KR20190032958A - 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각 장치에 관한 것으로, 서로 이격되어 배치되는 제1 및 제2 관통홀을 포함하는 제1 기판, 및 상기 제1 기판과 결합되며, 상기 제1 및 제2 관통홀 사이에 배치되는 제1 및 제2 가이드를 포함하는 제2 기판을 포함하고, 상기 제1 가이드는, 상기 제1 및 제2 관통홀 사이에서 제1 방향으로 연장되는 제1-1 영역, 상기 제1 방향에 수직한 방향인 제2 방향으로 연장되는 제1-2 영역, 상기 제1-1 영역과 상기 제 1-2 영역 사이에 배치되며 곡률을 가지는 제1-3 영역을 포함하고, 상기 제2 가이드는, 상기 제1 및 제2 관통홀 사이에서 제1 방향으로 연장되는 제2-1 영역, 상기 제2 방향으로 연장되는 제2-2 영역, 상기 제2-1 영역과 상기 제 2-2 영역 사이에 배치되며 곡률을 가지는 제2-3 영역을 포함하고, 상기 제1-2 영역과 상기 제2-2 영역은 상기 제2 방향으로 이격되어 배치되며, 상기 제1 및 제2 관통홀의 제2 방향 길이는, 상기 제1-2 영역과 상기 제2-2 영역 사이의 제2 방향 길이인 제1 길이보다 작은 것을 특징으로 한다.

Description

냉각 장치{Cooling Apparatus}
본 발명은 발열 모듈에 부착되는 수냉 방식의 냉각 장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 에너지를 절감하는 친환경적인 광원으로 각광받고 있다. LED 광원은 기존의 광원에 비하여 낮은 전력 소모량, 긴 수명 등의 장점을 가지고 있어, 백라이트, 전광판, 자동차용 전조등 및 방향 지시등, 경화기 등에 활용되고 있다.
LED 광원의 경우 많은 전류량에 의해 높은 열이 발생하고, 발생된 열에 의하여 LED 모듈의 전체 온도가 상승한다. 이러한 열을 적절하게 방열시키지 못할 경우 발광 효율 및 균일성이 떨어질 뿐만 아니라, LED 모듈의 수명이 단축되는 문제점이 있다.
이에 따라, LED 광원에서 발생하는 열을 발산시키기 위해 여러 가지 방열 장치가 개시되었다. 초기 방열 방식으로는, LED 모듈에 실장된 방열 판을 통해 전도된 열이 대기 중에 방산되는 자연 대류 방식이 개시되었다. 하지만, 자연 대류 방식은 높은 냉각 효과를 얻을 수 없으며, 고출력의 LED 광원에 적용하는데 한계가 있다. 따라서, 강제 냉각 방식인 수냉 방식과 공냉 방식을 이용하게 되었다. 특히, 수냉 방식의 경우 방열 성능이 공냉 방식보다 우수하고, 복수 개의 모듈을 배치하여 방열 장치를 확장하고자 할 때 공냉 방식은 공기 유로가 모듈별로 겹쳐져 성능 저하의 단점이 있지만, 수냉 방식은 확장성 면에서 적합하다.
이러한 수냉 방식의 냉각 장치로 한국등록특허공보 제10-1449978호 (표시장치)는 LED 백라이트의 발열에 의한 표시 불균형을 억제하기 위해, 다양한 구조의 냉각제 파이프를 설치하여 냉각 시키는 기술이 개시되어 있다. 종래 기술에 따르면, 냉각제가 흐르는 냉각제 파이프의 구조는 맴돌이 형태, 라디에이터 형태가 있다.
그러나, 이와 같이 라디에이터 형태의 냉각 장치는 온도 균일성이 떨어져 LED의 조도 특성을 악화시키고, 맴돌이 형태의 냉각 장치는 온도의 균일성은 높지만, 냉각 장치의 성능이 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 발열 모듈을 균일하게 냉각시키는 온도 균일성과 냉각 장치의 성능 간의 적절한 균형점을 가지는 수냉 방식의 냉각 장치 개발이 요구된다.
본 발명은 냉각 장치를 제공하여 균일한 온도로 방열하여 발열 모듈의 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.
본 발명은 소형화된 냉각 장치를 제공하여 다양한 크기의 발열 모듈에 적용할 수 있도록 한다.
