KR20130077855A

KR20130077855A - 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치

Info

Publication number: KR20130077855A
Application number: KR1020130065880A
Authority: KR
Inventors: 김정훈
Original assignee: 김정훈
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2013-07-09
Also published as: WO2014200174A1; KR101435899B1; US20160090978A1

Abstract

본 발명은 압전소자를 이용한 냉각 분사 장치에 있어서, 수지 또는 금속 재질 중 어느 하나로 형성한 상,하층면(6)(8)을 밀봉 결합하여 공간부를 형성하되, 상기 공간부를 가로질러 압전성질을 갖는 디스크 타입의 압전판(10a)을 설치하여 공간부를 제1,제2 챔버(14)(16)로 분리 구성한 공기 분사체(4)를 구비하고, 상기 공기 분사체(4)의 일측에는 공간부로 공기가 출입할 수 있도록 외부와 연통시키는 하나 이상의 공기통로(12)를 형성하며, 압전판(10a)의 굴곡 변위에 의한 제1,제2 챔버(14)(16)의 팽창과 수축이 교대로 발생함에 따라 공기의 흡입과 배출이 동시에 이루어져 공기 분사체(4)에 의한 연속적인 공기분사로 발열체를 냉각시키게 구성하여, 압전소자를 이용한 냉각 분사 장치(2)에 의해 발열을 제어함에 있어 연속적으로 공기를 배출함으로써 효율적으로 열을 낮출 수 있고 별도의 브라켓없이 전자기기 내에 설치하는 것이 가능하여 조립이 용이하며, 특히 공기 분사체(4)를 적층하여 설치할 경우 다수의 공기 분사체(4)를 서로 부착함으로써 설치가 용이한 효과가 있다.

Description

단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치{SINGLE ACTUATOR COOLING JET APPARATUS}

본 발명은 압전소자의 굴곡 변위를 이용한 냉각 분사 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자기기에는 지속적인 사용에 의한 열이 발생하게 되고, 발생하는 열에 의해 전자기기의 성능이 떨어지거나 수명이 짧아지는 문제가 있어, 통상적으로 전자기기 내에는 냉각 장치를 구비한다.

종래에는 이러한 냉각수단으로 팬 타입이 주로 사용되었으나, 팬을 이용한 냉각장치는 과도한 소음과 전력소비, 제조방법의 어려움, 소형화의 어려움 등의 단점이 있었다.

이러한 문제점을 보완한 것으로 최근 압전소자의 굴곡 변위를 이용한 냉각 장치가 개발되어 오고 있다.

일 예로, 도 1에 도시한 바와 같이 압전소자가 구비된 압전판에 수십㎐ 이상으로 진동하는 굴곡 변위에 의한 냉각 장치의 팽창과 수축으로 인해 공기가 냉각 장치 내로 흡입되었다가 분사되는 것을 반복함으로써 발열부위에 공기를 직접 불어 온도를 낮추게 된다. 이러한 냉각 장치는 공기의 흐름이 작은 구멍을 통해 분사될 때 형성되는는 합성 제트(synthetic jet) 현상을 이용하는 것이다.

합성 제트는 공기의 이동량과 출구 단면적에 따라 그 효율이 다르며, 공기의 분사양과 출구의 크기에 따라 효율이 결정된다. 출구의 단면적이 크거나, 여러 방향으로 다수개 형성된 경우에는 제트 흐름을 기대할 수 없게 된다.

도 1에 도시된 냉각 장치는 공기량이 압전소자의 굴곡 변위에 따라 한번은 공기를 흡입하고 한번은 흡입된 공기를 배출하게 동작한다. 발열을 실질적으로 줄이는 것은 공기의 배출에 의한 것임에 따라 공기의 흡입과 배출이 교대로 발생하게 되면 불연속적으로 공기를 배출하게 되어 냉각 장치의 효율성이 떨어진다. 더욱이 냉각 장치의 상하측에 압전소자를 구비하여 굴곡 변위를 발생시킴에 따라 냉각 장치를 고정설치하기 위한 별도의 크립 홀더, 패키지 또는 브라켓이 필요하여 소형 전자기기에 설치할 경우에는 설치면적이 넓어지고 냉각 장치가 두꺼워져 공간을 많이 차지함에 따라 설치가 불편한 것이다.

또한, 종래의 합성 제트를 냉각 장치들은 분사구쪽의 공기 흐름을 분리할 수 있는 벽이 없어 공기가 출입될 때 서로 방해되므로 제트 흐름의 효과가 떨어지는 문제가 있었다.

