KR20080041979A

KR20080041979A - 방열 시스템 및 방열 공동체

Info

Publication number: KR20080041979A
Application number: KR1020070063287A
Authority: KR
Inventors: 친 쿠앙 루오
Original assignee: 친 쿠앙 루오
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2008-05-14
Also published as: US20080105404A1; TW200821528A

Abstract

본 발명에 따른 방열 시스템은 수용 공간(31, 31')을 규정하고 열원(61)과 접촉하도록 구성된 하부벽(34, 74, 34')을 구비하는 방열 공동체(3, 7, 3')와, 상기 수용 공간(31, 71, 31')에 배치되고 상기 열원(61)에 의해 발생된 열을 흡수하는 작동 유체(30)와, 상기 작동 유체와 열교환하기 위한 열교환 유닛(4)을 포함하고 있다. 상기 하부벽(34, 74, 34')은 금속 박막으로 제조되고, 상기 하부벽(34, 74, 34')이 열원(61)에 가압될 때 상기 하부벽(34, 74, 34')이 열원(61)의 접촉 표면과 정합하여 긴밀 접촉하게 변형되도록 가요성이 있다.

Description

방열 시스템 및 방열 공동체{HEAT DISSIPATING SYSTEM HAVING A HEAT DISSIPATING CAVITY BODY}

도 1은 열원에 부착되기 이전의 상태의 종래의 히트 싱크의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 방열 시스템의 바람직한 제 1 실시예에 대한 개략적인 정면도,

도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 대한 개략적인 측면도,

도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 방열 공동체에 대한 부분 단면도,

도 5는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 콘덴서에 대한 부분 단면도,

도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 방열 시스템의 방열 공동체에 대한 확대 단면도,

도 7은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 방열 시스템에 대한 부분적인 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

3, 7, 3' : 방열 공동체 30 : 작동 유체

31, 71, 31' : 수용 공간 33, 73, 33' : 상부벽

34, 74, 34' : 하부벽 32, 72 : 주변 벽

331 : 돌출부 332 : 함몰부

421 : 저온측 422 : 고온측

본 발명은 방열에 관한 것으로, 특히 방열 공동체를 구비하는 방열 시스템에 관한 것이다.

도 1을 참조하면, 종래의 히트 싱크(1)가 열원(2)과 접촉하는 실질적으로 넓은 접촉면(11)과, 복수의 방열 핀(fin)(12)을 포함하고 있다. 접촉면(11)은 열원(2)에 의해 발생되는 열을 흡수하고, 이 열은 자연 대류에 의해 차가운 외부 공기와 열교환하는 방열 핀(12)을 통해 방출된다.

히트 싱크(1)와 열원(2)의 접촉 부분은 강성이고, 접촉면의 표면 편평도에 있어서 허용 오차가 불가피하게 있을 수 있기 때문에, 히트 싱크(1)와 열원(2)의 접촉면 사이에는 작은 갭이 일반적으로 형성된다. 이와 같이, 히트 싱크(1)의 접촉면(11)은 열원(2)과 긴밀하게 접촉할 수 없고, 이에 의해 히트 싱크(1)의 방열 효율에 영향을 주게 된다. 또한, 히트 싱크(1)의 방열 목적은 히트 싱크의 방열 영역을 증가시킴으로써 달성되기 때문에, 이에 따라 종래의 히트 싱크(1) 체적은 대형이다. 또한, 열전도 영역이 제한되기 때문에, 종래의 히트 싱크(1)의 온도는 오랜 시간 사용하고 난 후에는 상승하게 되어, 방열 효과에 악영향을 미치게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 방열 효과를 개선하고 방열 시스템의 효율 향상시키기 위해 방열 공동체를 구비하는 방열 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 방열 시스템은 수용 공간을 규정하고 열원과 접촉하도록 구성된 하부벽을 구비하는 방열 공동체와, 상기 수용 공간에 배치되고 상기 열원에 의해 발생된 열을 흡수하는 작동 유체와, 상기 작동 유체와 열교환하기 위한 열교환 유닛을 포함하고 있다. 상기 하부벽은 금속 박막으로 제조되고, 상기 하부벽이 열원에 가압될 때 상기 하부벽이 열원의 접촉 표면과 정합하여 긴밀 접촉하게 변형되도록 가요성이 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 방열 공동체는 열원과 접촉하도록 구성되고, 상부벽 및 하부벽과, 작동 유체를 내장하도록 구성된 수용 공간을 규정하도록 상기 상부벽과 하부벽 사이에 연결된 주변 벽을 포함하고, 상기 하부벽은 금속 박막으로 제조되고, 상기 하부벽이 열원에 가압될 때 상기 하부벽이 열원의 접촉 표면과 정합하여 긴밀 접촉하게 변형되도록 가요성이 있다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다.