본 발명의 냉각 장치는, 서로 이격되어 배치되는 제1 및 제2 관통홀을 포함하는 제1 기판, 및 상기 제1 기판과 결합되며, 상기 제1 및 제2 관통홀 사이에 배치되는 제1 및 제2 가이드를 포함하는 제2 기판, 상기 제1 가이드는, 상기 제1 및 제2 관통홀 사이에서 제1 방향으로 연장되는 제1-1 영역, 상기 제1 방향에 수직한 방향인 제2 방향으로 연장되는 제1-2 영역, 상기 제1-1 영역과 상기 제 1-2 영역 사이에 배치되며 곡률을 가지는 제1-3 영역을 포함하고, 상기 제2 가이드는, 상기 제1 및 제2 관통홀 사이에서 제1 방향으로 연장되는 제2-1 영역, 상기 제2 방향으로 연장되는 제2-2 영역, 상기 제2-1 영역과 상기 제 2-2 영역 사이에 배치되며 곡률을 가지는 제2-3 영역을 포함하고, 상기 제1-2 영역과 상기 제2-2 영역은 상기 제2 방향으로 이격되어 배치되며, 상기 제1 및 제2 관통홀의 제2 방향 길이는, 상기 제1-2 영역과 상기 제2-2 영역 사이의 제2 방향 길이인 제1 길이보다 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제1 및 제2 관통홀의 제2 방향 길이에 대한, 상기 제1-2 영역과 상기 제2-2 영역 사이의 제2 방향 길이는, 10mm 이상 내지 20mm 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제1 및 제2 가이드는 복수 개의 홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제2 기판은, 상기 제1-1 영역 및 상기 제1-1 영역과 가장 인접한 상기 제2 기판의 측면 사이에 형성된 제1 부에 배치되는 제1 열교환부, 상기 제1-1 영역 및 상기 제2-1 영역 사이에 형성된 제2부에 배치되는 제2 열교환부, 및 상기 제2-1 영역 및 상기 제2-1 영역과 가장 인접한 상기 기판의 측면 사이에 형성된 제3 부에 배치되는 제3 열교환부를 포함하고, 상기 제1 부 및 상기 제3 부의 제2 방향의 최대 길이는 같고, 상기 제2부의 최대 길이보다 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제1 및 제2 가이드는, 서로 인접한, 상기 복수 개의 홈의 간격이, 상기 제1 방향으로 이격되는 제1 간격 및 상기 제2 방향으로 이격되는 제2 간격을 가지며, 상기 제1 간격이 상기 제2 간격보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제1 및 제2 가이드의 상기 제1-2 및 제2-2 의 제2 방향 길이는, 상기 제1-1 및 제2-1의 제1 방향 길이 대비 1:6 이상 내지 1:7 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제2 기판은, 상기 제1 부 및 제3 부에 배치되는 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제2 기판은, 상기 제1 부 및 제3 부에, 상기 제1 열교환부와 상기 제1가이드 사이에 배치되는 제1-1 열교환부, 및 상기 제3 열교환부와 상기 제2가이드 사이에 배치되는 제3-1 열교환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제2 기판은, 상기 제1 부 및 제3 부 상에 배치되며, 상기 제1 관통홀과 상기 제1 및 제3 열교환부 사이에 배치되는 제1-1 및 2-1 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 발열 모듈에 균일한 방열 효과를 제공하여 발열 모듈의 내구성, 균일성, 신뢰성 및 전력 효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 발열 모듈의 위치와 크기에 제약 없이 냉각 장치를 부착하여 방열 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 수냉식 냉각 장치 구동에 따른 발열 모듈의 온도 분포를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제2 기판에 가이드를 형성하기 전 냉각 장치의 내부 형상과 이에 따른 발열 모듈의 온도 분포를 나타낸 도면이다.
도 3a, 3b, 및 도 3c는 본 발명의 제2 기판에 가이드를 형성한 후 냉각 장치의 내부 형상과 이에 따른 발열 모듈의 온도 분포를 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 기판에 방열 면적을 확대한 냉각 장치의 내부 형상과 이에 따른 발열 모듈의 온도 분포를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 냉각 장치의 제2 기판에 가이드를 형성하고, 방열 면적을 확대한 냉각 장치의 내부 형상을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 냉각 장치의 구성에 따른 발열 모듈의 온도 분포를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 냉각 장치를 복수 개 배치하고 이에 따른 온도 분포를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각 장치의 제2 기판을 도시한 도면이다 .