미국공개특허 US 2012/0170216 A1, 'Synthetic jet packaging' 미국공개특허 US 2011/0114287 A1, 'Chassis with distributed jet cooling' 한국공개특허 제10-2012-131857호, '압전 방식의 냉각 장치'

따라서, 본 발명의 목적은 연속적인 냉각 장치의 작동에 의해 효율적으로 발열을 줄이고, 소형의 전자기기 내에도 설치할 수 있는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압전소자를 이용한 냉각 분사 장치에 있어서, 수지 또는 금속 재질 중 어느 하나로 형성한 상,하층면(6)(8)을 밀봉 결합하여 공간부를 형성하되, 상기 공간부를 가로질러 압전성질을 갖는 디스크 타입의 압전판(10a)을 설치하여 공간부를 제1,제2 챔버(14)(16)로 분리 구성한 공기 분사체(4)를 구비하고, 상기 공기 분사체(4)의 일측에는 공간부로 공기가 출입할 수 있도록 외부와 연통시키는 하나 이상의 공기통로(12)를 형성하며, 압전판(10a)의 굴곡 변위에 의한 제1,제2 챔버(14)(16)의 팽창과 수축이 교대로 발생함에 따라 공기의 흡입과 배출이 동시에 이루어져 공기 분사체(4)에 의한 연속적인 공기분사로 발열체를 냉각시키게 구성함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 압전소자를 이용한 냉각 분사 장치에 있어서, 수지 또는 금속 재질 중 어느 하나로 형성한 상,하층면(6)(8)을 밀봉 결합하여 공간부를 형성하되, 상기 공간부에는 중간층을 형성하는 탄성층(30)을 형성하고 상기 탄성층(30) 상부에는 압전성질을 갖는 밴더 타입의 압전판(10b)을 설치하여 공간부를 제1,제2 챔버(14)(16)로 분리 구성한 공기 분사체(4)를 구비하고, 상기 공기 분사체(4a)의 하층면(8)에는 제2 챔버(16)로 공기가 출입할 수 있도록 외부와 연통시키는 하나 이상이 공기통로(12)를 형성하고, 공기 분사체(4a)의 제1 챔버(14) 일측에는 제1 챔버의 공기가 출입할 수 있도록 외부와 연통시키는 하나 이상의 보조유통공(32)을 형성하며, 압전판(10b)이 부착된 탄성층(30)이 압전판(10b)의 상하 굴곡 변위에 의해 상하운동하여 제1,제2 챔버(14)(16)가 팽창과 수축을 반복함으로써 공기통로(12)와 보조유통공(32)을 통한 공기의 흡입과 배출에 의한 공기분사로 발열체를 냉각시키게 구성함을 특징으로 한다.

본 발명은 압전소자를 이용한 냉각 장치에 의해 발열을 제어함에 있어 연속적으로 공기를 배출함으로써 효율적으로 열을 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 별도의 브라켓없이 전자기기 내에 설치하는 것이 가능하여 조립이 용이하며, 특히 냉각 장치를 적층하여 설치할 경우 다수의 냉각 장치를 서로 부착함으로써 설치가 용이한 효과가 있다.

도 1은 종래의 압전소자를 이용한 냉각 장치의 동작구성을 보여주는 개략도,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 냉각 분사 장치의 사시도,
도 3은 도 2의 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 냉각 분사 장치의 작동도,
도 5a는 본 발명에 따른 2층 구조의 압전판을 나타내는 단면도,
도 5b는 본 발명에 따른 2단으로 적층설치된 공기 분사체를 나타내는 단면도,
도 5c는 본 발명에 따른 공기 분사체의 공기통로가 좌우로 교차되게 위치하여 적층된 형태를 보여주는 도면,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 냉각 분사 장치의 단면 구성도,
도 7은 도 6의 내부 사시도,
도 8 내지 도 9는 본 발명의 냉각 분사 장치를 설치하기 위한 접착부의 구성을 나타내는 도면,
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 냉각 분사 장치의 작동도,
도 11 내지 도 12는 본 발명의 냉각 분사 장치의 냉각 효율을 증가시키기 위한 보강살을 구비한 도면,
도 13a 내지 도 13b는 본 발명에 따른 보조유통공의 형태를 나타내는 도면,
도 14a 내지 도 14b는 본 발명에 따른 다층 구조의 탄성층을 나타낸 도면,
도 15는 본 발명에 따른 공기 분사체의 측면에 통공을 형성한 도면,
도 16은 본 발명의 제1 실시 예의 변형된 형태를 보여주는 도면,
도 17은 본 발명의 제2 실시 예의 변형된 형태를 보여주는 도면.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다.

본 발명은 압전소자를 이용한 냉각 분사 장치로, 원형 또는 사각모양의 장치 내에 압전 성질을 갖는 박막의 압전소자를 구비하여 압전 효과에 의한 굴곡 변위에 의해 공기통로로 공기를 흡입 및 배출하여 전자기기의 발열을 낮추는 것이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단일 압전소자로 동작하는 냉각 분사 장치의 사시도, 도 3은 도 2의 분해 사시도이다.

본 발명의 냉각 분사 장치(2)는 원형 또는 사각모양으로 형성되어 내부에 공간부를 갖는 공기 분사체(4)를 구비하고, 상기 공기 분사체(4)를 형성하는 상,하층면(6)(8) 사이에는 상,하층면(6)(8)과 평행하도록 디스크타입(disk type)의 압전판(10a)이 설치된다.

