KR20200124894A

KR20200124894A - 냉각 장치

Info

Publication number: KR20200124894A
Application number: KR1020190048317A
Authority: KR
Inventors: 여지원
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2020-11-04

Abstract

본 발명은 작동유체를 냉각시키는 응축부, 상기 작동유체가 이동하여 열교환을 하는 증발부, 상기 응축부로부터 상기 증발부로 상기 작동유체가 이동하는 제1 배관 및 상기 증발부로부터 상기 작동유체가 기화되어 상기 응축부로 이동하는 제2 배관을 포함하며, 상기 증발부는 구획벽을 통해 제1 이동공간과 제2 이동공간으로 나눠지며, 상기 구획벽의 일 영역에는 상기 제1 이동공간과 상기 제2 이동공간을 연결하는 제1 이동통로가 형성되고, 상기 제1 이동공간에는 내측으로 함입되는 유입부가 배치되며, 상기 제1 이동공간에는 적어도 하나의 유동가이드가 배치되고,상기 제1 이동공간을 통해 유입되는 상기 작동유체는 상기 제1 이동통로 통해 상기 제2 이동공간으로 이동하여 열교환을 일으키는 냉각장치를 제공한다.

Description

냉각 장치{Cooling device}

실시예는 냉각 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기계 장치에 사용되는 센서, 제어기 등의 국부적인 발열을 냉각시키기 위한 냉각 장치에 관한 것이다.

최근 환경 문제 대책의 일환으로서, 모터의 구동력을 이용하는 하이브리드 차량, 연료전지 차량, 전기 차량 등의 발전이 더욱 더 주목받고 있다.

상술한 바와 같은 차량은 일반적으로, HSG 제어를 위한 전자소자와, 모터 제어를 위한 전자소자가 필수로 구비되며, 이러한 전자소자들은 구동을 위하여 전력(electricity) 공급 시 가열되기 때문에, 반드시 별도의 냉각수단이 필요하다.

이와 관련된 기술로, 일본공개특허 제2001-245478호(공개일 2001.09.07, 명칭 : 인버터의 냉각 장치)에는 IGBT 등의 반도체 소자와 다이오드를 내장한 반도체 모듈이 사용되는 인버터가 개시된 바 있으며, 일본공개특허 제2008-294283호(공개일 2008.12.04, 명칭 : 반도체 장치)에는 반도체 소자의 하측면에 접하도록 설치되며, 내부에 유체가 흐르면서 열교환하도록 형성되는 히트싱크가 개시된 바 있다.

도 1을 참조하면, 종래에는 차량의 엔진 룸에 구비된 각각의 전자소자(e)를 냉각시키기 위하여, 배관 라인(l)을 통하여 냉매를 이송 후 냉매와 전자소자(e)를 열교환 시켰던 것이다.

그러나, 이러한 종래의 전자소자 냉각 방식은 냉매를 각각의 전자소자(e)로 이송하기 위한 배관 라인(l)과, 냉매가 배관 라인(l)을 따라 이동하기 위한 동력을 생산하는 펌프(p)가 필요하므로, 엔진 룸의 구조를 복잡하게 만들 뿐만 아니라, 펌프를 구동시키기 위한 추가 동력이 필요한 문제점이 있다.

또한, 최근 자율주행이 각광을 받으면서 그에 필요한 센서, 영상처리 장치 측 전자소자의 열이 추가로 발생하게 되었다. 이 열에 대한 냉각방식으로 기존의 위와 같은 방식을 채택할 경우, 배관 라인이 길어질 뿐만 아니라, 내부 공간적 상황은 더 열악해 질 수 있으며, PC의 전자소자 냉각 방식으로 양산되고 있는 히트 파이프(Heat pipe)를 적용할 경우, 소재의 부식 문제가 제기 될 수 있기 때문에, 내구성을 가져야 하는 차량에 적합하지 않은 문제점이 있다.

따라서, 이러한 종래의 냉각 장치가 가지는 단점을 해소할 수 있는 새로운 냉각 장치의 필요성이 대두되고 있다.