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 이하의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 설명에 있어서, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성요소들이 제1, 제2등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. “포함한다” 또는 “가진다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
이하 사용되는 “포함한다(Comprises)” 및/또는 “포함하는(comprising)”은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 구성은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 구성의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 종래의 수냉식 냉각 장치 구동에 따른 발열 모듈의 온도 분포를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 수냉각 장치는 하나의 냉각 장치(A)의 상부, 하부에 온도 분포도 상에 밝은 노란색을 띈 영역으로 유체가 흐르게 된다. 노란색을 띄는 영역은 유체가 흐르는 영역으로, 흐르지 않는 영역보다 온도가 낮다. 이러한 수냉식 냉각 장치를 탑재한 발열 모듈은 그 위치에 따라서 최고 온도와 최저 온도가 10℃ 이상의 큰 차이를 가질 수 있다. 발열 모듈이 LED 모듈일 경우, 이러한 온도 차이로 인해 LED의 조도 특성이 변화하고, 시간이 갈수록 LED 모듈의 전기적, 광학적 특성이 저하될 수 있다. 이에 본 발명은 냉각 장치의 성능을 개선하고, 발열 모듈의 온도 균일성을 증대시키기 위해, 냉각 장치 내에서 유체의 흐름을 개선하였다.
본 발명을 설명하기에 앞서, 도 2 내지 도 5 및 도 8은, 제1 기판(20) 및 제2 기판(30)을 포함하는 냉각 장치(10)에서, 제1 기판(20)을 제외하고, 제2 기판(30)만을 도시한 도면이며, 이에 따른 발열 모듈의 온도 분포를 도시한 것으로 이해될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제2 기판(30)에 유체를 원하는 방향으로 흐를 수 있게 하기 위한 가이드를 형성하기 전 냉각 장치(10)와 이에 따른 발열 모듈의 온도 분포를 나타낸 도면이다. 도 2a를 참조하면, 유체가 냉각 장치(10) 내로 유입되는 제1 관통홀(21), 냉각 장치(10) 내에서 열 교환된 유체가 유출되는 제2 관통홀(22)이 배치되고, 커넥터(13)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 유체는 열을 식히는 액체, 즉 냉각수로, 냉각수는 순수한 물, 부동액, 방청제 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 제1 및 제2 관통홀(21, 22)은 냉각 장치(10)의 제1 기판(20)에 배치될 수 있으며, 커넥터(13)는 제1 기판(20)과 결합되는 제2 기판(30)에 배치될 수 있다.
커넥터(13)는 제2 기판(30)에 배치되어, 제1 기판(20)을 관통할 수 있으며, 냉각 장치(10)가 결합하는 발열 모듈의 전원선 및 연결선들을 전기적으로 연결할 수 있다.
본 발명에 따르면, 냉각 장치(10)는 발열 모듈과 포개지는 형태로 결합될 수 있다. 예를 들어, 발열 모듈이 LED 모듈일 경우, 빛이 조사되는 면의 반대되는 면에 냉각 장치(10)가 결합될 수 있다. 또한, 냉각 장치(10)를 소형화함에 따라 제1 관통홀(21) 및 제2 관통홀(22)은 서로 마주보도록 이격되어 배치될 수 있고, 냉각 장치(10)의 외측면에 가깝도록 각각 배치될 수 있다. 실시 예에서 유체는 제1 관통홀(21)을 통해 냉각 장치(10)로 유입되고 제2 관통홀(22)를 통해 유출될 수 있다. 따라서, 유체가 유입되고 유출되는 방향은 냉각 장치(10)내에서의 흐르는 방향인 제1 방향과 직교할 수 있다.
본 발명에 있어서, 도 2a를 참조하면, 제1 방향은 x축 방향, 제2 방향은 z축 방향, 제3 방향은 y축 방향일 수 있다.
도 2b를 참고하였을 때, 붉은 색은 온도가 높은 영역을 의미할 수 있고 붉은 색에서 파란 색으로 색의 스펙트럼이 향할수록 온도가 낮은 것을 의미할 수 있다. 제1 관통홀(21)을 통해 냉각 장치(10)내로 유입된 유체는 일정한 방향으로 흐르지 않고 확산될 수 있다. 따라서 유체가 방향성을 가지지 않고 확산되는 과정에서 유동 저항이 발생할 수 있고, 이에 따라 냉각 장치(10)의 효율성이 떨어지게 될 수 있고, 도 2b에서 나타나는 바와 같이 냉각 장치(10)의 전체 영역에서 발열 모듈을 냉각하는 냉각 기능이 떨어질 수 있다.
