WO2014208873A1 - 유체동압 방열장치 - Google Patents

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WO2014208873A1
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heat
heat pipe
pipe loop
led chip
coupled
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PCT/KR2014/002726
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이동주
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(주)우미앤씨
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S362/00—Illumination
    • Y10S362/80—Light emitting diode

Definitions

  • the present invention relates to a hydrodynamic heat dissipation device.
  • a heat dissipation device used in various devices using LEDs
  • a heat dissipation device having a heat dissipation fin structure has been disclosed.
  • the heat dissipation device having a heat dissipation fin structure has a problem that it is difficult to maintain a large surface area of the heat dissipation fin in a situation where the size of the heat sink is small due to the small size of the LED chip.
  • the surface area of the heat dissipation fin is widened, the distance between the heat absorbing portion and the heat dissipating portion is farther, and thus the heat transfer speed is lowered.
  • the conventional heat dissipation device further includes a heat dissipation fan that is rotated at high speed, but the addition of the heat dissipation fan has a problem of generating power consumption and heat dissipation fan noise for driving the heat dissipation fan.
  • the present invention is to provide a fluid dynamic heat dissipation device having high heat transfer performance and heat dissipation efficiency, and which can prevent the heat dissipation performance from being lowered due to temperature variation during heat dissipation.
  • the LED chip the thermal base coupled to the LED chip to absorb heat generated by the LED chip, formed in a tubular shape, the working fluid is injected and the endothermic portion and endotherm coupled to the thermal base and heat transfer is possible
  • a heat balance portion coupled to the first heat pipe loop to circulate heat of the first heat pipe loop and the vibrating capillary type having a heat dissipating portion for dissipating heat absorbed from the unit.
  • a hydrodynamic heat dissipation device is provided.
  • the first heat pipe loop is formed in a helical structure and is disposed in an annular shape so that a radial heat dissipation part is formed, and the heat balance part may be disposed along an annular circumference of the first heat pipe loop.
  • the thermal balance part may include a heat transfer pipe in which a working fluid is injected and a wick is formed on the inner wall.
  • the heat balance part may include a second heat pipe loop formed in a tubular shape so that a working fluid is injected and spirally disposed along the annular circumference of the first heat pipe loop.
  • an LED chip a thermal base coupled to the LED chip to absorb heat generated by the LED chip, formed in a tubular shape, the working fluid is injected and endothermic portion and endotherm coupled to the thermal base so as to be heat transferable Fluid dynamic pressure including a vibrating tubular type first heat pipe having a heat dissipating part for dissipating heat absorbed from the part and a heating part coupled to the first heat pipe loop to apply a heat to the first heat pipe to prevent a temperature deviation.
  • a heat dissipation device is provided.
  • the first heat pipe loop is formed in a helical structure and is disposed in an annular shape so that a radial heat dissipation part is formed, and the heating part may be disposed along an annular circumference of the first heat pipe loop.
  • the heating unit may include a nichrome wire that generates heat by the electrical resistance.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a hydrodynamic heat radiation device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view showing a hydrodynamic heat radiation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing a hydrodynamic heat radiation device according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • 1 is a perspective view showing a hydrodynamic heat radiation device according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is an exploded perspective view showing a hydrodynamic heat radiation device according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a cross-sectional view showing a hydrodynamic heat radiation device according to an embodiment of the present invention.
  • the hydrodynamic heat dissipation apparatus 1000 includes an LED chip 100, a thermal base 200, a first heat pipe loop 300, and a thermal balance. A portion 400 is included.
  • the LED chip 100 is a part that generates the light necessary for lighting by having an LED that can emit light using electrical energy.
  • the LED chip 100 may be configured in various ways as necessary, such as may include an LED and a substrate on which the LED is mounted.
  • the thermal base 200 is a portion coupled to the LED chip 100 to absorb heat generated by the LED chip 100, and receives the heat generated from the LED chip 100 to be described later. Can be delivered to.
  • the thermal base 200 according to the present embodiment may be made of a material having high thermal conductivity for rapid heat transfer.
  • the thermal base 200 according to the present embodiment may be made of a metal having high thermal conductivity, such as copper and aluminum.