압전판(10a)은 피에조 세라믹(Piezo ceramic), 피에조 폴리머(Piezo polymer), EAP(Electro Active Polymer) 등을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.

좀 더 바람직하게는 피에조 세라믹 중 PZT계, PT계, PZT복합계 등을 사용하고, 피에조 폴리머 중 PVDF, P(VDF-TrFe), TGS 등을 사용하며, EAP중에서는 IPMC(Ionic Polymer Metal Composite), EPAM(Electroactive Polymer Artificial Muscle), MFC(Macro Fiber Composite), 기타 전도성 필러를 첨가한 고분자 복합체 액츄에이터 등을 사용한다.

본 발명의 압전판(10a)은 금속판의 양면에 서로 반대방향으로 신축하는 바이모프(bimorph)형 압전판(10a)을 설치하는 것이 바람직하다.

필요에 따라서는 금속판의 한 면에 평면방향으로 신축하는 압전소자를 접착하는 유니모프(unimorph)형 압전판(10a), 금속판의 한 면 또는 양면에 압전소자를 적층하는 멀티모프(multimorph)형 압전판(10a) 등을 설치하는 것도 가능하다.

공기 분사체(4)를 형성하는 상,하층면(6)(8)은 수지판 또는 금속판으로 형성될 수 있다. 상층면(6)과 하층면(8)이 결합하는 테두리에는 공기 분사체(4)의 공기통로(12)를 제외한 다른 방향으로 공기가 유통되는 것을 차단하도록 밀봉 결합하여 공기통로(12)로만 공기가 흡입 및 배출되게 한다.

공기통로(12)는 공기 분사체(4)의 중앙에 형성되는 것이 바람직하여, 공기의 흡입과 배출방향을 조절하기 위해 좌우 어느 한쪽으로 치우쳐 형성하는 것도 가능하다.

본 발명은 공기 분사체(4)의 내측 공간부에 설치된 압전판(10a)의 굴곡 변위에 의한 공기의 흡입과 배출을 통해 전자기기의 발열을 줄일 수 있는 것이다.

도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 냉각 분사 장치의 동작과정을 개략적으로 설명한다.

도 4의 (a),(b)는 압전판(10a)의 굴곡 변위에 따른 공기의 흐름 상태를 개략적으로 보여주는 것으로, 이를 설명하기 위해 도 1에 도시된 종래의 구성과 대비하여 설명하기로 한다.

설명에 앞서, 이해를 돕기 위해 압전소자의 팽창과 수축에 의한 압전판(10a)의 굴곡 변위에 의해 공기가 흡입되거나 배출되는 양의 정도를 도 1 및 도 4에서와 같이 화살표로 표시하기로 한다. 또한 하나의 화살표는 압전판(10a)의 1회 굴곡 변위(팽창 또는 수축)에 의한 공기의 양이며, 화살표의 방향은 공기의 흡입 및 배출방향을 나타낸다.

더욱이 공기 분사체(4)에 의한 공기의 배출시에는 좁은 공기통로(12)를 통과하여 일직선상으로 분사되며, 공기의 흡입시에는 공기통로(12) 주위의 공기가 와류되며 흡입된다.

먼저, 도 1을 참조하여 종래의 구성을 살펴보면, 도 1의 상,하층은 각각 압전소자층을 형성한 것임에 따라 처음 진동시에는 도 1의 (a)에서와 같이 상,하층이 팽창하면서 외부의 공기가 내측으로 흡입된다. 이때 상,하층이 동시에 팽창함에 따라 흡입되는 공기의 양은 화살표 2개가 된다.

팽창된 압전소자층이 반대 동작으로 공간부 내측으로 수축하면 흡입된 공기가 공기통로(12)를 통해 배출된다. 배출되는 공기의 양은 도 1의 (b)에서와 같이 화살표 4개가 되며, 이는 팽창한 상태에서 수축한 상태로 굴곡 변위되며 공기를 배출함에 따라 공기의 양이 화살표 4개가 되는 것이다.

수축된 압전소자층은 다시 팽창하면서 공기를 흡입하게 되며, 흡입되는 공기의 양은 도 1의 (c)에서와 같이 화살표 4개가 된다.

즉, 굴곡 변위가 발생하는 동안 한번은 공기를 흡입하고 한번은 공기를 배출함에 따라 연속적으로 공기를 배출할 수는 없는 것이다.

다시 도 4를 참조하여 본 발명의 냉각 분사 장치(2)의 동작구성을 상세히 설명하면, 본 발명의 공기 분사체(4)는 수지판이나 금속판으로 상,하층면(6)(8)을 형성하고 내측 공간부에 설치된 단일 압전판(10a)의 굴곡 변위에 의한 팽창과 수축으로 공기를 흡입하거나 배출하는 구성이다.

이를 살펴보면, 공기 분사체(4)의 공간부에 설치된 압전판(10a)은 공간부를 반으로 분리 구성하여 각각의 챔버를 형성함으로써 제1,제2 챔버(14)(16) 간에 공기가 통하지 않도록 설치된다.

