KR100446958B1 - 휴대용 컴퓨터의 방열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 컴퓨터의 본체 내부에서 발생되어 디스플레이부로 전달된 전기적 발열을 외부로 방출하기 위해, 상기 디스플레이부는 화면표시부와 리어케이스 사이에 열 순환 매체를 포함하고, 상기 본체는 내부의 발열요소와 결합되어 열을 흡수하는 히트싱크부와 상기 히트싱크부와 상기 열 순환 매체 사이의 열전달 경로를 형성하는 열중계 수단을 포함하는 휴대용 컴퓨터의 방열 장치에 있어서, 상기 디스플레이부는 리어케이스 외측에 부착된 전열 휜을 추가로 포함하고, 상기 전열 휜은 형상기억 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 컴퓨터의 방열 장치에 관한 것이다.

본 발명은 형상기억 합금으로 제작한 전열 휜의 온도가 상승하면 냉각유체 속으로 돌출함으로써 직접적인 열전도 통로 및 대류 열전달면으로 작용함으로써 전열 휜을 통한 열전달 면적이 늘어나고 주위 유체에 돌출함으로써 그 열전달 계수가 증가하여 열전달량의 획기적인 증가를 도모하는 효과가 있다.

Description

휴대용 컴퓨터의 방열 장치{APPARATUS FOR RADIATING HEAT OF PORTABLE COMPUTER}

본 발명은 휴대용 컴퓨터의 방열 장치에 관한 것으로서, 특히 휴대용 컴퓨터의 본체 내부에서 발생되는 전기적 발열을 디스플레이부로 전달하여 외부로 방출하는 휴대용 컴퓨터의 방열 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자회로를 설계할 때 가장 염려되는 문제 중의 하나는 회로의 구동 중에 발생되는 전기적 발열이 회로 값에 영향을 미쳐 회로의 구동 능력을 저하시키는 것이다.

특히, 랩탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 또는 팜탑 컴퓨터 등의 휴대용 컴퓨터의 경우에는 내장되는 부품들이 모두 고집적화되고 소형화되어 있기 때문에 이러한 전기적 발열 문제는 더욱 중요한 부분을 차지하고 있다.

종래의 휴대용 컴퓨터에서는 부품의 전기적 발열 문제를 해결하기 위해 본체에 강제로 공기를 불어넣거나, 발열 부분에 특별히 금속 휜 등을 부착하여 방열 면적을 늘리는 방법이 사용되고 있다. 이 경우, 통상적으로 금속 휜만의 열전도 능력이 충분하지 못한 경우가 대부분이므로 금속 휜에 직경 3 mm 내지 5 mm, 길이가 100 mm 내지 200 mm의 열파이프를 붙여서 사용한다.

하지만, 이것만으로는 점점 소형화되고 고속화되는 새로운 CPU 의 높은 발열량을 감당하기가 어려워지고 있다.

따라서, 근래에는 보다 넓은 방열 면적을 확보하기 위해 기존에 방열 위치로서 사용되지 않던 디스플레이 패널 뒷면을 이용하는 새로운 방법들이 시도되고 있다.

이러한 새로운 시도들은 보통 본체의 발열 요소에서 발생되는 전기적 열을 순환액에 전달시키고 순환액을 LCD 패널 뒤에 펌프로 보내어 열을 전달하거나, 본체의 열을 열파이프를 사용하여 LCD 패널 뒤로 열을 전달하여 이를 공기 중으로 방출하는 방식을 취하고 있다.

도 1은 종래의 휴대용 컴퓨터의 방열 구조체를 나타내는 측단면도이다.

도면을 참조하면, 휴대용 컴퓨터는 본체 (30) 와, 이 본체 (30) 와 힌지결합된 디스플레이부 (40) 를 구비한다. 디스플레이부 (40) 에는 평판표시장치인 액정표시장치 (41) 와 평판표시장치 (41) 와 유사크기를 갖는 방열판 (43) 이 설치되어 있다.

본체 (30) 에는 입력장치인 키보드 (31) 가 그 상면에 마련되어 있고, 입력키를 통해 입력되는 신호를 처리하고, 상기 액정표시장치 (41) 에 표시정보를 출력하는 메인회로기판 (32) 이 내장되어 있으며, 디스플레이부 (40) 에 장착된 방열판 (43) 으로 본체 (30) 내부에서 발생되는 열을 전송하기 위한 열파이프 (35) 가 설치되어 있다. 상기 열파이프는 경우에 따라서 펌프로 작동액을 순환시키는 방식으로 치환될 수도 있다.