아래의 본 발명의 바람직한 실시예를 참고하여 본 발명을 더 자세히 설명하기에 앞서, 전체 명세서에 걸쳐 유사한 구성요소는 유사한 도면 부호로 표시되어 있다는 것에 주목해야 한다.

도 2 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 방열 시스템의 바람직한 제 1 실시예가 컴퓨터 모듈(6)에 설치되어 있고, 방열 공동체(3)와 열교환 유닛(4)을 포함하는 것으로 도시되어 있다.

이러한 실시예에서, 방열 공동체(3)는 컴퓨터 모듈(6)의 하부 챔버에 배치되도록 구성되어 있고, 0.5 mm 미만의 두께를 가진 금속 박판으로 제조되어 있다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 방열 공동체(3)는 상부벽(33) 및 하부벽(34)과, 이 상부벽(33)과 하부벽(34) 사이에 수용 공간(31)을 형성하도록 연결되는 주변 벽(32)을 구비하고 있다. 하부벽(34)은 정상 상태에서 하측으로 볼록하게 되어 있고, 컴퓨터 모듈(6)의 열원(61)과 접촉하도록 구성되어 있다. 주변 벽(32)은 주름형으로 되어 있다. 도 2에서, 상부벽(33) 및 하부벽(34)(상부벽(33)만이 보임)이 수직으로 배치되어 있다.

열교환 유닛(4)은 콘덴서(41)와, 열전기 냉각기(42)와, 히트 싱크(43)와, 팬(44)을 포함하고 있다. 콘덴서(41)는 그 상단부에 형성되어 있는 증기 수용 섹션(411)와, 그 하단부에 형성되어 있는 액체 수용 섹션(412)과, 상기 증기 수용 섹션(411)과 액체 수용 섹션 사이(412)에서 연결되는 복수의 채널(413)을 구비하고 있다. 상기 열전기 냉각기(42)는 회로를 통해 제어되고, 액체 수용 섹션(412)과 접촉하는 저온측(421)과, 이 저온측(421)과 마주하는 고온측(422)을 구비하고 있다. 저온측(421)은 액체 수용 섹션(412)을 일정한 온도로 유지시키기 위한 냉각 기능을 가지고 있다. 히트 싱크(43)는 콘덴서(41)에 근접하게 배치되어 있고, L자 형 구조를 가지고 있다. 히트 싱크(43)는 열전기 냉각기(42)의 고온측(422)과 접촉하는 수평판(431)과, 이 수평판(431)의 주변 단부에 연결되어 있고 콘덴서(41)와 평행한 수직판(432)과, 이 수직판(432)에 마련되어 있는 복수의 핀(433)을 구비하고 있다. 상기 팬(44)은 콘덴서(41)와 히트 싱크(43)에 인접하여 배치되어, 도 3에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이 차가운 공기 흐름을 콘덴서(41)와 히트 싱크(43)을 향해 안내한다.

이러한 실시예에서, 튜빙 유닛(tubing unit)(5)이 방열 공동체(3)와 콘덴서(41)를 상호 연결시키고, 공동체(3)에 유체 연결되는 증기 유동 튜브(51)와, 콘덴서(41)의 증기 수용 섹션(411)과, 공동체(3)에 유체 연결되는 액체 유동 튜브(52)와, 콘덴서(41)의 액체 수용 섹션(412)을 포함하고 있다. 이와 같이, 증기 유동 튜브(51) 및 액체 유동 튜브(52)와, 콘덴서(41)와, 공동체(3)는 밀폐식 순환 루프를 형성한다.

