KR20180079693A - 이온풍을 이용한 방열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온풍을 이용한 방열장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 이온풍을 이용한 방열장치는 원통형의 발열체, 발열체가 삽입되도록 내부에 중공이 형성된 원통형이고, 외측면에는 길이 방향으로 길게 돌출 형성된 침전극이 간격을 가지며 복수 개 형성된 제 1 전극부 및 침전극 사이에 위치하며 길이 방향으로 길게 형성된 복수의 방열핀을 포함하는 제 2 전극부를 포함하고, 침전극에서 이온풍을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

Description

이온풍을 이용한 방열장치{HEAT RADIATING APPARATUS USING IONIC WIND}

본 발명은 이온풍을 이용한 방열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방열핀 및 이온풍을 이용하여 발열체로부터 발생하는 열을 대기 공간으로 효과적으로 전달시킬 수 있는 이온풍을 이용한 방열장치에 관한 것이다.

기존의 히트 싱크에 관한 연구는 대부분 다양한 형태의 얇은 방열핀을 발열체와 가까운 쪽에 배열하는 식으로 진행되어왔다. 히트 싱크 설계의 기본 취지는 대기와 같은 공정유체와의 전열면적을 넓힘으로써 열전달 성능을 높이려는 것이다. 따라서, 최적 설계는 방열핀의 형상이나 배열의 최적점을 찾는 방향으로 진행되어 왔다.

종래의 이러한 연구는 방열핀의 전도 열전달에 초점이 맞추어 있었고, 방열핀 주변에서의 유체의 운동량 제어에는 크게 초점이 맞추어 있지 않았다. 전열면적을 넓히기 위한 방열핀의 제작은 방열핀 주위의 압력강하를 발생시켜 유체의 운동량을 감소시키고, 이는 대류 열전달의 성능을 감소시키는 요인이 된다. 단순히 전열면적을 높이는 설계는 열전도에 의한 열전달 성능에는 긍정적인 영향을 미치나 대류 열전달에 의한 열전달 성능에는 오히려 악영향을 미치게 됨을 의미한다.

또한, 전열면적을 크게 하기 위해 방열핀의 크기를 크게 설계하면 전체 히트 싱크의 부피가 커지게 된다. 부피가 커짐에 따라서 히트 싱크가 차지하는 열용량 또한 증가하게 되는데, 히트 싱크가 차지하는 열에너지가 커질수록 열손실은 증가하게 되는 것이며, 따라서 최적 설계를 위해서는 히트싱크 자체의 부피도 고려되어야 한다.

그러므로, 방열핀의 전열면적을 크게 하지 않으면서도 열전달 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 방법이 필요하다.

이에, 방열핀 사이에 이온풍을 발생시켜 대류 열전달에 의한 성능을 향상시키려는 기술이 개발되어 왔는데, 이온풍을 발생시키기 위한 전극의 형성이 까다로워서 구조가 복잡해진다는 문제점이 발생하였다.

한국공개특허 제10-2012-0080380호

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이온풍을 이용하여 국소 강제 대류를 발생시켜 대류 열전달에 의한 열전달 성능을 향상시키고 이온풍 형성을 위한 전극을 간단한 구조로 형성할 수 있는 이온풍을 이용한 방열장치를 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 원통형의 발열체가 삽입되도록 내부에 중공이 형성된 원통형이고, 외측면에는 길이 방향으로 길게 돌출 형성된 침전극이 간격을 가지며 복수 개 형성된 제 1 전극부; 및 상기 침전극 사이에 위치하며 상기 길이 방향으로 길게 형성된 복수의 방열핀을 포함하는 제 2 전극부를 포함하고, 상기 침전극에서 이온풍을 발생시키는 이온풍을 이용한 방열장치에 의해 달성될 수가 있다.

여기서, 상기 제 2 전극부는 판상의 연결부에 상기 길이 방향으로 길게 형성된 복수의 방열핀의 일단이 연결되도록 일체로 형성될 수가 있다.

