KR102348363B1 - Cooling performance variable type liquid-cooled heat sink - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 냉각 성능 가변형 수냉식 히트 싱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 방열 대상체의 열 분포나 온도에 따라 냉각 성능을 변화시킬 수 있는 냉각 성능 가변형 수냉식 히트 싱크에 관한 것이다.The present invention relates to a water-cooled heat sink with variable cooling performance, and more particularly, to a water-cooled heat sink with variable cooling performance capable of changing cooling performance according to a heat distribution or temperature of a heat-dissipating object.
고발열, 고열 유속의 장비로부터 발생하는 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열 축적이 일어나고 결과적으로 전자장비의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 화재가 발생할 수 있다.If the heat generated from the equipment with high heat generation and high heat flux is not effectively removed, heat accumulation occurs and consequently accelerates the deterioration of electronic equipment, and in some cases, a fire may occur.
따라서, 전자장비의 온도는 성능과 신뢰성에 영향을 미치므로, 전자장비가 적정 온도를 유지하도록 열을 관리해야 한다.Therefore, since the temperature of the electronic equipment affects the performance and reliability, heat management is required to maintain the proper temperature of the electronic equipment.
그러나, 종래의 공냉식 히트 싱크는 공기의 낮은 열전도도와 비열로 인해 고발열 전자부품, 배터리, 집광형 태양광 패널 등 고발열,고열 유속의 장비를 냉각하는데 어려움이 있다.However, the conventional air-cooled heat sink has difficulty in cooling high heat and high heat flux equipment such as high heat electronic components, batteries, and condensing solar panels due to the low thermal conductivity and specific heat of air.
이에 따라, 최근에는 물 등과 같은 냉각유체 등을 사용하여 전자장비로부터 발생하는 열을 식혀주기 위한 수냉식 히트 싱크가 널리 쓰이고 있다.Accordingly, recently, a water-cooled heat sink for cooling heat generated from electronic equipment using a cooling fluid such as water has been widely used.
수냉식 히트 싱크는 펌프를 이용하여 냉각유체를 흘려줌으로써, 강제 대류에 의한 열전달로 전자장비의 발열부 등을 냉각시키는 기술이다.The water-cooled heat sink is a technology that cools the heating part of electronic equipment by transferring heat by forced convection by flowing a cooling fluid using a pump.
특히, 전력반도체, 슈퍼컴퓨터의 CPU 등에서 열유속이 100W/cm2가 넘어감에 따라, 높은 열전달 성능을 갖는 수냉식 히트 싱크의 필요성이 더욱 높아지고 있다. 또한, 근래에는 전기차, 수소차, 하이브리드 자동차 등의 냉각 계통에서도 수냉식 히트 싱크의 필요성이 제기되고 있다.In particular, as the heat flux exceeds 100 W/cm 2 in power semiconductors and CPUs of supercomputers, the need for a water-cooled heat sink with high heat transfer performance is increasing. Also, in recent years, the need for a water-cooled heat sink has been raised in cooling systems of electric vehicles, hydrogen vehicles, hybrid vehicles, and the like.
이에 따라, 최근 전자장비에서의 열 유속 증가로 핀의 밀도를 높이는 연구, 핀의 형태를 복잡하게 하는 연구 등이 활발히 진행되며 실제 산업현장에 적용되어 왔지만 그 구조의 복잡도가 증가하게 되었다.Accordingly, recent studies on increasing the density of fins due to the increase in heat flux in electronic equipment and research on complicating the shape of fins have been actively conducted and have been applied to actual industrial sites, but the complexity of the structure has increased.
또한, 종래의 수냉식 히트 싱크는 열전달 증대를 위해 복잡한 형상의 핀을 삽입하므로, 제조공정이 복잡하고, 대량 생산이 어려울 뿐만 아니라 제조비용도 상승하는 문제점이 있다.In addition, since the conventional water-cooled heat sink inserts fins having a complicated shape to increase heat transfer, the manufacturing process is complicated, mass production is difficult, and manufacturing cost is increased.
이에, 본 출원인에 의해 출원된 한국공개특허공보 제10-2021-0085730호에서는 하나 이상의 방열 대상체를 지지하며, 일측 판면에 방열 대상체에서 발생하는 열을 방열하기 위한 복수의 방열핀이 간격을 두고 돌출 형성되어, 방열 대상체를 냉각시키는 상부 냉각판과; 상부 냉각판과 마주보는 면에 형성되어 냉각유체가 유동하는 메인 유동로와, 복수의 방열핀이 삽입 가능하게 메인 유동로 상에 마련되어 복수의 방열핀과의 사이에 냉각유체가 연속적으로 유동하는 방열핀용 유동로를 형성하는 복수의 방열핀 삽입홈을 가지며, 상부 냉각판에 결합되어 방열 대상체로부터 발생된 열을 냉각시키는 하부 냉각판을 포함하는 수냉식 히트 싱크를 제안한 바 있다.Accordingly, in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2021-0085730 filed by the present applicant, a plurality of heat dissipation fins for supporting one or more heat dissipating objects and dissipating heat generated from the heat dissipating objects on one plate surface are formed to protrude at intervals. an upper cooling plate for cooling the heat dissipation object; The main flow path formed on the surface facing the upper cooling plate and through which the cooling fluid flows, and the plurality of heat dissipation fins are provided on the main flow path to be insertable and the cooling fluid flows continuously between the plurality of heat dissipation fins. There has been proposed a water-cooled heat sink having a plurality of heat dissipation fin insertion grooves forming a furnace and including a lower cooling plate coupled to an upper cooling plate to cool heat generated from a heat dissipating object.