압전판(10a)의 일측에는 상,하층면(6)(8)보다 공기통로(12)로 돌출되게 형성한 공기분리막(28)이 형성되어 있어 제1,제2 챔버(14)(16)로 흡입되거나 배출되는 공기를 분리하는 역할을 한다.

공기통로(12)에 공기분리막(28)을 구비함으로써 와류되어 흡입되는 공기의 흐름에 의해 직선상으로 분사되는 배출공기가 간섭을 받아 제트흐름의 효과가 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

압전판(10a)은 전압을 인가하면 도 4의 (a)와 같이 일측으로 굴곡 변위를 일으키게 되는데, 이때 제1 챔버(14)의 내부 공간은 팽창하면서 외부 공기를 흡입하게 되고 제2 챔버(16)는 수축하면서 내부 공기를 배출하게 된다.

일측으로 굴곡된 압전판(10a)은 도 4의 (b)와 같이 다시 반대 방향으로 굴곡하게 되며, 압전판(10a)의 굴곡 변위에 의해 팽창된 제1 챔버(14)는 수축하면서 공기를 배출하고 수축되었던 제2 챔버(16)는 팽창하면서 외부 공기를 흡입한다.

즉, 압전판(10a)은 수십 ㎐이상으로 진동하며 굴곡 변위를 일으킴에 따라 도 4의 (a)와 (b)에서와 같이 연속적인 공기의 배출이 가능하다.

상기에서 설명하였듯이 본 발명의 공기 분사체(4)는 압전판(10a)의 한번 굴곡 변위의 발생시에 공기의 흡입과 배출이 동시에 일어난다. 또한 배출하는 공기의 양을 비교해보아도 불연속적으로 흡입과 배출을 교대로 반복하는 도 1의 경우 한 사이클(굴곡 변위에 의한 공기의 흡입과 배출) 동안 4개의 화살표가 배출된다.

본 발명에서는 압전판(10a)의 굴곡 변위가 발생하는 동안 공기 배출이 연속적으로 이루어짐에 따라 동일하게 4개의 화살표가 배출됨을 알 수 있다.

따라서, 굴곡 변위가 발생하는 한 사이클 동안 같은 공기의 양을 배출하여 발열을 제어하는 구성에 있어 연속적으로 배출하는 공기에 의해 발열체의 온도를 낮추는 것이 효율적이라 할 것이다.

또한, 단일 압전판(10a)을 구성하여 소비전류가 반으로 줄어드는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 공기 분사체(4)는 다양한 형태로 제작하여 설치되는 전자기기의 부착면 형태에 맞게 설치할 수 있으며, 바람직하게는 원형 또는 사각형으로 형성한다. 필요에 따라 다수의 공기 분사체(4)를 적층 설치할 경우에도 공기 분사체(4)를 접착제로 부착하여 간단히 설치하는 것이 가능하며, 공기 분사체(4)를 가로로 다수 설치할 경우에는 공기 분사체(4)의 측면을 서로 부착하여 길게 설치할 수 있다.

도 5a는 본 발명의 공기 분사체(4) 내에 2층 구조의 압전판(10a)을 설치한 형태를 보여준다.

도 5a의 (a),(b)에 도시한 바와 같이 2층 구조로 압전판(10a)을 설치하면 흡입 및 배출되는 공기의 양이 늘어나 발열체를 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 도 5a와 같이 2층 구조의 압전판(10a)을 구성하였으나, 필요에 따라 냉각 효율을 높이기 위해 다층으로 구성하는 것도 가능하다.

도 5b는 본 발명의 공기 분사체(4)를 적층 설치한 형태를 보여준다.

공기 분사체(4)를 상방으로 적층 설치할 경우, 공기 분사체(4)간 부착되는 위치에는 공기통로(12)를 통한 공기의 흡입과 배출이 교차되어 제트 흐름의 간섭이 발생한다.

본 발명에서는 먼저 1단 공기 분사체(4)의 하층면(8)을 전자기기와 같은 내측에 부착고정하고, 그 위에 2단의 공기 분사체(4)를 설치하되, 2단에 부착되는 공기 분사체(4)는 뒤집어서 설치한다. 즉, 1단 공기 분사체(4)의 상층면(6)과 2단 공기 분사체(4)의 상층면(6)이 맞닿도록 부착한다.

상하단 간의 공기 분사체(4)가 압전판(10a)의 굴곡 변위에 의한 공기의 흡입과 배출되는 방향과 일치하게 적층 설치됨에 따라 공기 분사체(4) 간에 제트 흐름의 간섭없이 흡입과 배출되는 공기의 양이 2배가 되어 냉각의 효율성을 높일 수 있다.

더욱이, 상기에서 설명하였듯 공기 분사체(4)의 공기통로(12)를 좌우 어느 한쪽으로 치우치게 형성할 경우에는 도 5c에 도시한 바와 같이 적층 설치되는 공기 분사체(4)의 공기통로(12)가 좌우로 교차되게 위치하여 제트 흐름의 간섭을 받지 않게 된다.

