KR101372804B1 - 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발열원에서 발산되는 열을 보다 효율적으로 외부로 방출시키는 방열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소형화 경량화하면서도 방열 효율이 우수하고, 수명을 연장하고, 이를 위해 도입된 구성요소들의 구조는 간단하여 제조원가를 절감하고, 구성요소들이 간편 신속하게 체결되어 생산성이 뛰어난 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치는 발열원에서 발산되는 열을 흡수하는 흡열플레이트; 열을 외부로 방사시키는 히트파이프 다수를 포함하는 방열플레이트; 상기 흡열플레이트에 흡수된 열을 상기 방열플레이트에 전달하는 전열플레이트; 상기 흡열플레이트, 방열플레이트 및 전열플레이트를 체결시키는 체결수단;을 포함하여 이루어진다.

Description

소형화 및 경량화된 고효율 방열장치{Apparatus radiating heat}

본 발명은 발열원에서 발산되는 열을 보다 효율적으로 외부로 방출시키는 방열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소형화 경량화하면서도 방열 효율이 우수하고, 수명을 연장하고, 이를 위해 도입된 구성요소들의 구조는 간단하여 제조원가를 절감하고, 구성요소들이 간편 신속하게 체결되어 생산성이 뛰어난 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치에 관한 것이다.

데스크톱 PC의 최대의 골칫거리는 먼지와 소음인데, 그 주범은 발열이 심하게 나는 부품에 달려 있는 ‘냉각팬’이다.

냉각팬이 CPU나 그래픽 카드의 온도를 낮추는 원리는 간단하다. 고속회전으로 바람을 일으켜 온도를 낮춘다. 바로 이 냉각팬이 회전할 때 소음이 발생하고 외부의 먼지가 내부로 들어오게 된다.

냉각팬을 이용한 방열 효율을 높이기 위해서 히트싱크(방열체)를 사용하게 되는데 일반적으로 알루미늄 압출 형식으로 날개를 조밀하게 성형하여 먼지가 잘 걸리게 되어 있다.

먼지가 걸리면 방열 효율이 떨어져서 냉각팬은 더 빨리 회전하고 소음도 심해진다. 더욱이 최근에는 CPU나 그래픽카드의 성능이 발전하면서 발열이 심해지면 팬의 크기도 더 커져야 한다. 소음도 자연히 증가한다.

그래서 데스크톱 PC에서 먼지와 소음의 문제를 방지하거나 완화시키기 위해서는 방열체(히트싱크)의 효율을 높여서 냉각팬을 사용하지 않거나 회전속도를 줄일 필요가 있다.

데스크톱 PC 뿐만 아니라 전기를 사용하는 전기전자 제품은 사용중에 열이 발생되고, 발생되는 열은 전기전자 제품에 악영향을 미쳐 효율을 저하시키고, 수명을 단축시키고, 심한 경우에는 고장을 일으켜 전기전자 제품의 구동을 중지시킨다.

그래서 대부분의 전기전자 제품에는 발생되는 열을 외부로 방출시키는 방열체가 구비되고, 이 방열체의 효율은 전기전자 제품의 성능에 중요한 영향을 미치고 부수적으로 발생되는 문제(예; 먼지와 소음 등)의 예방에도 영향을 미친다.

전기전자 제품에 사용되는 방열장치에 관한 종래기술로는 공개특허 제1998-066373호 "컴퓨터의 방열장치", 등록특허 제0330161호 "컴퓨터의 방열장치", 등록특허 제1013666호 "컴퓨터용 방열장치" 등이 개시되었다.

종래기술에 따른 방열장치는 무겁고 부피가 크다. 방열장치는 열을 빼앗아가는 공기와 접하는 면적이 넓을수록 방열 효율이 좋아지기 때문에 종래기술은 부피가 크고 무겁다.

도1은 방열장치에 대해서 세계적으로 약 25%의 점유율을 갖는 국내 모업체의 방열장치와 본 발명에 따른 방열장치를 비교한 것으로서, 양 방열장치는 방열효율을 비슷하지만 무게와 부피가 국내 모업체의 방열장치가 훨씬 무겁고 큼을 알 수 있다.

방열장치의 부피와 무게가 크면, 그만큼 보관, 운반, 설치 및 유지보관이 비효율적인 문제가 있고, 적용될 전자기기 제품에 방열장치가 설치된 공간을 넓게 확보해야 하는 문제가 있다.

