KR20190011980A - 섬모를 이용한 방열장치 - Google Patents

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KR20190011980A KR1020170094766A KR20170094766A KR20190011980A KR 20190011980 A KR20190011980 A KR 20190011980A KR 1020170094766 A KR1020170094766 A KR 1020170094766A KR 20170094766 A KR20170094766 A KR 20170094766A KR 20190011980 A KR20190011980 A KR 20190011980A
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Abstract

본 발명은 보론 나이트라이드가 혼합된 실리카겔로 된 방열몸체를 이용하면서 상기 방열몸체의 외표면에 그래핀 또는 보론 나이트라이드(BN)나 이들의 화합물로 된 섬모를 결합하여 방열장치를 제작함으로써 열 전도성을 대폭 높이면서도 공기와의 접촉면적을 넓혀 방열효과를 극대화 시킬 수 있는 섬모를 이용한 방열장치에 관한 것이다.
본 발명 제1실시예의 섬모를 이용한 방열장치는 발열대상물(10)의 일측에 결합되고 상기 발열대상물(10)로부터 발생되는 열을 방열하기 위한 방열몸체(20)와, 상기 방열몸체(20)의 표면에 형성되는 다수개의 방열핀(30)으로 구성된 방열장치에 있어서, 상기 방열몸체(20)는, 보론 나이트라이드가 혼합된 실리카겔로 형성되어 유연성 및 탄성을 지니도록 구비되고, 상기 방열핀(30)은, 그래핀과 보론 나이트라이드와 이들의 화합물 중 어느 하나로 제조된 섬모로 형성되고, 상기 방열몸체(20)의 표면에 일단이 압입되어 일체로 구성된다.

Description

섬모를 이용한 방열장치{Thermal sync structure by hair-cell}
본 발명은 실내외 조명기구나 자동차 헤드라이트 및 고발열소자 등의 전자부품, 전기장치 등의 발열대상물에 적용되는 방열장치로서, 보론 나이트라이드(BN)가 혼합된 실리카겔로 유연성과 탄성이 있는 방열몸체를 제조하고, 방열몸체의 외표면에 그래핀 또는 보론 나이트라이드(BN)나 이의 합성으로 구성된 재질들로 된 섬모를 압입하여 섬모를 통한 공기 접촉으로 열을 배출하도록 한 섬모를 이용한 방열장치에 관한 것이다.
일반적으로 모든 전자 제품은 열을 발생하게 되는데, 전자 부품의 수명을 유지하기 위해 전자 부품에서 발생하는 열을 냉각시켜주는 방열체의 적용이 필수적이라 할 수 있다.
이러한 현상은 70~80%를 열로 방출하는 LED 조명 역시 동일한 문제점을 가지고 있으며, 이를 해결하기 위해 모든 LED 조명은 광원인 LED 또는 LED칩의 온도를 낮추기 위한 방열체를 적용하고 있다.
방열체를 비롯한 방열에 사용되는 재질로는 열전도도가 좋은 알루미늄(180W/mK) 또는 구리(400W/mK)가 많이 이용되고 있는데, 단순 수치상으로 구리가 열전도도에 있어 2배의 효과가 있다 할 것이나, 방열체의 무게 및 가격, 형상 금형에 의한 경제성을 고려하여 대부분의 방열체가 알루미늄 재질을 채택하여 사용하고 있다.
통상의 방열체의 구조는 발열 부품이나 멀티칩과 접촉하는 모체 부분과 발열시키는 방열편이나 방열핀으로 나뉘어지는데, 방열은 모체 부분에서 직간접적으로 발열 부품에서 열을 전달받아 방열편 또는 방열핀에서 방출되는 형태를 취한다. 이러한 방열 형태는 방열체의 표면적이 클수록 잘 됨은 물론 열전도가 높은 재료로 제조된 경우에 더 높은 방열효과를 발휘하게 된다.