  • the first heat pipe loop 300 is formed in a tubular shape, a working fluid is injected therein, and an oscillating tubular type having a heat absorbing part for dissipating heat absorbed from the heat absorbing part and a heat absorbing part coupled to the thermal base 200 to be heat transferable. As a part of, the heat generated from the LED chip 100 can be dissipated.
  • a portion of the first heat pipe loop 300 coupled to the thermal base 200 may be an endothermic portion receiving heat from the thermal base 200.
  • the outer portion of the first heat pipe loop 300 spaced apart from the thermal base 200 may be a main heat dissipation unit.
  • the first heat pipe loop 300 of the present embodiment is made of a vibrating tubular heat pipe using a fluid dynamic pressure (FLUID DYNAMIC PRESSURE) can quickly dissipate a large amount of heat.
  • FLUID DYNAMIC PRESSURE fluid dynamic pressure
  • the heat pipe of the tubular structure is lightweight, it may be structurally stable when supported by the thermal base 200.
  • the vibrating tubular heat pipe has a structure in which the inside of the tubule is sealed from the outside after the working fluid and bubbles are injected into the tubule at a predetermined ratio. Accordingly, the vibrating tubular heat pipe has a heat transfer cycle for mass transfer of heat in latent heat form by volume expansion and condensation of bubbles and working fluids.
  • the heat absorbing portion of the heat absorbing nucleate boiling occurs as the amount of heat absorbed bubbles are located in the heat absorbing portion expands the volume.
  • nucleate Boiling the bubbles located in the heat dissipating part that dissipate heat by the volume of the bubbles located in the heat absorbing part are contracted. Therefore, as the pressure equilibrium in the tubules collapses, the flow including the oscillation of the working fluid and the bubbles in the tubules is accompanied, and thus heat radiation is performed by the latent heat transfer by the temperature rise due to the volume change of the bubbles.
  • the vibrating capillary heat pipe may include a capillary tube made of a metal material such as copper and aluminum having high thermal conductivity. Accordingly, while conducting heat at a high speed, the volume change of the bubbles injected therein can be rapidly induced.
  • the heat balance unit 400 is a portion coupled to the first heat pipe loop 300 to circulate heat of the first heat pipe loop 300 to prevent temperature deviation, and the heat dissipation performance is deteriorated due to the temperature difference during heat dissipation. Can be prevented.
  • the heat dissipation is carried out through the expansion and condensation of the bubbles of the heat absorbing portion and the heat dissipating portion and the working fluid. It can be greatly influenced by.
  • the heat pipe disposed at the upper portion is disposed since the cold air flows downward and the hot air flows upward in the air circulation process.
  • the temperature may be higher than that of the heat pipe disposed below.
  • the fluid hydrostatic heat dissipation apparatus 1000 circulates the heat of the first heat pipe loop 300 through the heat balance part 400 to prevent temperature variation, thereby dissipating heat due to temperature variation during heat dissipation.
  • the performance can be prevented from deteriorating.
  • the hydrodynamic heat dissipation apparatus 1000 may be covered by a separate cover 10 so as not to be directly exposed to the outside during use.
  • hydrodynamic heat dissipation apparatus 1000 is not limited to the structure shown in FIGS. 1 and 2, and may be variously modified as necessary to be variously applied to various devices using LEDs.
  • the first heat pipe loop 300 is formed in a helical structure and is disposed in an annular shape so that a radial heat dissipation part is formed, and the thermal balance part 400 is the first heat. It may be disposed along the annular circumference of the pipe loop 300.
  • the first heat pipe loop 300 is formed by continuously connecting unit loops and may have a spiral structure.
  • the spiral structure in which the customs are wound at tight intervals allows the long customs to be efficiently disposed in a limited space.
  • first heat pipe loop 300 of the present embodiment may be disposed in an annular shape such that both ends of the first heat pipe loop 300 having a spiral structure face each other. Accordingly, since the first heat pipe loop 300 is formed in a radial shape in which the center region is emptied, it may have high air permeability regardless of the installation direction, thereby maintaining excellent heat dissipation performance regardless of the installation direction.
  • the communication structure of the first heat pipe loop 300 may be both an open loop and a close loop.
  • all or part of the first heat pipe loops 300 may communicate with the neighboring first heat pipe loops 300.
  • the plurality of first heat pipe loops 300 may have an open loop or closed loop shape as a design necessity.