작동 유체(30)가 응축가능하고, 증기 유동 튜브(51) 및 액체 유동 튜브(52)와, 공동체(3)와, 콘덴서(41)가 배기된 후에, 본 발명의 방열 시스템으로 분사되어, 작동 유체(30)는 진공 환경에서 순환된다. 이러한 실시예에 있어서, 작동 유체(30)는 상온에서 액체 상태인 냉매이다. 변형예로서, 작동 유체(30)는 초열전도성 액체일 수 있다.

조립 중에, 방열 공동체(30)의 하부벽(34)은 컴퓨터 모듈(6)의 열원(61)과 접촉하도록 배치되어 있다. 공동체(3)는 금속 박판으로 제조되어 있기 때문에, 하부벽(34)과 주름형 주변 벽(32)은 가요성이 있어서 외력에 의해 영향을 받을 때 쉽 게 변형된다. 이와 같이, 하부벽(34)은 열원(61)에 압박되고, 하부벽(34)은 열원(61)의 접촉면에 정합하여 긴밀하게 접촉되어, 공동체(3)와 열원(61) 사이의 긴밀한 접촉을 향상시킨다.

초기에는, 작동 유체(30)가 액체 상태이고, 공동체(3)의 수용 공간(31)에 내장되어 있다. 컴퓨터 모듈(6)이 스위치 온 된 후에, 공동체(3) 내의 액체 상태 작동 유체(30)는 열원(61)에 의해 발생된 열을 열전도를 통해 흡수하여, 증발된다. 공동체(3) 내부의 압력은 작동 유체(30)가 증발됨에 따라 상승하고, 증발된 작동 유체(30)는 고밀도 영역인 공동체(3)로부터 저밀도 영역인 콘덴서(41)의 증기 수용 영역(411)으로 증기 유동 튜브(51)를 통해 자연 대류에 의해 상측으로 유동하도록 가압된다. 이 때, 팬(44)은 콘덴서(41)와 히트 싱크(43)가 차가운 공기와 열교환을 하도록 콘덴서(41)와 히트 싱크(43)를 향해 차가운 공기를 분사한다. 증기 유동 튜브(51)로부터 증발된 작동 유체(30)는 콘덴서(41)에서 응축되고, 채널(413)을 통해 중력에 의해 콘덴서(4)의 액체 수용 섹션(412)으로 하측으로 유동한다.

열전기 냉각기(42)의 저온측(421)의 냉각 기능을 통해, 콘덴서(41)의 액체 수용 섹션(412)에서의 응축 상태의 작동 유체(30)의 온도는 미리 설정된 값으로 계속하여 강하되고, 열전기 냉각기(42)의 고온측(422)은 응축된 작동 유체(30)로부터 방을 방출시키는 히트 싱크(43)로 열을 전달한다. 그 후, 액체 수용 섹션(412)의 냉각 응축된 작동 유체(30)는 중력에 의해 액체 유동 튜브(52)를 통해 공동체(3)의 수용 공간(31)으로 다시 유동하여 전술한 과정을 반복한다. 따라서, 콘덴서(41)와, 공동체(3)와, 증기 유동 및 액체 유동 튜브(51, 51)를 통해 작동 유체(30)를 순환시킴으로써, 열이 효과적으로 방출된다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 방열 시스템이 바람직한 제 1 실시예와 유사하게 도시되어 있다. 방열 공동체(7)는 금속 박막으로 제조된다. 그러나, 이러한 실시예에서, 방열 공동체(7)의 하부벽(74)은 편평하다. 하부벽(74)이 열원(61)의 접촉면에 가압되면, 하부벽(74)은 마찬가지로 열원(61)의 접촉면과 정합하여 긴밀하게 접촉하게 된다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 방열 시스템이 바람직한 제 1 실시예와 유사하게 도시되어 있다. 그러나, 이러한 실시예에서, 방열 공동체(3')의 수용 공간(31')은 밀폐되어 있고, 콘덴서(41) 및 튜빙 유닛(5')과 연통하지 않는다. 상부벽(33')은 복수의 돌출부(331)와 함몰부(332)가 형성되어 있는 내부면을 구비하여 상부벽(33')의 내면의 표면 영역을 증가시킨다. 열전기 냉각기(42)의 저온측(421)은 공동체(3')의 상부벽(33')과 직접 접촉하고 있다. 튜빙 유닛(5')은 증기 유동 및 액체 유동 튜브(51, 52) 사이에서 유체 연결되고 열전기 냉각기(42)의 고온측(422)과 접촉하고 있는 중간 튜브(53)를 더 포함하고 있다. 작동 유체(30)는 콘덴서(41)와 튜빙 유닛(5')에 추가로 배치된다.

