KR20160141395A - 일체형 냉각 장치 - Google Patents

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KR20160141395A
KR20160141395A KR1020150073128A KR20150073128A KR20160141395A KR 20160141395 A KR20160141395 A KR 20160141395A KR 1020150073128 A KR1020150073128 A KR 1020150073128A KR 20150073128 A KR20150073128 A KR 20150073128A KR 20160141395 A KR20160141395 A KR 20160141395A
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문석환
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한국전자통신연구원
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Abstract

일체형 냉각 장치의 U자형 히트 파이프는 개관(open tube) 형태를 갖는 히트 소스부 및 히트 소스부의 개구부들에서 연장되는 반개관(half-open tube) 형태를 갖는 냉각핀 연결부들을 포함하고, 평면적 관점에서, 제1 냉각핀들은 냉각핀 연결부들의 제1 외측면들에서 히트 소스부 방향으로 연장되고, 평면적 관점에서, 제2 냉각핀들은 냉각핀 연결부들의 제2 외측면들에서 제1 냉각핀들의 연장 방향과 반대 방향으로 연장되고, 히트 파이프는 폐관(closed tube) 형태를 가지고, 히트 소스부, 냉각핀 연결부들, 제1 냉각핀들, 및 제2 냉각핀들은 알루미늄(Al)을 포함하고, 히트 소스부와 냉각핀 연결부들, 냉각핀 연결부들과 제1 냉각핀들, 및 냉각핀 연결부들과 제2 냉각핀들은 각각 결합 계면들이 없이 연결된다.

Description

일체형 냉각 장치{ONE BODY TYPE COOLING DEVICE}
본 발명은 냉각 장치에 관한 것으로, 상세하게는 히트 파이프형 냉각 장치에 관한 것이다.
각종 전자, 통신용 장비 및 시스템을 비롯해 LED 조명 등에서는 제품의 고장에 대한 신뢰성 확보를 위해 팬(fan)을 사용하지 않고 히트싱크(heat sink)의 냉각 핀(fin)만을 이용한 자연 대류(natural convection) 냉각 방식이 자주 고려되고 있다.
장비, 시스템의 소형화 및 고집적화 추세와 더불어 점차 고성능화되어 가는 경향은 단위 면적당 발열량인 열유속(heat flux)을 크게 증가시키고 있다. 이에 따라, 열을 주위 대기로 빠르게 소산시키면서, 제품을 소형화시키기 위한 노력이 필요하다.
상기 노력에 따른 핵심으로써는 열소스(heat source)에서부터 주위 대기에 이르는 열 경로(path)에서의 열저항 요소 제거와 더불어 빠른 열이송을 들 수 있다. 따라서, 열 경로(path)에서의 열저항 요소 제거와 빠른 열이송을 위한 기술적 제안이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 냉각 효율이 개선된 냉각 장치를 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 일체형 냉각 장치는 개관(open tube) 형태를 갖는 히트 소스부 및 상기 히트 소스부의 개구부들에서 연장되는 반개관(half-open tube) 형태를 갖는 냉각핀 연결부들을 포함하는 U자형 히트 파이프; 평면적 관점에서, 상기 냉각핀 연결부들의 제1 외측면들에서 상기 히트 소스부 방향으로 연장되는 제1 냉각핀들; 및 평면적 관점에서, 상기 냉각핀 연결부들의 제2 외측면들에서 상기 제1 냉각핀들의 연장 방향과 반대 방향으로 연장되는 제2 냉각핀들을 포함하며, 상기 히트 파이프는 폐관(closed tube) 형태를 가지며, 상기 히트 소스부, 상기 냉각핀 연결부들, 상기 제1 냉각핀들, 및 상기 제2 냉각핀들은 알루미늄(Al)을 포함하며, 상기 히트 소스부와 상기 냉각핀 연결부들, 상기 냉각핀 연결부들과 상기 제1 냉각핀들, 및 상기 냉각핀 연결부들과 상기 제2 냉각핀들은 각각 결합 계면들이 없이 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 열저항요소가 제거된 냉각 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 공기 순환에 적합한 냉각 장치가 제공될 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 냉각 장치의 효과는 상기 개시된 효과들에 한정되지 않는다.