  • the first heat pipe loop 300 having the spiral structure in which the unit loops are continuously connected is not limited thereto, and the shape of the first heat pipe loop 300 may include the unit loops formed separately.
  • Various loop shapes may be included, such as arranged shapes.
  • the heat balance part 400 is disposed along the annular circumference of the first heat pipe loop 300 in the first heat pipe loop 300 arranged in an annular shape, thereby forming a row of the entire first heat pipe loop 300.
  • the circulation can be made smoothly.
  • FIG 2 and 3 illustrate a configuration in which the thermal balance unit 400 is disposed inside the annular circumference of the first heat pipe loop 300, but is not necessarily limited thereto. It may be arranged in various ways, such as may be disposed outside along the annular circumference of 300.
  • the thermal balance unit 400 may include a heat transfer pipe in which a working fluid is injected and a wick is formed on an inner wall.
  • the heat transfer pipe is made of a weak heat pipe, so that a large amount of heat can be transferred quickly.
  • the wick type heat pipe includes a sealed pipe into which a working fluid is injected, a wick in which the working fluid moves on the inner wall of the pipe, and a vapor moving space in which the vaporized working fluid moves in the pipe.
  • the working fluid vaporized in the heat transfer portion is moved through the steam moving space to the heat transfer portion that transfers heat to other parts. Then, the vaporized working fluid moved to the heat transfer unit is condensed to transfer the heat of vaporization to the heat transfer unit. The condensed working fluid is returned to its original position via the wick. As a result, a heat transfer cycle for transferring heat to the heat transfer unit is made.
  • the wick type heat pipe having the above-described heat transfer structure has a relatively large diameter tube as compared to the tubular heat pipe, and many working fluids can be injected therein. Accordingly, a large amount of heat can be quickly transferred through a process in which a large number of working fluids are vaporized and condensed at a time.
  • the heat balance unit 400 including the heat transfer pipes may further increase the heat circulation of the first heat pipe loop 300 to increase the heat dissipation efficiency of the fluid dynamic heat dissipation device 1000 according to the present embodiment. .
  • the heat balance part 400 is formed in a tubular shape so that a working fluid is injected and a second heat spirally disposed along an annular circumference of the first heat pipe 300. It may include a pipe loop. In this case, since the heat transfer mechanism of the second heat pipe loop is the same as or similar to that of the first heat pipe 300 described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • thermal circulation may be accelerated, but arrangement constraints may occur due to the influence of gravity or the like.
  • the fluid dynamic heat dissipation apparatus 1000 according to the present embodiment is more uniform and free from the arrangement of the fluid dynamic heat dissipation apparatus 1000 including the second heat pipe loop.
  • the heat dissipation efficiency of the fluid dynamic heat dissipation device 1000 according to the present embodiment may be increased.
  • the fluid dynamic heat dissipation apparatus 1000 may include an LED chip 100, the thermal base 200, the first heat pipe 300 and a heating unit (not shown). That is, a heating unit (not shown) coupled to the first heat pipe loop 300 may be provided to apply heat to the first heat pipe loop 300 to prevent temperature variation instead of the above-described heat balance unit 400. have.
  • the height of the overall temperature of the first heat pipe loop 300 may have a relatively low effect on the heat dissipation performance using the fluid dynamic pressure.
  • the hydrodynamic heat dissipation apparatus 1000 applies heat to a part or the entire part of the first heat pipe 300 instead of circulating the heat of the first heat pipe 300.
  • the hydrodynamic heat dissipation apparatus 1000 applies heat to a part or the entire part of the first heat pipe 300 instead of circulating the heat of the first heat pipe 300.
  • the first heat pipe loop 300 is formed in a helical structure and is disposed in an annular shape so that a radial heat dissipation part is formed, and the heating part (not shown) is the first heat. It may be disposed along the annular circumference of the pipe loop 300.
  • the first heat pipe loop 300 is formed by continuously connecting unit loops, and may be formed in a helical structure.
  • the first heat pipe loop 300 may have an annular shape such that both ends of the first heat pipe loop 300 face each other. It may be arranged in the form.
  • the first heat pipe loop 300 since the first heat pipe loop 300 is formed in a radial shape in which the center region is emptied, it may have high air permeability regardless of the installation direction, thereby maintaining excellent heat dissipation performance regardless of the installation direction.