(특허문헌 1) 특허문헌 1) 국내공개 특허공보 제2017-0079177호(명칭: 전자소자 냉각용 열교환기, 공개일: 2017.07.10)

실시예는 열을 발생시키는 부재에 직접 부착되어 펌프 없이 순환하는 냉매 냉각 방식을 이용하는 냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 증발부의 구성을 다층구조로 분리하여 열흡수 효과를 증대시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예는, 작동유체를 냉각시키는 응축부; 상기 작동유체가 이동하여 열교환을 하는 증발부; 상기 응축부로부터 상기 증발부로 상기 작동유체가 이동하는 제1 배관; 및 상기 증발부로부터 상기 작동유체가 기화되어 상기 응축부로 이동하는 제2 배관을 포함하며, 상기 증발부는 구획벽을 통해 제1 이동공간과 제2 이동공간으로 나눠지며, 상기 구획벽의 일 영역에는 상기 제1 이동공간과 상기 제2 이동공간을 연결하는 제1 이동통로가 형성되고, 상기 제1 이동공간을 통해 유입되는 상기 작동유체는 상기 제1 이동통로 통해 상기 제2 이동공간으로 이동하여 열교환을 일으키는 냉각장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 제1 이동통로는 상기 구획벽의 하부에 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 증발부는 상기 구획벽을 통해 제1 이동공간과 제2 이동공간으로 구획되는 본체부, 상기 제1 이동공간을 밀폐하는 제1 외벽, 및 상기 제2 이동공간을 밀폐하는 제2 외벽을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 이동공간의 상기 구획벽에는 복수의 돌기가 형성되어 열교환면적을 증대시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 이동공간을 밀폐하는 상기 제2 외벽에는 복수의 돌기가 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 돌기는 상기 제2 외벽과 면접촉을 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 돌기는 상기 구획벽과 수직으로 돌출될 수 있다.

바람직하게는, 상기 돌기는 사각기둥형상을 구비할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 이동공간의 상부에는 제2 이동통로가 구비되며, 상기 제2 이동통로는 상기 제1 이동공간과 구획부에 의해 차단될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 이동공간의 제1 내벽의 상측에는 내측으로 함입되는 유입부가 배치되며, 상기 유입부는 상기 제1 배관과 연결되어 상기 작동유체가 유입될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 이동공간의 상기 제1 내벽과 마주보는 상기 제2 내벽 상측에는 상기 제2 이동통로와 상기 제1 이동공간을 연결하는 제3 이동통로가 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 이동공간에는 상기 제1 이동통로를 통해 유입되는 기포를 제3 이동통로로 가이드하는 가이드부가 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 가이드부는 상기 제1 내벽 및 상기 제2 내벽과 이격되며, 경사를 가지도록 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 가이드부는 상기 구획벽과 곡면으로 연결될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관은 상기 제1 외벽에 함께 연결될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 배관은 상기 응축부의 하부에 연결되며, 상기 제2 배관은 상기 응축부의 상부에 연결될 수 있다.

바람직하게는, 상기 구획부의 일영역에는 돌출턱이 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 복수의 돌기는 서로 다른 높이를 가질 수 있다.

바람직하게는, 상기 복수의 돌기는 상기 제1 이동통로에서 상기 제2 이동통로의 방향으로 비율적으로 돌기의 높이가 낮아질 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예는 열원에 의해 작동유체가 기화되는 증발부; 및 기화된 작동유체가 응축되는 응축부;를 포함하며, 상기 증발부는 구획벽을 통해 제1 이동공간과 제2 이동공간으로 나눠지며, 상기 구획벽의 일 영역에는 상기 제1 이동공간과 상기 제2 이동공간을 연결하는 제1 이동통로가 형성되고, 상기 제1 이동공간에는 적어도 하나의 유동가이드가 배치되고,상기 제1 이동공간을 통해 유입되는 상기 작동유체는 상기 제1 이동통로 통해 상기 제2 이동공간으로 이동하여 열교환을 일으키는 냉각장치로 구현될 수 있다.

바람직하게는, 상기 유동가이드는 복수로 마련되며, 상기 유동가이드는 상기 작동유체가 상기 증발부로부터 유입되는 유입부에서 멀어질수록 높이가 낮아지는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 유동가이드의 상부는 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 유동가이드는 상부에서 하부로 갈수로 폭이 증대되는 구간을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 이웃하는 상기 유동가이드 사이의 간격 중 적어도 하나는 다르게 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 이웃하는 상기 유동가이드 사이의 간격 중 최외각의 간격은 다른 간격에 비해 넓게 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 이동공간에는 내측으로 함입되는 유입부가 배치되며, 상기 유입부는 상기 제1 이동통로를 향하는 경사면을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 구획벽에는 적어도 하나의 보조이동통로가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 보조이동통로는 한 쌍으로 마련되며, 상기 제1 이동통로의 외측에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

실시예에 따르면, 전자소자의 일측에 부착되어 전자소자의 냉각 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 작동 유체의 부족으로 인한 dry-out을 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 전열면의 비등 효과로 냉각되지 못하고 초과되는 열량을 전도를 통해 다른 층에 전달하여 냉각 효율을 증대할 수 있는 효과가 있다.