도 3a, 3b 및 도 3c는 본 발명의 제2 기판에 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)를 배치한 후 냉각 장치의 내부 형상과 이에 따른 발열 모듈의 온도 분포를 나타낸 도면이다. 도 3a를 참조하면, 냉각 장치(10)는 효율성을 높이기 위해, 냉각 장치(10)의 외측면 중앙에 배치된 제1 관통홀(21)의 주변에 적어도 두 개 이상의 유로를 형성할 수 있도록, 제1 관통홀(21)와 제2 관통홀(22) 사이에 서로 이격된 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 유체는 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)를 따라 규칙 정연하게 흐를 수 있고, 냉각 장치(10) 내에서 무작위로 확산되어 냉각 장치의 냉각 기능이 저하되는 것을 개선할 수 있다.
제1 및 제2 가이드(110a, 110b) 는 제1 관통홀(21)을 통해 냉각 장치(10)로 유입된 유체가 제2 관통홀(22)로 원활하게 흐를 수 있도록 냉각 장치(10)의 중앙에 제1 방향으로 연장되어 배치될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)는 제1 방향으로 연장되는 제1-1 영역 및 제2-1 영역을 가질 수 있다. 제1 관통홀(21)을 통해 냉각 장치(10)로 유입된 유체는, 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)가 제1-1 영역과 제2-1 영역을 가짐에 따라, 제1 방향으로 흐를 수 있다. 이 때, 제1 및 제2 관통홀(21, 22)은 제1 및 제2 가이드(110a, 110b) 사이에 배치될 수 있고, 이에 따라 냉각 장치(10) 내로 유입 및 유출되는 유체의 분포 특성이 개선될 수 있다.
또한, 냉각 장치(10)는 제1 및 제2 관통홀(21, 22) 주변에서 유동 저항에 의한 유체의 확산을 방지하기 위해, 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)가 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)의 제1-1 영역과 제2-1 영역의 양 끝단에서 제1 방향에 수직한 방향인 제2 방향으로 연장되는 제1-2 영역 및 제2-2 영역을 가질 수 있다. 따라서 제1 관통홀(21)을 통해 냉각 장치(10)내로 유입된 유체는 제1 방향을 따라 흐르고, 제2 방향으로 연장되어 배치된 제1-2 영역과 제2-2 영역에 의해 제2 관통홀(22)을 통해 제3 방향으로 흘러 유출될 수 있다. 여기서 제3 방향은 제1 방향 및 제2 방향에 수직한 방향일 수 있다. 즉, 제1 관통홀(21)을 통해 냉각 장치로 유입되는 유체는 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)의 제1-1 영역 및 제2-1 영역을 통해 제1 방향으로 흐르고, 제2 방향으로 연장된 제1-2 영역 및 제2-2 영역에 의해 제2 관통홀(22)로 흐르는 유체의 유동 저항을 줄일 수 있다.
따라서, 제2 관통홀(22)을 향해 흐른 유체는 제2 관통홀(22)을 통해 제3 방향으로 유출될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 관통홀(21, 22)을 통해 유입 및 유출되는 유체의 방향은 제3 방향일 수 있다.
또한, 실시 예에서 제1 관통홀(21)을 통해 유체가 유입되고 제2 관통홀(22)을 통해 유체가 유출되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정하지 않고 제2 관통홀(22)을 통해 유체가 유입되고 제1 관통홀(21)을 통해 유체가 유출될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)의 제1-1 영역 및 제2-1 영역과 제1-2 영역 및 제2-2 영역은 각각 서로 수직하도록 배치된다. 따라서, 이를 연결하기 위해 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)의 제1-1 영역과 제1-2 영역 사이, 제2-1 영역과 제2-2 영역 사이에, 각각 제1-3 영역과 제2-3 영역을 가지게 되며, 제1-3 영역 및 제2-3 영역은 곡률을 가질 수 있다.