  • a heating unit (not shown) is disposed along the annular circumference of the first heat pipe 300 to the first heat pipe 300 arranged in an annular shape, thereby heating the entire first heat pipe 300. This can be done smoothly.
  • the heating unit may include a nichrome wire that generates heat by electric resistance.
  • the nichrome wire is an alloy resistance wire having a large electrical resistance based on nickel and chromium, and can convert electrical energy into thermal energy through the electrical resistance.
  • the nichrome wire has a relatively small cross-sectional area and a light weight instead of having a high electrical resistance, it may be easier to reduce the size and weight of the hydrodynamic heat dissipation device 1000 according to the present embodiment.
  • the heat transfer performance and the heat dissipation efficiency is high, it is possible to implement a fluid dynamic heat dissipation device that can prevent the heat dissipation performance is lowered by the temperature deviation during heat dissipation.

Abstract

유체동압 방열장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 유체동압 방열장치는 엘이디칩, 엘이디칩에서 발생하는 열을 흡수하도록 엘이디칩에 결합되는 써멀베이스, 세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며 써멀베이스와 열전달 가능하게 결합되는 흡열부와 흡열부에서 흡수된 열을 방출하는 방열부를 구비한 진동세관형의 제1 히트파이프루프 및 제1 히트파이프루프의 열을 순환시켜 온도 편차를 방지하도록 제1 히트파이프루프에 결합되는 열균형부를 포함한다.

Description

유체동압 방열장치
본 발명은 유체동압 방열장치에 관한 것이다.
엘이디(LED)를 이용한 각종 장치에서는 엘이디의 발열로 인하여 다량의 열이 발생된다. 일반적으로 장치가 과열되면 작동오류가 발생되거나 손상될 수 있는 바, 엘이디를 이용한 각종 장치에서는 과열을 방지하기 위한 방열장치가 필수적으로 요구된다.
엘이디를 이용한 각종 장치에 사용되는 방열장치의 일 예로서 종래에는 방열핀 구조의 방열장치가 개시된 바 있다.
그런데, 방열핀 구조의 방열장치는 엘이디칩의 크기가 작아서 흡열부의 크기가 작아져야 하는 상황에서 방열핀의 표면적을 넓게 유지하기 어렵다는 문제점이 있다. 그리고, 방열핀의 표면적을 넓히더라도 흡열부와 방열부 사이의 거리가 멀어져서 열전달 속도가 떨어지므로 방열효율을 향상시키는데 한계가 있다.
또한, 방열핀은 오염에 취약하므로, 오염으로 인한 방열 성능의 저하가 발생하는 문제도 있다.
이에 따라, 긴 히트 파이프를 통해 장치에서 발생된 열을 이송한 후에 방열핀으로 방열하는 구조가 제시되었으나, 이러한 구조의 방열장치는 열전달 경로가 길어짐에 따라 열전달 효율이 떨어지며 열전달의 병목현상이 생기는 문제가 있다.
이러한 한계를 보완하기 위하여, 종래의 방열장치는 고속 회전되는 방열팬을 더 포함하나, 방열팬의 추가는 방열팬의 구동을 위한 전력 소모 및 방열팬 소음을 발생시키는 문제점이 있다.
― 선행기술문헌 ―
한국공개특허 제10-2013-0037310호 (2013. 04. 16. 공개)
본 발명은 열전달 성능 및 방열효율이 높고, 방열시 온도 편차에 의해 방열성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 유체동압 방열장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 엘이디칩, 엘이디칩에서 발생하는 열을 흡수하도록 엘이디칩에 결합되는 써멀베이스, 세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며 써멀베이스와 열전달 가능하게 결합되는 흡열부와 흡열부에서 흡수된 열을 방출하는 방열부를 구비한 진동세관형의 제1 히트파이프루프 및 제1 히트파이프루프의 열을 순환시켜 온도 편차를 방지하도록 제1 히트파이프루프에 결합되는 열균형부를 포함하는 유체동압 방열장치가 제공된다.
여기서, 제1 히트파이프루프는 나선형 구조로 형성되어 있으며 방사상의 방열부가 형성되도록 환형으로 배치되고, 열균형부는 제1 히트파이프루프의 환형 둘레를 따라 배치될 수 있다.