본 발명의 냉각 분사 장치(2)는 분사되는 공기를 집중하여 발열체에 분사될 수 있도록 공기통로(12)의 입구 가장자리에 분사유도면(22)을 형성할 수 있다.

분사유도면(22)은 분사되는 공기가 집중분사될 수 있도록 분사방향 내측으로 기울어지게 형성하여 분사되는 공기가 방사되어 배출되는 것을 모아줌으로써 냉각시키기 위한 특정 부분에 집중적으로 분사된다. 또한 공기를 집중분사함에 따라 멀리까지 공기가 분사될 수 있다.

본 발명에서는 배출되는 공기가 공기분리막(28)을 지나면서 더욱더 집중되도록 하기 위해 공기분리막(28)을 "

,

" 형태로 형성할 수 있다. 공기분리막(28)을 상기의 형태와 같이 형성함에 따라 배출되는 공기가 가상의 공기분사로를 타고 배출되어 좀 더 집중분사될 수 있는 구성이다.

본 발명의 실시 예에 따른 냉각 분사 장치(2)는 통상 크기가 40mm×40mm×4mm 정도이며, 이동단말과 같이 설치공간이 협소한 곳에 설치할 경우에는 10mm×10mm×1mm의 크기로 형성할 수 있다.

냉각 분사 장치(2)의 크기가 작아지고 두께가 얇아지면 디스크 타입의 압전판(10a)은 변위가 작아 제트 흐름의 효과가 줄어듦에 따라 변위량이 큰 EAP나 후술하는 바이모프 밴더타입의 압전판(10b)을 이용한 탄성층(30)을 이용하는 것이 효과적이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 냉각 분사 장치의 단면 구성도, 도 8은 내부 사시도이다.

본 발명의 냉각 분사 장치(2)는 굴곡 변위의 폭이 큰 밴더타입(bender type)의 압전판(10b)을 설치하여 공기를 분사함으로써 발열체의 열을 효율적으로 낮출 수 있다.

도 6 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 냉각 분사 장치(2)는 상,하층면(6)(8)을 수지판이나 금속판으로 형성하고, 중간층에는 탄력성이 있는 탄성층(30)으로 형성하여 내부를 밀폐시킨 공기 분사체(4a)를 형성한다.

탄성층(30)은 실리콘, 우레탄, 합성수지, 고무재질 등을 사용하며, 기타 필름형태의 탄력성이 있는 소재이면 어느 것이든 좋다.

공기 분사체(4a)의 하층면(8)에는 밀폐된 내부의 공간부로 공기의 유통이 이루어질 수 있도록 공기통로(12)가 형성된다. 공기통로(12)는 필요에 따라 형성 위치를 변경할 수 있으며, 공기통로(12)를 다수 개 형성하는 것도 가능하다.

공기 분사체(4a)의 중간층을 형성하는 탄성층(30)에는 밴더타입의 압전판(10b)을 부착하며, 압전판(10b)의 일단은 고정단이 되어 부착고정되고, 타단은 탄성층(30)의 중심부에 부착된다. 공기 분사체(4a)의 크기에 따라 하나 이상의 압전판(10b)을 설치할 수 있으며, 압전판(10b)은 길이를 탄성층(30)의 지름 길이만큼 형성하여 탄성층(30) 전체를 가로지르게 부착하는 것도 가능하다. 이때에는 압전판(10b)의 양단이 고정단이 되어 상하 굴곡 운동하게 된다.

일단이 고정된 압전판(10b)이 압전효과에 의해 굴곡 변위가 발생하면 자유단인 타단이 상하 운동을 반복함에 따라 탄성층(30)이 팽창과 수축을 반복하게 된다.

본 발명의 공기 분사체(4a)는 하층면(8)을 발열소자의 상부에 부착고정하여 설치하는 것으로, 하층면(8)에 형성된 공기통로(12)로 공기의 흡입과 배출을 위해 부착면과 이격되게 설치되어야 한다.

이를 위해, 도 8 내지 도9에서와 같이 공기 분사체(4a)의 하단에는 부착면과 이격됨과 함께 발열체의 상방에 공기 분사체(4a)가 위치하도록 공기 분사체(4a)를 설치하기 위한 접착부(18)를 다수 형성한다.

접착부(18)는 하층면(8)과 일체로 성형되며, 공기 분사체(4a)를 부착고정함에 있어 접착부(18)에 의해 부착면과 이격되게 설치함으로써 이격된 공간 사이로 공기가 흡입되거나 배출될 수 있는 구성이다.

또한, 본 발명의 공기 분사체(4a)의 하측에는 별도의 접착부재를 구비하고 하층면(8)의 다양한 위치에 접착부재를 부착한 후 부착면과 공기 분사체(4a)가 이격되게 설치하는 것도 가능하다.

본 발명은 공기 분사체(4a)는 압전성질을 가지는 압전판(10b)의 굴곡 변위에 의해 동작하는 것으로, 수십 ㎐이상으로 동작하는 압전판(10b)의 굴곡 변위 운동에 의해 탄성층(30)이 팽창과 수축을 반복하면서 공기의 흡입과 배출을 반복하여 발열체의 열을 줄일 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 공기 분사체(4a)는 발열체의 상방에서 공기를 직접 분사함으로써 CPU와 같은 전자기기의 핵심 부품에서 발생하는 열을 효율적으로 낮출 수 있다.