또한, 전열면(후면)으로 유입되기 전에 전면을 거쳐가기 때문에, 작동유체가 균일하게 흐를 수 있을 뿐만 아니라, 전도를 통한 열전달로 작동유체의 과냉도를 줄일 수 있어 냉각 효과를 증대할 수 있다.

또한, 기체가 빠져나갈 수 있는 공간을 구비하여 전열면적에 기포 누적으로 인한 성능 저하를 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 유동가이드를 이용하여 작동 유체의 균등 분배로 열교환 효과를 상승시킬 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래에 차량의 엔진 룸에 구비된 각각의 전자소자를 냉각시키기 위한 구조를 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치의 전방사시도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치의 후방사시도이고,
도 4는 본 발명의 구성요소인 증발부를 후방에서 바라본 분해사시도이고,
도 5는 도 4의 구성인 본체부의 후면을 바라본 도면이고,
도 6은 본 발명의 구성요소인 증발부를 전방에서 바라본 분해사시도이고,
도 7은 도 6의 구성요소인 본체부의 전면을 바라본 도면이고,
도 8은 본 발명의 구성요소인 증발부의 일실시예를 바라본 분해사시도이고,
도 9는 도 8의 구성요소인 본체부의 전면을 바라본 도면이고,
도 10은 본 발명에서 작동유체의 냉각흐름을 나타내는 도면이고,
도 11은 도 6의 증발부의 또 다른 실시예에이고,
도 12는 도 11의 실시예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1 내지 도 12는, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치의 전방사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치의 후방사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치(1)는 응축부(100), 증발부(200), 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)을 포함할 수 있다.

응축부(100)는 작동유체를 냉각하여 증발부(200)로 공급할 수 있다. 응축부(100)는 증발부(200)에서 열교환이 되어 기화된 작동유체를 냉각하여 증발부(200)로 공급할 수 있다. 응축부(100)의 냉각방법은 제한이 없으며, 자연냉각 또는 강제냉각 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.

증발부(200)는 응축부(100)로부터 작동유체를 공급받으며, 작동유체는 증발부(200) 내부를 순환할 수 있다. 증발부(200)는 전기장치에 사용되는 반도체 장치, 다이오드, 트랜지스터, 저항 및 콘덴서 등의 열을 발생하는 열원, 즉 전자소자와 접촉할 수 있다. 이러한 전자소자는 일반적으로 온도가 일정온도 이상 높아질 경우, 성능이 저하되거나 작동이 되지 않는 문제점이 존재한다.

본 발명의 증발부(200)는 전자소자와 연결되어 열교환을 하여 전자소자의 성능저하를 방지하며, 전자소자의 발열로 인해 작동유체는 비등하여 기체상태로 변환하게 된다.

증발부(200)는 열교환을 용이하게 하도록 금속 재질로 구비될 수 있다. 일실시예로, 증발부(200)는 알루미늄이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 열전도도가 높은 다양한 재질이 사용될 수 있다.

또한, 증발부(200)는 제1 외벽(230), 제2 외벽(240) 및 제1 외벽(230)과 제2 외벽(240) 사이에 배치되는 본체부(210)를 포함하는 복수의 층상구조로 구비될 수 있다. 복수의 층상구조는 제작상의 편의를 위한 것으로 층의 수나 연결구조는 제한되지 않는다. 증발부(200)의 구조는 아래에서 다시 설명하도록 한다.

제1 배관(110)은 응축부(100)로부터 증발부(200)로 작동유체가 이동될 수 있다. 제1 배관(110)의 형상은 제한이 없으며, 다양한 형상으로 변형실시될 수 있다. 일실시예로, 제1 배관(110)은 응축부(100)의 하부에 연결되어 중력에 의해 증발부(200)로 공급될 수 있다.