한편, 근래에는 탄소 동소체의 하나인 탄소나노튜브에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 상기 탄소나노튜브를 적용한 방열체에 대한 특허가 다수 공개 및 등록되어 있다.
최근에는 전자회로 칩의 고집적화에 따른 전자기기의 소형화는 물론 전기자동차의 배터리 및 동력부, 조명기기, 전기장치 등을 소형화시키는 추세에 있고, 외적인 디자인에 많은 관심을 두고 있는 실정이다.
그러나 종래의 방열체는 단순한 사각판이나 원판 등의 대부분 특정 형상으로만 형성되어 있고, 가공이 용이하지 않아 사용자의 다양한 요구형태 및 디자인을 충족시키는데는 한계가 있었다.
또한, 자동차나 오토바이의 헤드라이트로 사용되는 조명의 경우는 협소한 밀폐 공간으로 인해 방열효율을 높이기 위한 연구가 끊임없이 이루어지고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0680258호(2007.02.01, 마이크로 히트싱크 및 그 제조방법) 일본 특허공보 제5714928호(2015.03.20, 섬유형 기둥모양 구조체 집합체 및 방열 부재) 대한민국 등록특허공보 제10-1098877호(2011.12.20, 방열 촉진 기구 및 그 기구가 장착된 전기-전자 장치)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 보론 나이트라이드(BN)가 혼합된 실리카겔로 된 방열몸체의 외표면에 그래핀 또는 보론 나이트라이드(BN)나 이의 합성물질로 된 섬모(방열핀)를 결합하여 방열장치를 제작함으로써 발열대상물과 섬모를 방열몸체를 매개로 연결시켜 주고 발열대상물로부터 방열몸체로 전달된 높은 열을 섬모를 통해 외부로 방출시키도록 하여 열 전도성을 획기적으로 높이면서도 섬모를 통한 공기와의 접촉면적을 넓혀 방열효과를 극대화 시킬 수 있는 섬모를 이용한 방열장치를 제공함에 있다.
특히, 본 발명에서 방열몸체를 브론 나이트라이드가 혼합된 실리카겔로 형성하는 경우에는 방열몸체가 유연성과 탄성을 지니고 있음에 따라 사용자가 요구하는 형태(원형, 다각형, 구부러짐 등 다양한 형태)로 형성할 수 있어 적용제품에 따라 금형변경을 통해 적합하게 형상변경시켜 적용할 수 있도록 한 섬모를 이용한 방열장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명에서 방열몸체를 그래핀으로 형성하는 경우에는 외표면에 화학기상증착법(CVD;Chemical Vapor Deposition)으로 보론 나이트라이드(BN)을 증착시켜 단방향으로만 열을 내보내도록 할 수 있음으로써 종래의 방열장치에 비해 방열효과를 더욱 높일 수 있는 섬모를 이용한 방열장치를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 제1실시예의 섬모를 이용한 방열장치는 발열대상물(10)의 일측에 결합되고 상기 발열대상물(10)로부터 발생되는 열을 방열하기 위한 방열몸체(20)와, 상기 방열몸체(20)의 표면에 형성되는 다수개의 방열핀(30)으로 구성된 방열장치에 있어서, 상기 방열몸체(20)는, 보론 나이트라이드가 혼합된 실리카겔로 형성되어 유연성 및 탄성을 지니도록 구비되고, 상기 방열핀(30)은, 그래핀과 보론 나이트라이드와 이들의 화합물 중 어느 하나로 제조된 섬모로 형성되고, 상기 방열몸체(20)의 표면에 일단이 압입되어 일체로 구성된다.
여기서, 상기 방열몸체(20)는 내부가 중공된 원형관 또는 다각형관으로 형성되어 길이방향의 일측이 상기 발열대상물(10)에 결합되고, 상기 원형관 또는 다각형관의 외표면에 둘레를 따라 상기 방열핀(30)의 일단이 압입되어 형성된다.