도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 냉각 분사 장치(2)의 동작과정을 개략적으로 나타낸다.

도 10의 (a)는 공기 분사체(4a)의 탄성층(30)에 부착된 압전판(10b)의 굴곡 변위에 의해 탄성층(30)이 늘어나 제1 챔버(14)가 수축한 것으로, 제1 챔버(14)가 수축함에 따라 공기통로(12)를 통해 공기 분사체(4a) 내부로 외부 공기가 흡입된다.

흡입된 공기는 도 10의 (b)에서와 같이 압전판(10b)이 하방으로 휘어짐에 따라 제2 챔버(16)가 수축하면서 내부의 공기를 밀어내어 공기통로(12)를 통해 외부로 배출하게 된다.

도 11은 본 발명의 제 2 실시 예의 변형된 형태를 보여준다.

본 발명의 공기 분사체(4a)는 압전판(10b)의 굴곡 변위에 의한 탄성층(30)의 팽창과 수축시 공기 분사체(4a) 내로 흡입되거나 배출되는 공기의 양을 증가시켜 발열체를 좀 더 효과적으로 냉각시키기 위한 보강살(20)을 구비한다.

보강살(20)은 탄성층(30)보다 두꺼운 필름이나 강도가 높은 합성수지로 형성하여 탄성층(30)에 접착하고 압전판(10b)의 자유단과 결합되게 설치하되 압전판(10b)과는 별도로 부착하며, 바람직하게는 십자모양을 형성된다. 보강살(20)과 압전판(10b)이 적층되는 탄성층(30)의 중심부는 원형으로 보강살(20)을 형성하여 탄성층(30)이 돔(dome) 형상으로 팽창 또는 수축될 수 있도록 한다.

보강살(20)은 하나 이상 설치하는 것이 바람직하나 너무 많이 부착하면 탄성층(30)의 팽창과 수축 작용이 원활하지 못해 이를 고려해 설치하여야 한다.

압전판(10b)의 굴곡 변위에 의한 탄성층(30)의 팽창과 수축시에 보강살(20)이 상하로 함께 움직임에 따라 탄성층(30)이 돔 형상으로 상하 운동함으로써 내부로 흡입 또는 배출되는 공기의 양이 증가하여 발열을 효율적으로 줄일 수 있다.

탄성층(30)에 구비된 보강살(20)은 도 12에 도시한 바와 같이 탄성층(30)의 크기 및 모양에 따라 다수 형성될 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 공기 분사체(4a) 내의 중간층으로 형성되는 탄성층(30)에 의해 제1 챔버(14)와 제2 챔버(16) 사이의 공기 유통이 차단된다. 따라서 탄성층(30)이 상방으로 휘어짐이 발생하면 제1 챔버(14) 내로 공기가 흡입 또는 배출될 수 있는 통로가 필요하다.

본 발명에서는 도 13a 내지 13b와 같이 공기 분사체(4a)의 측면에 제1 챔버(14)로의 공기 유통을 위한 보조유통공(32)을 형성하여 탄성층(30)의 팽창과 수축시 제1 챔버(14)의 공기가 흡입되거나 배출된다.

도 13a는 공기 분사체(4a)의 내측 모서리 부분에 제1 챔버(14)의 공기 유통을 위한 보조유통공(32)을 형성한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공기 분사체(4a)는 사각형 모양이고 탄성층(30)을 형성하는 압전소자는 원형으로 이루어짐에 따라 탄성층(30) 가장자리의 모서리 부분은 수지판 또는 금속판으로 형성된다. 따라서 공기 분사체(4a)의 내측 모서리 부분에 제1 챔버(14)의 공기가 유통될 수 있는 보조유통공(32)을 형성하여 하방으로 연통되게 형성한다.

보조유통공(32)은 공기 분사체(4a)의 하방으로 바로 연통될 수 있도록 제2 챔버(16)와는 연통되지 않으며, 하층면(8)을 통해 외부의 공기가 흡입되거나 제1 챔버(14)의 공기가 배출되는 구성이다.

도 13b에서는 보조유통공(32)의 다른 형태를 보여준다. 본 발명에서는 공기 분사체(4a)의 측면에 제1 챔버(14)의 공기 유통을 위한 보조유통공(32)을 형성하고, 보조유통공(32)을 따라 공기가 이동하도록 공기 분사체의 측면 외부에 공기유통용 하우징(34)을 구비하여 하방으로 공기가 유통되도록 한다. 공기 분사체(4a) 하방으로 배출되는 공기의 분사효율을 높이기 위해 공기가 배출되는 공기유통용 하우징(34)의 끝단을 내측으로 굴곡지게 형성하여 공기가 하부에 위치한 발열체에 집중분사되게 하는 것도 가능하다.

