KR20100101489A

KR20100101489A - 냉각장치

Info

Publication number: KR20100101489A
Application number: KR1020090020000A
Authority: KR
Inventors: 정두락; 신경수
Original assignee: (주)디엑스엠
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2010-09-17
Also published as: KR101032498B1

Abstract

구동시 열을 발생시키는 발열장치와 결합되어 발열장치에서 발생하는 열을 방열시키기 위한 냉각장치에 있어서, 서로 상보적으로 끼워져 결합 및 분리 가능한 결합부를 각각 가지며, 상호 결합시 격자형의 평면 형상을 가지며, 결합된 상태에서 상하로 관통형성된 다수의 통과공이 형성되는 복수의 히트싱크부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치가 개시된다.

냉각장치, 히트싱크, 방열, 공기, 조립, 분해

Description

냉각장치{A COOLING APPARATUS}

본 발명은 냉각장치에 관한 것으로서, LED조명과 같이 구동시 열을 발생시키는 발열장치의 열을 냉각시키기 위한 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 헤드램프, 리어 콤비네이션 램프, 가로등 및 형광등 등을 포함하는 각종 조명등은 일반적인 벌브(BULB)를 광원으로 사용하고 있다.

그러나, 벌브는 사용수명이 짧고 내충격성이 떨어지므로, 최근에는 사용수명이 크게 연장되면서도 내충격성이 뛰어난 고광도의 LED(Light Emitting Diode)를 광원으로 널리 사용하고 있는 추세이다.

특히, 상기 고광도의 LED는 주지한 바와 같이, 자동차의 헤드램프나 리어 콤비네이션 램프 및 가로등 및 형광등을 포함한 각종 조명등의 광원으로 사용될 수 있는 것으로서, 그 적용범위가 매우 광범위하다.

상기와 같은 고광도의 LED는 점등시 매우 높은 열이 발생하므로, 고열의 발열온도에 의해 이를 적용 및 설계하는데 많은 어려움이 있다.

따라서 종래에는 다수의 LED 조명등이 설치된 기판의 배면에 히트싱크(heatsink)를 설치하여 공냉식으로 방열시키는 구조가 적용되었다. 그 일예가 도 1에 도시되어 있으며, 도 1은 한국등록특허 10-0756897호에 개시된 종래의 LED 조명등이다. 도 1을 참조하면, 방열덮개(1)에 LED 조명(2)이 설치되는 기판(3)이 설치되고, 그 기판(3)의 배면에는 히트싱크(4)가 설치되어 있다. 상기 히트싱크(4)는 기판(3)에 결합되는 플레이트형의 몸체(4a)와, 몸체(4a)에서 돌출되게 형성된 다수의 방열편(4b)을 가진다. 상기 구성에 의하면, 다수의 방열편(4b)을 통해 공기 중으로 LED 조명(2)에서 발생하는 열을 방열하도록 할 수 있게 된다.

그런데, 상기와 같은 구성에 의하면, 방열편(4b)이 상하로 계단식으로 배열되어 있으므로, 공기가 원활하게 이동하지 못하여 열교환 된 공기가 오랜 시간 머물되 되어 방열효율이 저하되는 문제점이 있다. 따라서 고열을 방출하는 LED조명과 같은 발열장치를 공냉식으로 냉각시키는 데는 한계가 있다.