도 1은 히트 파이프 내부를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치의 히트 파이프의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 장치의 히트 파이프를 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 장치를 나타낸 사시도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 방향들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 방향들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 방향을 다른 방향과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제 1 방향으로 언급된 방향이 다른 실시예에서는 제 2 방향으로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 본 명세서에서 '및/또는' 이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하에서, 히트 파이프를 통한 냉각 과정을 설명한다.
도 1은 히트 파이프 내부를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 작동 유체(20)를 내부에 포함하는 히트 파이프(10)가 제공될 수 있다. 히트 파이프(10)는 지표면에 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 히트 파이프(10)는 모든 방향으로 닫힌 폐관일 수 있다.
히트 파이프(10)의 내부의 하부에는 작동 유체(20)가 액체 상태로 제공될 수 있다. 히트 파이프(10)의 내부에서 작동 유체(20) 이외의 부분은 진공일 수 있다. 히트 파이프(10)는 열(H)을 주입 받을 수 있다. 예를 들어, 히트 파이프(10)의 하부에 열(H)이 주입될 수 있다. 히트 파이프(10)는 작동 유체(20)로 열을 전달할 수 있다.
작동 유체(20)는 충분한 열을 전달받고, 액체에서 기체 상태로 상변화될 수 있다. 예를 들어, 작동 유체(20)는 아세톤(Acetone)을 포함할 수 있다. 아세톤은 56.5 ℃를 끓는 점으로 가질 수 있다. 액체 상태의 아세톤이 열을 전달 받아 56.5 ℃를 초과하고, 기체로 변할 수 있다.
기체 상태의 작동 유체(20)는 히트 파이프(10)의 내부를 따라 상승할 수 있다. 기체 상태의 작동 유체(20)는 히트 파이프(10)의 상부로 열을 다시 전달할 수 있다. 히트 파이프(10)의 상부는 기체 상태의 작동 유체(20)를 통해 전달받은 열(H)을 대기 중으로 방출할 수 있다. 히트파이프(10)의 상부에 열(H)을 전달한 작동 유체(20)는 다시 액체 상태가 될 수 있다. 액체 상태의 작동 유체(20)는 히트 파이프(10)의 내부를 따라 히트 파이프(10)의 하부로 돌아올 수 있다.
냉각 장치의 작동 과정은 상기 과정들의 반복일 수 있다.
이하에서, 본 발명의 실시예들에 따른 냉각 장치들을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치의 히트 파이프의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 히트 파이프(100)가 제공될 수 있다. 히트 파이프(100)는 도 1의 히트 파이프(10)와 같이 작동 유체(미도시)를 포함할 수 있다. 히트 파이프(100)는 U자 구조를 가질 수 있다. 히트 파이프(100)는 양 끝이 모두 닫힌 폐관 형태를 가질 수 있다. 히트 파이프(100)의 내부는 관 구조, 예를 들어, 그루브(grooved), 메쉬(mesh), fine fibers, 소결(sinter powder) 및 써모사이폰(Thermosiphon) 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 히트 파이프(100)의 중심부는 히트 소스부(110)일 수 있다. 히트 소스부(110)에서 양쪽으로 연장되는 부분은 냉각핀 연결부(120)일 수 있다.