상기 한국공개특허공보에 개시된 수냉식 히트 싱크는 상부 냉각판의 방열핀과 하부 냉각판의 방열핀 삽입홈 사이에 냉각유체가 유동하는 유동로를 형성하여 유체의 유동 구조를 개선함으로써, 동일한 체적 내에서 열교환 면적을 증대시켜 열전달 성능을 향상시킬 수 있으며, 구조를 단순화하여 대량 생산이 용이하고, 제조비용도 줄일 수 있는 효과를 제공하고 있다.The water-cooled heat sink disclosed in the Korean Patent Laid-Open Publication No. (Kokai) discloses a heat exchange area within the same volume by forming a flow path through which the cooling fluid flows between the heat dissipation fin of the upper cooling plate and the heat dissipation fin insertion groove of the lower cooling plate, thereby improving the flow structure of the fluid. heat transfer performance can be improved by increasing
특히, 수직 유동로를 통해 높은 속도를 가지며 수평 유동로를 향해 유동하는 냉각유체가 변곡 영역에서 방열핀 삽입홈의 내부면 또는 상부 냉각판에 제트 충돌(jet impingement)한 후, 수평 유동로로 유동하도록 구성하여, 냉각 효율을 증대시키는 효과를 제공하고 있다.In particular, the cooling fluid having a high velocity through the vertical flow path and flowing toward the horizontal flow path jets impingement on the inner surface of the heat dissipation fin insertion groove or the upper cooling plate in the inflection region, and then flows into the horizontal flow path. It provides the effect of increasing the cooling efficiency.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 다양한 분야, 예를 들어 금속공정, 전자장비 및 태양광 패널의 열관리, 레이저 다이오드의 열 관리 등 다양한 분야에서의 열 유속 증가에 따라 효과적인 냉각에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.On the other hand, as described above, research on effective cooling is being actively conducted in accordance with the increase in heat flux in various fields, for example, metal processing, thermal management of electronic equipment and solar panels, and thermal management of laser diodes. .
실제 사용 환경은 대부분 열부하가 일정하지 않고 계속해서 변화하기 때문에 부하 변동에 대응하기 위해 유량 변화, 냉각수 온도 변화 등 다양한 방법이 사용되고 있다.In the actual use environment, since the heat load is not constant and continuously changes, various methods such as flow rate change and cooling water temperature change are used to respond to load fluctuations.
일 예로, 금속공정의 경우 우수한 금속 품질을 얻기 위해서는 냉각 속도를 제어해줄 필요성이 있는데, 이를 위해서 냉각수의 유량을 조절하거나, 플럭스의 양을 조절해주는 방법이 쓰이고 있으나 해당 방법을 사용하기 위해서는 시스템의 복잡도가 증가한다.For example, in the case of metal processing, it is necessary to control the cooling rate in order to obtain excellent metal quality. For this purpose, methods of controlling the flow rate of cooling water or adjusting the amount of flux are used. However, to use these methods, the complexity of the system is required. increases
다른 예로, 전기차, 수소차, 하이브리드 자동차 등의 냉각계통의 경우 최대운전 시에는 인버터, 모터 등에서 주된 발열이 발생하고, 충전 시에는 온-보드 충전기(on-board charger)에서 주된 발열이 발생하는데, 이는 열관리가 필요한 부분에 집중적으로 냉각을 해주는 것이 필요하다. 그러나, 이를 위해서는 추가적인 조절밸브와 배관계통 구성이 요구되기 때문에 설계가 복잡해진다.As another example, in the case of cooling systems such as electric vehicles, hydrogen vehicles, and hybrid vehicles, main heat is generated from inverters and motors during maximum operation, and main heat is generated from the on-board charger during charging. It is necessary to intensively cool the area that needs thermal management. However, the design is complicated because an additional control valve and piping system configuration are required for this purpose.
상기와 같이, 냉각부하 변동에 따라 냉각 성능을 변화시키기 위해서는 추가적인 설계가 필요하기 때문에 시스템 구성이 복잡해지고 관련 비용이 증가한다는 문제점이 있다.As described above, since an additional design is required to change the cooling performance according to a change in the cooling load, there is a problem in that the system configuration is complicated and related costs are increased.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방열 대상체의 열 분포에 따라 냉각판의 형상이 변화하여, 냉각 성능을 조절할 수 있는 냉각 성능 가변형 수냉싱 히트 싱크를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a water-cooling heat sink with variable cooling performance capable of controlling cooling performance by changing a shape of a cooling plate according to a heat distribution of a heat dissipating object to solve the above problems.