이에 따라, 다시 도 3c를 참조하면, 제2 기판(30)은 제1 가이드(110a)의 제1-1영역 및 제1-1 영역과 가장 인접한 제2 기판(30)의 측면 사이에 제1 부(S1)를 형성할 수 있다. 또한, 제1 가이드(110a)의 제1-1 영역 및 제2 가이드(110b)의 제2-1 영역 사이에 형성된 제2 부(S2)를 형성하며, 제2 가이드(110b)의 제2-1 영역 및 제2-1 영역과 가장 인접한 제2 기판(30)의 측면 사이에 제3 부(S3)를 형성하여, 제1 관통홀(21)에서 유입된 유체가 제1, 2, 3부(S1, S2, S3)에서 제1 방향으로 흐를 수 있다. 본 발명에 있어서, 제1 부(S1) 및 제3 부(S3)의 제2 방향의 최대 길이는 같고, 제2부의 최대 길이보다 작을 수 있다.
본 실시 예에서 냉각 장치(10) 내의 유체는 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)에 의해 구분되는 영역에서, 제1 방향을 따라 흐를 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)는 제2 방향으로 서로 이격되며, 제1 방향으로 연장된 복수의 외측면을 가질 수 있다. 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)의 제1-1 영역 및 제2-1 영역은 제2 방향으로 서로 이격된 외측면 사이에 배치될 수 있고, 제1 방향으로 연장된 복수의 외측면과 제1-1 영역 및 제2-2 영역에 의해 제2 기판(30)의 상면은 복수의 구간으로 구성될 수 있다. 복수의 구간에서 유체가 제1 방향으로 흐를 수 있고, 복수의 구간으로 구성함으로써 유체의 유동 저항을 감소할 수 있다. 따라서, 냉각 장치(10)가 발열 모듈을 냉각하는 효율 및 발열 모듈을 냉각시키는 위치에 대한 발열 모듈의 온도 분포 특성이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)의 제1-2 및 제2-2의 제2 방향 길이는, 제1-1 및 제2-1의 제1 방향 길이 대비 1:6 이상 내지 1:7 이하일 수 있다. 이에 따라, 제1 관통홀(21)에서 유입된 유체가 제2 관통홀(22)을 향해 빠르게 이동하며 냉각 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 관통홀(21) 주변에서 구부러지도록 배치된 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)는 제1 관통홀(21) 주변에서 제2 방향으로 흐를 수 있는 형태로 배치되었다 하더라도 제1-2 영역과 제2-2 영역 사이의 제2 방향에 대한 간격, 즉 제1 길이(d3)에 따라, 유체가 제1 및 제2 가이드(110a, 110b) 사이로만 흐를 수 있다. 이를 막기 위해, 도 3a를 참조하면, 제1 관통홀(21) 주변에 배치된 제1 및 제2 가이드(110a, 110b) 사이의 간격(d3)은 제1 및 제2 관통홀(21, 22)의 제2 방향 길이보다 크고, 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)와 냉각 장치(10)의 가장자리 사이 간격(d1, d2)보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 제1 길이(d3)는 제1 및 제2 관통홀(21, 22)의 제2 방향 길이인 10mm 이상 내지 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)의 제1-2 및 2-2 영역과 가장 인접한 제2 기판(30)의 제1 방향 길이인 20mm일 수 있다.
이에 따라, 유체가 제1 및 제2 관통홀(21, 22) 주위에서 유동 저항이 커지는 것을 방지할 수 있고, 제1 및 제2 관통홀(21, 22)을 통해 유입 및 유출되는 유체의 흐름을 원활하게 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 냉각 장치(10)의 가장자리에는 장치를 형성하기 위해, 네 개의 변에 일정 간격의 고정 홀을 배치할 수 있다. 고정 홀은 유체가 흐르는 모듈 내 영역까지 확장하여, 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)와 냉각 장치(10)의 가장자리 간격이 상이할 수 있다. 고정 홀이 존재하지 않는 영역에서 가이드(110a, 110b)와 냉각 장치(10) 사이의 간격(d1, d2)과 고정 홀이 배치된 영역에서의 가이드(110a, 110b)와 냉각 장치(10) 사이의 간격(d1', d2')은 유체의 용이한 이동을 위해 제1 및 제2 가이드(110a, 110b) 사이의 간격(d3)보다 좁을 수 있다.