열균형부는 작동유체가 주입되고 내벽에 위크가 형성된 전열파이프를 포함할 수 있다.
그리고, 열균형부는 세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며 제1 히트파이프루프의 환형 둘레를 따라 나선형으로 배치되는 제2 히트파이프루프를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 엘이디칩, 엘이디칩에서 발생하는 열을 흡수하도록 엘이디칩에 결합되는 써멀베이스, 세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며 써멀베이스와 열전달 가능하게 결합되는 흡열부와 흡열부에서 흡수된 열을 방출하는 방열부를 구비한 진동세관형의 제1 히트파이프루프 및 제1 히트파이프루프에 열을 가하여 온도 편차를 방지하도록 제1 히트파이프루프에 결합되는 가열부를 포함하는 유체동압 방열장치가 제공된다.
여기서, 제1 히트파이프루프는 나선형 구조로 형성되어 있으며 방사상의 방열부가 형성되도록 환형으로 배치되고, 가열부는 제1 히트파이프루프의 환형 둘레를 따라 배치될 수 있다.
그리고, 가열부는 전기저항에 의해 발열하는 니크롬선을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체동압 방열장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체동압 방열장치를 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체동압 방열장치를 나타낸 단면도.
― 부호의 설명 ―
10: 커버
100: 엘이디칩
200: 써멀베이스
300: 제1 히트파이프루프
400: 열균형부
1000: 유체동압 방열장치
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 유체동압 방열장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체동압 방열장치를 나타낸 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체동압 방열장치를 나타낸 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체동압 방열장치를 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)는 엘이디칩(100), 써멀베이스(200), 제1 히트파이프루프(300) 및 열균형부(400)를 포함한다.
엘이디칩(100)은 전기 에너지를 이용해 빛을 발산할 수 있는 엘이디를 구비함으로써 조명에 필요한 빛을 발생시키는 부분이다. 이 경우, 엘이디칩(100)은 엘이디 및 엘이디가 장착되는 기판을 포함하여 구성될 수 있는 등, 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
써멀베이스(200)는 엘이디칩(100)에서 발생하는 열을 흡수하도록 엘이디칩(100)에 결합되는 부분으로, 엘이디칩(100)에서 발생하는 열을 받아서 후술할 제1 히트파이프루프(300)에 전달할 수 있다.
이 경우, 본 실시예에 따른 써멀베이스(200)는 신속한 열전달을 위하여 열전도성이 높은 물질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 써멀베이스(200)는 구리, 알루미늄 등의 열전도성이 높은 금속으로 이루어질 수 있다.
제1 히트파이프루프(300)는 세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며, 써멀베이스(200)와 열전달 가능하게 결합되는 흡열부와 흡열부에서 흡수된 열을 방출하는 방열부를 구비한 진동세관형의 부분으로, 엘이디칩(100)에서 발생되는 열을 방열할 수 있다.
구체적으로 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 히트파이프루프(300) 중 써멀베이스(200)와 결합되는 부분은 써멀베이스(200)로부터 열을 전달받는 흡열부일 수 있다. 그리고, 써멀베이스(200)로부터 이격된 제1 히트파이프루프(300)의 외측부분은 주요한 방열부가 될 수 있다.
특히, 본 실시예의 제1 히트파이프루프(300)는 유체동압(FLUID DYNAMIC PRESSURE)을 이용한 진동세관형의 히트파이프로 이루어짐으로써 대량의 열을 빠르게 발산할 수 있다. 또한, 세관형 구조의 히트파이프는 경량이므로, 써멀베이스(200)에 지지될 때 구조적으로도 안정적일 수 있다.
진동세관형 히트파이프는 세관 내부에 작동유체와 기포가 소정 비율로 주입된 후 세관 내부가 외부로부터 밀폐되는 구조를 가진다. 이에 따라, 진동세관형 히트파이프는 기포 및 작동유체의 부피팽창 및 응축에 의하여 열을 잠열 형태로 대량으로 수송하는 열전달 사이클을 가진다.
