WO2020096320A1 - 전기, 전자 기기 냉각용 열전도 시스템 - Google Patents

전기, 전자 기기 냉각용 열전도 시스템 Download PDF

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WO2020096320A1
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working fluid
storage unit
heating element
fluid storage
gas discharge
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PCT/KR2019/014893
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오지영
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주식회사 스마트웨어솔루션
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20136—Forced ventilation, e.g. by fans

Definitions

  • the present invention relates to a heat conduction system for cooling a heat generating component, for example, a heat conduction system for cooling a heat generating component, which is installed in a heat generating mechanism such as a semiconductor chip or LED, and quickly discharges heat generated from the heat generating mechanism in a minimum volume. It is about.
  • electronic devices such as computers and mobile communication are equipped with electronic components capable of processing a large amount of data, that is, packaged semiconductor chips, and heat is generated in the process of processing the semiconductor chips by data.
  • heat generated rises above a certain temperature, it affects not only the semiconductor chip itself, but also peripheral components, which adversely affects the performance of the entire electronic device.
  • the present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a heat conduction system that allows the vaporized working fluid to rapidly cool the heat of the heating element.
  • a heat conduction system is installed on a heating element, and in a heat conduction device for absorbing and transferring heat generated by the heating element, the body is formed, hollow, and the inside is in a vacuum state
  • An object of the present invention is to provide a device for enthusiasm, characterized in that it comprises a gas discharge portion to be discharged.
  • the working fluid storage unit has a first cross-sectional area, a first storage unit in the form of a disc in which a liquid working fluid is accommodated, and a second storage area, and a second storage unit forming a flow path through which the vaporized working fluid moves.
  • An object of the present invention is to provide a heat-conducting device, which is characterized by including it.
  • the working fluid storage unit includes a structure capable of impregnating the working fluid, and the structure is made of a material having flexibility and thermal conductivity.
  • the gas discharging unit according to the volume of the gaseous working fluid evaporated from the working fluid storage unit, characterized in that the gaseous working fluid is formed to be discharged by forming a jet flow, solving the problem of providing a heat conduction device By means.
  • the gas discharge part includes an opening having at least one or more diameters.
  • the diameter of the at least one opening is characterized in that provided with a diameter of 20 microns to 100 microns, it is an object of the present invention to provide a heat conduction device.
  • the second storage unit is to provide a heat conduction device, characterized in that at least a portion is formed to have a negative slope, so that the working fluid recondensed inside the housing body can be guided to the working fluid storage unit. Let's solve it.
  • the gas discharge portion is made of a porous material, to provide a heat conduction device as a solution to the problem.
  • the gas discharge portion and the working fluid storage portion, characterized in that it further comprises a hollow sealing member to prevent the vaporized working fluid from leaking to the outside (Leak), providing a passion device Do it as a solution to the problem.
  • the housing characterized in that it further comprises an air flow supply for supplying air flow toward the front of the heating element, to provide a passion device as a solution to the problem.
  • the present invention is installed on a heating element that generates a large amount of heat, such as a semiconductor chip or an LED light, so that the working fluid absorbing the heat generated from the heating element is vaporized and forms a jet to rapidly generate heat in the heat dissipation device.
  • a heating element that generates a large amount of heat, such as a semiconductor chip or an LED light
  • the working fluid absorbing the heat generated from the heating element is vaporized and forms a jet to rapidly generate heat in the heat dissipation device.
  • the heating element can be quickly cooled.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a heat dissipation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing a part of a heat dissipation device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing a heat dissipation device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a heat dissipation device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing the shape of the second partition wall of the heat dissipation device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a heat dissipation device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a heat dissipation device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing a part of a heat dissipation device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is according to another embodiment of the present invention It is a schematic perspective view showing a heat dissipation device.
  • the heat dissipation device 100 includes a housing body 10, a working fluid storage unit 20, a working fluid inlet 30, a partition wall 40, a gas discharge unit 50 and a housing cover 60.
  • the heat dissipation device 100 is installed on the heating element H and can absorb heat generated by the heating element H.
  • heating element (H) examples include electronic components such as a CPU, a power transistor, an LED, an RF module of a communication device, an automobile battery, and a heat dissipation device 100 according to an embodiment of the present invention according to the type or shape of the heating element H The size and shape of can be appropriately modified.
  • the housing body 10 forms a main body and is hollow and may have a vacuum inside.
  • the housing body 10 may be made of a metal material having high thermal conductivity.
  • a metal material having high thermal conductivity such as electrolytic copper, stainless steel, low carbon steel, aluminum, or a plastic material such as polypropylene having high temperature resistance and high corrosion resistance.
  • the housing body 10 may be formed to a thickness of 0.3mm ⁇ 0.6mm.
  • the housing body 10 includes a groove formed to correspond to the shape of the heating element (H) on the bottom surface, it is possible to conduct heat by being in contact with the heating element (H).
  • the working fluid storage unit 20 is formed in the lower portion of the housing body 10, and can store working fluid, which is a medium that absorbs heat through phase change.
  • the working fluid includes a liquid having a large specific heat capacity such as water and alcohol having a boiling point in the operating temperature range of the heating element H to be cooled.