이때, 상기 방열핀(30)은 일단부에서 타단부로 갈수록 점차적으로 가늘어지도록 형성되거나 일단부에 둥글게 구(球)가 형성된 섬모이고, 상기 방열몸체(20)의 표면에 일단부가 3~5㎜ 깊이로 압입된 것이 바람직하다.
상기의 구성으로 이루어진 섬모를 이용한 방열장치에 따르면, 브론 나이트라이드가 혼합된 실리카겔로 된 방열몸체의 외표면에 그래핀나 보론 나이트라이드(BN) 또는 이들을 합성물로 제작된 섬모가 결합되어 있음으로써 발열대상물로부터 발생되는 열을 효과적으로 전도시켜 방열할 수 있는 효과가 있다.
특히, 브론 나이트라이드가 혼합된 실리카겔로 형성된 방열몸체는 적용제품에 따라 그 형태를 적합하게 변형시킬 수 있음으로써 대부분의 조명장치에 적용시킬 수 있어 효과적이다.
또한, 그래핀으로 형성된 방열몸체에 화학기상증착법으로 보론 나이트라이드(BN)을 증착시킨 경우에는 발열대상물에서 발생되는 열이 보론 나이트라이드가 구비된 방향으로만 이동됨으로써 열전도율을 높여 효과적으로 방열할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 원형관으로 된 방열몸체에 방열핀이 압입된 섬모를 이용한 방열장치를 보인 사시도,
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 방열핀의 형태를 보인 단면상태도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 원형관으로 된 방열몸체에 섬모다발로 된 방열핀이 압입된 섬모를 이용한 방열장치를 보인 사시도,
도 5는 도 4의 단면도,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 섬모를 이용한 방열장치에서 방열몸체가 상부로 갈수록 확관되는 상태도,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 사각판형태로 된 방열몸체에 방열핀이 압입된 섬모를 이용한 방열장치,
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 방열장치를 헤드라이트에 적용한 사용상태도,
도 9는 본 발명의 제2실시에에 따른 그래핀으로 된 방열몸체와 보론 나이트라이드로 된 방열핀이 접합된 상태도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 섬모를 이용한 방열장치를 상세히 설명하기로 한다.
통상의 섬모를 이용한 방열장치는 발열대상물(10)의 일측에 결합되어 발열대상물(10)로부터 발생되는 열을 방열하기 위한 방열몸체(20)와, 상기 방열몸체(20)의 표면에 형성되는 다수개의 방열핀(30)으로 구성되어 있다.
따라서, 상기 발열대상물로부터 발생된 열을 방열몸체(20)와 방열핀(30)이 함께 방열시킴으로써 발열대상물의 기능적 효율은 물론 수명을 연장 또는 유지시키게 된다.
상기 발열대상물은 실내외 조명기구, 자동차 헤드라이트, 가전제품, 전기장치, 터빈 등 작동시 열을 발생시키는 장치들을 모두 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 섬모를 이용한 방열장치로서, 제1실시에에서 상기 방열몸체(20)는 보론 나이트라이드가 혼합된 실리카겔로 형성되어 유연성을 가지면서도 탄성을 갖도록 구비된다.
상기 방열몸체(20)는 기본 재질이 실리카겔로 형성됨에 따라 플렉시블하면서도 고온 충격에 강하며 탄성을 지니고 있게 되며, 여기에 보론 나이트라이드가 혼합되어 형성됨으로써 열전도율을 높일 수 있는 것이다.
상기 보론 나이트라이드는 열전도율 상승을 위한 것으로, 가격이 저렴하고 쉽게 구할 수 있어 전체적인 방열장치의 제조비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
이러한 방열몸체(20)는 실리카겔의 특성에 의해 가공이 용이함에 따라 소비자의 다양한 요구형태 및 디자인에 따라 금형변경을 통해 효과적으로 그 형상을 변경시킬 수 있는 장점이 있어 종래의 그래핀이나 탄소나노튜브 등으로 제조된 방열체에 비해 소비자의 욕구를 충족시킬 수 있다.