디스플레이부 (40) 에 설치된 방열판 (43) 이 외부와의 열교환을 담당하도록 하고, 본체(30) 내부의 발열원 또는 발열요소 등에서 발생된 열이 열교환용 방열판 (43) 까지의 열전달을 중계하는 열중계수단이 본체 (30) 내부에서 방열판 (43) 까지 이어지도록 설치되어 있고, 본체 (30) 내부의 각 발열요소와 열중계수단과의 열접속은 히트싱크부재 (34) 에 의해 이루어지도록 되어 있다.

중앙처리장치 (33) 에 부착된 히트싱크부재 (34) 와 키보드 (31) 의 쉬일드용 금속판은 각각 열중계수단인 열전도성 소재로 된 열전도파이프 (35) 에 결합소재 (36) 로 클램핑되어 연결되어 있다.

하지만, 이러한 시도 역시 현재처럼 휴대용 컴퓨터의 패널 뒷면이 평평한 상태에서는 열전달이 생각보다 원활하지 않아 패널의 온도가 상승하게 되고 이는 본체의 온도 상승으로 귀착되는 문제점을 안고 있다.

형상기억 합금이란 온도의 변화에 따라 금속의 결정구조가 변화되어 일정한형상을 기억할 수 있는 성질을 지닌 합금을 말한다. 일반적으로 금속 재료는 비교적 저온에서 외부 응력에 의하여 변형을 받으면 초기에는 탄성거동을 보이나 곧이어 소성변형이 일어나 영구 변형이 된다. 그러나 몇몇 합금계에서는 소성변형이 일어난 후에도 재료를 특정온도 이상으로 가열하면 변형되기 이전의 원래 형상으로 회복되는 현상이 일어난다. 이와 같은 현상을 형상기억 효과(shape memory effect ; SME)라 하며, 이 효과를 나타내는 합금을 형상기억 합금(shape memory alloy ; SMA) 이라 부른다.

이러한 형상기억 합금의 종류로는 10 여 종류 이상이 알려져 있으나 그 성격이나 제조상의 문제점 등으로 실제 공업적으로 사용되고 있는 것은 현재 Ni-Ti합금과 Cu-Zn-Al합금 등이 있다. 또한, 종래의 기술들을 살펴보면 형상기억 합금을 밸브 또는 댐퍼 등의 개폐구조의 일부로써 사용하여 장치 내부의 온도가 올라가면 냉각유체의 통로를 열거나 닫아서 과열을 막도록 하는 방법이 시도되고 있다.

하지만, 기존의 이러한 형상기억 합금을 이용한 방법은 형상기억 합금이 직접적인 열전도 역할을 수행하지 않고, 단지 전기적 방열 장치의 보조 수단에 한정되어 있기 때문에, 이러한 방법 역시 휴대용 컴퓨터에 내장되는 고집적화된 장치의 전기적 발열을 해소하기에는 역부족이라고 하겠다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해, 휴대용 컴퓨터의 본체 내부에서 발생된 전기적 발열을 디스플레이부를 통하여 효과적으로 방출함으로써 본체 내부에 장착된 전자회로가 안정적으로 동작할 수 있도록 하는 방열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 휴대용 컴퓨터의 방열 구조체를 나타내는 측단면도.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 적용되는 양방향 형상기억 합금의 온도에 따른 동작을 나타내는 개념도.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따라 형상기억 합금의 전열 휜이 부착된 휴대용 컴퓨터의 상태도.

도 4는 본 발명에 따른 방열 장치가 내장된 휴대용 컴퓨터의 측단면도.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 휴대용 컴퓨터의 본체 내부에서 발생되어 디스플레이부로 전달된 전기적 발열을 외부로 방출하기 위해, 상기 디스플레이부는 화면표시부와 리어케이스 사이에 열파이프나 작동액 순환형의 열 순환 매체를 포함하고, 상기 본체는 내부의 발열요소와 결합되어 열을 흡수하는 히트싱크부와 상기 히트싱크부와 상기 열 순환 매체 사이의 열전달 경로를 형성하는 열중계 수단을 포함하는 휴대용 컴퓨터의 방열 장치에 있어서, 상기 디스플레이부는 리어케이스 외측에 부착된 전열 휜을 추가로 포함하고, 상기 전열 휜은 형상기억 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 컴퓨터의 방열 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 방열 장치는 상기 전열 휜을 구성하는 형상기억 합금이 양방향 형상기억 합금으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 형상기억 합금 중 고온에서 기억된 형상은 주위 유체속으로 돌출되도록 형상 기억되고, 상온에서 기억된 형상은 상기 리어케이스에 밀착하여 수납되도록 형상 기억된다.

