하거나 접촉면적을 높이기 위해 다수의 방열핀만을 형성하게 되면 냉각수 유동에 지나친 간섭이 발생하여 유동이 원활하지 않게 되어 장치의 내구성을 저하시킬 수 있다.
따라서 방열효율과 냉각수의 원활한 순환을 고려한 효율적인 방열판 구조가 요구된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 방열판의 하판구조를 다수의 방열핀으로 구성되는 제 1방열부와 냉각수 유동경로를 제공하는 제 2방열부로 형성함으로써 원활한 순환과 간섭에 따른 방열면적 증대를 절충하여 방열효율을 극대화하며, 제 1방열부의 중심부에 냉각수가 유입되도록 구성함으로써 유입되었던 냉각수와 유입되는 냉각수 간에 간섭효과가 유도되어 방열핀과 접촉시간이 증대됨에 따라 방열효율을 보다 증대할 수 있으며, 제 2방열부에 경계격벽을 형성함으로써 유동간섭에 따른 접촉시간 증대는 물론 경계격벽이 방열핀과 같은 역할을 함에 따라 방열효율 상승을 유도하는 방열판 구조를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 냉각수의 유입 및 배출에 따라 열교환이 이루어지는 열전소자와 결합되는 방열판 구조에 있어서, 상기 방열판은 냉각수가 유입되는 유입구 및 배출되는 배출구가 각각 형성되는 플레이트 형태의 상판과; 상기 상판과 결합되며 중앙부에 형성되는 홈부상에 방열핀이 일정간격 이격배치되는 제 1방열부와, 제 1방열부의 일측과 연통되며 제 1방열부를 통해 유입되는 냉각수가 배출될 수 있도록 유동경로를 제공하기 위한 경로홈부가 형성되는 제 2방열부로 이루어지는 하판;을 포함하여 구성된다.
여기서 상기 제 1방열부는 상판의 유입구로부터 냉각수가 유입되도록 유입구와 대응되는 위치에 형성되되, 상기 유입된 냉각수가 제 1방열부의 방열핀과 간섭효과가 유도되어 방열핀 접촉시간이 증대되도록 유입구와 제 1방열부의 중심지점은 동일수직선상에 배치되며, 상기 제 2방열부의 유동경로는 제 1방열부와의 연통지점에서 상판의 배출구 와 대응되는 위치까지 제 1방열부의 외측 테두리를 우회하여 형성된다.
또한 상기 제 2방열부에는 방열면적을 보다 증대하기 위해 유동경로 상에 경계격벽이 더 형성되며, 상기 하판의 제 1방열부의 일측과 2방열부의 일측 테두리에는 상판과 하판간의 기밀을 유지하기 위한 오링이 삽입되는 오링홈이 형성된다.
본 발명에 따르면 방열판의 하판구조를 다수의 방열핀으로 구성되는 제 1방열부와 냉각수 유동경로를 제공하는 제 2방열부로 형성함으로써 원활한 순환과 간섭에 따른 방열면적 증대를 절충하여 방열효율을 극대화할 수 있다.
또한 제 1방열부의 중심부에 냉각수가 유입되도록 구성함으로써 유입되었던 냉각수와 유입되는 냉각수 간에 간섭효과가 유도되어 방열핀과 접촉시간이 증대된다.
아울러 경계격벽을 통해 유동간섭에 따른 접촉시간 증대는 물론 경계격벽이 방열핀과 같은 역할을 함에 따라 방열효율이 보다 증대된다.
이하에서는 본 발명에 따른 방열기구조에 대해 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 방열판의 구조를 나타내는 분해사시도이며, 도 3은 방열판 상판의 평면도이고, 도 4는 방열판 하판의 평면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 냉각수 순환 흐름을 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면 본 발명에 따른 방열판(100) 구조는 크게 냉각수가 유입되는 유입구(11) 및 배출되는 배출구(12)가 각각 형성되는 플레이트 형태의 상판(10)과, 상기 상판(10)과 결합되며 중앙부에 형성되는 홈부상에 방열핀(21)이 일정간격 이격배치되는 제 1방열부(22)와, 제 1방열부(22)의 일측과 연통되며 제 1방열부(22)를 통해 유입되는 냉각수가 배출될 수 있도록 유동경로를 제공하기 위한 경로홈부(23)가 형성되는 제 2방열부(24)로 이루어지는 하판(20)으로 구성된다.
여기서 상기 상판(10)은 유입구(11)와 배출구(12)가 형성된 사각형태의 플레이트로 재질은 냉각수가 최대 170℃로 유입될 수 있어 이에 대해 내열성을 가지는 실리콘 재질인 것이 바람직하다.
상판의 유입구(11) 위치는 후술될 하판(20)의 제 1방열부(22) 중심지점과 동일 수직선상에 위치하도록 형성된다.
이는 냉각수가 유입될 때 직전에 유입된 냉각수와 간섭작용에 의해 와류를 일으키는 등의 간섭작용이 발생하므로 냉각수의 잔류 시간이 증대되게 되어 방열핀(21)과의 접촉 시간 증대에 따라 방열효과가 커지도록 유도하기 위함이다.
또한 상기 배출구(12)의 형성위치는 하판(20)의 제 2방열부(24)의 유동경로 단부와 대응되는 수직선상에 형성되며, 도 3에 도시된 바와 같이 우측 하단부에 형성되게 된다.
아울러 상기 유입구(11)와 배출구(12)에는 냉각수 순환관과 유입구(11), 배출구(12) 간을 연결짓는 별도의 배출관체(40)가 결합될 수 있다.