또한, 종래의 히트싱크의 경우에는 최초에 그 사이즈가 결정되며, 후에 사이즈를 줄이거나 키우는 것이 불가능하므로, 다양한 사이즈의 전자제품 등에 적용하는 것이 쉽지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 발열장치에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있으며, 조립 및 분해가 가능하여 사이즈의 조절이 용이한 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각장치는, 구동시 열을 발생시키는 발열장치와 결합되어 상기 발열장치에서 발생하는 열을 방열시키기 위한 냉각장치에 있어서, 서로 상보적으로 끼워져 결합 및 분리 가능한 결합부를 각각 가지며, 상호 결합시 격자형의 평면 형상을 가지며, 결합된 상태에서 상하로 관통형성된 다수의 통과공이 형성되는 복수의 히트싱크부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 복수의 히트싱크부재는, 장변과 단변으로 이루어진 플레이트형상을 가지며, 장변 방향으로 일정 간격으로 마련되도록 변으로부터 절개되어 형성된 다수의 제1결합부를 가지는 제1히트싱크부재; 및 상기 제1결합부에 대응되는 제2결합부들을 가지며, 상기 제1히트싱크부재에 대응되는 형상을 가지고, 상기 제1히트싱크부재와 교차하도록 격자형태로 결합되는 제2히트싱크부재;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 및 제2히트싱크부재가 서로 교차하도록 조립된 상태에서, 상하로 관통된 다수의 관통공이 형성되며, 상기 제1 및 제2히트싱크부재의 장변측에 상기 발열장치가 설치 가능한 것이 좋다.

또한, 상기 제1 및 제2결합부 각각은 상기 제1 및 제2히트싱트부재 각각의 장변의 테두리로부터 단변 방향으로 절개되어 형성된 것이 좋다.

또한, 상기 히트싱크부재는, 플레이트 형상을 가지며, 일면에 제1결합부를 가지는 제1히트싱크부와; 상기 제1히트싱크부의 타면으로부터 돌출되게 설치되며, 복수 개가 일정한 간격으로 배치되며, 끝단에 상기 제1결합부에 상보적으로 결합되는 형상을 가지는 제2결합부가 마련된 제2히트싱크부를 가지며, 복수의 히트싱크부재 각각의 제1 및 제2결합부가 서로 끼워져 결합되어 적층되는 구조로 연결 및 분리 가능한 것이 좋다.

또한, 상기 제1결합부는 상기 제1히트싱크부의 일면에 인입형성된 결합홈을 포함하며, 상기 제2결합부는 상기 제2히트싱크부의 단부에 돌출된 결합리브를 포함하며, 상기 결합리브가 상기 결합홈에 상기 적층방향에 교차하는 방향으로 끼워져 결합되는 것이 좋다.

또한, 상기 결합홈 및 상기 결합리브의 서로 접하는 면들에는 결합력을 높이기 위한 거칠기를 제공하는 돌기들이 형성된 것이 좋다.

또한, 상기 히트싱크부재의 제2히트싱크부의 단부에 결합되며, 플레이트형상을 가지는 방열플레이트를 더 포함하며, 상기 방열플레이트에는 상기 제2히트싱크부의 제2결합부와 상보적으로 결합가능한 제3결합부가 형성된 것이 좋다.

본 발명의 냉각장치에 따르면, 다수의 히트싱크부재들을 격자형태로 또는 적층구조로 쉽게 조립할 수 있는 구조를 가짐으로써, 냉각장치를 설치하는 공간의 크 기나 구조에 구애받지 않고 다양한 모양 및 사이즈로 쉽게 조립하여 설치할 수 있는 이점이 있다. 따라서 다양한 사이즈의 규격화된 냉각장치를 별도로 제작할 필요가 없으므로, 제작 및 사용이 편리한 이점이 있다.

그리고 다수의 히트싱크부재들을 격자형태 또는 적층형태로 연결조립하게 되면, 상하로 관통형성된 공기 관통공이 형성됨으로써 상하로 유동되는 공기와의 열교환면적을 넓힐 수 있기 때문에, 방열 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 자세히 설명하기로 한다.

도 2, 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각장치(100)는 구동시 열을 발생시키는 발열장치(30)에서 발생하는 열을 방열시키기 위한 것으로서, 서로 상보적으로 끼워져 결합 및 분리 가능한 결합부를 각각 가지며, 상호 결합시 격자형의 평면 형상을 가지며 결합된 상태에서 상하로 관통형성된 다수의 통과공(101)이 형성되는 복수의 히트싱크부재(110)를 구비한다.

상기 복수의 히트싱크부재(110)는 서로 직교하는 방향으로 교차하여 결합되는 제1 및 제2히트싱크부재(111,113)를 구비한다.