또한, 본 발명은 동일한 체적 내에서 열교환 면적을 증대시켜 열전달 성능을 향상시킬 수 있으며, 구조를 단순화하여 대량 생산이 용이하고, 제조비용도 줄일 수 있는 냉각 성능 가변형 수냉싱 히트 싱크를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Another aspect of the present invention is to provide a water-cooled heat sink with variable cooling performance, which can improve heat transfer performance by increasing the heat exchange area within the same volume, simplify the structure, facilitate mass production, and reduce manufacturing cost. There is a purpose.
본 발명의 목적은, 본 발명에 따라, 냉각 성능 가변형 수냉식 히트 싱크에 있어서, 상부 판면에 적어도 하나의 방열 대상체를 지지하고, 하부 판면에 복수의 방열핀이 간격을 두고 돌출 형성되는 상부 냉각판과; 상기 상부 냉각판과의 사이에 냉각유체가 유동하는 유동로가 형성되도록 상기 상부 냉각판의 하부에 결합되고, 상기 유동로의 일부를 형성하되 복수의 상기 방열핀이 수용되는 핀 수용공간이 형성된 하부 냉각판과; 상기 상부 냉각판과 상기 하부 냉각판이 결합될 때 상호 인접한 한 쌍의 상기 방열핀 사이로 삽입되도록 상기 하부 냉각판에 설치되되, 한 쌍의 상기 방열핀 사이로의 삽입 깊이가 개별적으로 조절 가능하게 상기 하부 냉각판에 설치되는 복수의 가동핀 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 성능 가변형 수냉식 히트 싱크에 의해서 달성된다.An object of the present invention is to provide a water-cooled heat sink with variable cooling performance according to the present invention, comprising: an upper cooling plate supporting at least one heat dissipation target on an upper plate surface, and having a plurality of heat dissipation fins protruding from the lower plate surface at intervals; Lower cooling coupled to a lower portion of the upper cooling plate to form a flow path through which a cooling fluid flows between the upper cooling plate and forming a part of the flow path, but having a fin accommodating space in which the plurality of heat dissipation fins are accommodated plate family; It is installed on the lower cooling plate to be inserted between the pair of heat dissipation fins adjacent to each other when the upper cooling plate and the lower cooling plate are coupled, and the insertion depth between the pair of heat dissipation fins is individually adjustable in the lower cooling plate. It is achieved by a water-cooled heat sink with variable cooling performance, characterized in that it includes a plurality of movable fin units to be installed.
여기서, 상기 상부 냉각판은 복수의 상기 방열핀의 배열 방향 일측에 형성되어 상기 냉각유체가 유입되는 유입구와; 상기 배열 방향 타측에 형성되어 상기 유동로를 따라 유동한 상기 냉각유체가 배출되는 배출구를 더 포함할 수 있다.Here, the upper cooling plate is formed on one side in the arrangement direction of the plurality of heat dissipation fins, the inlet through which the cooling fluid flows; It may further include an outlet formed on the other side of the arrangement direction through which the cooling fluid flowing along the flow path is discharged.
또한, 상기 유동로는 상기 유입구와 상기 핀 수용공간 사이에 형성되는 유입측 유동로와, 상기 핀 수용공간에 의해 형성되는 핀측 유동로와, 상기 핀 수용공간과 상기 배출구 사이에 형성되는 배출측 유동로를 포함하고; 상기 핀측 유동로는 각각의 상기 방열핀과 가동핀 유닛 사이에서 상기 냉각유체가 상하 방향으로 유동하는 복수의 수직 유동로와, 각각의 상기 방열핀과 상기 하부 냉각판의 판면 사이, 각각의 상기 가동핀 유닛과 상기 상부 냉각판의 판면 사이에서 상기 냉각유체가 수평 방향으로 유동하는 복수의 수평 유동로를 포함하며; 상기 핀측 유동로는 상기 수직 유동로와 상기 수평 유동로가 교대로 형성될 수 있다.In addition, the flow path includes an inflow-side flow path formed between the inlet and the fin accommodating space, a fin-side flow path formed by the fin accommodating space, and an outlet-side flow path formed between the fin accommodating space and the outlet. comprising a furnace; The fin-side flow path includes a plurality of vertical flow paths through which the cooling fluid flows in the vertical direction between each of the heat dissipation fins and the movable fin units, and between each of the heat dissipation fins and the plate surface of the lower cooling plate, each of the movable fin units and a plurality of horizontal flow paths through which the cooling fluid flows in a horizontal direction between a plate surface of the upper cooling plate; The fin-side flow path may be alternately formed with the vertical flow path and the horizontal flow path.
그리고, 각각의 상기 가동핀 유닛은 상호 인접한 한 쌍의 상기 방열핀 사이로 삽입되는 가동핀과; 상기 가동핀의 상기 삽입 깊이를 조절하는 삽입 구동 모듈을 포함할 수 있다.In addition, each of the movable pin units includes a movable pin inserted between a pair of adjacent heat dissipation fins; It may include an insertion driving module for adjusting the insertion depth of the movable pin.
그리고, 상기 방열 대상체의 열 분포에 기초하여 각각의 상기 가동핀의 삽입 깊이가 조절되도록 상기 삽입 구동 모듈을 제어하여 상기 가동핀과 상기 상부 냉각판의 판면 사이에 형성되는 상기 수평 유동로의 단면적을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.And, the cross-sectional area of the horizontal flow path formed between the movable pin and the plate surface of the upper cooling plate by controlling the insertion driving module so that the insertion depth of each of the movable pins is adjusted based on the heat distribution of the heat dissipation object It may further include a control unit for adjusting.