본 발명은 위와 같이 종래기술에 따른 LED 조명기구에서 방열구조의 방열단계가 여러 단계로 이루어짐에 따라 발생되는 여러 가지 문제를 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 방열구조에서 열전달체와 열방출체를 별개로 구비하지 않고 두 기능을 겸하는 하나의 히트파이프를 사용함으로써 부피와 중량을 줄이고, 열 방출경로의 단계를 줄여 방열 효과를 높이고, 구조를 단순화하여 조립이 편리하며, 그 조립공정도 줄어들고, 제조원가 절감한 방열성을 향상시킨 방열장치를 제공함을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치는

발열원에서 발산되는 열을 흡수하는 흡열플레이트;

열을 외부로 방사시키는 히트파이프 다수를 포함하는 방열플레이트;

상기 흡열플레이트에 흡수된 열을 상기 방열플레이트에 전달하는 전열플레이트;

상기 흡열플레이트, 방열플레이트 및 전열플레이트를 체결시키는 체결수단;을 포함하여 이루어진다.

그릭고 상기 히트파이프에는 복사율을 높이는 방열물질이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하고,

상기 방열플레이트는 양측으로 배치되고,

상기 두 방열플레이트 사이에 배치되는 냉각팬;을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 체결수단은

상기 흡열플레이트의 상부면과 상기 전열플레이트의 하부면이 밀착되도록 가압하여 체결하는 제1체결가이드와,

상기 전열플레이트이 상부면과 상기 방열플레이트의 하부면이 밀착되도록 가압하여 체결하는 제2체결가이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치는 소형화 경량화이면서도 대형화 중량화된 기존 제품과 비슷하거나 높은 방열성을가져 고효율이고, 구성요소들이 전체적으로 간단한 구조와 간편한 체결구조를 가져 저렴하고 생산성이 뛰어난 방열장치이고,

종래기술에 따른 방열장치는 공기와 접하는 표면적을 넓히기 위해 많은 방열판을 사용하여 그 사이 간격이 좁아서 먼지나 이물질이 끼는 경우가 많지만, 본 발명은 방열판(방열플레이트 히트파이프)의 수가 적고 간격이 넓어 먼지나 이물질이 잘 생기지 않고, 고효율을 가져 냉각팬을 사용하지 않거나 저속으로 사용하여도 되기 때문에 저소음 또는 무소음의 효과를 기대할 수 있으며 더불어 에너지 절감의 효과도 기대할 수 있는 발명으로서, 산업발전에 매우 유용한 발명이다.

도 1 은 본 발명에 따른 방열장치와 기존 방열장치를 비교한 도표.
도 2 는 본 발명의 일례에 따른 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치의 사시도.
도 3 은 도2에 도시된 본 발명에 따른 방열장치의 분해 사시도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명을 보다 상세하게 설명하기에 앞서,

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도2와 도3에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치는 흡열플레이트(10), 방열플레이트(20), 전열플레이트(30), 체결수단(40, 50), 그리고 냉각팬(60)의 구성요소로 대별된다.

참고로, 이하에서 본 발명에 따른 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치의 구송요소를 설명함에 있어서, 방향의 기준은 도3을 기준으로 한다.

상기 흡열플레이트(10)는 발열원에서 발산되는 열을 흡수한다.

참고로 여기서 상기 발열원은 전기전자 제품에 사용되고, 전기전자 제품의 구동에 따라 열을 발생시키고, 발생되는 열에 의해 성능에 악영향을 주는 구성으로, 예를 들면, 회로기판, 파워서플라이, LED모듈 등이 상기 발열원에 해당된다.

상기 흡열플레이트(10)는

하부면에 형성되고, 상기 발열원이 접촉되는 접촉부(11)와,

상부면에 형성되고, 상기 전열플레이트(30)가 안착되는 안착부(13)와,

상기 안착부(13)의 길이방향에 수직된 방향으로 돌출되어 형성되고, 상기 체결수단(40, 50)이 체결되는 체결부(15)를 포함하여 이루어진다.

상기 방열플레이트(20)는 상기 전열플레이트(30) 및 흡열플레이트(10)를 통해 전달되는 발열원의 열을 외부로 신속하게 배출시킨다.

상기 방열플레이트(20)는 히트파이프(21) 다수를 포함하여 이루어진다.

'히트파이프'는 진공 상태의 내부에 알콜이나 에탄올과 같은 냉매가 채워진 평면형 파이프 구조로 이루어져, 방열성이 뛰어난 것으로 알려진 금속인 알루미늄에 비해 방열 효율이 수십배 향상된 기기이다.