  • the working fluid storage unit 20 includes a structure (not shown) capable of impregnating the working fluid, and such a structure may be made of a material having flexibility and thermal conductivity.
  • the structure may be in the form of a mesh or braided line, and may be disposed in thermal contact with the inner bottom of the working fluid storage 20 and the inner bottom of the housing body 10.
  • Such a structure has a high thermal conductivity, it improves the heat dissipation effect of the heat dissipation device 100 according to an embodiment of the present invention and at the same time increases the cross-sectional area to increase the amount of working fluid that can be impregnated.
  • the working fluid storage unit 20 includes an evaporation unit, which is a space in which the working fluid absorbs and evaporates heat of the heating element H, thereby temporarily retaining the evaporated working fluid to effectively retain jets to be described later.
  • an evaporation unit which is a space in which the working fluid absorbs and evaporates heat of the heating element H, thereby temporarily retaining the evaporated working fluid to effectively retain jets to be described later.
  • the working fluid storage unit 20 may be a cylinder shape formed inside the housing body 10, and a hemispherical shape according to the shape of the heating element H and / or the shape of the housing body 10 (See FIG. 2) It can be implemented in a variety of modifications.
  • the working fluid inlet 30 may be formed on one side of the housing body 10 and may guide the working fluid into the working fluid storage 20.
  • the working fluid inlet 30 may be connected to the working fluid storage 20, and may be formed on one side of the housing body 10 to correspond to the forming position of the working fluid storage 20. .
  • the partition wall 40 may be formed to surround the working fluid storage unit 20 inside the housing body 10.
  • the partition wall 40 can be divided into a working body storage unit 20 and a working fluid storage unit 20 and a diffusion unit that is other space, and the volume of the diffusion unit is greater than the volume of the working fluid storage unit 20. It can be big.
  • a gap portion through which the working fluid flows may be formed between the partition wall 40 and the housing body 10.
  • the partition wall 40 is sufficient if the shape surrounding the working fluid storage unit 20 is sufficient and may be formed of a shell having a dome or hemispherical shape as in FIG. 2.
  • the gas discharge part 50 may be formed on one side of the partition wall 40.
  • the gas discharge unit 50 may be formed to discharge the gaseous working fluid by forming a jet stream according to the volume of the working fluid vaporized in the working fluid storage unit 20.
  • the gas discharge unit 50 may be formed according to the cooling capacity of the heat dissipation device 100 based on the heat generation amount of the heating element H and / or the saturated vapor pressure of the working fluid.
  • the temperature of the working fluid storage unit 20 is 60 ° C.
  • the temperature of the diffusion unit that is a space other than the working fluid storage unit 20 is If 45 ° C, the saturated vapor pressure of distilled water is 20kPa at 60 ° C and 10kPa at 45 ° C, so a pressure difference of 10kPa is formed between the working fluid storage unit 20 and the diffusion unit.
  • the density of the working fluid storage unit 20 (density of distilled water) is 130 g / m ⁇ 3 at 60 ° C, so water vapor (Evaporated distilled water) has a flow rate of 400 m / s.
  • the area of the gas discharge unit 50 is set to set the volume discharge amount of water vapor per second. Can be.
  • the shape and / or number of the gas discharge unit 50 is not limited, and may be modified to form a jet stream according to the heating amount of the heating element H.
  • the housing cover 60 may be formed on the upper portion of the housing body 10, and at least partially, so that the working fluid re-condensed inside the housing body 10 can be guided to the working fluid storage unit 20 by gravity. It may be formed to have a negative slope.
  • the housing body 10 may be formed to maintain a vacuum.
  • the heat of the heating element H is conducted along the bottom surface of the housing body 10, and the working fluid in the working fluid storage 20 is evaporated through the heat absorbing plate.
  • the diffusion unit has a lower pressure than the working fluid storage unit 20, the working fluid evaporated through the gas discharge unit 50 is adiabatically expanded toward the diffusion unit.
  • the adiabatic expanded working fluid is condensed by the low temperature of the outside air while rising in the diffuser, and the condensed working fluid is returned to the working fluid storage unit 20 along the inner surfaces of the housing cover 60 and the housing body 10. It is returned (returned through the gap between the partition 40 and the housing body 10).
  • the working fluid cooled in this process cools the upper part of the housing body 10 including the housing cover 60, and forms a thermal difference cooling through the outer wall of the heat dissipation device 100 by forming a temperature difference between the heat dissipation device 100 and the upper and lower parts. do.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing a heat dissipation device according to another embodiment of the present invention.
  • the partition walls 421, 423, and 425 of the heat dissipation device include a first partition wall 421 provided to surround a working fluid, and one end communicating with the first partition wall 421
  • the second partition wall 423 and the first partition wall 421 and the second partition wall 423 are provided to communicate with the third partition wall 425 to provide a flow path through which the evaporated working fluid moves.
  • It may include a third partition wall 425 including at least one gas discharge portion 52 for discharging the vapor of the working fluid moved through.
  • the third partition wall 425 may be provided with a brass sintered body.
  • the third partition wall 425 may be manufactured by placing a spherical tin alloy brass sintered powder into a metal mold and applying pressure at about 700 ° C to sinter it.