본 발명에 있어서, 가이드(110a, 110b)를 앞서 언급한 바와 같은 형태로 배치함에 따라, 유체는 제1 유로(F1), 제2 유로(F2), 제3 유로(F3)로 형성될 수 있다. 제1 유로(F1), 제2 유로(F2)는 장치 내에서 제1 및 제2 가이드(110a, 110b)를 기준으로 상, 하부에 형성될 수 있으며, 제3 유로(F3)는 제1 및 제2 가이드(110a, 110b) 사이에 형성될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이 제1 및 제2 가이드(110a, 110b) 사이의 간격(d3)을 조절함에 따라, 제1 관통홀(21) 주변에서 제1 유로(F1), 제2 유로(F2)의 폭은 제3 유로(F3)보다 넓을 수 있다. 또한, 고정 홀이 배치됨에 따라 냉각 장치(10)의 가장자리와 가이드(110a, 110b) 사이의 간격이 상이하기 때문에, 유체의 유속이 달라질 수 있다. 이에 따라, 제1 관통홀(21) 주변에 고정 홀의 위치를 조절하는 경우, 냉각 장치(10)의 가장자리와 가이드(110a, 110b) 사이의 간격(d1, d2, d1', d2')이 배치되는 위치가 변화하여 유체의 속도를 빠르게 만들 수 있다. 유속에 따라 냉각 효과가 상승할 수 있으며, 이는 제2 관통홀(22)에서 더욱 효과적으로 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 냉각 장치(10)는 제1 관통홀(21)이 배치된 냉각 장치(10)의 외측면에 제1-1 및 제2-1 가이드부(113a, 113b)가 배치될 수 있다. 제1-1 및 제2-1 가이드부(113a, 113b)가 제2 방향으로 배치됨에 따라, 유체는 냉각 장치(10)의 각 모서리 영역까지 흐르며 냉각 효과를 제공할 수 있다.
제1 유로(F1), 제2 유로(F2)는 제1-1 및 제2-1 가이드부(113a, 113b)를 형성함에 따라, 제1-1 및 제2-1 가이드부(113a, 113b)의 뒤 쪽인, 냉각 장치의 모서리까지 냉각 효과를 제공할 수 있다. 도 3a에 도시된 제1, 2, 3 유로(F1, F2, F3) 형성은 본 발명을 설명하기 위한 예시적인 것이며, 적어도 두 개 이상의 유로를 형성할 수 있는 어떠한 가이드(110a, 110b)의 구성도 가능하다.
본 발명에 따르면, 냉각 장치(10)의 제2 기판(30)은 제1 기판(20)과 결합하기 위한, 결합 홈(H)이 모듈 내에 배치될 수 있다. 결합 홈(H)이 모듈 내에서 무작위로 배치될 경우에는, 유체의 흐름을 방해하는 요인이 될 수 있다. 이에 따라 결합 홈(H)은 가이드(110a, 110b) 상에 일정한 간격을 두고 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 가이드(110a, 110b)의 제1-1 및 제2-1 영역에 제1 방향으로 존재하는 홈의 간격은, 제1-2 및 제2-2 영역에 제2 방향으로 존재하는 홈의 간격보다 클 수 있다.
도 2b 및 도 3b를 참조하면, 유체의 흐름을 분배하지 않은 냉각 장치(10)가 배치된 발열 모듈의 최고 온도보다, 가이드(110a, 110b)를 통하여 두 개 이상의 유로를 형성하고, 유체의 흐름을 분배한 냉각 장치(10)가 배치된 발열 모듈의 최고 온도가 상대적으로 낮아, 냉각 효율이 높아짐을 알 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 기판에 방열 면적을 확대한 냉각 장치의 내부 형상과 이에 따른 발열 모듈의 온도 분포를 나타낸 도면이다. 도 4a를 참조하면, 각각의 영역은, 유체의 방열 면적을 확대하기 위해, 냉각 장치(10)의 내에서 유체가 흐르는 제1 방향으로 평행한 복수 개의 열교환부가 배치될 수 있다. 제1, 2, 3 부에 각각 제1, 2, 3 열교환부(120a, 120b, 120c)가 배치되며, 제1, 2, 3 열교환부(120a, 120b, 120c) 사이의 간격은 유체가 어느 하나의 열교환부 사이로 쏠리지 않기 위해 일정하며, 방열 면적을 확대하기 위해 소정의 두께를 가져야 한다. 또한, 제1, 2, 3 열교환부(120a, 120b, 120c)의 제3 방향 높이는 제2 기판(30)의 제3 방향 높이 보다 낮은 높이로 형성되어, 냉각 장치(10) 내에서 흐르는 전체 유체를 수용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제2 관통홀(22)이 배치된 냉각 장치(10)의 외측면 영역에 추가적으로 제1-1 및 제 3-1 열교환부(125a, 125b)를 포함할 수 있다. 제1-1 및 제3-1 열교환부(125a, 125b)는 냉각 장치(10)의 제1, 2, 3 열교환부(120a, 120b, 120c)를 통과한 유체가 제2 관통홀(22)로 향하는 과정에서, 냉각 장치(10)의 모서리 영역까지 냉각효과를 제공할 수 있다. 또한, 열 교환된 유체가 용이하게 제2 관통홀(22)를 통해 유출되기 위한 유로를 형성하는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명에 있어서, 제1-1 및 제 3-1 열교환부(125a, 125b)는 제2 관통홀(22) 주변에 위치한 제1, 3 열교환부(120a, 120c)의 끝단에 연장 형성되어 배치될 수 있다. 실시예에 따라, 제1-1 및 제 3-1 열교환부(125a, 125b)는 제1 관통홀(21) 주변에 배치될 수 있으며, 제1 관통홀(21) 주변에 배치되는 제1-1 및 제 3-1 열교환부(125a, 125b)는 유체의 유속을 빠르게 하는 효과를 제공할 수 있다.