여기서, 상기 발열체와 상기 제 1 전극부 사이에는 부도체 물질로 형성된 절연층을 더 포함할 수가 있다.

여기서, 상기 절연층은 열전도성 물질로 형성될 수가 있다.

또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 판형의 발열체의 일면에 형성되고, 외측면에는 길이 방향으로 길게 돌출 형성된 침전극이 간격을 가지며 복수 개 형성된 판형의 제 1 전극부; 및 상기 침전극 사이에 위치하며 상기 길이 방향으로 길게 형성된 복수의 방열핀을 포함하는 제 2 전극부를 포함하고, 상기 침전극에서 이온풍을 발생시키는 이온풍을 이용한 방열장치에 의해 달성될 수가 있다.

여기서, 상기 제 2 전극부는 판상의 연결부에 상기 길이 방향으로 길게 형성된 복수의 방열핀의 일단이 연결되도록 일체로 형성될 수가 있다.

여기서, 상기 발열체와 상기 제 1 전극부 사이에는 부도체 물질로 형성된 절연층을 더 포함할 수가 있다.

여기서, 상기 절연층은 열전도성 물질로 형성될 수가 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 이온풍을 이용한 방열장치에 따르면 방열핀과 함께 이온풍에 의한 대류 열전달을 이용하여 열전달 성능을 극대화시킬 수가 있다는 장점이 있다.

또한, 방열핀을 이온풍을 발생시키기 위한 접지 전극으로 활용하여 이온풍 발생을 위한 전극의 구조가 간단하다는 장점도 있다.

또한, 침전극이 형성된 제 1 전극부 및 방열핀이 형성된 제 2 전극부가 각각 일체로 형성되어 전체 방열장치의 구조가 아주 간단하다는 장점도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온풍을 이용한 방열장치의 분리 사시도이다.
도 2는 도 1의 결합 사시도이다.
도 3은 도 1의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이온풍을 이용한 방열장치의 분리 사시도이다.
도 5는 도 4의 결합 사시도이다.
도 6은 도 5의 단면도이다.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 이온풍을 이용한 방열장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온풍을 이용한 방열장치의 분리 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합 사시도이고, 도 3은 도 1의 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이온풍을 이용한 방열장치는 침전극(112)이 형성된 제 1 전극부(110) 및 방열핀(122)이 형성된 제 2 전극부(120)를 포함하여 형성될 수가 있다. 또한, 절연층(미도시)을 더 포함할 수가 있다.

본 실시예에서 발열체(100)는 원통형 형상을 가지며, 발열체(100)의 외주면을 통해 외부로 열을 발산시킨다.

제 1 전극부(110)는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 내부에 중공이 형성된 원통형으로 형성된다. 따라서, 제 1 전극부(110)의 중공에 전술한 원통형의 발열체(100)가 삽입되어 발열체(100)의 외측면을 제 1 전극부(110)가 덮는 형태를 띄게 된다. 이때, 발열체(100)로부터 발산하는 열은 제 1 전극부(110)를 통해 전도될 수가 있다.

원통형의 제 1 전극부(110) 외측면에는 원통형의 길이 방향으로 길게 날카로운 침전극(112)이 돌출 형성될 수가 있다. 이때, 침전극(112)은 반경 방향으로 소정 간격 이격되도록 복수 개 형성되는 것이 바람직하다.

제 1 전극부(110)는 전극으로 활용됨과 동시에 발열체(100)로부터의 열을 전도하는 역할을 하므로, 전기 전도성이 및 열 전도성이 좋은 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

제 2 전극부(120)는 상기 제 1 전극부(110)의 침전극(112) 사이에 위치하며 길이 방향으로 길게 형성된 복수의 방열핀(122)을 포함하여 형성된다. 발열체(100)로부터 발생하는 열은 전술한 제 1 전극부(110)를 거쳐 제 2 전극부(120)의 방열핀(122)으로 전도되어 방열핀(122)을 통해 외부의 대기 공간으로 방열될 수가 있다.