제2 배관(120)은 증발부(200)에서 기화된 작동유체가 응축부(100)로 이동될 수 있다. 제2 배관(120)은 응축부(100)의 상부에 연결될 수 있다. 기화된 작동유체는 응축부(100)의 상부로 유입되어 냉각되며, 액화된 작동유체는 중력에 의해 자동적으로 아래측에 위치하는 제1 배관(110)을 향해 이동할 수 있다.

제1 배관(110)과 제2 배관(120)은 제1 외벽(230) 또는 제2 외벽(240) 중 어느 일측에 함께 연결될 수 있다. 이는 냉각장치(1)가 전자소자와 연결을 용이하도록 하기 위함이다.

제1 배관(110)과 제2 배관(120)은 증발부(200)와 응축부(100)를 연결하는 통로를 의미하며 다양한 구조나 형상으로 변형실시될 수 있다.

도 4는 본 발명의 구성요소인 증발부(200)를 후방에서 바라본 분해사시도이고, 도 5는 도 4의 구성인 본체부(210)의 후면을 바라본 도면이고, 도 6은 본 발명의 구성요소인 증발부(200)를 전방에서 바라본 분해사시도이고, 도 7은 도 6의 구성요소인 본체부(210)의 전면을 바라본 도면이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 증발부(200)는 구획벽(211)을 통해 작동유체가 이동하는 제1 이동공간(212)과 제2 이동공간(213)으로 구획되는 본체부(210), 제1 이동공간(212)의 전면에 연결되어 제1 이동공간(212)을 밀폐하는 제1 외벽(230) 및 제2 이동공간(213)의 전면에 연결되어 제2 이동공간(213)을 밀폐하는 제2 외벽(240)을 포함할 수 있다.

본체부(210)는 구획벽(211)을 통해 작동유체가 이동할 수 있는 제1 이동공간(212)과 제2 이동공간(213)을 구획될 수 있으며, 구획벽(211)의 하부에는 제1 이동공간(212)과 제2 이동공간(213)을 연결하는 제1 이동통로(214)가 형성될 수 있다.

제1 이동공간(212)으로 유입되는 작동유체는 중력에 의해 아래로 하강하게 되며, 하강된 작동유체는 제1 이동통로(214)를 통해 제2 이동공간(213)으로 이동할 수 있다. 제2 이동공간(213)으로 이동한 작동유체는 제2 외벽(240)과 연결되는 전자소자와 열교환을 하여 기화되어 응축기로 이동할 수 있다.

일실시예로, 제1 이동공간(212)은 구획벽(211)과 구획벽(211)의 양측에 배치되는 제1 내벽(210b)과 제2 내벽(210c)을 통해 형성될 수 있으며, 제1 이동통로(214)는 구획벽(211) 하부에 가로방향으로 세장형으로 형성될 수 있다. 제1 내벽(210b)의 상측에는 내측으로 함입되는 유입부(210a)가 배치되며, 유입부(210a)는 응축부(100)로부터 공급되는 작동유체가 유입될 수 있다.

세장형으로 마련되는 제1 이동통로(214)는 유입부(210a)를 통해 공급되는 작동유체가 제2 이동공간(213) 전체로 공급될 수 있도록 한다. 이러한 제1 이동통로(214)는 제2 이동공간(213)에서 작동유체가 가열되는 경우 일측으로 치우치는 공급이 아닌 전체적으로 작동유체를 공급하여 냉각효율을 증대할 수 있다.

제2 이동공간(213)은 구획벽(211)을 통해 구획되며, 구획벽(211)의 상부에는 제2 이동통로(216)가 형성되고, 구획벽(211)의 하부에는 제1 이동공간(212)과 연결되는 제1 이동통로(214)가 형성될 수 있다.

제2 이동통로(216)는 제2 이동공간(213)으로 유입된 작동유체가 가열되어 비등되며, 기화된 작동유체가 이동할 수 있다.

제2 이동통로(216)의 일측에는 제2 내벽(210c)보다 내측으로 합입된 유출부(216a)가 형성되며, 제2 이동통로(216)로 이동된 작동유체는 유출부(216a)를 통해 빠져나가 응축부(100)로 이동할 수 있다.

제2 이동통로(216)는 구획벽(211)을 관통하나, 제1 이동공간(212)에 구비되는 구획부(219)에 의해 제1 이동공간(212)과는 차단될 수 있다. 이는 기체가 유입부(210a)로 들어가는 것을 방지하기 위함이다.