  • the third partition wall 425 may be provided with a sintered body made of stainless steel, nickel, plastic or ceramic powder as well as brass.
  • the material of the third partition wall 425 is exemplified for the sake of understanding, and a user can form a sintered body using various materials as needed, which is not intended to limit the scope of the present invention.
  • the diameter of the gas outlet part 52 provided at least one of the third partition walls 425 may be provided in a range of 20 microns to 100 microns.
  • the average diameter of the at least one gas outlet 52 may be 50 microns.
  • each diameter of the at least one gas discharge part 52 may be provided differently from each other.
  • the temperature of the portion where evaporation occurs is relatively higher than the temperature of the portion where condensation occurs, and the temperature of the portion where condensation occurs also changes according to the ambient temperature.
  • the diameter of the gas outlet 52 determines the speed of the gas with which the working fluid has evaporated.
  • FIG. 4 shows a heat dissipation device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 5 shows a shape of a working fluid storage unit of the heat dissipation device according to another embodiment of the present invention.
  • the heat dissipation device forms a main body and is provided to make a surface contact with the housing body 22 and the heating element H, which are hollow and have a vacuum inside. , It is provided between the working fluid storage unit 423 and the working fluid storage unit 423 and the housing body 22 to provide a space for receiving the working fluid to vaporize the working fluid to form a jet stream to be discharged It may be provided to include a gas outlet (425).
  • the working fluid storage unit 423 includes a structure 421 capable of impregnating the working fluid, and the structure may be made of a material having flexibility and thermal conductivity.
  • the entire structure of the working fluid storage 423 as well as the structure 421 may be provided with a material having flexibility and thermal conductivity.
  • the gas discharge unit 425 may be formed such that the gaseous working fluid is discharged by forming a jet stream according to the volume of the gaseous working fluid evaporated from the working fluid storage.
  • the gaseous working fluid forms a jet stream and is quickly discharged, thereby quickly circulating in the housing body 22, thereby allowing more efficient heat dissipation.
  • the gas discharge unit 425 may include an opening having at least one or more diameters, and the diameter of the opening may be 20 to 100 microns.
  • the temperature of the portion where evaporation occurs is relatively higher than the temperature of the portion where condensation occurs, and the temperature of the portion where condensation occurs also changes according to the ambient temperature.
  • the diameter of the gas outlet 425 determines the speed of the gas from which the working fluid is evaporated.
  • the gas discharge unit 425 may be provided with a conductive porous material.
  • the gas discharge portion 425 may be provided with a brass sintered body.
  • the gas discharge unit 425 may be manufactured by inserting a spherical tin alloy brass sintered powder into a metal mold and applying pressure at about 700 ° C to sinter it.
  • the gas discharge unit 425 may be provided with a sintered body made of stainless steel, nickel, plastic or ceramic powder as well as brass.
  • the material of the gas discharge unit 425 is for illustrative purposes only, and the user can form a sintered body using various materials as necessary, which is not intended to limit the scope of the present invention.
  • the heat dissipation device of the present invention is provided between the gas discharge unit 425 and the working fluid storage unit 423 to prevent the vaporized working fluid from leaking to the outside, thereby sealing the hollow member S It may further include.
  • the working fluid storage portion 423 Since the working fluid storage portion 423 is vaporized by the high temperature of the working fluid and discharged as a jet stream through the gas discharge unit 425, it is essential to prevent the gaseous working fluid from flowing out.
  • the working fluid storage unit 423 has a first cross-sectional area, has a first storage section and a second cross-sectional area in the form of a disk in which a liquid working fluid is accommodated, and the vaporized working fluid moves. It may be provided to include a second storage portion to form a flow path.
  • the second storage unit may be provided to have a diameter of at least two or more cross-sections.
  • the cross section of the lower portion of the second storage portion is provided to have a first diameter (D1)
  • the cross section of the upper portion of the second storage portion is provided to have a third diameter (D3)
  • the upper and lower portions of the second storage portion The cross section between can be provided to have a second diameter (D2).
  • the following relationship may be established between the first diameter D1 and the third diameter D3.
  • the first diameter D1 and the third diameter D3 may be provided larger than the second diameter D2, which enables the vaporized working fluid to move the working fluid storage 423 at a faster rate.
  • FIG. 6 illustrates a heat dissipation device according to another embodiment of the present invention.
  • the heat dissipation device is provided on one surface of the housing 81, may include an air flow supply unit 90 for supplying air flow toward the front of the heating element have.
  • the air flow supply unit 90 is installed at the lower end of the housing 81, it may be provided to supply the air flow toward the front of the heating element (H) to be heated.
  • the air flow supply unit 90 is provided to supply air flow toward the front surface of the heating element H, thereby moving the heated air to the front surface of the heating element H to generate the heating element There is an effect that can increase the heat dissipation efficiency of (H).
  • the present invention relates to a heat conduction system for cooling electrical and electronic equipment, and can be applied to heat dissipation products of various electrical and electronic products.