가이드(110a, 110b)와 제1, 2, 3 열교환부(120a, 120b, 120c) 및 냉각 장치(10)내에 존재하는 장치들은 알루미늄(Al) 소재로 제작될 수 있으며, 알루미늄 소재 이외에 유체에 의해 부식되지 않고 방열 성능을 향상시킬 수 있는 어떠한 소재도 가능하다.
도 2b 및 도 4b를 참조하면, 유체의 방열 면적을 확대하지 않은 냉각 장치(10)가 배치된 발열 모듈의 최고 온도보다, 제1, 2, 3 열교환부(120a, 120b, 120c) 및 보조 열교환부(125a, 125b)를 배치하여 방열 면적을 확대한 냉각 장치(10)가 배치된 발열 모듈의 최고 온도가 상대적으로 낮아, 냉각 효율이 높아짐을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 냉각 장치의 제2 기판에 가이드를 형성하고, 방열 면적을 확대한 냉각 장치의 내부 형상을 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 냉각 장치의 구성에 따른 발열 모듈의 온도 분포를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 냉각 장치(10)에 가이드(110a, 110b), 제1-1 및 제2-1 가이드(113a, 113b), 제1, 2, 3 열교환부(120a, 120b, 120c) 및 보조 열교환부(125)가 함께 배치될 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 가이드(110a, 110b), 제1-1 및 제2-1 가이드(113a, 113b) 와 제1, 2, 3 열교환부(120a, 120b, 120c) 및 보조 열교환부(125)가 배치된 냉각 장치(10)를 활용하면 발열 모듈의 최고 온도 및 최저 온도가, 가이드(110a, 110b)와 제1, 2, 3 열교환부(120a, 120b, 120c) 및 보조 열교환부(125)를 배치하기 전보다 떨어짐을 알 수 있다. 전체 평균 온도가 떨어짐에 따라, 냉각 장치(10)를 배치한 발열 모듈의 신뢰성이 향상되고, 최고 온도와 최저 온도의 차이(T)가 종래의 냉각 장치보다 감소하여 발열 모듈의 균일성이 개선될 수 있다.
