KR20130075205A - 발열체 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체로 이루어진 발열체에 대하여 접촉 면적을 극대화하여 열전도율을 극대화한 발열체 냉각 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 발열체 방열 장치는, 열이 발생하는 발열체; 상기 발열체의 일면이 삽입될 수 있는 크기의 발열체 삽입홈이 구비되며, 상기 발열체의 일면이 상기 발열체 삽입홈에 삽입된 상태에서 상기 발열체의 열을 전도받아 방열하는 방열체; 및 상기 발열체 삽입홈 중 상기 발열체 일면과 상기 방열체 사이에 채워져서 상기 발열체와 상기 방열체를 열적으로 연결하는 저융점 고열전도 물질;을 포함한다.

Description

발열체 냉각 장치{DEVICE FOR RADIATING HEAT OF THE HEATING ELEMENT}
본 발명은 발열체 냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고체로 이루어진 발열체에 대하여 접촉 면적을 극대화하여 열전도율을 극대화한 발열체 냉각 장치에 관한 것이다.
화석 에너지의 고갈과 이로 인한 환경 오염 등의 문제가 점차 심각해짐에 따라 LED와 태양전지 등 친환경적인 조명 기술과 신재생에너지 관련 기술들이 최근들어 각광받고 있다.
그런데 이러한 LED 기술에서는 LED소자의 운용과정에서 발생하는 고온의 열을 효과적으로 방열시키지 못하여 반영구적인 소자의 수명이 대폭 단축되고 조명 효율도 떨어지는 문제점을 효과적으로 해결하지 못하는 상황이다.
또한 태양전지 분야에서도 태양광을 이용한 발전 과정에서 태양전지 자체가 가열되어 발전효율이 급격하게 하락하는 문제점을 해결하기 못하여 태양전지가 보유한 발전효율을 효율적으로 활용하지 못하고, 설치 환경에도 제약이 따르는 등 많은 문제점이 누적되고 있는 상황이다.
결국 이러한 방열의 문제점은 고체로 이루어진 발열체와 효과적으로 열접촉하여 열전도성을 극대화한 방열 기술의 개발이 이루어지지 않기 때문이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 고체로 이루어진 발열체에 대하여 접촉 면적을 극대화하여 열전도율을 극대화한 발열체 냉각 장치를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 발열체 방열 장치는, 열이 발생하는 발열체; 상기 발열체의 일면이 삽입될 수 있는 크기의 발열체 삽입홈이 구비되며, 상기 발열체의 일면이 상기 발열체 삽입홈에 삽입된 상태에서 상기 발열체의 열을 전도받아 방열하는 방열체; 및 상기 발열체 삽입홈 중 상기 발열체 일면과 상기 방열체 사이에 채워져서 상기 발열체와 상기 방열체를 열적으로 연결하는 저융점 고열전도 물질;을 포함한다.
본 발명에서 상기 저융점 고열전도 물질은 저융점 금속인 것이 바람직하다.
그리고 상기 발열체 삽입홈에는 판상의 구조를 가지는 스페이서가 더 구비되는 것이 바람직하다.
이때 상기 스페이서는 전기 전도도가 우수한 금속인 것이 바람직하다.
또한 상기 방열체는 다이캐스팅 공정으로 제조되는 다공성 알루미늄인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 발열체 배면에는 상기 저융점 고열전도 물질과 동일한 성질의 젖음성 향상층이 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 상기 발열체의 재질 및 형상에 무관하게 접촉 면적을 극대화할 수 있는 저융점 고열전도 물질을 이용하여 열전도성을 극대화하고 이에 따라 방열 효율을 극대화할 수 있는 현저한 효과가 있다.
또한 상기 스페이서를 활용하여 고가의 저융점 고열전도 물질의 사용을 최소화할 수 있는 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체 방열 장치의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열체의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열체 방열 장치의 구조를 도시하는 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 발열체 방열 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 발열체(10), 방열체(20) 및 저융점 고열전도 물질(30)을 포함하여 구성된다.
먼저 발열체(10)는 사용과정에서 열이 발생하는 구성요소이며, 그 형상이 고정되어 있는 고체로 이루어진다. 상기 발열체(10)는 그 형상이 도 1에 도시된 바와 같이, 정형화된 직육면체 구조를 가질 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 굴곡이 많은 구조를 가질 수도 있다. 본 실시예에서는 상기 저융점 고열전도 물질(30)이 작동 과정에서는 액체 상을 유지하므로 상기 발열체의 배면이 어떠한 형상을 가질지라도 접촉 면적을 극대화할 수 있는 것이다.
한편 상기 발열체(10)는 금속 소재로 이루어질 수도 있지만, 금속 소재가 아닌 세라믹과 같은 비금속성 소재로 이루어질 수도 있다. 이렇게 비금속성 소재로 이루어지는 경우에는 후술하는 저융점 고열전도 물질(30)과의 젖음성이 떨어질 수도 있다. 상기 저윰점 고열전도 물질(30)과의 젖음성이 떨어지는 경우에는 발열체(10)와 저윰점 고열전도 물질(30)과의 접촉 면적이 최대화되지 못하여 열전도율이 낮아질 수 있다.
따라서 본 실시예에서는 상기 발열체(10)의 배면 중 상기 방열체(30)의 발열체 삽입홈(32)에 삽입되는 부분에 대하여 젖음성 향상층(40)이 더 형성될 수도 있다. 상기 젖음성 향상층(40)은 상기 발열체(10)의 배면에 코팅 등의 방법으로 일체화되어 형성된다. 또한 상기 젖음성 향상층(40)은 상기 저윰점 고열전도 물질(30)과 동일한 성질의 물질로 형성된다. 예를 들어 상기 저융점 고열전도 물질(30)이 저윰점 금속인 경우 상기 젖음성 향상층(40)도 금속 소재로 이루어지는 것이다.
다음으로 상기 방열체(20)는 상기 발열체(10)의 일면이 삽입될 수 있는 크기의 발열체 삽입홈(22)이 구비되며, 상기 발열체(10)의 일면이 상기 발열체 삽입홈(22)에 삽입된 상태에서 상기 발열체(10)의 열을 전도받아 방열하는 구성요소이다.
상기 방열체(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 발열체(10)에 대향되는 면에는 상기 발열체 삽입홈(22)이 음각으로 형성되고, 상기 발열체 삽입홈(22)이 형성되는 면을 제외한 나머지 면에는 접촉 면적을 최대화하기 위하여 방열핀(24) 등이 형성된다.
상기 발열체 삽입홈(22)은 도 1에 도시된 바와 같이, 2단 이상의 단차(26)를 가지는 구조로 형성될 수도 있고, 단차 구조를 가지지 않는 형상으로 형성될 수도 있다.
한편 전술한 구조를 가지는 상기 방열체(20)는 다이캐스팅 공정으로 제조되는 것이 바람직하며, 그 재질은 알루미늄인 것이 바람직하다. 다이캐스팅 공정으로 제조되는 것이 복잡한 형상의 방열체(20)를 저렴하게 제조할 수 있기 때문이다.
특히 상기 방열체(20)는 외부 공기 또는 액체와의 접촉 면적을 극대화하기 위하여 다공성 알루미늄으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
다음으로 상기 저융점 고열전도 물질(30)은 상기 발열체 삽입홈(22) 중 상기 발열체(10) 일면과 상기 방열체(20) 사이에 채워져서 상기 발열체(10)와 상기 방열체(20)를 열적으로 연결하는 구성요소이다. 상기 저융점 고열전도 물질(30)은 고체 및 액체 상태에서 열전도성이 매우 우수하며, 상온 또는 그보다 낮은 온도에서 고체 상태를 유지하다가 상온 근방의 융점 보다 높은 온도에서 녹아서 액체 상태를 유지하는 물질을 말한다.
이러한 저융점 고열전도 물질(30)은 상기 발열체(10) 일면과 상기 방열체(20) 사이의 공간에 채워지면, 상기 발열체(10)가 사용과정에서 온도가 융점 이상으로 상승하면 액체 상태로 변하여 상기 발열체(10)와 방열체(20)를 완벽하게 열적으로 연결한다. 또한 열전도성이 매우 우수하며 발열체의 발열과정에서 액체 상태를 유지하므로 상기 발열체(10)와 방열체(20)의 접촉 면적을 99% 이상으로 유지할 수 있다.
본 실시예에서 상기 저융점 고열전도 물질(30)은 저융점 금속인 것이 바람직하다.
한편 상기 발열체 삽입홈(22)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 판상의 구조를 가지는 스페이서(50)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 상기 저융점 금속을 비롯한 저융점 고열전도 물질(30)은 매우 고가이다. 따라서 그 사용량을 최소화하는 것이 본 실시예에 따른 발열체 방열 장치(1)의 제조에 있어서 바람직하다.
따라서 상기 스페이서(50)를 상기 발열체 삽입홈(22)에 삽입하여 상기 저융점 고열전도 물질(30)의 사용량을 최소화하는 것이다. 또한 상기 저융점 고열전도 물질(30)을 상기 발열체(10)와 방열체(20) 사이의 공간에 주입하는 것도, 상기 스페이서(50)의 표면에 상기 저융점 고열전도 물질(30)을 피복한 상태에서 삽입하는 방법에 의하여 용이하게 주입할 수도 있다.
이때 상기 스페이서(50)는 전기 전도도가 우수한 금속, 예를 들어 구리, 알루미늄 등인 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 상기 방열체에 발열체 삽입홈이 형성되는 구조를 설명하였으나, 상기 발열체의 배면에 방열체 삽입홈이 형성되거나 상기 발열체와 방열체 사이에 격벽이 형성되는 구조 등 상기 발열체와 상기 방열체 사이에 상기 저융점 고점도 물질을 채울 수 있는 다양한 구조읠 발명이 모두 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다.
10 : 발열체 20 : 방열체
30 : 저융점 고열전도 물질