여기서, 상기 방열핀(30)은 그래핀과 보론 나이트라이드와 이들의 화합물 중 어느 하나로 제조된 섬모로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 방열몸체(20)의 표면에 일단이 별도의 압입장치에 의해 압입되어 일체로 구성된다.
상기 압입된 길이는 대략 3~5㎜ 정도 깊게 압입되게 하여 쉽게 분리되지 않도록 하며, 상기 방열핀이 접합되는 것이 아니라 압입된 상태임에 따라 방열몸체로 전도된 열을 방열핀(30)이 쉽고 그대로 전달받아 방열시킬 수 있게 됨으로써 방열효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 상기 방열핀(30)을 압입시키는 이유로서, 플렉시블한 방열몸체(20)를 특정형태 예로서, 원형관이나 사각형관으로 형성시킨 경우에 상기 방열핀(30)이 쉽게 분리되는 것을 방지하기 위함이다.
즉, 방열핀(30)을 접합시킨 경우에는 상기 방열몸체(20)를 원형관 형태로 말아놓게 되면 자칫 방열핀의 접합부위가 늘어나면서 파손 또는 떨어져 나갈 가능성이 있으나, 압입된 상태에서는 방열핀의 압입된 방열몸체(20)의 해당 부분만이 확장되면서 늘어날 뿐 방열핀에 전달되는 영향을 최소화할 수 있어 방열핀의 분리가능성을 감소시킬 수 있는 것이다.
본 발명에서 상기 방열몸체(20)는 내부가 중공된 관 형태로 형성되고, 그 길이방향의 일측이 상기 발열대상물(10)에 결합할 수 있다.
상기 관 형태는 원형관 또는 사각형 등의 다각형관으로 형성될 수 있는 것이고, 상기 방열핀(30)은 상기 원형관 또는 다각형관의 외표면에 둘레를 따라 일단이 압입되어 방사상으로 돌출되게 형성된다.
상기 방열몸체(20)를 관 형태로 형성한 경우는 최소한의 면적을 차지하면서도 공기와의 접촉면적을 높일 수 있다는 장점이 있어 효과적인 방열을 제공할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 방열몸체는 유연한 재질임에 따라 이와 같은 관 형태로의 제작이 용이함은 물론 방열핀이 압입된 상태임에 따라 분리될 가능성이 낮고, 또한 보론 나이트라이드가 혼합되어 있음으로써 열전도율이 높아 효과적인 방열을 달성할 수 있는 것이다.
이때, 상기 방열몸체(20)가 원형관 또는 다각형관으로 형성된 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 원형관 또는 다각형관의 중공된 내부는 발열대상물(10)에 결합된 일측에서 타측 단부로 갈수록 점차 넓어지도록 형성할 수 있다.
그 이유는, 방열효율은 그대로 유지하면서 중공된 관 내부로 공기의 유입이 이루어지면서 방열몸체 내주면에서의 방열로 전체적인 방열효율을 높일 수 있도록 하기 위함이다.
이와는 반대로, 상기 원형관 또는 다각형관의 중공된 내부는 발열대상물(10)에 결합된 일측에서 타측 단부로 갈수록 점차 좁아지도록 형성할 수도 있다. 이 경우에는 방열효율을 높이기 위해 필요에 따라 상기 발열대상물이 결합된 방열몸체의 하부에 복수개의 홀을 천공하여 공기가 통하도록 할 수도 있다.
여기서, 상기 방열핀(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, 방열몸체(20)에 압입되는 일단부에서 타단부로 갈수록 점차적으로 가늘어지도록 형성된 체모형태의 섬모인 것이 바람직하고, 위에서 기재한 바와 같이 상기 방열몸체(20)의 표면에 일단부가 3~5㎜ 깊이로 압입된다.