그리고, 상기 제어부는 상기 방열 대상체의 열 분포에 따라 상대적으로 높은 온도 분포에 위치하는 상기 수평 유동로의 단면적이 좁아지도록 해당 삽입 구동 모듈을 제어할 수 있다.In addition, the controller may control the corresponding insertion driving module to narrow the cross-sectional area of the horizontal flow path positioned in a relatively high temperature distribution according to the heat distribution of the heat dissipation object.
그리고, 상기 제어부는 상기 방열 대상체의 온도에 기초하여, 복수의 상기 가동핀 전체의 삽입 깊이를 조절할 수 있다.In addition, the control unit may adjust the insertion depth of the entire plurality of movable pins based on the temperature of the heat dissipation target.
본 발명에 따르면, 복수의 가동핀 유닛이 개별적으로 방열핀 사이로의 삽입 깊이가 조절되어, 유동로의 단면적이 조절됨으로써, 각각의 방열핀에 의한 열 전달 성능을 변화시킬 수 있어, 방열 대상체의 열 분포에 적응적으로 적용 가능한 냉각 성능 가변형 수냉식 히트 싱크가 제공된다.According to the present invention, the insertion depth between the plurality of movable fin units is individually controlled between the heat dissipation fins, and the cross-sectional area of the flow path is adjusted, so that the heat transfer performance by each heat dissipation fin can be changed, so that the heat distribution of the heat dissipation object is affected. An adaptively applicable cooling performance variable water-cooled heat sink is provided.
또한, 본 발명에 따르면, 상부 냉각판의 방열핀과 하부 냉각판에 위치하는 가동핀 유닛 사이에 냉각유체가 유동하는 유동로를 형성하여 유체의 유동 구조를 개선함으로써, 동일한 체적 내에서 열교환 면적을 증대시켜 열전달 성능을 향상시킬 수 있으며, 구조를 단순화하여 대량 생산이 용이하고, 제조비용도 줄일 수 있는 효과가 제공된다.In addition, according to the present invention, a flow path through which the cooling fluid flows is formed between the heat dissipation fin of the upper cooling plate and the movable fin unit located on the lower cooling plate to improve the flow structure of the fluid, thereby increasing the heat exchange area within the same volume. Thus, heat transfer performance can be improved, and mass production is facilitated by simplifying the structure, and the effect of reducing manufacturing cost is provided.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 성능 가변형 수냉식 히트 싱크의 사이도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 성능 가변형 수냉식 히트 싱크의 저부 사시도이고,
도 3 및 도 4는 도 1의 A-A 선에 따른 단면도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 따른 냉각 성능 가변형 수냉식 히트 싱크의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a water-cooled heat sink with variable cooling performance according to an embodiment of the present invention;
2 is a bottom perspective view of a water-cooled heat sink with variable cooling performance according to an embodiment of the present invention;
3 and 4 are cross-sectional views taken along line AA of FIG. 1,
5 is a cross-sectional view of a water-cooled heat sink with variable cooling performance according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those skilled in the art of the scope of the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” does not exclude the presence or addition of one or more other components in addition to the stated components. Like reference numerals refer to like elements throughout, and "and/or" includes each and every combination of one or more of the recited elements.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein will have the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless specifically defined explicitly.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 성능 가변형 수냉식 히트 싱크(100)의 사이도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 성능 가변형 수냉식 히트 싱크(100)의 저부 사시도이고, 도 3 및 도 4는 도 1의 A-A 선에 따른 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a water-cooled