Abstract

본 발명은 발열체상에 설치되고 상기 발열체가 발생시키는 열을 흡수 전달하는 열전도 장치에 있어서, 본체를 형성하고 중공상이며 내부가 진공상태인 하우징 바디, 발열체와 면접촉을 하도록 구비되며, 작동유체를 수용하는 공간을 제공하는 작동유체 저장부 및 상기 작동유체 저장부와 상기 하우징 바디의 사이에 구비되어 기화된 작동유체가 제트류를 형성하여 배출되도록 하는 기체 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열정도 장치에 관한 것이다.

Description

전기, 전자 기기 냉각용 열전도 시스템
본 발명은 발열부품 냉각용 열전도 시스템에 관한 것으로서, 그 예로 반도체 칩이나 LED와 같은 발열 기구에 설치되어, 발열 기구로부터 발생되는 열을 최소한의 부피로도 신속하게 배출시키는 발열부품 냉각용 열전도 시스템에 관한 것이다.
전자기기 및 조명기기를 설계할 때에 가장 염려되는 문제 중의 하나는 그 구동 중에 전자부품들로부터 발생하는 열이 악영향을 미쳐 전자기기 또는 조명기기의 성능을 저해하는 것이다.
예컨대, 컴퓨터 및 이동통신 등의 전자 기기에는 많은 양의 데이터를 처리할 수 있는 전자부품, 즉, 패키징된 반도체칩들이 장착되며, 이러한 반도체칩이 데이터를 처리하는 과정에서 열이 발생하게 되고, 이렇게 발생하는 열이 일정 온도 이상으로 상승하게 되면, 반도체칩 자체는 물론 주변부품들에까지 영향을 미쳐 전자기기 전체의 성능에 악영향을 미치게 된다.
마찬가지로, LED 조명기기의 경우에도 그 사용중에 LED칩으로부터 많은 열이 발생하게 되고, 이렇게 발생하는 열이 일정 온도 이상으로 상승하게 되면, LED칩은 물론 주변부품들까지 영향을 미쳐 LED 조명기기 전체의 성능에 치명적인 악영향을 미치게 된다.
따라서, 전자기기 및 조명기기의 사용 중에 발생하는 열을 외부로 신속하게 방출시키기 위한 열전도 시스템이 필요하게 되었으며, 최근의 전자기기 및 조명기기가 소형화 및 경량화됨에 따라 기기 내부에 내장되는 전자부품들이 고집적화됨으로 인해 단위 체적당 발생하는 열이 더욱 증가함으로써 반도체칩 및 LED칩과 같은 전자부품에서 발생하는 열을 효과적으로 방출시키기 위한 열전도 시스템에 대한 요구가 더욱 높아지고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기화된 작동유체로 하여금 발열체의 열을 신속하게 냉각시키는 열전도 시스템을 제공하는데 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도 시스템은 발열체상에 설치되고 상기 발열체가 발생시키는 열을 흡수 전달하는 열전도 장치에 있어서, 본체를 형성하고 중공상이며 내부가 진공상태인 하우징 바디, 발열체와 면접촉을 하도록 구비되며, 작동유체를 수용하는 공간을 제공하는 작동유체 저장부 및 상기 작동유체 저장부와 상기 하우징 바디의 사이에 구비되어 기화된 작동유체가 제트류를 형성하여 배출되도록 하는 기체 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열정도 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 작동유체 저장부는, 제 1 단면적을 가지며, 액상의 작동유체가 수용되는 원반 형태의 제 1 저장부 및 제 2 단면적을 가지며, 기화된 작동유체가 이동하는 유로를 형성하는 제 2 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열전도 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 작동유체 저장부는 상기 작동유체를 함침할 수 있는 구조체를 포함하고, 상기 구조체는 유연성 및 열전도성을 갖는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 열전도 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 기체 배출부는 상기 작동유체 저장부에서 증발된 기체상의 작동유체 부피에 따라, 상기 기체상의 작동유체가 제트류를 형성하여 배출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 열전도 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 기체 배출부는 적어도 하나 이상의 복수의 직경을 갖는 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열전도 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 개구부의 직경은 20 마이크론 내지 100 마이크론으로 구비되는 것을 특징으로 하는, 열전도 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 제 2 저장부는 상기 하우징 바디 내부에서 재응축된 작동유체가 상기 작동유체 저장부로 안내될 수 있게, 적어도 일부가 음의 기울기를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 열전도 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 기체 배출부는 다공성 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는, 열전도 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 기체 배출부와 상기 작동유체 저장부의 사이에 구비되어 기화된 작동유체가 외부로 유출 (Leak) 되는 것을 방지하는 중공 형상의 실링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열정도 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 하우징의 일 면에 구비되며, 상기 발열체의 전면을 향하여 공기 유동을 공급하는 공기 유동 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열정도 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 반도체 칩이나 LED 조명등과 같은 다량의 열이 발생하는 발열체상에 설치되어서, 발열체로부터 발생된 열을 흡수한 작동유체가 기화되고 제트류를 형성하여 방열 장치 내에서 빠르게 순환됨으로써 발열체를 신속하게 냉각시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 의한 방열 장치를 나타내는 개략 사시도이다.
도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 의한 방열 장치 일부를 나타내는 개략 사시도이다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 방열 장치를 나타내는 개략 사시도이다.
도 4 는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 방열 장치를 도시한 것이다.