구획부(219)의 일영역에는 제1 이동공간(212)과 제2 이동통로(216)를 연결하는 제3 이동통로(217)가 형성될 수 있다. 일실시예로, 제3 이동통로(217)는 제1 이동공간(212)의 제2 내벽(210c)의 상측에 배치될 수 있다. 제3 이동통로(217)는 제1 이동공간(212)에서 발생되는 기포나 제2 이동공간(213)에서 발생된 기포가 제1 이동통로(214)를 넘어들어오는 경우, 이를 다시 제2 이동통로(216)로 이동시킬 수 있다.

구획부(219)는 작동유체의 가열로 발생된 기포가 유입부(210a)로 들어가는 것으로 방지하기 위해 경사를 가지도록 배치될 수 있으며, 구획부(219)의 일 영역에는 돌출턱(219a)이 형성되어 기포가 유입부(210a)로 들어가는 것으로 차단할 수 있다.

또한, 제2 이동통로(216)는 유입부(210a)보다 상측에 배치될 수 있다. 이는 제2 이동공간(213)에서 기화되어 상승하는 기체가 유입부(210a)로 흘러들어가지 않도록 하기 위함이다.

제2 이동공간(213)을 형성하는 구획벽(211) 또는 제2 외벽(240) 중 어느 하나에는 제2 이동공간(213)을 향하도록 복수의 돌기(215)가 형성될 수 있다. 복수의 돌기(215)는 제2 외벽(240)에 접촉하는 전자소자에서 발생되는 열을 작동유체로 전달시 열전달 효율을 증대하는 것을 목적으로 한다. 도면에서는 돌기(215)가 구획벽(211)에서 돌출되는 것으로 나타나고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 제2 외벽(240)에서 제2 이동공간(213)을 향하도록 돌출되는 구조로 배치될 수 있다.

구획벽(211)은 제1 이동공간(212)과 제2 이동공간(213)을 구획하며, 제2 이동공간(213)에서 가열된 작동유체는 구획벽(211)을 통해 제1 이동공간(212)에 위치하는 작동유체로 열을 전달하게 된다.

이는 비등을 통해 열량이 높아진 제2 이동공간(213)의 작동유체가 구획벽(211)을 통해 제1 이동공간(212)에 존재하는 작동유체로 열을 전달하기 때문에 제2 이동공간(213)에서는 열확산이 발생하며, 제1 이동공간(212)의 작동유체는 과냉도를 줄일 수 있어 증발부(200)의 성능을 향상시킬 수 있다.

돌기(215)는 제2 외벽(240)과 면접촉을 할 수 있다. 이는 제2 외벽(240)과 접촉하는 전자소자의 열을 작동유체로 전달하는 효율을 증대할 수 있다.

돌기(215)는 구획벽(211)으로부터 수직으로 돌출될 수 있다. 일실시예로, 돌기(215)는 사각기둥의 형상으로 마련될 수 있다. 사각기둥 형상의 돌기(215)는 상면이 제2 외벽(240)과 접촉하여 전자소자에서 발생하는 열을 돌기(215)로 전달하며, 사각기둥의 측벽은 작동유체로 열을 전달할 수 있다.

구획벽(211)에 수직으로 돌출되는 구조를 구비하는 돌기(215)로 인해 그 부분에서 작동유체의 표면장력이 생기게 되며, 용이하게 머무를 수 있게 된다.

또한, 수직으로 형성되는 측벽은 구획벽(211)과 접촉하는 영역에서 비등을 통해 기포가 발생되며, 수직으로 연결되는 측벽에 발생된 기포는 측벽으로부터 이탈이 용이하게 된다.

또한, 복수의 돌기(215)는 기포의 자유도를 증대시켜 기체 유동에 따른 dry-out을 늦출 수 있다.

또한, 복수의 돌기(215)는 서로 다른 높이를 구비할 수 있다. 일실시예로, 복수의 돌기(215)는 제1 이동통로(214)에서 제2 이동통로(216)의 방향으로 비율적으로 돌기(215)의 높이가 낮아질 수 있으며, 이는 작동유체의 액막에 의한 냉각 혹은 커진 기포들의 유동을 용이하게 하여 성능을 높일 수 있다.

복수로 마련되는 돌기(215)는 일정간격을 배열되어 작동기체를 전체적으로 고르게 가열할 수 있다. 이를 통해 전자소자로부터 전달되는 열에 의한 부등가열을 방지할 수 있다.