본 발명은 이처럼 방열성이 뛰어난 히트파이프(21)를 외기와 접하는 면적인 넓은 평판형의 것을 사용하여, 흡열플레이트(10)와 전열플레이트(30)를 통해 전달된 열이 히트파이프(21)에서 외기로 직접 신속하게 배출되도록 한다.
종래기술에서는 일반적으로 관(원기둥) 형태의 히트파이프를 사용하고, 히트파이프에 알루미늄과 같이 열전도율이 우수한 금속판(방열판)들을 연속하여 촘촘하게 배열시킨다.
그래서 동일한 방열효과를 갖는 경우에, 본 발명은 종래기술보다 적은 수의 히트파이프를 사용하게 되어 소형화와 경량화가 가능하고, 히트파이프들 간의 간격을 멀리할 수 있지만, 종래기술은 관 형태의 히트파이프와 많은 수의 금속판들을 사용하게 되어서 소형화와 경량화가 곤란하고 금속판들이 촘촘히 배열된다.

도면에는 히트파이프(21)들이 하부면에서 일체로 연결된 것으로 도시되어 있는데, 다수의 히트파이프(21)가 일체형으로 되는 것은 제조가 쉽지 아니하므로, 상대적으로 제조하기 쉬운 'ㄴ'자나 'ㄷ'자 형태의 히트파이들을 밴딩하여 도면과 같은 형상의 방열플레이트(20)가 되도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 하부의 수평부의 길이가 점진적으로 길어지는 'ㄴ'자나 'ㄷ'자 형태의 히트파이들을 각각 제작한 후에, 수평부의 길이가 긴 것을 먼저 놓고, 그 내측에 수평부의 길이가 짧아지는 것들을 순차적으로 놓으면 도면과 같은 형상의 방열플레이트(20)가 제작될 수 있다.

이때, 'ㄴ'자나 'ㄷ'자 형태의 히트파이들은 별개의 밴딩수단(예; 접착제, 밴드 등)으로 서로를 밴딩할 수도 있지만, 제2체결가이드(50)가 밴딩할 수도 있다. 물론, 별개의 밴딩수단으로 밴딩하고 제2체결가이드(50)도 추가적으로 밴딩할 수도 있다.

상기 방열플레이트(20)의 히트파이프의 표면에는 방열물질(미도시)이 코팅되어 전달된 열을 외부로 방사시키는 효율을 높이는 것이 바람직할 수 있다.

상기 방열물질로는 다양한 종류의 물질이 사용될 수 있지만, 특히, 알루미나, 실리콘카바이드, 뮬라이트 등과 같은 세라믹 계열이 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 세라믹 계열의 방열물질은 알루미늄이나 구리와 같이 열전도율이 우수한 금속물질에 비해 인접한 영역으로 열을 전달하는 열전도율은 떨어지나 열을 외부로 방출시키는 방사율은 훨씬 뛰어나다.

그래서 세라믹 계열의 방열물질을 방열플레이트(20)의 히트파이프(21) 표면에 코팅하면 방열 효율을 높일 수 있다.

상기 전열플레이트(30)는 상기 흡열플레이트(10)가 흡수한 발열원의 열을 신속하게 상기 방열플레이트(20)로 전달한다.

상기 전열플레이트(30)는 평판형의 히트파이프를 사용하고, 하부면은 상기 흡열플레이트(10)의 상부면(보다 구체적으로 상기 안착부(13)의 바닥면)에 면접촉하고, 상부면은 상기 방열플레이트(20)의 하부면에 면접촉한다.

상기 체결수단(40, 50)은 상기 흡열플레이트(10), 방열플레이트(20) 및 전열플레이트(30)를 상호간에 긴밀하게 밀착되도록 체결시킨다.

상기 체결수단(40, 50)은

상기 흡열플레이트(10)의 상부면과 상기 전열플레이트(30)의 하부면이 밀착되도록 가압하여 체결하는 제1체결가이드(40)와,

상기 전열플레이트(30)이 상부면과 상기 방열플레이트(20)의 하부면이 밀착되도록 가압하여 체결하는 제2체결가이드(50)를 포함한다.

상기 제1체결가이드(40)는

몸체(41)와,

상기 몸체(41)의 내부공간을 상기 방열플레이트(20)의 히트파이프(21)들이 각각 관통되는 관통홀(42)로 구획하는 다수의 구획판(43)과,

좌우 양측의 두 몸체(41)를 연결하는 연결판(44)을 포함한다.