도 1 내지 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉각 성능 가변형 수냉식 히트 싱크(100)(이하, '수냉식 히트 싱크(100)'라 함)는 상부 냉각판(130), 하부 냉각판(110) 및 복수의 가동핀 유닛(150)을 포함한다.1 to 4, the cooling performance variable water-cooled heat sink 100 (hereinafter, referred to as 'water-cooled heat sink 100') according to an embodiment of the present invention is an
본 발명의 실시예에서는 상부 냉각판(130) 및 하부 냉각판(110)이 각각 독립적으로 제작되는 것을 예로 한다. 그리고, 상부 냉각판(130)과 하부 냉각판(110)은 볼트 등과 같은 체결 수단을 통해 상호 결합될 수 있다.In the embodiment of the present invention, it is assumed that the
여기서, 상부 냉각판(130)과 하부 냉각판(110) 간의 결합을 통해, 상부 냉각판(130)과 하부 냉각판(110) 사이에 냉각유체가 유동하는 유동로가 형성되는데, 유동로에 대한 구체적인 설명은 후술한다.Here, through the coupling between the
본 발명의 실시예에서는 상부 냉각판(130)과 하부 냉각판(110)의 각 가장자리를 따라 마주보는 면에는 고무 패킹(미도시)을 마련할 수 있으며, 이를 통해 유동로를 따라 유동하는 냉각유체가 외부로 누설되지 않도록 한다. In the embodiment of the present invention, a rubber packing (not shown) may be provided on the surfaces facing each edge of the
상부 냉각판(130)은 일정 두께를 갖는 장방형의 단면 형상을 갖는 것을 예로 한다.For example, the
상부 냉각판(130)의 상부 판면에는 방열 대상체(미도시)가 설치된다. 여기서, 본 발명의 실시예에서는 방열 대상체가 상부 냉각판(130)의 상부면에 마련되는 것을 예로 하나 이에 한정되지 않고, 상부 냉각판(130)은 상부 냉각판(130)과 분리된 방열 대상체)의 저부면에 밀착 지지할 수도 있다.A heat dissipation object (not shown) is installed on the upper plate surface of the
또한, 상부 냉각판(130)은 냉각유체가 유입되는 유입구(131)와, 유입구(131)를 통해 유입되어 유동로를 따라 유동한 냉각유체가 외부로 배출되는 배출구(132)를 포함할 수 있다.In addition, the
본 발명의 실시예에서는 유입구(131) 및 배출구(132)가 복수의 가동핀 유닛(150)의 배열 방향 양측에 각각 형성되는 것을 예로 한다.In the embodiment of the present invention, it is assumed that the
한편, 상부 냉각판(130)의 하부 판면에는 복수의 방열핀(133)이 일정 간격을 두고 하부 방향으로 돌출 형성된다.Meanwhile, on the lower plate surface of the
복수의 방열핀(133)은 일정한 폭과 높이를 갖는 장방형의 단면 형상을 갖는다. 본 발명의 실시예에서는 복수의 방열핀(133)이 각각 동일한 두께를 갖는 것을 예로 하고 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 국한되지 않음은 물론이다.The plurality of
그리고, 복수의 방열핀(133)은 상부 냉각판(130)의 하부 판면으로부터 수직하게 동일한 간격으로 배치되는 것을 예로 하나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 국한되지 않음은 물론이다. 일 예로, 방열 대상체의 기본적인 방열 분포에 따라 상호 상이한 두께로 마련될 수 잇음은 물론이다.In addition, although the plurality of
한편, 하부 냉각판(110)은 상부 냉각판(130)과의 사이에 냉각유체가 유동하는 유동로가 형성되도록 상부 냉각판(130)의 하부에 결합된다.Meanwhile, the
또한, 하부 냉각판(110)에는 유동로의 일부를 형성하는 핀 수용공간이 형성되는데, 핀 수용 공간은 복수의 방열핀(133)이 수용 가능한 깊이로 함몰되어 형성된다.In addition, a fin accommodating space forming a part of the flow path is formed in the
이와 같은 구성을 통해, 상부 냉각판(130)과 하부 냉각판(110)이 결합되는 경우, 상부 냉각판(130)의 복수의 방열핀(133)은 하부 냉각판(110)의 핀 수용공간 내부에 위치된 상태에서, 각각의 방열핀(133)의 말단은 핀 수용공간의 판면과 일정 간격 이격된 상태로 배치됨으로써, 방열핀(133)의 말단과 핀 수용공간의 판면 사이에 유동로가 형성된다.Through this configuration, when the
여기서, 본 발명의 실시예에서는 유동로가, 유입측 유동로(111), 핀측 유동로(113) 및 배출측 유동로(112)를 포함하는 것을 예로 한다.Here, in the embodiment of the present invention, it is assumed that the flow path includes an inlet
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 유입측 유동로(111)는 유입구(131)와 핀 수용공간 사이에 형성되는데, 상부 냉각판(130)과 하부 냉각판(110)의 사이의 공간에 형성되는 것을 예로 한다. 본 발명의 실시예에서는 하부 냉각판(110)의 판면이 함몰되어 유입측 유동로(111)가 형성되는 것을 예로 하고 있으나, 상부 냉각판(130)의 판면이 함몰되어 형성되거나, 양측이 모두 함몰된 상태로 유입측 유동로(111)가 형성될 수도 있다.As shown in FIGS. 3 and 4 , the inflow-
배출측 유동로(112)는 배출구(132)와 핀 수용공간 사이에 형성된다. 유입측 유동로(111)와 마찬가지로, 배출측 유동로(112)는 상부 냉각판(130)과 하부 냉각판(110)의 사이의 공간에 형성되며, 그 구성은 유입측 유동로(111)에 대응할 수 있다.The discharge-
그리고, 핀측 유동로(113)는 핀 수용공간에 의해 형성된다. 여기서, 핀측 유동로(113)는 복수의 수직 유동로(113a)와 복수의 수평 유동로(113b)를 포함하여 구성되는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.And, the fin-
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복수의 가동핀 유닛(150)은 상부 냉각판(130)과 하부 냉각판(110)이 결합될 때, 상호 인접한 한 쌍의 방열핀(133) 사이로 삽입되도록 하부 냉각판(110)에 설치된다.On the other hand, the plurality of