제1 및 제2히트싱크부재(111,113)는 서로 동일한 형상을 가지며, 다만 서로 격자형상의 평면형상을 갖도록 결합되도록 직교하는 방향으로 다수가 일정한 간격으로 결합 된 구조를 갖는다. 그리고 제1 및 제2히트싱크부재(111,113) 각각은 서로 상보적으로 결합되는 제1결합부(111a)와, 제2결합부(113a)를 가진다. 제1 및 제 2히트싱크부재(111,113)는 장변과 단변을 가지는 플레이트형상을 가지며, 제1 및 제2결합부(111a,113a) 각각은 장변 방향으로 일정한 간격으로 형성되며, 장변의 테두리로부터 단변 즉, 단폭 방향으로 소정 길이 절개된 절개홈의 형상으로 형성된다. 바람직하게는 제1 및 제2결합부(111a,113a) 각각은 각각의 히트싱크부재(111,113)의 단변 방향으로 1/2 폭 만큼만 절개되어 형성됨으로써, 제1 및 제2히트싱크부재(111,113)가 결합된 상태에서 동일한 높이로 배치된 수 있게 된다.

여기서, 상기 제2결합부(113a)는 제2히트싱크부(113)의 단부에 제1결합부(111a)에 대응되는 단면형상으로 돌출된 결합리브인 것이 바람직하다. 상기 결합리브는 끝단의 폭이 크고, 끝단에서 멀어질수록 폭이 좁아지는 형상을 갖는다.

이러한 제1 및 제2히트싱크부재(111,113)는 열전달율이 좋은 금속재질 예를 들어, 알루미늄이나, 황동 등으로 형성될 수 있으며, 그 두께와 폭 및 길이는 다양하게 설계되어 제작될 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 제1 및 제2히트싱크부재(111,113)를 이용하여 냉각장치(100)를 조립 및 제작하게 되면, 원하는 크기로 쉽게 조립하여 제작이 가능하며, 분해 또한 용이하게 작업할 수 있게 된다. 따라서, 냉각장치(100)를 적용하는 설치 공간의 크기와 형태 등에 따라서 작업자가 쉽게 조립 및 분리하여 적용이 가능하며, 규격화된 제품들에 비하여 다양한 사용처에 능동적으로 적용이 가능한 이점이 있다.

또한, 조립된 상태에서는 도 2, 도 4 및 도 5와 같이, 다수의 통과공(101)이 형성됨으로써, 원활한 공기순환을 유도하여 공기와의 열교환을 통한 냉각효율을 높 일 수 있게 된다.

또한, 외측에 위치되는 히트싱크부재들(111,113)의 단부들(111b,113b)은 방열편 또는 방열핀의 역할을 함으로써, 공기와의 접촉면적으로 최대한 넓히는 기능을 함으로써, 방열효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

그리고, 상기 구성의 냉각장치(100)에서는 도 5와 같이, 발열장치(30)가 제1 및 제2히트싱크부재(111,113)가 서로 교차하도록 조립된 상태에서 장변측에 설치될 수 있다. 여기서 상기 발열장치(30)는 기판(31) 상에 설치되는 다수의 LED 벌브(33)를 구비한다. 상기 LED 벌브(33) 내에는 LED 소자(미도시)가 설치된다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각장치(200)는 하나 이상의 히트싱크부재(210)와, 방열플레이트(220)를 구비한다.

상기 히트싱크부재(210)는 플레이트 형상을 가지며 일면에 제1결합부(211a)를 가지는 제1히트싱크부(211)와, 상기 제1히트싱크부(211)의 타면으로부터 소정 높이로 돌출되게 설치되는 다수의 제2히트싱크부(213)를 구비한다.

상기 제1결합부(211a)는 입구가 좁고 안쪽이 넓어지는 결합홈의 구조를 가지며, 일정한 간격으로 배치되게 형성된다. 바람직하게는 제1결합부(211a)는 상기 제2히트싱크부(213)에 대응되는 위치에 형성되며, 제2히트싱크부(213)의 길이 방향에 나란하게 형성된다.