한편 상기 하판(20)은 크게 상기 방열핀(21)이 일정간격 이격배치되는 제 1방열부(22)와, 제 1방열부(22) 외측 테두리에 형성되며 유동경로를 제공하기 위한 제 2방열부(24)로 이루어진다.
여기서 상기 제 1방열부(22)에는 홈부가 형성되고 홈부상에 다수개의 방열핀(21)이 이격배치되어 상판(10)의 유입구(11)로부터 유입되는 냉각수를 통해 1차적으로 방열작용이 이루어지게 된다.
상기 방열핀(21)의 갯수는 많을수록 방열효과는 증대되나 냉각수의 유동이 원활하지 못하며 적을 경우 방열효과가 지나치게 감소되는 문제가 발생된다.
따라서 적정 방열핀(21)의 갯수는 하판(20)이 134mm × 116mm 일 경우 대략 80개 내지 120개 정도로 형성됨이 바람직하다.
또한 상기 제 1방열부(22)의 일측에는 제 2방열부(24)와 연통하도록 개구형성되는데, 이를 통해 제 1방열부(22)를 유동하는 냉각수가 제 2방열부(24)로 이동되게 된다.
상기 제 2방열부(24)는 제 1방열부(22)의 테두리 외측에 '
'형태로 형성되는 경로홈부(23)로 이루어지는데, 상기 경로홈부(23)의 일단은 제 1방열부(22) 와의 연통구간이며, 타단은 배출구(12)와 대응되는 지점에 해당된다.
이러한 상기 제 2방열부(24)는 경로홈부(23) 상에 유동경로를 두 개로 구획하는 경계격벽(25)이 형성될 수 있는데, 이는 냉각수 유동을 간섭하여 유동시간을 감소시킴으로써 유동시 제 2방열부(24)의 접촉면에 접하는 시간을 증대시키기 위함이다.
또한 상기 경계격벽(25)이 형성됨으로써 유동시간을 감소시킴은 물론 경계격벽(25) 자체가 방열핀(21)과 같은 기능을 담당함으로써 방열효율은 배가될 것이다.
물론 상기 경계격벽(25)을 다수개 형성할 경우 지나치게 유동이 저하되어 방열판의 부하는 물론 냉각수를 순환펌핑시키는 장치에도 부하가 커지게 되어 전체적인 시스템의 내구성 저하를 불러올 수 있어 바람직한 경계격벽(25)의 수는 134mm × 116mm 일 경우 하나 내지 두 개인 것이 바람직하다.
아울러 상기 경로홈부(23)의 모서리부는 도 4에 도시된 바와 같이 라운딩된 형태로 형성하여 원활한 순환이 이루어지도록 구성된다.
한편 상기 하판(20)의 제 1방열부(22)의 일측과 2방열부(24)의 일측 테두리에는 상판(10)과 하판(20)간의 기밀을 유지하기 위한 오링(30)이 삽입되는 오링홈(31)이 형성된다.
한편 상기 상판(10)과 하판(20) 간의 결합은 도면에서 나사결합으로 도시하였으나, 이외에 용접 등을 통한 고정결합도 가능하며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 3 및 도 4의 상,하판(10, 20) 테두리부에 다수개 형성되는 천공은 나사로 상, 하판(10, 20)을 결합하기 위한 나사홈이며, 도 4의 나사홈 외측 천공은 열전 소자와 나사 결합하기 위한 나사홈이다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예들로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 열전 소자를 이용한 종래 열전 반도체 모듈을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 방열판의 구조를 나타내는 분해사시도.
도 3은 방열판 상판의 저면도.
도 4는 방열판 하판의 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 냉각수 순환 흐름을 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 상판 11 : 유입구
12 : 배출구 20 : 하판
21 : 방열핀 22 : 제 1방열부
23 : 경로홈부 24 : 제 2방열부
25 : 경계격벽 30 : 오링
31 : 오링홈 40 : 배출관체
100 : 방열판
Claims (5)
- 냉각수의 유입 및 배출에 따라 열교환이 이루어지는 열전소자와 결합되는 방열판 구조에 있어서,상기 방열판은냉각수가 유입되는 유입구 및 배출되는 배출구가 각각 형성되는 플레이트 형태의 상판과;상기 상판과 결합되며 중앙부에 형성되는 홈부상에 방열핀이 일정간격 이격배치되는 제 1방열부와, 제 1방열부의 일측과 연통되며 제 1방열부를 통해 유입되는 냉각수가 배출될 수 있도록 유동경로를 제공하기 위한 경로홈부가 형성되는 제 2방열부로 이루어지는 하판;을포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방열판 구조.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1방열부는 상판의 유입구로부터 냉각수가 유입되도록 유입구와 대응되는 위치에 형성되되,상기 유입된 냉각수가 제 1방열부의 방열핀과 간섭효과가 유도되어 방열핀 접촉시간이 증대되도록 유입구와 제 1방열부의 중심지점은 동일수직선상에 배치되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열판 구조.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2방열부의 유동경로는 제 1방열부와의 연통지점에서 상판의 배출구 와 대응되는 위치까지 제 1방열부의 외측 테두리를 우회하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방열판 구조.
- 제 3항에 있어서,상기 제 2방열부에는 방열면적을 보다 증대하기 위해 유동경로 상에 경계격벽이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 방열판 구조.
- 제 1항에 있어서,상기 하판의 제 1방열부의 일측과 2방열부의 일측 테두리에는 상판과 하판간의 기밀을 유지하기 위한 오링이 삽입되는 오링홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 방열판 구조.
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| KR20190032958A (ko) * | 2017-09-20 | 2019-03-28 | 엘지이노텍 주식회사 | 냉각 장치 |
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2008
- 2008-11-27 KR KR2020080015808U patent/KR20100005767U/ko active IP Right Grant
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