제1 외벽(230)은 제1 이동공간(212)의 전면에 결합하여 제1 이동공간(212)을 밀폐할 수 있다. 제1 외벽(230)에는 제1 연결홀(231)과 제2 연결홀(232)이 형성될 수 있다.

제1 연결홀(231)은 제1 이동공간(212)에 배치되는 유입부(210a)의 전면에 배치되어 제1 배관(110)의 일측 단부가 연결될 수 있다. 제1 연결홀(231)을 통해 유입되는 액상의 작동유체는 제1 이동공간(212)으로 이동할 수 있다.

제2 연결홀(232)은 제2 이동공간(213)의 제2 이동통로(216)에 배치되는 유출부(216a)의 전면에 배치될 수 있다. 제2 연결홀(232)은 작동유체가 제1 이동공간(212)에서 제2 이동공간(213)으로 이동하는 경우, 전자소자의 열을 받아 비등이 일어나게 되며, 기화된 작동유체가 이동하는 통로의 역할을 할 수 있다. 제2 연결홀(232)을 통해 유입되는 기상의 작동유체는 제2 배관(120)에 의해 응축부(100)로 이동할 수 있다.

제2 외벽(240)은 제2 이동공간(213)의 전면에 결합하여 제2 이동공간(213)을 밀폐할 수 있다. 제2 외벽(240)은 전자소자와 접촉하여 열을 작동유체로 전달하며, 제2 외벽(240)의 형상은 접촉하는 전자소자의 형상과 밀착되도록 다앙하게 변형실시될 수 있다.

도 8은 본 발명의 구성요소인 증발부(200)의 일실시예를 바라본 분해사시도이고, 도 9는 도 8의 구성요소인 본체부(210)의 전면을 바라본 도면이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 구성요소인 증발부(200)의 일실시예는 가이드부(218)를 포함할 수 있다.

가이드부(218)는 제1 이동공간(212)에 경사를 가지도록 배치되어 제1 이동통로(214)를 통해 유입되는 기포를 제3 이동통로(217)로 가이드할 수 있다. 가이드부(218)는 제1 내벽(210b) 및 제2 내벽(210c)과 이격되도록 배치될 수 있다. 이는 제1 내벽(210b)과 가이드부(218)의 일측 단부의 이격통로를 통해 제1 이동공간(212) 내부로 작동유체를 공급하기 위함이다. 또한, 제2 내벽(210c)과 가이드부(218)의 타측 단부의 이격 통로는 제1 이동통로(214)로 유입되는 작동유체의 기포를 유출부(216a)로 이동시킬 수 있다.

일실시예로, 가이드부(218)는 돌출된 막대형상을 구비할 수 있으며, 가이드부(218)는 구획벽(211)과 곡면으로 연결될 수 있다. 이는 가이드부(218)에서 작동유체가 기화되는 것을 방지하기 위함이다. 곡면의 형상에는 제한이 없으며, 다양한 형태로 연결 가능하다.

도 10은 본 발명에서 작동유체의 냉각흐름을 나타내는 도면이다. 도 10의 (a)는 증발부(200)의 제1 이동공간(212)에서 바라본 작동유체의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 10의 (b)는 증발부(200)의 측면에서 바라본 작동유체의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 10의 (c)는 증발부(200)의 제2 이동공간(213)에서 바라본 작동유체의 흐름을 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 유입부(210a)를 통해서 유입되는 작동유체는 제1 이동공간(212)에서 하방으로 이동하여 제1 이동통로(214)를 통해 제2 이동통로(216)로 이동하게 된다.

제2 이동공간(213)으로 유입되는 작동유체는 하부에서부터 가열되기 시작하여 상부로 이동하게 되며, 이동과정에서 비등을 통해 기화되어 상승하게 된다. 상승된 기체는 제2 이동통로(216)에서 유출부(216a)로 이동하여 제2 배관(120)을 타고 응축부(100)로 이동하면서 열교환이 발생된다.

또한, 제2 이동공간(213)에서 제1 이동통로(214)를 통해 제1 이동공간(212)으로 유입되는 기포는 가이드부(218)를 통해 유출부(216a)로 이동하게 된다.

도 11은 도 6의 증발부의 또 다른 실시예에이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 구성요소인 증발부(200)의 제1 이동공간(212)에는 내측으로 함입되는 유입부(210a)가 배치되며, 제1 이동공간(212)에는 적어도 하나의 유동가이드(250)가 배치될 수 있다.