평면적 관점에서, 히트 소스부(110)는 평판 형태를 가질 수 있다. 히트 소스부(110)는 관 형태를 가질 수 있다. 일 예에서, 히트 소스부(110)는 관의 양쪽이 열린 개관(open tube) 형태를 가질 수 있다. 히트 소스부(110)는 열전도율이 높은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 히트 소스부(110)는 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 히트 소스(미도시)(예를 들어, LED 소자)는 히트 소스부(110)를 통해 본 실시예의 냉각장치와 연결될 수 있다. 예를 들어, 히트 소스(미도시)는 히트 소스부(110)의 상면 및/또는 하면에 접착될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 냉각핀 연결부들(120)이 히트 소스부(110)의 개구부들(112)로부터 연장될 수 있다. 냉각핀 연결부들(120)은 히트 소스부(110)의 상면과 수직한 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 냉각핀 연결부들(120)과 히트 소스부(110)가 연결되는 부분은 라운드질 수 있다. 냉각핀 연결부들(120)은 한쪽이 열린 반개관(half-open tube) 형태들을 가질 수 있다. 냉각핀 연결부들(120)의 개구부들(122)은 히트 소스부(110)의 개구부들(112)과 모양과 크기가 동일할 수 있다. 이에 따라, 냉각핀 연결부들(120)의 개구부들(122)은 히트 소스부(110)의 개구부들(112)과 빈틈없이 연결될 수 있다. 냉각핀 연결부들(120)은 히트 소스부(110)와 동일한 물질을 포함할 수 있다.
평판 형태의 제1 냉각핀들(210)이 히트 소스부(110)의 상면과 이어지는 냉각핀 연결부들(120)의 제1 외측면들(124)에 제공될 수 있다. 일 예로, 평면적 관점에서, 제1 냉각핀들(210)은 제1 외측면들(124)에서 상기 히트 소스부(110) 방향들(D2, -D2)으로 연장될 수 있다. 각각의 제1 냉각핀들(210)은 서로 수평적으로 이격될 수 있다. 제1 냉각핀들(210)은 서로 평행할 수 있다. 도 3에서 예시적으로 20개의 제1 냉각핀들(210)이 도시되었지만, 제1 냉각핀들(210)의 개수는 한정되지 않으며, 필요에 따라 선택될 수 있다. 제1 냉각핀들(210)은 히트 소스부(110) 및 냉각핀 연결부들(120)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
평판 형태의 제2 냉각핀들(220)이 히트 소스부(110)의 하면과 이어지는 냉각핀 연결부들(120)의 제2 외측면들(126)에 제공될 수 있다. 일 예로, 평면적 관점에서, 제2 냉각핀들(220)은 제1 냉각핀들(210)과 반대 방향들로 연장될 수 있다. 각각의 제2 냉각핀들(220)은 서로 수평적으로 이격될 수 있다. 제2 냉각핀들(220)은 서로 평행할 수 있다. 도 3에서 예시적으로 20개의 제2 냉각핀들(220)이 도시되었지만, 제2 냉각핀들(220)의 개수는 한정되지 않으며, 필요에 따라 선택될 수 있다. 제2 냉각핀들(220)은 제1 냉각핀들(210)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
제1 냉각핀들(210) 및 제2 냉각핀들(220)은 히트 파이프(100)에서 전달받은 열(미도시)을 주변 공기로 방출할 수 있다. 공기(미도시)는 제1 냉각핀들(210) 및 제2 냉각핀들(220)의 이격된 틈을 따라 상승할 수 있다. 이에 따라, 제1 냉각핀들(210) 및 제2 냉각핀들(220) 주변의 공기가 효과적으로 순환되는 냉각 장치가 제공될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 장치의 히트 파이프를 나타낸 정면도이다. 설명의 간소화를 위하여, 도 2를 참조하여 설명된 실시예의 냉각 장치의 히트 파이프와 동일한 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 냉각 장치는 도 2의 히트 파이프 두 개가 히트 소스부의 상면 및 하면을 서로 접하면서 직교하는 것과 유사한 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 냉각 장치의 히트 파이프(100')는 4개의 냉각핀 연결부들(120')이 히트 소스부(110')의 상면에 수직한 방향(D1)으로 연장될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 장치를 나타낸 사시도이다. 설명의 간소화를 위하여, 도 3을 참조하여 설명된 실시예의 냉각 장치와 동일한 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 5를 참조하면, 평면적 관점에서, 냉각핀 연결부들(120')은 히트 소스부(110') 방향으로 오목한 곡률을 가질 수 있다.