여기서, 각각의 가동핀 유닛(150)은 한 쌍의 방열핀(133) 사이로의 삽입 깊이가 개별적으로 조절 가능하게 하부 냉각판(110)에 설치된다. 이에 따라, 가동핀 유닛(150)의 삽입 깊이가 조절되는 경우, 핀측 유동로(113)의 수평 유동로(113b)의 단면적이 조절 가능하게 되어, 해당 위치에서의 냉각 성능이 개별적으로 조절 가능하게 된다.Here, each
보다 구체적으로 설명하면, 앞서 설명한 바와 같이, 핀측 유동로(113)는 각각의 방열핀(133)과 가동핀 유닛(150) 사이에서 냉각유체가 상하 방향으로 유동하는 복수의 수직 유동로(113a)를 포함할 수 있다.More specifically, as described above, the fin-
또한, 핀측 유동로(113)는 각각의 방열핀(133)과 하부 냉각판(110)의 판면 사이, 그리고 각각의 가동핀 유닛(150)과 상부 냉각판(130)의 판면 사이에서 상기 냉각유체가 수평 방향으로 유동하는 복수의 수평 유동로(113b)를 포함할 수 있다.In addition, in the fin-
즉, 본 발명의 실시예에서는 수직 유동로(113a)와 수평 유동로(113b)가 교대로 형성되어 핀측 유동로(113)를 형성하게 된다.That is, in the embodiment of the present invention, the
상기와 같은 구성에 따라, 유입구(131)를 통해 유입되는 냉각유체는 유입측 유동로(111)를 따라 유동하여 핀측 유동로(113)로 유입되는데, 수직 유동로(113a)를 통해 하강한 후, 수평 유동로(113b)를 따라 유동하고, 다시 수직 유동로(113a)를 따라 상승한 후 수평 유동로(113b)를 따라 유동하는 것을 반복한 후, 배출측 유동로(112)를 통해 배출구(132)로 배출된다.According to the above configuration, the cooling fluid flowing in through the
상기와 같은 구성에 따라, 수직 유동로(113a)와 수평 유동로(113b)는 유로가 90도 각도로 변곡되는 변곡 영역을 형성하게 되는데, 이러한 변곡 영역에 핀측 유동로(113) 상에 복수개가 형성된다.According to the above configuration, the
예컨대, 변곡 영역은 수직 유동로(113a)와 수평 유동로(113b)의 각 경계 영역에 형성되며, 이에 따라 상부 냉각판(130)과 하부 냉각판(110)이 냉각유체가 충돌하는 충돌판의 기능을 수행하게 된다.For example, the inflection region is formed in each boundary region of the
따라서, 수직 유동로(113a)를 통해 높은 속도를 가지며 수평 유동로(113b)를 향해 유동하는 냉각유체는 변곡 영역에서 상부 냉각판(130) 또는 하부 냉각판(110)에 제트 충돌(Jet impingement)한 후, 수평 유동로(113b)로 유동하게 된다.Accordingly, the cooling fluid having a high velocity through the
여기서, 제트 충돌이라 함은 유체가 열원 벽면에 충돌하여 열전달하는 방식의 하나이다. 따라서, 냉각유체가 상부 냉각판(130) 또는 하부 냉각판(110)에 제트 충돌함에 따라, 제트 충돌한 냉각유체의 열경계층은 얇아지게 되고, 이에 의해 퓨리에의 열전도법칙에 따라 냉각유체의 얇아진 열경계층에 의해 냉각유체는 높은 열전달 성능을 갖게 된다.Here, the jet collision is one of the methods in which a fluid collides with a wall surface of a heat source to transfer heat. Accordingly, as the cooling fluid jets collides with the
한편, 각각의 가동핀 유닛(150)이 가동핀(151)과, 삽입 구동 모듈(152)을 포함할 수 있다.Meanwhile, each
가동핀(151)은 상호 인접한 한 쌍의 방열핀(133) 사이로 삽입된다. 이를 통해, 각각의 방열핀(133)과의 사이에 수직 유동로(113a)를 형성하고, 상부 냉각판(130)과의 사이에 수평 유동로(113b)를 형성하게 된다.The
삽입 구동 모듈(152)은 가동핀(151)의 삽입 깊이를 조절함으로써, 가동핀(151)의 말단과 상부 냉각판(130)의 하부 판면 사이의 간격을 조절한다. 이를 통해, 가동핀(151)과 상부 냉각판(130)의 판면 사이에 형성되는 수평 유동로(113b)의 단면적이 조절됨으로써, 해당 영역의 냉각 성능의 조절이 가능하게 된다.The
상기와 같은 구성에 따라, 각각의 삽입 구동 모듈(152)의 제어를 통해, 각각의 가동핀(151)에 의해 형성되는 수평 유동로(113b)의 단면적이 조절되어, 각각의 가동핀(151)이 위치하는 영역에서의 냉각 성능의 조절이 가능하게 된다.According to the above configuration, through the control of each
이는, 방열 대상체의 열 분포에 기초하여, 영역별로 냉각 성능의 조절이 가능하게 된다. 일 예로, 방열 대상체의 열 분포가 중심 부분의 발열이 심한 형태를 갖는 경우, 도 3 및 도 4에 도시된 가동핀(151) 중 중앙 부분의 가동핀(151)의 삽입 깊이를 상대적으로 깊게 조절하여, 해당 영역의 수평 유동로(113b)의 단면적을 줄여 냉각 성능을 상대적으로 높일 수 있다.This makes it possible to adjust the cooling performance for each area based on the heat distribution of the heat dissipating object. For example, when the heat distribution of the heat dissipation object has a form in which heat is severe in the central portion, the insertion depth of the
도 3에서는 유입구(131) 측의 수평 유동로(113b)의 단면적이 작아지도록 조절된 예를 나타내고 있으며, 도 4는 동일한 단면적이 형성되도록 수평 유동로(113b)가 조절된 예를 나타낸 도면이다.3 shows an example in which the cross-sectional area of the
상기와 같이, 방열 대상체의 열 분포에 따라 수평 유동로(113b)에서의 냉각 성능이 조절 가능하게 되어, 방열 대상체의 보다 효과적인 방열이 가능하게 된다.As described above, the cooling performance in the
여기서, 본 발명의 실시예에서는 삽입 구동 모듈(152)이 지그 형태로 마련되어, 수동으로 각각의 가동핀(151)의 삽입 깊이가 조절되는 것을 예로 한다.Here, in the embodiment of the present invention, the
다른 예로, 도시되지 않은 제어부가 방열 대상체의 열 분포에 기초하여 가동핀(151)의 삽입 깊이가 조절되도록 삽입 구동 모듈(152)을 제어하는 것을 예로 한다. 제어부에 의해 제어되는 삽입 구동 모듈(152)은 스텝 모터, 전자석, 유압 등 다양한 형태로 구현 가능함은 물론이다.As another example, the control unit (not shown) controls the