이때, 제 2 전극부(120)는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 판상의 연결부(124)에 길이 방향으로 길게 형성된 복수의 방열핀(122)의 일단이 연결되도록 일체로 형성될 수가 있다. 따라서, 제 1 전극부(110)의 중공에 발열체(100)가 삽입되어 결합된 상태에서 이웃하는 침전극(112) 사이에 제 2 전극부(120)의 방열핀(122)이 위치하도록 일측에서 일체로 형성된 제 2 전극부(120)를 끼워서 결합함으로써, 방열핀(122) 사이에 침전극(112)이 형성되는 구조를 용이하게 형성할 수가 있다.

후술할 내용이지만, 제 2 전극부(120)의 방열핀(122)은 이온풍을 발생시키기 위한 접지 전극으로 사용될 수가 있는데, 본 발명에서 제 2 전극부(120)가 연결부(124)에 의해 일체로 형성될 수가 있기 때문에 단일 권선을 이용하여 복수의 방열핀(122)을 모두 접지 전극으로 활용할 수가 있다.

이온풍이란 두 전극 사이에 고전압을 인가시킬 때 발생하는 공간 전하에 의해 유도되는 유동을 일컫는다. 하나의 전극에 고전압을 인가시키고 다른 전극을 접지시키면 두 전극 사이의 전위차에 의해 고전압이 인가되는 전극에서 코로나 방전이 일어나 플라즈마가 발생하며, 이때 양성자는 음극인 접지 전극으로 전자는 양의 고전압 전극으로 이동하며 공간 전하가 발생하게 된다. 접지 전극 쪽으로 향하는 양성자는 부딪치는 주변 유체의 중성자를 밀어내며 유체에 관성력을 전달하게 된다. 이렇게 발생된 중성자의 흐름을 이온풍이라고 일컫는다.

코로나 방전을 일으키기 위해서는 고전압 전극을 날카롭게 형성하는 것이 바람직한데, 본 실시예에서는 제 1 전극부(110)에 형성된 날카로운 침전극(112)이 양극의 역할을 제 2 전극부(120)에 형성된 방열핀(122)이 접지전극의 역할을 하도록 할 수가 있다.

침전극(112)에 고전압을 인가시키면 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 주변에 배치된 방열핀(122)을 향하여 이온풍이 발생하며 방열핀(122)의 표면을 따라 지나가는 유동을 형성하게 된다. 이와 같이 이온풍에 의한 강제 유동을 발생시켜 대류 열전달에 의한 열전달 성능을 향상시킬 수가 있다.

또한, 본 발명에서는 제 2 전극부(120)에 침전극(112)이 일체로 형성되기 때문에, 침전에 고전압을 인가시킬 때에도 단일 권선을 이용하여 복수의 침전극(112)에 고전압을 인가시킬 수가 있는 구조이다.

발열체(100)가 히터로 형성되는 경우 전극 방전으로 인해 히터 효율에 문제를 일으킬 수가 있으므로, 도시되어 있지 않지만 발열체(100)와 제 1 전극부(110) 사이에는 부도체 물질로 형성되어 전기적으로 분리시키는 아주 얇은 절연층(미도시)이 형성될 수가 있다.

이때, 절연층(미도시)은 발열체(100)와 방열핀(122) 사이에 열을 전도해야 하므로 열전도성이 높은 물질로 형성되는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이 이온풍을 이용해 강제 대류를 발생시키면 방열핀(122)의 최적 설계가 필요 없어지며, 이온풍이 발생할 수 있을 정도의 높이로만 방열핀(122)을 설계하면 된다. 이로 인해, 방열 장치의 전체 크기를 줄일 수가 있으며 열용량에 의한 열손실 또한 감소시키는 효과를 가져올 수가 있다.

침전극(112)의 크기를 매우 작게 형성할 수가 있으며 이온풍의 유속이 0.2 ~ 0.5(m/s)의 크기로 발생하는 것을 고려하였을 때, 전자 제품 내에서 마이크로 사이즈로의 활용도 가능하다.