도 5 는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 방열 장치의 제 2 격벽의 형상을 도시한 것이다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 방열 장치를 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 의한 방열 장치를 나타내는 개략 사시도이고, 도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 의한 방열 장치 일부를 나타내는 개략 사시도이며, 도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 방열 장치를 나타내는 개략 사시도이다.
도 1 에서 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 방열 장치 (100) 는 하우징 바디 (10), 작동유체 저장부 (20), 작동유체 주입구 (30), 격벽 (40), 기체 배출부 (50) 및 하우징 커버 (60) 를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방열 장치 (100) 는 발열체 (H) 상에 설치되고 발열체 (H) 가 발생시키는 열을 흡수할 수 있다.
발열체 (H) 예로는 CPU, 파워트랜지스터, LED, 통신기기의 RF모듈, 자동차 배터리 등의 전자부품이 있으며, 발열체 (H) 의 종류나 형상에 따라 본 발명의 실시예에 따른 방열 장치 (100) 의 크기와 형상은 적절히 변형될 수 있다.
하우징 바디 (10) 는 본체를 형성하고 중공상이며 내부가 진공상태일 수 있다.
하우징 바디 (10) 는 열전도율이 높은 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 전해동, 스테인레스 스틸, 저탄소강, 알루미늄 등의 전도성이 큰 금속재질이나 또는 고온 저항성이 높고, 내부식성이 높은 폴리프로필렌 등의 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 의하면, 하우징 바디 (10) 는 0.3mm ~ 0.6mm 의 두께로 형성될 수 있다.
이로써, 경제성, 제작 용이성, 고온에 의한 충진물의 팽창에 따른 파손 위험 예방이 가능하다.
일 실시예에 의하면, 하우징 바디 (10) 는, 저면에 발열체 (H) 의 형상에 대응되도록 형성된 그루브를 포함하고, 발열체 (H) 와 접촉됨으로써 열을 전도받을 수 있다.
따라서, 발열체 (H) 와의 접촉상태를 안정적으로 유지할 수 있고, 향상된 열 전도성을 가진다.
작동유체 저장부 (20) 는 하우징 바디 (10) 의 하부에 형성되고, 내부에는 상변화를 통해 열을 흡수하는 매체인 작동유체를 저장할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 작동유체는 냉각시키고자 하는 발열체 (H) 의 작동온도 범위에서 비등점을 갖는 물, 알코올 등 비열용량이 큰 액체를 포함한다.
일 실시예에 의하면, 작동유체 저장부 (20) 는 작동유체를 함침할 수 있는 구조체(미도시)를 포함하고, 이러한 구조체는 유연성 및 열전도성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 구조체는 그물망 또는 편조선 형태일 수 있으며, 작동유체 저장부 (20) 의 내측이자 하우징 바디 (10) 의 내부 바닥 상에 열접촉하여 배치될 수 있다.
이러한 구조체는 높은 열전도율을 가지므로, 본 발명의 일 실시예에 의한 방열 장치 (100) 의 방열효과를 향상시킴과 동시에 단면적을 넓혀 함침할 수 있는 작동유체의 양을 늘려주는 역할을 한다.
일 실시예에 의하면, 작동유체 저장부 (20) 는, 작동유체가 발열체 (H) 의 열을 흡수하고 증발하는 공간인 증발부를 포함하여, 증발된 작동유체를 일시적으로 보유하여 후술할 제트류를 효과적으로 형성할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 작동유체 저장부 (20) 는 하우징 바디 (10) 의 내측에 형성된 실린더 형상일 수 있으며, 발열체 (H) 의 형상 및/또는 하우징 바디 (10) 의 형상에 따라 반구체 형상(도 2 참조)과 같이 다양하게 변형 실시될 수 있다.
작동유체 주입구 (30) 는 하우징 바디 (10) 의 일측에 형성될 수 있고 작동유체 저장부 (20) 내부로 작동유체를 안내할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 작동유체 주입구 (30) 는 작동유체 저장부 (20) 와 연결될 수 있으며, 작동유체 저장부 (20) 의 형성위치에 대응되도록 하우징 바디 (10) 의 일측에 형성될 수 있다.
격벽 (40) 은 하우징 바디 (10) 의 내측에서 작동유체 저장부 (20) 를 포위하도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 격벽 (40) 은 하우징 바디 (10) 내부를 작동유체 저장부 (20) 와 그 외의 공간인 확산부로 구분할 수 있고, 확산부의 부피는 작동유체 저장부 (20) 의 부피보다 클 수 있다.
이로써, 증발된 작동유체가 확산부로 이동되었을 때, 작동유체 저장부 (20) 와 확산부의 압력이 동일해지는 것이 방지된다.
또한, 격벽 (40) 과 하우징 바디 (10) 사이에는 작동유체가 흐르는 갭부가 형성될 수 있다.
격벽 (40) 은 작동유체 저장부 (20) 를 포위하는 형상이면 충분하고 도 2 에서와 같이 돔 또는 반구형상을 갖는 쉘로 형성될 수 있다.
기체 배출부 (50) 은 격벽 (40) 의 일측면에 형성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 기체 배출부 (50) 은, 작동유체 저장부 (20) 에서 증발된 기체상의 작동유체 부피에 따라, 기체상의 작동유체가 제트류를 형성하여 배출되도록 형성될 수 있다.