또한, 본 발명에 적용되는 상기 형상기억 합금은 구리계열의 3종 합금이나, NiTi 계열의 2종 합금을 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 휴대용 컴퓨터의 방열 장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 적용되는 양방향 형상기억 합금의 온도에 따른 동작을 나타내는 개념도로서, 전열 휜 (2) 이 벽면의 온도에 따라 납작하게 붙거나돌출하는 모습을 보여주고 있다.

도면을 참조하면, 전열 휜 (2) 은 온도가 올라가면 구부러지고, 온도가 내려가면 평평하게 되는 양방향 형상기억합금으로서 미리 도면과 같은 형상을 설정한다.

벽면 (3) 의 온도가 낮을 때에는 도 2a와 같이 벽면에 달라붙어서 수납이 되어 있다. 이때에는 주위의 유체(주로, 공기나 물)와 긴밀히 접촉하지 않고 있으므로 전열 휜은 열전달에 기여하는 바가 없다.

그러다가 벽면 (3) 의 온도가 올라가면 도 2b와 같이 전열 휜 (2) 이 구부러지면서 주위의 유체 (1) 속으로 깊이 침투한다. 이렇게 되면 전열 휜 (2) 의 돌출부에서 주위 유체의 대류로 인하여 열전달이 활발하게 되고 이로 인하여 휜의 돌출부와 벽 부착점 사이에는 높은 온도차가 발생하며 이에 따라 전열 휜 (2) 을 따라 많은 열이 전도되어 열전달을 증진시키게 되는 것이다.

본 발명은 고온 혹은 저온의 벽면에 부착되는 열 전달 촉진용 휜의 전부 혹은 일부를 양방향 형상기억 합금으로 만들어서 벽면의 온도가 임계점 이상으로 올라가면 휜이 돌출하여 열전달을 활발히 하고 임계점 이하에서는 벽면으로 달라붙음으로써 수납이 용이하도록 만든 것이다.

이것은 형상기억합금의 응용을 고가의 부가가치를 창출하는 분야로 확대한 것이다. 예를 들어 노트 북 컴퓨터의 발생 열을 순환액 등으로 전달하고 이 액체를 모니터의 뒷면에 설치한 방열판으로 보내는 경우 자연대류에 의한 낮은 효율의 열방출을 촉진하기 위해서 본 발명에서와 같이 승온시에만 저절로 돌출되는 전열휜을 부착하는 방법은 매우 유용한 것이다.

유사한 응용으로서 휴대전화, 등산용 취사구에도 응용할 수 있으며 또한 오디오 등의 발열체를 빨리 워밍 업할 때에도 이러한 기술을 적용할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따라 형상기억 합금의 전열 휜이 부착된 휴대용 컴퓨터의 상태도이고, 도 4 는 본 발명에 따라 전열 휜인 부착된 휴대용 컴퓨터의 측단면도이다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 도 3a는 디스플레이부의 온도가 낮은 경우 전열 휜이 평평하게 수납되어 있는 모습이고, 도 3b는 디스플레이부의 온도가 상승한 경우 전열 휜이 구부러져 주위 유체 속으로 돌출된 모습을 나타내고 있다.

본 발명은 기본적으로 도 1 에서 설명되고 있는 종래 기술과 유사하게 휴대용 컴퓨터의 본체 내부에서 발생된 전기적 발열을 디스플레이부에 효과적으로 전달하여 외부로 방열하는 장치를 개시하고 있다.

이하의 설명에서는 도 1 에서 설명된 종래 방열 장치의 구성요소와 유사한 구성요소에 대한 설명부분은 생략하고, 본 발명의 특징적 요소만을 설명함으로써 발명자의 의도를 명확히 하고자 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 휴대용 컴퓨터는 본체 (30) 와, 이 본체 (30) 와 힌지결합된 디스플레이부 (40) 를 구비한다.

디스플레이부 (40) 는 화면표시부 (예를 들어, LCD 화면 ; 41) 와 리어케이스 사이에 열 순환 매체 (43) 를 포함한다. 상기 열 순환 매체 (43) 는 열파이프일 수도 있고, 열 순환액일 수도 있다. 본체의 열을 LCD 패널의 뒤로 보내는 방법은 상기 방법 외에도 현재 공개되어 있는 다양한 방법이 사용될 수 있다.

또한, 상기 디스플레이부는 리어케이스 외측에 부착된 전열 휜 (42) 을 추가로 포함하고, 상기 전열 휜은 형상기억 합금으로 구성된다.