열전달 메카니즘을 살펴보면, 열을 흡수한 흡열부에서는 흡수된 열량만큼 핵비등(Nucleate Boiling)이 일어나면서 흡열부에 위치된 기포들이 부피 팽창을 하게 된다. 이때 세관은 일정한 내부 체적을 유지하므로, 흡열부에 위치된 기포들이 부피 팽창을 한 만큼 열을 발산하는 방열부에 위치된 기포들은 수축하게 된다. 따라서 세관 내의 압력 평형상태가 붕괴되면서, 세관 내에서 작동유체 및 기포의 진동을 포함한 유동이 수반되고, 이에 따라 기포의 체적 변화에 의한 온도의 승강에 의하여 잠열 수송이 이루어짐으로써 방열이 수행된다.
여기서, 진동세관형 히트파이프는 열전도도가 높은 구리, 알루미늄 등의 금속 소재로 이루어진 세관을 포함할 수 있다. 이에 따라, 열을 빠른 속도로 전도 받음과 아울러 그 내부에 주입된 기포의 체적변화를 빠르게 유발할 수 있다.
열균형부(400)는 제1 히트파이프루프(300)의 열을 순환시켜 온도 편차를 방지하도록 제1 히트파이프루프(300)에 결합되는 부분으로, 방열시 온도 편차에 의해 방열성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 상술한 바와 같은 유체동압을 이용한 진동세관형의 히트파이프의 경우, 흡열부 및 방열부의 기포와 작동유체의 부피팽창 및 응축을 통해 방열이 수행되므로, 중력에 의한 영향은 미미하나 온도 편차에 의한 영향을 클 수 있다.
예를 들어, 유체동압을 이용한 진동세관형의 히트파이프가 옆으로 뉘어진 형태로 배치되어 있다면, 공기의 순환 과정에서 찬 공기가 하부로 향하고 더운 공기가 상부로 향하므로, 상부에 배치된 히트파이프가 하부에 배치된 히트파이프보다 온도가 높을 수 있다.
이 경우, 유체동압을 이용한 진동세관형의 히트파이프의 상하간에 온도 불균형이 발생하게 되고, 이로 인해 정상적인 유체동압, 즉 흡열부 및 방열부의 기포와 작동유체의 부피팽창 및 응축이 원활하게 이루어지지 않아 방열성능이 저하될 수 있다.
따라서, 유체동압을 이용한 진동세관형의 히트파이프의 경우, 방열 과정에서의 각 부분간의 온도 편차를 최소화하여 전체적으로 균일한 유체동압을 확보하는 것이 방열성능에 중요한 요소일 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)는 열균형부(400)를 통해 제1 히트파이프루프(300)의 열을 순환시켜 온도 편차를 방지함으로써, 방열시 온도 편차에 의해 방열성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)는 별도의 커버(10)에 의해 커버되어 사용 시 외부에 직접적으로 노출되지 않도록 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)는 도 1 및 도 2에 도시된 구조에 한정되지 않고, 엘이디를 이용한 각종 장치에 다양하게 적용되도록 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
본 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)에서, 제1 히트파이프루프(300)는 나선형 구조로 형성되어 있으며 방사상의 방열부가 형성되도록 환형으로 배치되고, 열균형부(400)는 제1 히트파이프루프(300)의 환형 둘레를 따라 배치될 수 있다.
구체적으로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 히트파이프루프(300)는 단위루프가 연속적으로 연결되어 이루어진 것으로서, 나선형 구조로 형성될 수 있다. 이와 같이, 세관이 조밀한 간격으로 감겨진 나선형 구조는, 한정된 공간에서 긴 세관이 효율적으로 배치될 수 있게 한다.
더불어, 본 실시예의 제1 히트파이프루프(300)는 나선형의 구조의 제1 히트파이프루프(300)의 양단이 서로 마주하도록 환형의 형태로 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 히트파이프루프(300)는 중심영역이 비워진 방사상의 형태로 형성되어, 설치 방향에 상관없이 높은 통기성을 가질 수 있으므로, 설치 방향에 상관없이 뛰어난 방열성능을 유지할 수 있다.