기체 배출부 (50) 은 발열체 (H) 의 발열량에 근거한 방열 장치 (100) 의 냉각 용량 및/또는 작동유체의 포화증기압에 따라 형성될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 작동 유체를 증류수라고 가정하고, 100W의 LED를 냉각하는데 있어서, 작동유체 저장부 (20) 의 온도가 60℃, 작동유체 저장부 (20) 이외의 공간인 확산부의 온도가 45℃라면, 증류수의 포화증기압은 60℃에서 20kPa, 45℃에서 10kPa이므로, 작동유체 저장부 (20) 와 확산부 사이에 10kPa의 압력차이가 형성된다.
10kPa의 압력은 1/2*작동유체 저장부 (20) 의 밀도*유동속도^2이므로, 작동유체 저장부 (20) 의 밀도(증류수의 밀도)는 60℃에서 130g/m^3 이므로, 수증기(증발된 증류수)는 400m/s의 유동속도를 가진다.
여기서, 수증기의 초당 체적 배출량은 기체 배출부 (50) 의 면적*유동속도이므로, 결정된 유동속도(400m/s)에 따라, 기체 배출부 (50) 의 면적을 설정하여 수증기의 초당 체적 배출량을 설정할 수 있다.
이와 같이, 기체 배출부 (50) 에서 배출되는 수증기의 초당 체적 배출량을 기체 배출부 (50) 의 면적에 의해 제어함으로써, 원하는 속도의 제트류를 유도할 수 있다.
따라서, 방열 장치 내에서 빠르게 순환됨으로써 발열체를 신속하게 냉각시킬 수 있다.
기체 배출부 (50) 의 형상 및/또는 개수는 제한되지 않으며, 발열체 (H) 의 발열량에 따라 제트류 형성을 위해 변형실시 될 수 있다.
하우징 커버 (60) 는 하우징 바디 (10) 의 상부에 형성될 수 있고, 하우징 바디 (10) 내부에서 재응축된 작동유체가 중력에 의해 작동유체 저장부 (20) 로 안내될 수 있게, 적어도 일부가 음의 기울기를 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방열 장치 (100) 의 작동에 대해 설명한다.
하우징 바디 (10) 는 진공상태를 유지하도록 형성될 수 있다.
발열체 (H) 의 열은 하우징 바디 (10) 의 저면을 따라 전도되고, 작동유체 저장부 (20) 내의 작동유체가 흡열반을 통해 증발된다.
이로써, 작동유체 저장부 (20) 내에 작동유체의 포화증기(포화증기압 도달)가 형성된다.
이 때, 확산부는 작동유체 저장부 (20) 에 비해 압력이 낮으므로, 기체 배출부 (50) 을 통해 증발된 작동유체는 확산부를 향해 단열 팽창된다.
단열 팽창된 작동유체는 확산부내에서 상승하면서 다시 외기의 낮은 온도에 의해 응축되고, 응축된 작동유체는 하우징 커버 (60) 와 하우징 바디 (10) 의 내면을 따라 다시 작동유체 저장부 (20) 로 복귀된다(격벽 (40) 과 하우징 바디 (10) 사이의 갭부를 통해 복귀).
이 과정에서 냉각된 작동유체는 하우징 커버 (60) 를 포함한 하우징 바디 (10) 의 상부를 냉각시키고, 방열 장치 (100) 상하부의 온도차를 형성함으로써 방열 장치 (100) 의 외벽을 통한 열전도 냉각을 형성한다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 방열 장치를 나타내는 개략 사시도이다.
도 1 및 도 2 에 도시된 실시예의 방열 장치와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 3 을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 방열 장치의 격벽 (421, 423, 425) 은 작동유체를 포위하도록 구비되는 제 1 격벽 (421), 일단이 제 1 격벽 (421) 과 연통되게 구비되고, 타단이 제 3 격벽 (425) 와 연통되게 구비되어, 증발된 작동유체가 이동하는 유로를 제공하는 제 2 격벽 (423) 및 제 1 격벽 (421) 및 제 2 격벽 (423) 을 통하여 이동된 작동유체의 증기를 배출하는 적어도 하나 이상의 기체 배출부 (52) 를 포함하는 제 3 격벽 (425) 를 포함할 수 있다.
제 3 격벽 (425) 는 황동소결체로 구비될 수 있다.
제 3 격벽 (425) 는 구형의 주석합금 황동소결체 분말을 금속 금형에 넣고 약 700˚C 에서 압력을 가하여 소결처리하여 제조될 수 있다.
황동소결체의 제조방법에 대해서는 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
상기 제 3 격벽 (425) 는 황동 뿐만 아니라 스테인리스 스틸, 니켈, 플라스틱 또는 세라믹 분말로 이루어지는 소결체로 구비될 수 있다.
이러한 제 3 격벽 (425) 의 재료는 이해를 돕기 위하여 예를 든 것이고, 사용자는 필요에 따라 다양한 재료를 이용하여 소결체를 형성할 수 있고, 이는 본 발명의 권리범위를 한정하려는 의도는 아니다.
상기 제 3 격벽 (425) 에 적어도 하나 이상 구비되는 기체 배출부 (52) 의 직경은 20 마이크론 내지 100 마이크론으로 구비될 수 있다.