상기 제2히트싱크부(213)는 제1히트싱크부(211)의 타면에 일정한 간격으로 나란하게 설치되며, 제1히트싱크부(211)와 동일한 재질로 일체로 형성될 수 있다. 복수의 제2히트싱크부(213)의 끝단부에는 다른 히트싱크부재(210)의 제1결합 부(211a)에 상보적으로 결합되는 제2결합부(213a)가 형성된다. 상기 제2결합부(213a)는 제1결합부(211a)의 결합홈의 단면 형상에 대응되는 단면형상을 갖도록 형성됨으로써, 제2결합부(213a)가 제1결합부(211a)에 슬라이딩 방식에 의해 결합됨으로써 복수의 히트싱크부재(210)를 적층 또는 수평으로 연결된 구조로 조립하는 것이 용이하며, 조립된 상태에서는 서로 이격되는 방향으로는 분리되지 않고 견고하게 결합 된 상태를 유지할 수 있게 된다.

상기 구성의 히트싱크부재(210)는 열전달율이 좋은 알루미늄, 황동 등의 재질로 형성되는 것이 좋다.

또한, 바람직하게는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1결합부(211a)와 제2결합부(213a)의 서로 접하는 면들 각각에는 마찰력에 의한 결합력을 높이기 위한 거칠기를 제공하는 돌기들(211b,213b)이 형성된다.

상기 방열플레이트(220)는 히트싱크부재들(210)이 적층되게 연결된 상태에서, 외측으로 노출된 제2히트싱크부(213)를 덮도록 결합 된다. 이러한 방열플레이트(220)는 플레이트형상을 가지며, 히트싱크부재(210)와 동일한 재질로 형성된다. 그리고 방열플레이트(220)에는 제2히트싱크부(213)의 제2결합부(213a)에 상보적으로 결합되는 제3결합부(221)가 형성된다. 상기 제3결합부(221)는 제1결합부(211a)와 동일한 형상으로 형성되며, 제2결합부(213a)에 대응되는 위치에 형성된다.

상기 구성을 가지는 냉각장치(200)는 상기 방열플레이트(220)의 외측면에 발열장치가 설치될 수 있으며, 또한 제1히트싱크부(211)의 외측면에 발열장치가 설치될 수도 있다.

또한, 상기 제2히트싱크부(213)의 최 외측면에 발열장치가 설치될 수도 있다. 이와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각장치(200)는 히트싱크부재(210)의 수를 늘려서 서로 조립하여 연결함에 따라서 냉각장치의 전체 사이즈를 쉽게 조절하여 제작할 수 있으므로, 다양한 종류의 전자제품 및 기계장치 등에 채용하여 사용할 수 있게 된다.

또한, 상기 구성을 가지는 제2실시예에 따른 냉각장치(200)는 히트싱크부재들(210) 및 방열플레이트(220)를 조립한 상태에서는, 제2히트싱크부(213)의 간격에 의한 공간이 상하로 관통형성된 공기 통과공(230)의 기능을 하게 됨으로써, 원활한 공기 순환을 통한 방열효율을 높일 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들 각각에 따른 냉각장치들의 경우와 같이, 히트싱크부재들을 연결 조립하여 공기 통과공(230)을 형성시켜 외부 공기가 순환되면서 히트싱크부재들, 방열플레이트와 열교환 하여 냉각시킬 수 있는 구조를 가짐으로써, LED 모듈과 같은 발열장치에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 따라서 냉각장치에 의해 예를 들어 LED 모듈의 온도가 60℃ 이상으로 상승하지 않도록 냉각시키는 것이 가능하며, 이와 같이 조명장치의 온도를 적절히 제어함으로써 LED의 발광도가 저하되는 것을 방지하고, 그 발광도의 저하를 방지함으로써 결국 LED의 수명을 연장시 킬 수 있게 된다.