그리고 상기 연결판(44)의 양측에는 제1체결가이드(40)와 제2체결가이드(50)를 고정시키는 볼트(b1)가 관통하는 볼트홀(45)이 형성되고, 상기 연결판(44)의 하부면에는 상기 제2체결가이드(50)의 돌출부가 수용되는 수용홈(46)이 형성된다.

상기 제1체결가이드(40)는 볼트(b1)가 조여짐에 따라 상기 구획판(43)의 하단이 상기 방열플레이트(20)의 수평부를 가압하여 방열플레이트(20)의 하부면이 상기 전열플레이트(30)의 상부면이 밀착되도록 한다.

상기 제2체결가이드(50)는

상기 전열플레이트(30)의 중앙부분을 접촉하여 가압하는 가압판(51)과,

상기 가압판(51)의 상부면에 돌출되어 상기 제1체결가이드(40)의 수용홈이 수용되는 돌출부(53)를 포함한다.

그리고 상기 돌출부(53)에는 상기 제1체결가이드(40)와 고정시키는 볼트(b1)가 체결되는 볼트공(55)이 형성되고, 상기 전열플레이트(30)를 벗어나는 가압판(51)의 양측에는 상기 흡열플레이트(10)의 체결부(15)에 형성된 체결공(16)에 볼트(b2)로 체결되는 체결홀(56)이 형성된다.

상기 제2체결가이드(50)는 볼트(b2)가 조여짐에 따라 상기 전열플레이트(30)의 상부면을 가압하여 전열플레이트(30)의 하부면과 흡열플레이트(10)의 상부면(안착부(13)의 바닥면)이 밀착되도록 한다.

상기 냉각팬(60)은 양측으로 배치된 상기 두 방열플레이트(20) 사이에 배치되어서 방열플레이트(20)의 히트파이프(21) 사이로 공기의 흐름을 강제하여 방열 효율을 높인다.

전술한 바와 같이 도1은 전세계적으로 점유율 약 25%를 차지하는 국내 모업체의 방열장치와 본 발명에 따른 방열장치를 비교실험한 도표로서,

열상사진과 그 온도를 보면 모업체의 방열장치와 본 발명에 따른 방열장치는 동일조건에서 동일한(극히 미세한 차이) 방열 효율을 보이고 있지만,

본 발명에 따른 방열장치는 모업체의 방열장치에 비해 무게는 약 77%, 부피는 약 57% 감소함을 알 수 있다.

즉, 본 발명은 방열 효율이 우수하면서도 소형화와 경량화된 방열장치이다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 흡열플레이트 20 : 방열플레이트
30 : 전열플레이트 40 : 제1체결가이드
50 : 제2체결가이드 60 : 냉각팬

Claims (4)

1. 발열원에서 발산되는 열을 흡수하는 흡열플레이트;
   열을 외부로 방사시키는 평판형의 히트파이프 다수를 포함하는 방열플레이트;
   상기 흡열플레이트에 흡수된 열을 상기 방열플레이트에 전달하는 전열플레이트;
   상기 흡열플레이트의 상부면과 상기 전열플레이트의 하부면이 밀착되도록 가압하여 체결하는 제1체결가이드와, 상기 전열플레이트이 상부면과 상기 방열플레이트의 하부면이 밀착되도록 가압하여 체결하는 제2체결가이드를 포함하는 체결수단;을 포함하여 이루어지되,
   
   상기 제1체결가이드는
   몸체와,
   상기 몸체의 내부공간을 상기 방열플레이트의 히트파이프들이 각각 관통되는 관통홀로 구획하는 다수의 구획판과,
   좌우 양측의 두 몸체를 연결하는 연결판을 포함하고,
   
   상기 제2체결가이드는
   상기 전열플레이트의 중앙부분을 접촉하여 가압하는 가압판과,
   상기 가압판의 상부면에 돌출되어 상기 제1체결가이드의 수용홈이 수용되는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1체결가이드는
   상기 연결판의 하부면에 형성되는 수용홈을 더 포함하고,
   
   상기 게2체결가이드는
   상기 돌출부에 형성되어 상기 제1체결가이드를 고정시키기 위한 볼트공과,
   상기 전열플레이트를 벗어나는 상기 가압판의 양측에 형성되어 상기 흡열플레이트를 체결시키기 위한 체결홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 방열플레이트는 양측으로 배치되고,
   상기 두 방열플레이트 사이에 배치되는 냉각팬;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전열플레이트는 평판형의 히트파이프를 사용하고,
   상기 흡열플레이트의 상부면에는 상기 평판형의 히트파이프가 안착되는 안착부가 형성되는 것을 특징으로 하는 소형화 및 경량화된 고효율 방열장치.

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