도 13a 내지 도 13b는 제1 챔버(14)의 공기가 하방으로 유통되도록 하기 위한 것이며, 공기 분사체(4a)의 하측면에 형성된 공기통로(12)와 같이 측면 또는 상층면(6)에도 공기통로(12)를 형성하여 공기 분사체(4a)의 좌우 또는 상방으로 제1 챔버(14)의 공기를 유통시키는 것도 가능하다.

도 14a 내지 도 14b는 공기 분사체(4a)의 내측에 2층 구조로 형성된 탄성층(30)의 형태를 도시한 것이다.

탄성층(30)을 2층 구조로 형성함에 따라 내측에 형성되는 챔버들의 공기 유통을 위한 보조유통공(32)을 챔버의 개수에 맞게 형성하는 것이 바람직하다. 탄성층(30)을 2층 구조로 형성하면 흡입 또는 배출되는 공기의 양이 많아져 냉각 효과가 증대된다.

본 발명에서는 보조유통공(32)을 형성하지 않고, 도 15에서와 같이 공기 분사체(4a)의 측면에 공기 유통을 위한 다수의 통공(26)을 형성할 수 있다. 탄성층(30)이 상측으로 팽창할 때에는 통공(26)으로 공기가 빠져나가고 하측으로 수축할 때에는 외부 공기나 자연스럽게 들어와 탄성층(30)의 팽창과 수축에 의한 상하 운동이 용이하도록 한다. 필요에 따라서는 공기 분사체(4a)의 상층면(6)에 통공을 형성할 수도 있다.

본 발명의 냉각 분사 장치(2)는 수지 또는 금속판으로 상,하층면(6)(8)을 형성하고 중간층으로 디스크타입의 압전판(10a)을 설치한 공기 분사체(4)의 형태의 제1 실시 예와, 중간층을 탄성층(30)으로 형성하고 밴드타입의 압전판(10b)를 부착한 공기 분사체(4a)인 제2 실시 예의 형태로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 도 16 내지 도 17에서와 같이 본 발명의 제1 실시예에서 공기 분사체(4)의 중간층을 탄성층(30)과 밴드타입의 압전판(10b)으로 형성하고, 제2 실시 예에서 중간층을 디스크타입의 압전판(10a)으로 형성하여 냉각 분사 장치(2)를 구성하는 것도 가능하다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 압전소자를 이용한 냉각 분사 장치(2)에 의해 발열을 제어함에 있어 단일 압전판(10b)을 이용하여 연속적으로 공기를 배출함으로써 효율적으로 열을 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 별도의 고정브라켓없이 전자기기 내에 설치하는 것이 가능하여 조립이 용이하며, 특히 냉각 분사 장치(2)를 적층하여 설치할 경우 다수의 냉각 분사 장치를 서로 부착함으로써 설치가 용이한 효과가 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해져야 한다.

(2)-- 냉각 분사 장치 (4)(4a)-- 공기 분사체
(6)-- 상층면 (8)-- 하층면
(10a)(10b)-- 압전판 (12)-- 공기통로
(14)-- 제1 챔버 (16)-- 제2 챔버
(18)-- 접착부 (20)-- 보강살
(22)-- 분사유도면 (26)-- 통공
(28)-- 공기분리막 (30)-- 탄성층
(32)-- 보조유통공 (34)-- 공기유통용 하우징