전열 휜에 적용되는 형상기억합금은 2종합금으로서 NiTi 계열도 사용할 수 있고, 구리계열의 3종합금을 사용할 수도 있다. 전자는 열전도계수가 10 W/m-K 정도로서 휜의 높이가 낮아야 하는 제한점이 있는데, 후자는 100 W/m-K 정도로서 휜의 높이가 상당히 높아질 수 있어서 열전달 측면에서는 후자가 더 유리하다. 특히 후자는 열전도성이 높으므로 그 두께가 0.1 mm 정도의 박판으로 만들더라도 충분하므로 무게와 부피의 문제를 일으키지 않는다.

본체 (30) 는 내부의 발열요소와 결합되어 열을 흡수하는 히트싱크부 (34) 와 상기 히트싱크부 (34) 와 상기 열 순환 매체 (43) 사이의 열전달 경로를 형성하는 열중계 수단 (35) 을 포함한다.

본체 (30) 에는 입력장치인 키보드 (31), 열 중계 수단으로의 열 전달을 위한 결합 소재 (36), 메인회로기판 (32), 및 CPU 를 비롯한 발열 요소 (33) 가 내장되어 있음은 통상의 휴대용 컴퓨터 구조와 동일하다.

하지만, 본 발명은 디스플레이부 (40) 에 설치된 열 순환 매체 (43) 로 전달된 본체 (30) 내부 열이 디스플레이부 (40) 에 부착된 전열 휜 (42) 을 통해 광범위하게 외부로 방출되는 것이 특징이다.

도 3a 와 같이 디스플레이부 (40) 의 온도가 낮을 때에는 전열 휜 (42) 이 디스플레이부 (40) 의 리어케이스에 달라붙어서 수납이 되어 있다. 이때에는 주위의 유체(주로, 공기나 물)와 긴밀히 접촉하지 않고 있으므로 전열 휜 (42) 은 열전달에 기여하는 바가 없다.

전열 휜 (42) 은 온도가 올라가면 구부러지고, 온도가 내려가면 평평하게 되는 양방향 형상기억합금으로서 미리 도 3과 같은 형상을 설정한다.

하지만, 디스플레이부 (40) 의 온도가 올라가면 도 3b와 같이 전열 휜 (42) 이 구부러지면서 방열 면적이 확장된다. 이렇게 되면 전열 휜 (42) 의 돌출부는 주위 유체의 대류로 인하여 열전달이 활발하게 되어 열전도에 의한 열전달을 증진시키게 되는 것이다.

본 발명을 상기 도면에 나타난 실시예를 통하여 구체적으로 설명하였지만 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 정신이나 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변화 및 변경될 수 있는 것이다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 형상기억 합금으로 제작한 전열 휜의 온도가 상승하면 냉각유체 속으로 돌출함으로써 직접적인 열전도 통로 및 대류 열전달면으로 작용함으로써 전열 휜을 통한 열전달 면적이 늘어나고 주위 유체에 돌출함으로써 그 열전달 계수가 증가하여 열전달량의 획기적인 증가를 도모하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 구조에서 형상기억 합금은 아무런 기계적인 힘을 받지 않으므로, 아주 얇은 구조로 만들 수 있어서 재료비를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방열 장치는 노트북 컴퓨터의 모니터 뒷면을 통한 방열 뿐만 아니라, 오디오의 워밍 업 시간 단축, 휴대전화, 등산용 취사구 등의 열전달 효율 제고 및 수납성능 향상을 도모할 수 있다.

Claims (5)

1. 휴대용 컴퓨터의 본체 내부에서 발생되어 디스플레이부로 전달된 전기적 발열을 외부로 방출하기 위해, 상기 디스플레이부는 화면표시부와 리어케이스 사이에 열 순환 매체를 포함하고, 상기 본체는 내부의 발열요소와 결합되어 열을 흡수하는 히트싱크부와 상기 히트싱크부와 상기 열 순환 매체 사이의 열전달 경로를 형성하는 열중계 수단을 포함하는 휴대용 컴퓨터의 방열 장치에 있어서,

   상기 디스플레이부는 리어케이스 외측에 부착된 전열 휜을 추가로 포함하고, 상기 전열 휜은 형상기억 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 컴퓨터의 방열 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전열 휜을 구성하는 형상기억 합금은 양방향 형상기억 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 컴퓨터의 방열 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 형상기억 합금 중 고온에서 기억된 형상은 주위 유체속으로 돌출되도록 형상 기억되고, 상온에서 기억된 형상은 상기 리어케이스에 밀착하여 수납되도록 형상 기억되는 것을 특징으로 하는 휴대용 컴퓨터의 방열 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 형상기억 합금은 구리계열의 3종 합금을 사용하는 것을 특징으로 하는 휴대용 컴퓨터의 방열 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 형상기억 합금은 NiTi 계열의 2종 합금을 사용하는 것을 특징으로 하는 휴대용 컴퓨터의 방열 장치.