도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서는 전자석 방식의 삽입 구동 모듈(152)을 예로 하여 도시한 것이고, 도 5에 도시된 실시예에 따른 수냉식 히트 싱크(100a)의 가동핀 유닛(150a)은 스텝 모터 방식의 삽입 구동 모듈(152a)이 가동핀(151a)을 상하 이동시키는 것을 예로 도시하고 있다.3 and 4, the electromagnet type
이와 같은 구성을 통해, 제어부는 방열 대상체의 열 분포에 따라 상대적으로 높은 온도 분포에 위치하는 수평 유동로(113b)의 단면적이 좁아지도록 해당 삽입 구동 모듈(152)을 제어할 수 있다.Through such a configuration, the controller may control the
또한, 제어부는 방열 대상체의 온도에 기초하여, 가동핀(151) 전체의 삽입 깊이를 조절할 수 있다. 일 예로, 방열 대상체의 온도가 높은 경우, 전체 가동핀(151)의 삽입 깊이를 깊게 삽입하여 전체 수평 유동로(113b)의 단면적을 줄여, 냉각 성능을 높일 수 있다.In addition, the controller may adjust the insertion depth of the entire
반면, 동일한 방열 대상체라도 현재 온도 부하가 떨어지는 동작을 수행하는 경우, 전체 가동핀(151)의 삽입 깊이를 상대적으로 깊지 않게 삽입하여 수평 유동로(113b)의 단면적을 넓힐 수 있다.On the other hand, when the same heat dissipation object performs an operation in which the current temperature load is lowered, the cross-sectional area of the
따라서, 현재 방열 대상체의 구동 상태나, 열 분포에 따라 복수의 가동핀(151)을 개별적으로, 또는 전체적으로 조절함으로써, 방열 대상체의 열 분포나 온도에 적합한 상태로 냉각 성능의 조절이 가능하게 된다.Accordingly, by individually or entirely controlling the plurality of
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.As mentioned above, although embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains know that the present invention can be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. you will be able to understand Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
100 : 수냉식 히트 싱크 110 : 하부 냉각판
111 : 유입측 유동로 112 : 배출측 유동로
113 : 핀측 유동로 113a : 수직 유동로
113b : 수평 유동로 130 : 상부 냉각판
131 : 유입구 132 : 배출구
133 : 냉각핀 150 : 가동핀 유닛
151 : 가동핀 152 : 삽입 구동 모듈100: water cooling heat sink 110: lower cooling plate
111: inlet side flow path 112: discharge side flow path
113: fin
113b: horizontal flow path 130: upper cooling plate
131: inlet 132: outlet
133: cooling fin 150: movable fin unit
151: movable pin 152: insertion drive module
Claims (7)
상부 판면에 적어도 하나의 방열 대상체를 지지하고, 하부 판면에 복수의 방열핀이 간격을 두고 돌출 형성되는 상부 냉각판과;
상기 상부 냉각판과의 사이에 냉각유체가 유동하는 유동로가 형성되도록 상기 상부 냉각판의 하부에 결합되고, 상기 유동로의 일부를 형성하되 복수의 상기 방열핀이 수용되는 핀 수용공간이 형성된 하부 냉각판과;
상기 상부 냉각판과 상기 하부 냉각판이 결합될 때 상호 인접한 한 쌍의 상기 방열핀 사이로 삽입되도록 상기 하부 냉각판에 설치되되, 한 쌍의 상기 방열핀 사이로의 삽입 깊이가 개별적으로 조절 가능하게 상기 하부 냉각판에 설치되는 복수의 가동핀 유닛을 포함하고,
상기 상부 냉각판은
복수의 상기 방열핀의 배열 방향 일측에 형성되어 상기 냉각유체가 유입되는 유입구와,
상기 배열 방향 타측에 형성되어 상기 유동로를 따라 유동한 상기 냉각유체가 배출되는 배출구를 더 포함하고;
상기 유동로는
상기 유입구와 상기 핀 수용공간 사이에 형성되는 유입측 유동로와,
상기 핀 수용공간에 의해 형성되는 핀측 유동로와,
상기 핀 수용공간과 상기 배출구 사이에 형성되는 배출측 유동로를 포함하고;
상기 핀측 유동로는
각각의 상기 방열핀과 가동핀 유닛 사이에서 상기 냉각유체가 상하 방향으로 유동하는 복수의 수직 유동로와,
각각의 상기 방열핀과 상기 하부 냉각판의 판면 사이, 각각의 상기 가동핀 유닛과 상기 상부 냉각판의 판면 사이에서 상기 냉각유체가 수평 방향으로 유동하는 복수의 수평 유동로를 포함하고;
상기 핀측 유동로는 상기 수직 유동로와 상기 수평 유동로가 교대로 형성되고;
각각의 상기 가동핀 유닛은
상호 인접한 한 쌍의 상기 방열핀 사이로 삽입되는 가동핀과,
상기 가동핀의 상기 삽입 깊이를 조절하는 삽입 구동 모듈을 포함하며;
상기 방열 대상체의 열 분포에 기초하여 각각의 상기 가동핀의 삽입 깊이가 조절되도록 상기 삽입 구동 모듈을 제어하여 상기 가동핀과 상기 상부 냉각판의 판면 사이에 형성되는 상기 수평 유동로의 단면적을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 성능 가변형 수냉식 히트 싱크.In the cooling performance variable type water cooling heat sink,
an upper cooling plate supporting at least one heat dissipation target on an upper plate surface, and having a plurality of heat dissipation fins protruding from the lower plate surface at intervals;
Lower cooling coupled to a lower portion of the upper cooling plate so that a flow path through which a cooling fluid flows is formed between the upper cooling plate and a fin accommodating space that forms a part of the flow path and accommodates the plurality of heat dissipation fins plate family;