Claims

압전소자를 이용한 냉각 분사 장치에 있어서,
수지 또는 금속 재질 중 어느 하나로 형성한 상,하층면(6)(8)을 밀봉 결합하여 공간부를 형성하되, 상기 공간부를 가로질러 압전성질을 갖는 디스크 타입의 압전판(10a)을 설치하여 공간부를 제1,제2 챔버(14)(16)로 분리 구성한 공기 분사체(4)를 구비하고,
공기 분사체(4)의 일측에는 공간부로 공기가 출입할 수 있도록 외부와 연통시키는 하나 이상의 공기통로(12)를 형성하며,
압전판(10a)의 굴곡 변위에 의한 제1,제2 챔버(14)(16)의 팽창과 수축이 교대로 발생함에 따라 공기의 흡입과 배출이 동시에 이루어져 공기 분사체(4)에 의한 연속적인 공기분사로 발열체를 냉각시키게 구성함을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
제1항에 있어서,
압전판(10a)의 일측에는 공기통로(12)로 돌출형성되어 흡입, 배출되는 공기를 분리하는 공기분리막(28)을 형성함을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
공기분리막(28)은 배출되는 공기의 집중분사를 위해 "
,
,
,
" 중 어느 하나의 형태로 형성함을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
제1항에 있어서,
공기 분사체(4) 내에 설치되는 압전판(10a)은 다층 구조로 형성함을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
압전소자를 이용한 냉각 분사 장치에 있어서,
수지 또는 금속 재질 중 어느 하나로 형성한 상,하층면(6)(8)을 밀봉 결합하여 공간부를 형성하되, 상기 공간부에는 중간층을 형성하는 탄성층(30)을 형성하고 상기 탄성층(30) 일측에는 압전성질을 갖는 밴더 타입의 압전판(10b)을 설치하여 공간부를 제1,제2 챔버(14)(16)로 분리 구성한 공기 분사체(4a)를 구비하고,
공기 분사체(4a)의 하층면(8)에는 제2 챔버(16)로 공기가 출입할 수 있도록 외부와 연통시키는 하나 이상이 공기통로(12)를 형성하고, 공기 분사체(4a)의 제1 챔버(14) 일측에는 제1 챔버(14)의 공기가 출입할 수 있도록 외부와 연통시키는 하나 이상의 보조유통공(32)을 형성하며,
압전판(10b)이 부착된 탄성층(30)이 압전판(10b)의 상하 굴곡 변위에 의해 상하운동하여 제1,제2 챔버(14)(16)가 팽창과 수축을 반복함으로써 공기통로(12)와 보조유통공(32)을 통한 공기의 흡입과 배출에 의한 공기분사로 발열체를 냉각시키게 구성함을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
제1항 또는 제5항에 있어서,
압전판(10a)(10b)은 바이모프형 압전소자인 것을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
제1항 또는 제5항에 있어서,
압전판(10a)(10b)은 피에조 세라믹, 피에조 폴리머, EAP 중 어느 하나로 형성함을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
제1항 또는 제5항에 있어서,
공기 분사체(4)(4a)의 공기통로(12)에는 배출되는 공기를 집중분사하기 위한 분사유도면(22)을 형성함을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
제1항 또는 제5항에 있어서,
공기 분사체(4)(4a)는 상층면(6)과 하층면(8) 중 어느 하나를 부착고정하여서 설치함을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
제5항에 있어서,
공기 분사체(4a) 내에 설치되는 탄성층(30)은 다층 구조로 형성함을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
제5항에 있어서,
공기 분사체(4a)의 하층면(8)에는 공기통로(12)를 통해 공기의 유통이 가능하도록 공기 분사체(4a)의 하층면(8)과 부착면이 이격되게 설치하는 접착부(18)를 구성함을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
제5항에 있어서,
공기 분사체(4a)에 사용되는 탄성층(30)은 실리콘, 우레탄, 합성수지, 고무재질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
제5항에 있어서,
탄성층(30)의 일측에는 압전판(10b)의 상하 굴곡 변위에 의한 공기 분사체(4a)의 굴곡 변위 범위를 확장하기 위한 하나 이상 보강살(20)을 구성함을 특징으로 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
제5항에 있어서,
공기 분사체(4a)의 제1 챔버(14) 측면 또는 상면 중 어느 하나에 제1 챔버(14)의 공기를 유통시켜 탄성층(30)의 팽창과 수축 운동이 용이하도록 하는 다수의 통공(26)을 형성함을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
압전소자를 이용한 냉각 분사 장치에 있어서,
수지 또는 금속 재질 중 어느 하나로 형성한 상,하층면(6)(8)을 밀봉 결합하여 공간부를 형성하되, 상기 공간부에는 중간층을 형성하는 탄성층(30)을 형성하고 상기 탄성층(30)의 일측에는 압전성질을 갖는 밴더 타입의 압전판(10b)을 설치하여 공간부를 제1,제2 챔버(14)(16)로 분리 구성한 공기 분사체(4)를 구비하고,
상기 공기 분사체(4)의 일측에는 공간부로 공기가 출입할 수 있도록 외부와 연통시키는 하나 이상의 공기통로(12)를 형성하며,
압전판(10b)의 굴곡 변위에 의한 탄성층(30)의 상하운동으로 제1,제2 챔버(14)(16)의 팽창과 수축이 교대로 발생함에 따라 공기의 흡입과 배출이 동시에 이루어져 공기 분사체(4)에 의한 연속적인 공기분사로 발열체를 냉각시키게 구성함을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.
압전소자를 이용한 냉각 분사 장치에 있어서,
수지 또는 금속 재질 중 어느 하나로 형성한 상,하층면(6)(8)을 밀봉 결합하여 공간부를 형성하되, 상기 공간부를 가로질러 압전성질을 갖는 디스크 타입의 압전판(10a)을 설치하여 공간부를 제1,제2 챔버(14)(16)로 분리 구성한 공기 분사체(4a)를 구비하고,
상기 공기 분사체(4a)의 하층면(8)에는 제2 챔버(16)로 공기가 출입할 수 있도록 외부와 연통시키는 하나 이상이 공기통로(12)를 형성하고, 공기 분사체(4a)의 제1 챔버(14) 일측에는 제1 챔버(14)의 공기가 출입할 수 있도록 외부와 연통시키는 하나 이상의 보조유통공(32)을 형성하며,
압전판(10a)의 굴곡 변위에 의해 제1,제2 챔버(14)(16)가 팽창과 수축을 반복함에 따라 공기통로(12)와 보조유통공(32)을 통한 공기의 흡입과 배출에 의한 공기분사로 발열체를 냉각시키게 구성함을 특징으로 하는 단일 액추에이터로 동작하는 냉각 분사 장치.