또한, 적어도 하나 이상의 기체 배출부 (52) 의 평균 직경은 50 마이크론으로 구비될 수 있다.
또한, 적어도 하나 이상의 기체 배출부 (52) 의 각각의 직경은 서로 상이하게 구비될 수 있다.
이와 같이, 적어도 하나 이상의 기체 배출부 (52) 의 각각의 직경이 일정 범위 내로 구비됨과 함께, 서로 상이하게 구비되는 이유는 하기와 같다.
발열체의 열부하에 따라 증발이 일어나는 부위의 온도가 응축이 일어나는 부위의 온도보다 상대적으로 높고, 응축이 일어나는 부분의 온도 또한 주위공기 (Room temperature) 에 따라 변하게 된다.
포화증기 압력 차이에 의해 작동유체가 증발된 기체가 적어도 하나 이상의 기체 배출부 (52) 을 관통하기 때문에, 기체 배출부 (52) 의 직경은 작동유체가 증발된 기체의 속도를 결정하게 된다.
따라서, 본 발명와 같이 적어도 하나 이상의 기체 배출부 (52) 의 각각의 직경이 서로 상이하게 구비됨으로 인하여, 외부 요인의 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 효과가 존재한다.
도 4 는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 방열 장치를 도시한 것이고, 도 5 는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 방열 장치의 작동 유체 저장부의 형상을 도시한 것이다.
도 4 및 도 5 를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 방열 장치는 본체를 형성하고 중공상이며 내부가 진공상태인 하우징 바디 (22), 발열체 (H) 와 면접촉을 하도록 구비되며, 작동유체를 수용하는 공간을 제공하는 작동유체 저장부 (423) 및 상기 작동유체 저장부 (423) 와 상기 하우징 바디 (22) 의 사이에 구비되어 기화된 작동유체가 제트류를 형성하여 배출되도록 하는 기체 배출부 (425) 를 포함하도록 구비될 수 있다.
상기 작동유체 저장부는 (423) 는 상기 작동유체를 함침할 수 있는 구조체 (421) 를 포함하고, 상기 구조체는 유연성 및 열전도성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 구조체 (421) 뿐만 아니라, 작동유체 저장부 (423) 전체가 유연성 및 열전도성을 갖는 재질로 구비될 수 있다.
상기 기체 배출부 (425) 는 상기 작동유체 저장부에서 증발된 기체상의 작동유체 부피에 따라, 상기 기체상의 작동유체가 제트류를 형성하여 배출되도록 형성될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 기체상의 작동유체가 제트류를 형성하여 빠르게 배출됨으로 인하여 빠르게 하우징 바디 (22) 내를 순환하게 되어 보다 효율적으로 열을 배출할 수 있다.
상기 기체 배출부 (425) 에는 상기 적어도 하나 이상의 복수의 직경을 갖는 개구부를 포함할 수 있고, 상기 개구부의 직경은 20 마이크론 내지 100 마이크론으로 구비될 수 있다.
이와 같이, 적어도 하나 이상의 기체 배출부에 구비된 개구부의 직경이 일정 범위 내로 구비됨과 함께, 서로 상이하게 구비되는 이유는 하기와 같다.
발열체의 열부하에 따라 증발이 일어나는 부위의 온도가 응축이 일어나는 부위의 온도보다 상대적으로 높고, 응축이 일어나는 부분의 온도 또한 주위공기 (Room temperature) 에 따라 변하게 된다.
포화증기 압력 차이에 의해 작동유체가 증발된 기체가 적어도 하나 이상의 기체 배출부 (425) 를 관통하기 때문에, 기체 배출부 (425) 의 직경은 작동유체가 증발된 기체의 속도를 결정하게 된다.
따라서, 본 발명와 같이 적어도 하나 이상의 기체 배출부 (425) 의 각각의 직경이 서로 상이하게 구비됨으로 인하여, 외부 요인의 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 효과가 존재한다.
한편, 기체 배출부 (425) 는 전도성 다공성 소재로 구비될 수 있다.
보다 구체적으로는, 상기 기체 배출부 (425) 는 황동소결체로 구비될 수 있다.
기체 배출부 (425) 는 구형의 주석합금 황동소결체 분말을 금속 금형에 넣고 약 700˚C 에서 압력을 가하여 소결처리하여 제조될 수 있다.
상기 기체 배출부 (425) 는 황동 뿐만 아니라 스테인리스 스틸, 니켈, 플라스틱 또는 세라믹 분말로 이루어지는 소결체로 구비될 수 있다.
이러한 기체 배출부 (425) 의 재료는 이해를 돕기 위하여 예를 든 것이고, 사용자는 필요에 따라 다양한 재료를 이용하여 소결체를 형성할 수 있고, 이는 본 발명의 권리범위를 한정하려는 의도는 아니다.
본 발명의 방열 장치는 상기 기체 배출부 (425) 와 상기 작동유체 저장부 (423) 의 사이에 구비되어 기화된 작동유체가 외부로 유출 (Leak) 되는 것을 방지하는 중공 형상의 실링부재 (S) 를 더 포함할 수 있다.