유입부(210a)는 응측부로부터 공급되는 작동유체가 유입되는 공간으로 제1 이동공간(212)의 내측으로 합입되는 구조로 마련될 수 있다.

일실시예로, 유입부(210a)는 제1 이동통로(214)를 향하는 경사면(210d)을 구비할 수 있다. 경사면(210d)은 유입부(210a)를 형성하는 하측벽에 배치되며, 내측에서 외측으로 갈수록 유입부(210a)의 폭이 증대도록 형성될 수 있다.

경사면(210d)은 응축부(100)로부터 유입되는 작동유체의 퍼짐각도를 확보하여 작동유체가 유동가이드(250)로 들어가기 전 챔버가지의 유동을 결정할 수 있다. 이 경우, 작동유체의 유속을 감소하더라도 자유도를 증대할 수 있다.

또한, 경사면(210d)은 작동유체가 제1 이동공간(212) 전체로 균등 분배되도록하여 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.

유동가이드(250)는 제1 이동공간(212)내에서 돌출되도록 구획벽(211)에 배치되며, 작동유체의 이동을 가이드할 수 있다.

유동가이드(250)는 복수로 마련될 수 있으며, 유입부(210a)에서 멀어질수록 높이가 낮아지도록 구비될 수 있다. 이는 경사면(210d)을 타고 이동하는 작동유체가 원할하게 유입되도록 할 수 있다. 일실시예로, 유동가이드(250)는 일정한 비율로 낮아질 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 유동가이드(250)의 거리나 작동유체의 속도에 따라 다양하게 변형실시될 수 있다.

복수로 배치되는 유동가이드(250)는 일정간격으로 배치되어 작동유체가 이동시 한쪽으로 치우치는 것을 방지할 수 있으며, 제2 이동공간(213)의 발열을 제1 이동공간(212)으로 이동시킬 수 있다.

또한, 복수로 배치되는 유동가이드(250)는 냉각장치의 부착상태 또는 자세가 순간적으로 기울어지는 상황이 되더라도 해당공간의 일정량의 작동유체를 유지시켜 제2 이동공간(213)으로 작동유체를 공급할 수 있으며, 제2 이동공간(213)의 돌기(215)를 통해 전달되는 열을 제1 이동공간(212)을 이동하는 작동유체로 전달하여 열전달 면적을 증대하여 냉각의 효율을 증대할 수 있다.

유동가이드(250)의 상부은 곡면으로 형성될 수 있다. 이는 작동유체가 유동가이드(250)와 접촉시 흐름 저항을 상쇄시킬 뿐만 아니라, 소용돌이 발생을 저하하여 성능 저하를 방지할 수 있다. 유동가이드(250)의 상부의 곡면 형상은 제한이 없으며 다양한 곡률을 구비할 수 있다.

유동가이드(250)는 상부에서 하부로 갈수록 폭이 증대되는 구간을 구비할 수 있다.

일실시예로, 유동가이드(250)의 측면은 경사를 가지도록 구비되어, 상부에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지는 구간을 구비할 수 있으며, 유동가이드(250)의 단부는 제1 이동통로(214)와 접하도록 배치될 수 있다.

유동가이드(250)의 폭이 넓어질수록 복수로 배치되는 유동가이드(250)의 이웃하는 사이 간격은 좁아지게 된다. 이러한 간격 조절은 작동유체가 선순환하게 할뿐만 아니라, 작동유체가 온도가 낮거나 발열량이 적을때에는 표면장력이 크기 때문에 제2 이동공간(213)에서 작동유체의 흐름이 느려지게 되어 제2 이동공간(213)에서 열교환효율을 증대할 수 있다.

반대로, 작동유체가 온도가 높거나 발열량이 큰 경우 표면장력이 작아지기 때문에, 그 만큼 흐름이 빨라지게 되며 제2 이동공간(213)에서 필요한 작동유체를 빠르게 공급할 수 있다.

도 12는 도 11의 실시예를 나타내는 도면이다.

도 12를 참조하면, 복수로 배치되는 유동가이드(250)에서 이웃하는 유동가이드(250) 사이의 간격 중 적어도 하나는 다르게 배치될 수 있다.

이웃하는 유동가이드(250) 사이의 최단 간격은 서로 다르게 배치될 수 있다. 이때, 각각의 이웃하는 간격은 서로 다르게 배치될 수 있으며, 유동가이드(250)가 배치되는 비율에 따라 달라질 수 있다. 유동가이드(250)의 간격은 유입부(210a)에서 멀어질수록 커지도록 설정될 수 있다.