도 9는 온도에 따른 LED의 발광도 및 수명을 나타낸 것으로서, 도 9에 도시된 그래프를 통해 확인할 수 있듯이, LED의 광출력율이 30% 감소하는 시점을 기준으로 볼 때, 온도를 60℃ 이하로만 제어하더라도 100℃ 이상의 구동온도일 경우보 다 수명을 2배 이상으로 연장시킬 수 있음을 알 수 있다.

따라서 고휘도 LED 조명과 같이 구동시 고열을 발생시키는 발열장치에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시킴으로써, 발열장치의 수명을 늘리고 효율을 높일 수 있다.

도 1은 종래의 냉각장치를 나타내 보인 도면.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각장치를 나타내 보인 사시도.

도 3은 도 2의 히트싱크부재를 발췌하여 보인 정면도.

도 4는 도 2에 도시된 냉각장치의 평면도.

도 5는 도 2에 도시된 냉각장치의 정면도.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각장치를 나타내 보인 분리 사시도.

도 7은 본 발명의 도 6에 도시된 냉각장치를 나타내 보인 정면도.

도 9는 LED 조명의 온도에 따른 수명관계를 실험을 통해 나타내 보인 그래프.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100,200..냉각장치 110,210..히트싱크부재

111,113..제1 및 제2히트싱크부재 211..제1히트싱크부

213..제2히트싱크부 220..방열플레이트

230..공기 순환경로

Claims

구동시 열을 발생시키는 발열장치와 결합되어 상기 발열장치에서 발생하는 열을 방열시키기 위한 냉각장치에 있어서,

서로 상보적으로 끼워져 결합 및 분리 가능한 결합부를 각각 가지며, 상호 결합시 격자형의 평면 형상을 가지며, 결합된 상태에서 상하로 관통형성된 다수의 통과공이 형성되는 복수의 히트싱크부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 히트싱크부재는,

장변과 단변으로 이루어진 플레이트형상을 가지며, 장변 방향으로 일정 간격으로 마련되도록 변으로부터 절개되어 형성된 다수의 제1결합부를 가지는 제1히트싱크부재; 및

상기 제1결합부에 대응되는 제2결합부들을 가지며, 상기 제1히트싱크부재에 대응되는 형상을 가지고, 상기 제1히트싱크부재와 교차하도록 격자형태로 결합되는 제2히트싱크부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2히트싱크부재가 서로 교차하도록 조립된 상태에서, 상하로 관통된 다수의 관통공이 형성되며, 상기 제1 및 제2히트싱크부재의 장변측에 상기 발열장치가 설치 가능한 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2결합부 각각은 상기 제1 및 제2히트싱트부재 각각의 장변의 테두리로부터 단변 방향으로 절개되어 형성된 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 히트싱크부재는,

플레이트 형상을 가지며, 일면에 제1결합부를 가지는 제1히트싱크부와;

상기 제1히트싱크부의 타면으로부터 돌출되게 설치되며, 복수 개가 일정한 간격으로 배치되며, 끝단에 상기 제1결합부에 상보적으로 결합되는 형상을 가지는 제2결합부가 마련된 제2히트싱크부를 가지며,

복수의 히트싱크부재 각각의 제1 및 제2결합부가 서로 끼워져 결합되어 적층되는 구조로 연결 및 분리 가능한 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제5항에 있어서, 상기 제1결합부는 상기 제1히트싱크부의 일면에 인입형성된 결합홈을 포함하며,

상기 제2결합부는 상기 제2히트싱크부의 단부에 돌출된 결합리브를 포함하며, 상기 결합리브가 상기 결합홈에 상기 적층방향에 교차하는 방향으로 끼워져 결합되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제6항에 있어서, 상기 결합홈 및 상기 결합리브의 서로 접하는 면들에는 결합력을 높이기 위한 거칠기를 제공하는 돌기들이 형성된 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 히트싱크부재의 제2히트싱크부의 단부에 결합되며, 플레이트형상을 가지는 방열플레이트를 더 포함하며,

상기 방열플레이트에는 상기 제2히트싱크부의 제2결합부와 상보적으로 결합가능한 제3결합부가 형성된 것을 특징으로 하는 냉각장치.