평면적 관점에서, 제1 냉각핀들(210')이 냉각핀 연결부들(120')의 제1 외측면들(124')에서 히트 소스부(110') 방향으로 연장될 수 있다. 제1 냉각핀들(210')은 서로 수평적으로 이격될 수 있다. 제1 냉각핀들(210')은 서로 평행할 수 있다. 평면적 관점에서, 제1 외측면들(124')의 중심부의 제1 냉각핀들(210')은 제1 외측면들(124')의 바깥측의 제1 냉각핀들(210')보다 히트 소스부(110') 방향으로 더 연장될 수 있다.
제2 냉각핀들(220')이 냉각핀 연결부들(120')의 제2 외측면들(126')에서 제1 냉각핀들(210')의 반대 방향들로 연장될 수 있다. 제2 냉각핀들(220')은 서로 수평적으로 이격될 수 있다. 일 예로, 평면적 관점에서, 제2 냉각핀들(220')은 제2 외측면들(126')에서 멀어질수록 서로 이격 거리가 증가되는 구조일 수 있다. 이에 따라, 제2 냉각핀들(220') 사이의 공기 유동 공간이 더 확보되고, 제2 냉각핀들(220') 사이의 공기 유동 저항이 줄어들 수 있다. 따라서, 제2 냉각핀들(220') 주변의 공기가 효율적으로 순환될 수 있다.
이하에서, 도 3 및 도 5를 다시 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 냉각 장치 제조 공정이 설명된다.
본 발명의 실시예들에 따른 냉각 장치들의 제조 공정은 소성 가공(plastic working) 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉각 장치 제조 공정은 알루미늄을 포함하는 1회의 압출(extrusion) 공정을 포함할 수 있다. 즉, 히트 소스부들(110, 110'), 냉각핀 연결부들(120, 120'), 제1 냉각핀들(210, 210'), 및 제2 냉각핀들(220, 220')은 서로 간의 접착 또는 결합 공정 없이 형성될 수 있다.
별도의 결합 공정이 포함되는 경우, 구성요소들 사이에 결합 계면이 형성될 수 있다. 결합 계면은 냉각 장치의 열저항 요소가 될 수 있다. 열저항 요소는 냉각 장치의 효율을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 냉각 장치들은 결합 계면이 없을 수 있다. 이에 따라, 냉각 효율이 개선된 냉각 장치가 형성될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (1)

  1. 개관(open tube) 형태를 갖는 히트 소스부 및 상기 히트 소스부의 개구부들에서 연장되는 반개관(half-open tube) 형태를 갖는 냉각핀 연결부들을 포함하는 U자형 히트 파이프;
    평면적 관점에서, 상기 냉각핀 연결부들의 제1 외측면들에서 상기 히트 소스부 방향으로 연장되는 제1 냉각핀들; 및
    평면적 관점에서, 상기 냉각핀 연결부들의 제2 외측면들에서 상기 제1 냉각핀들의 연장 방향과 반대 방향으로 연장되는 제2 냉각핀들을 포함하며,
    상기 히트 파이프는 폐관(closed tube) 형태를 가지며,
    상기 히트 소스부, 상기 냉각핀 연결부들, 상기 제1 냉각핀들, 및 상기 제2 냉각핀들은 알루미늄(Al)을 포함하며,
    상기 히트 소스부와 상기 냉각핀 연결부들, 상기 냉각핀 연결부들과 상기 제1 냉각핀들, 및 상기 냉각핀 연결부들과 상기 제2 냉각핀들은 각각 결합 계면들이 없이 연결되는 일체형 냉각 장치.
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