상기 방열핀(30)이 체모형태와 같이 일단부의 직경이 두껍고 타단부로 갈수록 가늘게 형성됨으로써 일단부가 방열몸체(20)와 접촉되는 면적을 넓혀주어 최대한 단시간내에 많은 양의 열이 방열핀으로 이동되어 외부로 방출될 수 있는 것이고, 방열몸체(20)와 견고한 결합으로 쉽게 분리되지 않게 되는 장점이 있다.
이때, 상기 섬모는 도 3에 도시된 바와 같이 일측과 타측이 동일 직경으로 형성되면서 상기 방열몸체(20)에 압입되는 일단부에만 둥글게 구(球)가 형성되게 성형된 섬모일 수 있다.
또한, 상기 방열핀(30)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 하나의 섬모형태가 아닌 복수개의 섬모로 이루어진 섬모다발로 형성하여 상기 방열몸체(20)의 표면에 3~5㎜ 깊이로 압입되게 형성할 수도 있다.
상기 방열핀(30)을 섬모다발로 형성한 경우에는 방열몸체(20)로 전달된 열이 섬모다발로 효과적으로 전도될 수 있는 것이고, 전도된 열은 섬모 각각이 외부공기와 접촉되거나 섬모 각각의 사이로 순환되는 공기에 의해 방열되어져 낱개의 섬모로 된 방열핀에 비해 더욱 높은 방열효과를 발휘할 수 있게 된다.
도 8은 자동차의 헤드라이트에 본 발명의 방열장치를 적용한 도면으로서, 협소한 공간에서도 공기와의 접촉면적을 최대한 넓힐 수 있어 그만큼 방열효과를 극대화할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서 상기 방열몸체(20)의 다른 실시예로서, 도 7에 도시된 바와 같이 일정 면적의 평면형태의 플레이트로 형성될 수 있고, 이 방열몸체의 일면이 상기 발열대상물(10)에 결합될 수 있다.
물론, 상기 방열몸체(20)가 플렉시블한 재질임에 따라 일정 각도로 굴곡된 호형의 플레이트로 형성할 수도 있다.
이때, 상기 플레이트의 타면에는 상기 방열핀(30)의 일단이 압입되어 플레이트에 대해 수직으로 돌출되게 구비되는 것이다.
이러한 형태의 방열장치는 통상의 공지된 방열장치의 형상과 동일하나, 본 발명에서는 상기 방열핀의 일단이 상기 방열몸체를 이루는 플레이트의 타면 표면에 압입되게 설치되는 것이고, 상기 방열몸체가 유연한 재질로 형성되어 있음에 따라 방열핀의 손상을 방지한 채로 적용하고자 하는 형태로 쉽게 변경시킬 수 있는 장점이 있는 것이다.
도 9는 본 발명의 제2실시에에 따른 그래핀으로 된 방열몸체(20)와 보론 나이트라이드로 된 방열핀이 접합된 상태도로서, 제2실시예에 따른 섬모를 이용한 방열장치는 발열대상물(10)이 일측에 결합되고 상기 발열대상물(10)로부터 발생되는 열을 방열하기 위한 방열몸체(20)와, 상기 방열몸체(20)의 표면에 형성되는 다수개의 방열핀(30)으로 구성된 방열장치에 있어서, 상기 방열몸체(20)는 그래핀으로 제조되고, 상기 방열핀(30)은 보론 나이트라이드로 제조된 섬모이며, 상기 방열몸체(20)의 표면에 일단이 화학기상증착법(CVD;Chemical Vapor Deposition)으로 증착된 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 방열장치는 방열몸체(20)에 보론 나이트라이드 재질로 된 방열핀(30)을 화학기상증착법으로 증착시키는 것에 특징이 있는 것이고, 상기 화학기상증착법에 의해 방열핀이 증착(그래핀으로 된 방열몸체 표면에 보론 나이트라이드를 성장시킴)됨에 따라 일체화됨은 물론 반도체적 성질을 띄게 되어 방열몸체(20)로 전달된 열이 상기 방열핀이 증착된 방향으로 효과적으로 전달되어 효율적인 방열을 할 수 있는 것이다.