Claims (7)

  1. 열이 발생하는 발열체;
    상기 발열체의 일면이 삽입될 수 있는 크기의 발열체 삽입홈이 구비되며, 상기 발열체의 일면이 상기 발열체 삽입홈에 삽입된 상태에서 상기 발열체의 열을 전도받아 방열하는 방열체;
    상기 발열체 삽입홈 중 상기 발열체 일면과 상기 방열체 사이에 채워져서 상기 발열체와 상기 방열체를 열적으로 연결하는 저융점 고열전도 물질;을 포함하는 발열체 방열 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저융점 고열전도 물질은,
    저융점 금속인 것을 특징으로 하는 발열체 방열 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발열체 삽입홈에는 판상의 구조를 가지는 스페이서가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 발열체 방열 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스페이서는,
    전기 전도도가 우수한 금속인 것을 특징으로하는 발열체 방열 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방열체는,
    다이캐스팅 공정으로 제조되는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 발열체 방열 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방열체는,
    다공성 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발열체 방열 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발열체 배면에는 상기 저융점 고열전도 물질과 동일한 성질의 젖음성 향상층이 형성되는 것을 특징으로 하는 발열체 방열 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017086911A1 (en) * 2015-11-16 2017-05-26 Intel Corporation Sintered heat spreaders with inserts
CN111900221A (zh) * 2020-08-05 2020-11-06 苏州中来光伏新材股份有限公司 一种轻质高强度光伏组件及其制备方法

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