수용 공간(31')에서의 액체 상태 작동 유체(30)가 열원(61)에 의해 발생된 열을 흡수하면, 증발하여 상부벽(33')을 향해 상측으로 상승하게 된다. 그 후, 증발된 작동 유체(30)는 공동체(3')와 열교환을 한다. 열전기 냉각기(42)의 저온측(421)의 냉각 기능을 통해, 증발된 작동 유체(30)는 응축되고, 전술한 증발 및 응축 과정을 반복하도록 하부벽(34')으로 하측으로 유동한다.

한편, 열전기 냉각기(42)의 고온측(422)은 공동체(3')의 증발된 작동 유체(30)의 응축으로 인한 열을 중간 튜브(53)에 전달하여 중간 튜브(53)의 액체 상태 작동 유체(30)를 증발시킨다. 그 후, 중간 튜브(53)에서 증발된 작동 유체(30)는 자연 대류에 의해 증기 유동 튜브(51)를 통해 콘덴서(41)의 증기 수용 영역(411)으로 상측으로 유동하고, 콘덴서(41)와 열교환하여 응축되며, 중력에 의해 채널(413)을 통해 콘덴서(41)의 액체 수용 섹션(412)으로 하측으로 유동하고, 전술한 과정을 반복하도록 액체 유동 튜브(52)를 통해 중간 튜브(53)로 복귀하게 된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 제 3 실시예를 이용하여, 방열이 유사하고 효과적으로 달성된다.

콘덴서(41)의 크기에 따라 콘덴서(41)의 한 측부에 팬(44)을 부착할 수 있다는 것에 유의하라. 이와 같이, 콘덴서(41)의 방열 효과 및 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 바람직한 제 1 또는 제 2 실시예에 있어서, 튜빙 유닛(5)은 직렬 또는 병렬로 복수의 방열 공동체(3')를 상호 연결시킬 수 있고, 상기 방열 공동체는 컴퓨터 모듈(6)의 열원과 각각 접촉하도록 구성되어 있다.

본 발명의 방열 시스템은 자동차 기계 또는 엔진, 또는 방열이 필요한 기타 다른 물품에 적용될 수 있다.

전술한 설명으로부터, 본 발명의 방열 시스템은 아래와 같이 요약될 수 있다.

1. 방열 공동체(3, 7, 3')는 변형가능하기 때문에, 그 공동체의 하부벽(34, 74, 34')는 열원(61)의 접촉 표면과 긴밀하게 접촉할 수 있어서, 열 전도 중에 방열 효과 및 효율이 향상된다.

2. 본 발명의 작동 유체(30)는 액체 상태인 동안에 열 전도를 통해 열원(61)으로부터 열을 효과적으로 흡수할 수 있고, 그 후 증발되어 열교환 유닛(4)과 열교환한다. 또한, 중력에 의해 높은 위치로부터 낮은 위치로 액체 상태의 작동 유체(30)의 유동을 통해, 그리고 자연 대류에 의해 고밀도 영역으로부터 저밀도 영역으로의 증기 상태의 작동 유체(30)의 유동을 통해, 작동 유체(30)가 자체 순환 효과를 경험할 수 있어서, 본 발명의 시스템은 별도의 펌프가 필요하지 않게 되어 소음을 최소한으로 감소시킬 수 있을 뿐 아니라, 그 방열 효과 및 효율을 향상시킬 수 있다.

3. 본 발명의 작동 유체(30)는 초열전도성 액체 또는 냉매를 사용하여, 시스템이 0℃ 미만의 저온 환경에서 사용되는 경우에 작동 유체(30)가 냉각되는 일이 없다. 따라서, 방열 공정이 원활하게 수행될 수 있다. 또한, 시스템에 누설이 있는 경우라도, 작동 유체(30)는 즉시 증기로 전환되어 방열 시스템의 전기 회로 및/또는 소자를 손상시키지 않게 된다.