도 7은 본 발명의 냉각 모듈을 복수 개 배치하고 이에 따른 온도 분포를 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 냉각 장치(10)의 크기가 소형화되어, 복수 개의 냉각 장치(10)를 하나의 발열 모듈에 배치하고, 복수 개의 냉각 장치(10)에 유체를 동시에 원활하게 공급할 수 있다. 또한, 냉각 장치(10)는 발열 모듈의 크기에 제약 받지 않고 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각 장치의 제2 기판을 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, 제2 기판(30)은 제1-1 및 제2-1 가이드(113a, 113b)가 배치되는 영역에 추가적으로 보조 열교환부(125)를 배치하여, 냉각 장치(10)의 냉각 효율을 높일 수 있다. 또한, 유체가 제1 및 제3 열교환부(120a, 120c)로 용이하게 흐를 수 있도록 제1 방향을 향하는 곡률을 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 9을 참조하면, 가이드(110a, 110b)와 제1, 2, 3 열교환부(120a, 120b, 120c) 및 보조 열교환부(125)가 배치된 제2 기판(30)의 일측면에 제1 기판(20)이 배치되어 하나의 냉각 장치(10)를 구성하여 냉각 효과를 제공할 수 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예를 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 냉각 장치 13: 커넥터
20: 제1 기판 30: 제2 기판
21: 제1 관통홀 22: 제2 관통홀
110a: 제1 가이드 110b: 제2 가이드
113a: 제1-1 가이드 113b: 제2-1 가이드
120a, 120b, 120c: 제1, 2, 3 열교환부
125: 보조 열교환부
125a: 제1-1 열교환부 125b: 제3-1 열교환부
S1: 제1 부 S2: 제2 부 S3: 제3 부
F1: 제1 유로 F2: 제2 유로 F3: 제3 유로
H: 결합 홈

Claims (9)

  1. 서로 이격되어 배치되는 제1 및 제2 관통홀을 포함하는 제1 기판; 및
    상기 제1 기판과 결합되며, 상기 제1 및 제2 관통홀 사이에 배치되는 제1 및 제2 가이드를 포함하는 제2 기판;
    상기 제1 가이드는,
    상기 제1 및 제2 관통홀 사이에서 제1 방향으로 연장되는 제1-1 영역,
    상기 제1 방향에 수직한 방향인 제2 방향으로 연장되는 제1-2 영역,
    상기 제1-1 영역과 상기 제 1-2 영역 사이에 배치되며 곡률을 가지는 제1-3 영역을 포함하고,
    상기 제2 가이드는,
    상기 제1 및 제2 관통홀 사이에서 제1 방향으로 연장되는 제2-1 영역,
    상기 제2 방향으로 연장되는 제2-2 영역,
    상기 제2-1 영역과 상기 제 2-2 영역 사이에 배치되며 곡률을 가지는 제2-3 영역을 포함하고,
    상기 제1-2 영역과 상기 제2-2 영역은 상기 제2 방향으로 이격되어 배치되며,
    상기 제1 및 제2 관통홀의 제2 방향 길이는,
    상기 제1-2 영역과 상기 제2-2 영역 사이의 제2 방향 길이인 제1 길이보다 작은 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 관통홀의 제2 방향 길이에 대한,
    상기 제1-2 영역과 상기 제2-2 영역 사이의 제2 방향 길이는,
    10mm 이상 내지 20mm 인 냉각 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 가이드는 복수 개의 홈을 포함하는 냉각 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기판은,
    상기 제1-1 영역 및 상기 제1-1 영역과 가장 인접한 상기 제2 기판의 측면 사이에 형성된 제1 부에 배치되는 제1 열교환부;
    상기 제1-1 영역 및 상기 제2-1 영역 사이에 형성된 제2부에 배치되는 제2 열교환부; 및
    상기 제2-1 영역 및 상기 제2-1 영역과 가장 인접한 상기 기판의 측면 사이에 형성된 제3 부에 배치되는 제3 열교환부;를 포함하고,
    상기 제1 부 및 상기 제3 부의 제2 방향의 최대 길이는 같고, 상기 제2부의 최대 길이보다 작은 냉각 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 가이드는, 서로 인접한, 상기 복수 개의 홈의 간격이,
    상기 제1 방향으로 이격되는 제1 간격 및 상기 제2 방향으로 이격되는 제2 간격을 가지며,
    상기 제1 간격이 상기 제2 간격보다 큰 냉각 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 가이드의 상기 제1-2 및 제2-2 의 제2 방향 길이는,
    상기 제1-1 및 제2-1의 제1 방향 길이 대비 1:6 이상 내지 1:7 이하인 냉각 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제2 기판은,
    상기 제1 부 및 제3 부에 배치되는 커넥터를 포함하는 냉각 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제2 기판은, 상기 제1 부 및 제3 부에,
    상기 제1 열교환부와 상기 제1가이드 사이에 배치되는 제1-1 열교환부; 및
    상기 제3 열교환부와 상기 제2가이드 사이에 배치되는 제3-1 열교환부;를 포함하는 냉각 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제2 기판은,
    상기 제1 부 및 제3 부 상에 배치되며,
    상기 제1 관통홀과 상기 제1 및 제3 열교환부 사이에 배치되는 제1-1 및 2-1 가이드를 더 포함하는 냉각 장치.
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