또한, 이경우 유동가이드(250)의 간격은 유동가이드(250)와 제1 내벽(210b)의 거리에 따라 설정될 수 있다.

일실시예로, 이웃하는 유동가이드(250)의 최외각에 배치되는 간격(d2)은 다른 간격(d1)에 비해 넓게 배치될 수 있다. 이와 같이 유동가이드(250)의 간격을 조정하는 것은 작동유체의 균등한 열분배를 위함이다. 작동유체는 열전달 면적을 이동하는 거리가 길면 길수록 비등하기 쉬운 상태가 되어 과열되기 쉽기 때문에 유동가이드(250) 사이을 이동하는 작동유체의 유량을 늘려 실직적인 균등상태를 만들 수 있으며, 이를 통해 드라이아웃(dry-out)을 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 구획벽(211)에는 적어도하나의 보조이동통로(214a)가 구비될 수 있다.

보조이동통로(214a)는 냉각장치의 부착 주세가 변경되어 주흐름으로 작동유체가 유동하지 못하는 경우, 필요유량을 보조할 수 있다.

일실시예로, 보조이동통로(214a)는 한 쌍으로 마련되며, 제1 이동통로(214)의 외측에 배치될 수 있다.

도 12에 나타나는 것과 같이, 보조이동통로(214a)는 구획벽(211)을 관통하여 제1 이동공간(212)과 제2 이동공간(213)을 연결하여 작동유체가 이동할 수 있는 통로를 형성할 수 있다. 이 경우, 보조이동통로(214a)는 요구되는 작동유체의 양에 따라 다른 크기로 형성될 수 있다.

일실시예로, 보조이동통로(214a)는 제1 내벽(210b) 및 제2 내벽(210c)과 이격되도록 형성되는 통로에 형성될 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 냉각장치
100 : 응축부 110 : 제1 배관
120 : 제2 배관 200 : 증발부
210 : 본체부 210a : 유입부
210b : 제1 내벽 210c : 제2 내벽
210d : 경사면 211 : 구획벽
212 : 제1 이동공간 213 : 제2 이동공간
214 : 제1 이동통로 214a : 보조이동통로
215 : 돌기 216 : 제2 이동통로
216a : 유출부 217 : 제3 이동통로
218 : 가이드부 219 : 구획부
219a : 돌출턱 230 : 제1 외벽
231 : 제1 연결홀 232 : 제2 연결홀
240 : 제2 외벽 250 : 유동가이드

Claims

열원에 의해 작동유체가 기화되는 증발부; 및
기화된 작동유체가 응축되는 응축부;를 포함하며,
상기 증발부는 구획벽을 통해 제1 이동공간과 제2 이동공간으로 나눠지며, 상기 구획벽의 일 영역에는 상기 제1 이동공간과 상기 제2 이동공간을 연결하는 제1 이동통로가 형성되고,
상기 제1 이동공간에는 적어도 하나의 유동가이드가 배치되고,상기 제1 이동공간을 통해 유입되는 상기 작동유체는 상기 제1 이동통로 통해 상기 제2 이동공간으로 이동하여 열교환을 일으키는 냉각장치.
제1 항에 있어서,
상기 유동가이드는 복수로 마련되며,
상기 유동가이드는 상기 작동유체가 상기 증발부로부터 유입되는 유입부에서 멀어질수록 높이가 낮아지는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제1 항에 있어서,
상기 유동가이드의 상부는 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각장치
제2 항에 있어서,
상기 유동가이드는 상부에서 하부로 갈수로 폭이 증대되는 구간을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제2 항에 있어서,
이웃하는 상기 유동가이드 사이의 간격 중 적어도 하나는 다르게 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제5 항에 있어서,
이웃하는 상기 유동가이드 사이의 간격 중 최외각의 간격은 다른 간격에 비해 넓게 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제1 항에 있어서,
상기 제2 이동공간의 상기 구획벽에는 복수의 돌기가 형성되어 열교환면적을 증대시키는 냉각장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 이동공간에는 내측으로 함입되는 유입부가 배치되며,
상기 유입부는 상기 제1 이동통로를 향하는 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제1 항에 있어서,
상기 구획벽에는 적어도 하나의 보조이동통로가 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
제9 항에 있어서,
상기 보조이동통로는 한 쌍으로 마련되며, 상기 제1 이동통로의 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.