상기와 같이 제1실시예와 제2실시예의 방열장치는 방열핀을 방열몸체에 압입하거나 방열몸체에 접합시켜 일체로 형성시킴으로써 방열몸체로 전달된 열이 용이하게 방열핀으로 전도되어 효과적인 방열이 일어날 수 있도록 한 유용한 발명이다.
10: 발열대상물 20: 방열몸체
30: 방열핀

Claims (7)

  1. 발열대상물(10)의 일측에 결합되고 상기 발열대상물(10)로부터 발생되는 열을 방열하기 위한 방열몸체(20)와, 상기 방열몸체(20)의 표면에 형성되는 다수개의 방열핀(30)으로 구성된 방열장치에 있어서,
    상기 방열몸체(20)는, 보론 나이트라이드가 혼합된 실리카겔로 형성되어 유연성 및 탄성을 지니도록 구비되고,
    상기 방열핀(30)은, 그래핀과 보론 나이트라이드와 이들의 화합물 중 어느 하나로 제조된 섬모로 형성되고, 상기 방열몸체(20)의 표면에 일단이 압입되어 일체로 구성된 것을 특징으로 하는 섬모를 이용한 방열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열몸체(20)는 일정 면적의 평면형태 또는 일정 각도로 굴곡된 호형의 플레이트로 형성되어 일면이 상기 발열대상물(10)에 결합되고,
    상기 플레이트의 타면에는 상기 방열핀(30)의 일단이 압입되어 플레이트에 대해 수직으로 돌출되게 구비된 것을 특징으로 하는 섬모를 이용한 방열장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방열몸체(20)는 내부가 중공된 원형관 또는 다각형관으로 형성되어 길이방향의 일측이 상기 발열대상물(10)에 결합되고,
    상기 원형관 또는 다각형관의 외표면에 둘레를 따라 상기 방열핀(30)의 일단이 압입되어 형성된 것을 특징으로 하는 섬모를 이용한 방열장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방열몸체(20)가 원형관 또는 다각형관으로 형성된 경우, 상기 원형관 또는 다각형관의 중공된 내부는 발열대상물(10)이 결합된 일측에서 타측 단부로 갈수록 점차 넓어지거나 좁아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 섬모를 이용한 방열장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방열핀(30)은 일단부에서 타단부로 갈수록 점차적으로 가늘어지도록 형성되거나 일단부에 둥글게 구(球)가 형성된 섬모이고,
    상기 방열몸체(20)의 표면에 일단부가 3~5㎜ 깊이로 압입된 것을 특징으로 하는 섬모를 이용한 방열장치.

  6. 제1항에 있어서,
    상기 방열핀(30)은 복수개의 섬모로 이루어진 섬모다발이고, 상기 방열몸체(20)의 표면에 일단부가 3~5㎜ 깊이로 압입되어 형성된 것을 특징으로 하는 섬모를 이용한 방열장치.
  7. 발열대상물(10)이 일측에 결합되고 상기 발열대상물(10)로부터 발생되는 열을 방열하기 위한 방열몸체(20)와, 상기 방열몸체(20)의 표면에 형성되는 다수개의 방열핀(30)으로 구성된 방열장치에 있어서,
    상기 방열몸체(20)는 그래핀으로 제조되고,
    상기 방열핀(30)은 보론 나이트라이드로 제조된 섬모이며, 상기 방열몸체(20)의 표면에 일단이 화학기상증착법(CVD;Chemical Vapor Deposition)으로 증착된 것을 특징으로 하는 섬모를 이용한 방열장치.
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