작동유체 저장부 (423) 의 내부는 작동 유체가 고온에 의해 기화되고, 기체 배출부 (425) 를 통하여 제트류가 되어 배출되기 때문에, 외부에 기체상의 작동유체가 유출되는 것이 필수적으로 방지되어야 한다.
만약, 작동유체 저장부 (423) 과 기체 배출부 (425) 를 직접 면접촉시킬 경우, 작동유체 저장부 (423) 의 끝단의 표면의 러프니스 (Roughness) 때문에 기화된 작동유체가 유출된 우려가 있다.
따라서, 상기 실링부재 (S) 로 인하여 기체상의 작동 유체가 기체 배출부 (425) 를 통하여 배출되는 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 존재한다.
한편, 도 5 에 도시된 바와 같이 작동유체 저장부 (423) 는 제 1 단면적을 가지며, 액상의 작동유체가 수용되는 원반 형태의 제 1 저장부 및 제 2 단면적을 가지며, 기화된 작동유체가 이동하는 유로를 형성하는 제 2 저장부를 포함하도록 구비될 수 있다.
또한, 제 2 저장부는 적어도 둘 이상의 단면의 직경을 가지도록 구비될 수 있다.
보다 구체적으로는, 제 2 저장부의 하부의 단면은 제 1 직경 (D1) 을 갖도록 구비되고, 제 2 저장부의 상부의 단면은 제 3 직경 (D3) 를 갖도록 구비되며, 제 2 저장부의 상부와 하부 사이의 단면은 제 2 직경 (D2) 을 갖도록 구비될 수 있다.
제 1 직경 (D1) 내지 제 3 직경 (D3) 사이에는 하기와 같은 관계가 성립될 수 있다.
1) D1 > D2
2) D3 > D2
즉, 제 1 직경 (D1) 과 제 3 직경 (D3) 는 제 2 직경 (D2) 보다 크게 구비될 수 있으며, 이는 기화된 작동유체가 보다 빠른 속도로 작동유체 저장부 (423) 을 이동할 수 있도록 하는 효과가 존재한다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 방열 장치를 도시한 것이다.
도 6 을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 방열 장치는 상기 하우징 (81) 의 일 면에 구비되며, 상기 발열체의 전면을 향하여 공기 유동을 공급하는 공기 유동 공급부 (90) 를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로는 상기 공기 유동 공급부 (90) 는 하우징 (81) 의 하단부에 설치되어, 발열되는 발열체 (H) 의 전면을 향하여 공기 유동을 공급할 수 있도록 구비될 수 있다.
종래의 발열체의 방열 시스템에 있어서, 발열체 (H) 의 후면을 이용하여 방열을 하는 것이 일반적이고, 발열체 (H) 의 전면은 빛이 방출되는 부분이기 때문에 이 부분의 방열에 있어서는 전혀 개시나 교시되어 있지 않은 상태이다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 방열 장치는 상기 공기 유동 공급부 (90) 가 발열체 (H) 의 전면을 향하여 공기 유동을 공급하도록 구비되어, 발열체 (H) 의 전면에 가열된 공기를 이동시켜, 발열체 (H) 의 방열 효율을 높일 수 있는 효과가 존재한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 전기 전자 기기 냉각용 열전도 시스템에 관한 것으로서, 각종 전기 전자 제품의 방열 제품에 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 발열체상에 설치되고 상기 발열체가 발생시키는 열을 흡수 전달하는 열전도 장치에 있어서,
    본체를 형성하고 중공상이며 내부가 진공상태인 하우징 바디;
    발열체와 면접촉을 하도록 구비되며, 작동유체를 수용하는 공간을 제공하는 작동유체 저장부; 및
    상기 작동유체 저장부와 상기 하우징 바디의 사이에 구비되어 기화된 작동유체가 제트류를 형성하여 배출되도록 하는 기체 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열정도 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동유체 저장부는,
    제 1 단면적을 가지며, 액상의 작동유체가 수용되는 원반 형태의 제 1 저장부; 및
    제 2 단면적을 가지며, 기화된 작동유체가 이동하는 유로를 형성하는 제 2 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열전도 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동유체 저장부는,
    상기 작동유체를 함침할 수 있는 구조체를 포함하고, 상기 구조체는 유연성 및 열전도성을 갖는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 열전도 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체 배출부는,
    상기 작동유체 저장부에서 증발된 기체상의 작동유체 부피에 따라,
    상기 기체상의 작동유체가 제트류를 형성하여 배출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 열전도 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체 배출부는 적어도 하나 이상의 복수의 직경을 갖는 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열전도 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 개구부의 직경은 20 마이크론 내지 100 마이크론으로 구비되는 것을 특징으로 하는, 열전도 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 저장부는 상기 하우징 바디 내부에서 재응축된 작동유체가 상기 작동유체 저장부로 안내될 수 있게, 적어도 일부가 음의 기울기를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 열전도 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체 배출부는 다공성 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는, 열전도 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체 배출부와 상기 작동유체 저장부의 사이에 구비되어 기화된 작동유체가 외부로 유출 (Leak) 되는 것을 방지하는 중공 형상의 실링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열정도 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 일 면에 구비되며, 상기 발열체의 전면을 향하여 공기 유동을 공급하는 공기 유동 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열정도 장치.
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