본 발명을 가장 실용적이고 바람직한 실시예와 관련하여 설명하였지만, 본 발명은 개시되어 있는 실시예에 한정되는 것은 아니고 모든 변형예 및 그 균등 구성을 포함하도록 최광의로 해석되는 본 발명의 기술적 사상 및 보호범위 내에 포함되는 다양한 구성을 포괄하도록 의도된다는 것을 이해하여야 할 것이다.

Claims

방열 시스템에 있어서,

수용 공간(31, 31')을 규정하고 열원(61)과 접촉하도록 구성된 하부벽(34, 74, 34')을 구비하는 방열 공동체(3, 7, 3')와,

상기 수용 공간(31, 71, 31')에 배치되고 상기 열원(61)에 의해 발생된 열을 흡수하는 작동 유체(30)와,

상기 작동 유체와 열교환하기 위한 열교환 유닛(4)을 포함하며,

상기 하부벽(34, 74, 34')은 금속 박막으로 제조되고, 상기 하부벽(34, 74, 34')이 열원(61)에 가압될 때 상기 하부벽(34, 74, 34')이 열원(61)의 접촉 표면과 정합하여 긴밀 접촉하게 변형되도록 가요성이 있는

방열 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 하부벽(34, 74, 34')은 0.5 mm 미만의 두께를 가진

방열 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 하부벽(34)은 열원(61)을 향해 하측으로 볼록한

방열 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 하부벽(74)은 편평한

방열 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 방열 공동체(3, 3')는 상기 하부벽(34, 34')에 연결되어 있는 주름형 주변 벽(32)을 더 구비하는

방열 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 방열 공동체(3')는 상부벽(33')을 더 구비하고, 상기 열교환 유닛(4)은 상기 상부벽(33')과 접촉하고 있는 저온측(421)과 상기 저온측(421)에 대향하는 고온측(422)을 구비하는 열전기 냉각기(42)를 포함하며, 상기 작동 유체(30)는 증발될 때 상기 상부벽(33')을 향해 상측으로 이동가능하고, 응축될 때 상기 하부벽(34')을 향해 하측으로 이동가능한 응축가능 유체인

방열 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 상부벽(33')은 비평면형 내면을 구비하는

방열 시스템.
제 7 항에 있어서,

상기 상부벽(33')의 내면은 복수의 돌출부(331) 및 함몰부(332)로 형성되는

방열 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 열교환 유닛(4)은 콘덴서(41)와, 상기 열전기 냉각기(42)의 고온측(422)과 접촉하고 있고 상기 콘덴서(41)와 유체 연결된 튜빙 유닛(5')을 더 포함하고, 상기 콘덴서(41)와 상기 튜빙 유닛(5')은 상기 방열 공동체(3')와 연통되지 않으며, 상기 작동 유체(30)는 상기 콘덴서(41)와 상기 튜빙 유닛(5')에 추가로 배치되는

방열 시스템.
열원(61)과 접촉하도록 구성된 방열 공동체(3, 7, 3')에 있어서,

상부벽(33, 73, 33') 및 하부벽(34, 74, 34')과,

작동 유체(30)를 내장하도록 구성된 수용 공간(31, 71, 31')을 규정하도록 상기 상부벽(33, 73, 33')과 하부벽(34, 74, 34') 사이에 연결된 주변 벽(32, 72)을 포함하고,

상기 하부벽(34, 74, 34')은 금속 박막으로 제조되고, 상기 하부벽(34, 74, 34')이 열원(61)에 가압될 때 상기 하부벽(34, 74, 34')이 열원(61)의 접촉 표면과 정합하여 긴밀 접촉하게 변형되도록 가요성이 있는

방열 공동체.
제 10 항에 있어서,

상기 하부벽(34, 74, 34')은 0.5 mm 미만의 두께를 구비하는

방열 공동체.
제 10 항에 있어서,

상기 하부벽(34)은 열원(61)을 향해 하측으로 볼록한

방열 공동체.
제 10 항에 있어서,

상기 하부벽(74)은 편평한

방열 공동체.
제 10 항에 있어서,

상기 주변 벽(32)은 주름형인

방열 공동체.
제 10 항에 있어서,

상기 상부벽(33')은 비평면형 내면을 구비하는

방열 공동체.
제 15 항에 있어서,

상기 상부벽(33')의 내면은 복수의 돌출부(331)와 함몰부(332)가 형성되어 있는

방열 공동체.