이하, 도 4 내지 도 6을 참조로 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이온풍을 이용한 방열장치를 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이온풍을 이용한 방열장치의 분리 사시도이고, 도 5는 도 4의 결합 사시도이고, 도 6은 도 5의 단면도이다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이온풍을 이용한 방열장치는 침전극(112)이 형성된 제 1 전극부(110) 및 방열핀(122)이 형성된 제 2 전극부(120)를 포함하여 형성될 수가 있다. 또한, 절연층(미도시)을 더 포함할 수가 있다.

이하, 설명에서는 도 1 내지 도 3을 참조로 전술한 실시예와 비교하여 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.

본 실시예에서 발열체(100)는 판상으로 형성될 수가 있다. 도면에서는 직사각형상의 판상 발열체(100)를 도시하고 있는데, 판상의 발열체(100)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 여기서 판상의 의미는 본 실시예의 방열 장치(제 1 전극부(110))와 접촉하는 일면이 판상의 형태를 띄는 형태를 의미하기 때문에, 발열체(100) 자체는 육면체일 수도 있고 다른 형상을 가질 수도 있다. 즉, 발열체(100)가 정육면체를 띄는 경우, 도 4는 정육면체의 일부인 일면에 형성된 방열장치를 도시하는 것으로 해석할 수도 있다.

발열체(100)와 접하는 제 1 전극부(110)는 판형으로 형성되며, 외측면에는 길이 방향으로 길게 돌출된 복수의 침전극(112)이 소정의 간격을 가지며 복수 개로 형성될 수가 있다. 따라서, 본 실시예에서도 복수의 침전극(112)이 제 1 전극부(110)에 일체로 형성될 수가 있다.

제 2 전극부(120)는 침전극(112) 사이에 길이 방향으로 형성되는 복수의 방열핀(122)을 포함하며 형성되는데, 본 실시예에서도 복수의 방열핀(122)의 일단은 판상의 연결부(124)에서 연장되도록 형성됨에 따라서 복수의 방열핀(122)이 일체로 형성될 수가 있다.

전술한 실시예와 마찬가지로 침전극(112)에 고전압 전극을 인가하고 방열핀(122)을 접지 전극으로 활용하여 침전극(112)에서 인접하는 방열핀(122)을 향하여 이온풍을 발생시킬 수가 있다.

또한, 발열체(100)와 제 1 전극부(110) 사이에는 전술한 절연층(미도시)이 형성될 수가 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100: 발열체
110: 제 1 전극부
112: 침전극
120: 제 2 전극부
122: 방열핀
124: 연결부

Claims (5)

1. 원통형의 발열체가 삽입되도록 내부에 중공이 형성된 원통형이고, 외측면에는 길이 방향으로 길게 돌출 형성된 침전극이 간격을 가지며 복수 개 형성된 제 1 전극부; 및
   상기 침전극 사이에 위치하며 상기 길이 방향으로 길게 형성된 복수의 방열핀을 포함하는 제 2 전극부를 포함하고,
   상기 침전극에서 이온풍을 발생시키는 이온풍을 이용한 방열장치.
2. 판형의 발열체의 일면에 형성되고, 외측면에는 길이 방향으로 길게 돌출 형성된 침전극이 간격을 가지며 복수 개 형성된 판형의 제 1 전극부; 및
   상기 침전극 사이에 위치하며 상기 길이 방향으로 길게 형성된 복수의 방열핀을 포함하는 제 2 전극부를 포함하고,
   상기 침전극에서 이온풍을 발생시키는 이온풍을 이용한 방열장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제 2 전극부는 판상의 연결부에 상기 길이 방향으로 길게 형성된 복수의 방열핀의 일단이 연결되도록 일체로 형성되는 이온풍을 이용한 방열장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 발열체와 상기 제 1 전극부 사이에는 부도체 물질로 형성된 절연층을 더 포함하는 이온풍을 이용한 방열장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 절연층은 열전도성 물질로 형성되는 이온풍을 이용한 방열장치.
   

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