이 경우, 제1 히트파이프루프(300)의 연통구조는 개루프(open loop)와 폐루프(close loop) 모두 가능할 수 있다. 또한, 제1 히트파이프루프(300)가 복수일 때, 제1 히트파이프루프(300)의 전부 또는 일부는 이웃하는 제1 히트파이프루프(300)와 연통될 수 있다. 이에 따라, 복수의 제1 히트파이프루프(300)는 설계상 필요에 따라 전체적으로 개루프 또는 폐루프 형상을 가질 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 단위루프가 연속적으로 연결된 나선형 구조의 제1 히트파이프루프(300)를 제시하였으나 이에 한정되지는 않으며, 제1 히트파이프루프(300)의 형태는 개별적으로 형성된 단위루프가 차례로 배열된 형태 등 다양한 루프 형상을 포함할 수 있다.
이와 같이, 환형으로 배치되는 제1 히트파이프루프(300)에 열균형부(400)가 제1 히트파이프루프(300)의 환형 둘레를 따라 배치됨으로써, 제1 히트파이프루프(300) 전체의 열 순환이 원활하게 이루어질 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에서는 열균형부(400)가 제1 히트파이프루프(300)의 환형 둘레를 따라 내부에 배치된 구성을 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제1 히트파이프루프(300)의 환형 둘레를 따라 외부에 배치될 수도 있는 등, 필요에 따라 다양하게 배치될 수 있다.
본 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)에서, 열균형부(400)는 작동유체가 주입되고 내벽에 위크가 형성된 전열파이프를 포함할 수 있다. 이 경우, 전열파이프는 위크형의 히트파이프로 이루어짐으로써 대량의 열을 빠르게 전달할 수 있다.
위크형의 히트파이프는, 작동유체가 주입되는 밀폐된 파이프와, 파이프 내벽에 작동유체가 이동하는 위크(wick) 및 파이프 내부에서 기화된 작동유체가 이동하는 증기이동공간으로 이루어진다.
구체적인 기능을 살펴보면, 열이 전달된 부분에서 기화된 작동유체가 증기이동공간을 통하여, 다른 부분으로 열을 전달하는 전열부로 이동한다. 그리고, 전열부로 이동한 기화된 작동유체는 응축되어 기화열을 전열부로 전달한다. 응축된 작동유체는 위크를 통하여 원위치로 환류된다. 이에 따라, 전열부로 열을 전달하는 열전달 사이클이 이루어진다.
상술한 열전달 구조를 가지는 위크형 히트파이프는, 세관형 히트파이프에 비하여 상대적으로 큰 직경의 관을 가지며 내부에 많은 작동유체가 주입될 수 있다. 이에 따라, 한번에 많은 작동유체가 기화 및 응축되는 과정을 통하여, 대량의 열이 신속하게 전달될 수 있는 특징을 가진다.
따라서, 전열파이프를 포함하는 열균형부(400)는, 제1 히트파이프루프(300)의 열 순환을 더욱 신속하게 하여 본 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)의 방열효율을 높일 수 있다.
본 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)에서, 열균형부(400)는 세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며 제1 히트파이프(300)의 환형 둘레를 따라 나선형으로 배치되는 제2 히트파이프루프를 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 히트파이프루프의 열전달 메커니즘은 상술한 제1 히트파이프(300)와 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
상술한 바와 같이, 열균형부(400)를 위크형의 히트파이프로 구성하는 경우, 열 순환을 신속하게 할 수는 있으나, 중력 등의 영향에 따른 배치상의 제약이 발생할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)는, 열균형부(400)가 제2 히트파이프루프를 포함하여, 유체동압 방열장치(1000)의 배치 형태에 구애됨이 없이 보다 균일하고 안정적으로 제1 히트파이프루프(300)의 열을 순환시킴으로써 본 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)의 방열효율을 높일 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)는 엘이디칩(100), 써멀베이스(200), 제1 히트파이프루프(300) 및 가열부(미도시)를 포함할 수 있다. 즉, 상술한 열균형부(400) 대신에 제1 히트파이프루프(300)에 열을 가하여 온도 편차를 방지하도록 제1 히트파이프루프(300)에 결합되는 가열부(미도시)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 유체동압을 이용한 진동세관형의 히트파이프의 경우, 방열 과정에서의 각 부분간의 온도 편차를 최소화하여 전체적으로 균일한 유체동압을 확보하는 것이 방열성능에 중요한 요소일 수 있다.