When the upper cooling plate and the lower cooling plate are coupled, they are installed on the lower cooling plate so as to be inserted between the pair of adjacent heat dissipation fins, and the insertion depth between the pair of heat dissipation fins is individually adjustable in the lower cooling plate. Including a plurality of movable pin units to be installed,
The upper cooling plate
an inlet formed on one side of the plurality of heat dissipation fins in the arrangement direction through which the cooling fluid flows;
It is formed on the other side of the arrangement direction and further includes an outlet through which the cooling fluid flowing along the flow path is discharged;
the flow path
an inflow-side flow path formed between the inlet and the fin accommodating space;
a fin-side flow path formed by the fin accommodating space;
a discharge-side flow path formed between the fin receiving space and the outlet;
The fin side flow path
a plurality of vertical flow paths through which the cooling fluid flows in the vertical direction between each of the heat dissipation fins and the movable fin units;
a plurality of horizontal flow paths through which the cooling fluid flows in a horizontal direction between each of the heat dissipation fins and a plate surface of the lower cooling plate and between each of the movable fin units and a plate surface of the upper cooling plate;
the fin-side flow path is alternately formed with the vertical flow path and the horizontal flow path;
Each of the movable pin units is
a movable pin inserted between a pair of adjacent heat dissipation fins;
and an insertion driving module for adjusting the insertion depth of the movable pin;
Controlling the insertion drive module so that the insertion depth of each of the movable pins is adjusted based on the heat distribution of the heat dissipation object to adjust the cross-sectional area of the horizontal flow path formed between the movable pin and the plate surface of the upper cooling plate Cooling performance variable water-cooled heat sink, characterized in that it further comprises a control unit.
상기 제어부는 상기 방열 대상체의 열 분포에 따라 상대적으로 높은 온도 분포에 위치하는 상기 수평 유동로의 단면적이 좁아지도록 해당 삽입 구동 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각 성능 가변형 수냉식 히트 싱크.According to claim 1,
Wherein the control unit controls the insertion driving module to narrow the cross-sectional area of the horizontal flow path located in a relatively high temperature distribution according to the heat distribution of the heat dissipation object, the cooling performance variable water-cooled heat sink.
상기 제어부는 상기 방열 대상체의 온도에 기초하여, 복수의 상기 가동핀 전체의 삽입 깊이를 조절하는 것을 특징으로 하는 냉각 성능 가변형 수냉식 히트 싱크.According to claim 1,
The control unit, based on the temperature of the heat dissipation object, a cooling performance variable water-cooling heat sink, characterized in that for adjusting the insertion depth of the plurality of the entire movable fins.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210115329A KR102348363B1 (en) | 2021-08-31 | 2021-08-31 | Cooling performance variable type liquid-cooled heat sink |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20010027876A (en) | 1999-09-16 | 2001-04-06 | 김형벽 | Water cooling structure for high efficiency heat sink |
KR20170136472A (en) * | 2017-11-28 | 2017-12-11 | 박종배 | Expandable cooler |
KR20210085730A (en) | 2019-12-31 | 2021-07-08 | 고려대학교 산학협력단 | Liquid-cooled heat sink |
-
2021
- 2021-08-31 KR KR1020210115329A patent/KR102348363B1/en active IP Right Grant
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