반면, 제1 히트파이프루프(300)의 전체적인 온도의 고저는 상대적으로 유체동압을 이용한 방열성능에 미치는 영향이 낮을 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)는 제1 히트파이프루프(300)의 열을 순환시키는 대신에, 제1 히트파이프루프(300)의 일부 또는 전체 부분에 열을 가하여, 제1 히트파이프루프(300)의 온도 편차를 방지함으로써, 방열시 온도 편차에 의해 방열성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)에서, 제1 히트파이프루프(300)는 나선형 구조로 형성되어 있으며 방사상의 방열부가 형성되도록 환형으로 배치되고, 가열부(미도시)는 제1 히트파이프루프(300)의 환형 둘레를 따라 배치될 수 있다.
구체적으로, 제1 히트파이프루프(300)는 단위루프가 연속적으로 연결되어 이루어진 것으로서, 나선형 구조로 형성될 수 있고, 나선형의 구조의 제1 히트파이프루프(300)의 양단이 서로 마주하도록 환형의 형태로 배치될 수 있다.
이에 따라, 제1 히트파이프루프(300)는 중심영역이 비워진 방사상의 형태로 형성되어, 설치 방향에 상관없이 높은 통기성을 가질 수 있으므로, 설치 방향에 상관없이 뛰어난 방열성능을 유지할 수 있다.
이와 같이, 환형으로 배치되는 제1 히트파이프루프(300)에 가열부(미도시)가 제1 히트파이프루프(300)의 환형 둘레를 따라 배치됨으로써, 제1 히트파이프루프(300) 전체의 가열이 원활하게 이루어질 수 있다.
본 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)에서, 가열부(미도시)는 전기저항에 의해 발열하는 니크롬선을 포함할 수 있다. 여기서, 니크롬선이란 니켈과 크로뮴을 기초로 한 전기저항이 큰 합금 저항선으로서, 전기저항을 통해 전기에너지를 열에너지로 변환할 수 있다.
이러한, 니크롬선은 높은 전기저항을 갖는 대신에 상대적으로 단면적이 작고 경량이므로, 본 실시예에 따른 유체동압 방열장치(1000)를 소형화 및 경량화하는 것이 보다 용이할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전달 성능 및 방열효율이 높고, 방열시 온도 편차에 의해 방열성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 유체동압 방열장치를 구현할 수 있다.

Claims (7)

  1. 엘이디칩;
    상기 엘이디칩에서 발생하는 열을 흡수하도록 상기 엘이디칩에 결합되는 써멀베이스;
    세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며 상기 써멀베이스와 열전달 가능하게 결합되는 흡열부와 상기 흡열부에서 흡수된 열을 방출하는 방열부를 구비한 진동세관형의 제1 히트파이프루프; 및
    상기 제1 히트파이프루프의 열을 순환시켜 온도 편차를 방지하도록 상기 제1 히트파이프루프에 결합되는 열균형부;
    를 포함하는 유체동압 방열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 히트파이프루프는 나선형 구조로 형성되어 있으며 방사상의 방열부가 형성되도록 환형으로 배치되고,
    상기 열균형부는 상기 제1 히트파이프루프의 환형 둘레를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 유체동압 방열장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열균형부는 작동유체가 주입되고 내벽에 위크가 형성된 전열파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체동압 방열장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열균형부는 세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며 상기 제1 히트파이프루프의 환형 둘레를 따라 나선형으로 배치되는 제2 히트파이프루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체동압 방열장치.
  5. 엘이디칩;
    상기 엘이디칩에서 발생하는 열을 흡수하도록 상기 엘이디칩에 결합되는 써멀베이스;
    세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며 상기 써멀베이스와 열전달 가능하게 결합되는 흡열부와 상기 흡열부에서 흡수된 열을 방출하는 방열부를 구비한 진동세관형의 제1 히트파이프루프; 및
    상기 제1 히트파이프루프에 열을 가하여 온도 편차를 방지하도록 상기 제1 히트파이프루프에 결합되는 가열부;
    를 포함하는 유체동압 방열장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 히트파이프루프는 나선형 구조로 형성되어 있으며, 방사상의 방열부가 형성되도록 환형으로 배치되고,
    상기 가열부는 상기 제1 히트파이프루프의 환형 둘레를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 유체동압 방열장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 가열부는 전기저항에 의해 발열하는 니크롬선을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체동압 방열장치.
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