[go: up one dir, main page]

KR101372728B1 - 하이브리드 쿨러 - Google Patents

하이브리드 쿨러 Download PDF

Info

Publication number
KR101372728B1
KR101372728B1 KR1020120147754A KR20120147754A KR101372728B1 KR 101372728 B1 KR101372728 B1 KR 101372728B1 KR 1020120147754 A KR1020120147754 A KR 1020120147754A KR 20120147754 A KR20120147754 A KR 20120147754A KR 101372728 B1 KR101372728 B1 KR 101372728B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
cooling fin
heat pipe
sub
cooler
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
KR1020120147754A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130095614A (ko
Inventor
정은미
최유진
이동헌
케이 모하메드 라히마
펭 팡 잉
아미르 사한 리드반
시아 이
Original Assignee
티티엠주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020120017060A external-priority patent/KR20130052487A/ko
Application filed by 티티엠주식회사 filed Critical 티티엠주식회사
Priority to KR1020120147754A priority Critical patent/KR101372728B1/ko
Priority to PCT/KR2013/001227 priority patent/WO2013125817A1/ko
Publication of KR20130095614A publication Critical patent/KR20130095614A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101372728B1 publication Critical patent/KR101372728B1/ko
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F28D15/046—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/20—Cooling means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2210/00—Heat exchange conduits
    • F28F2210/08—Assemblies of conduits having different features

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 하이브리드 쿨러는, 열 전도성 재질이며, 일정 간격으로 적층되며, 전자 부품의 열원으로부터 발생한 열을 분산시켜 열을 방출하는 역할을 하는 다수의 냉각핀; 일측에서 열원으로부터 열을 흡수하고, 흡수된 열을 타측으로 전달하며, 그 타측이 상기 냉각핀과 관통 교차하고, 교차점이 냉각핀 상에 일렬로 배열되며, 이러한 배열이 메인 방열라인을 구성하며, 메인 방열라인이 냉각핀 상에서 열원 역할을 하여 열을 분산 방열시키며, 메인 방열라인이 냉각핀의 모서리 부근에 위치하도록 하는 메인 히트파이프; 및 일측에서 열원 또는 상기의 메인 히트파이프로부터 열을 흡수하고, 흡수된 열을 타측으로 전달하며, 그 타측이 상기 냉각핀과 관통 교차하고, 교차점이 냉각핀 상에 일렬로 배열되며, 이러한 배열이 서브 방열라인을 구성하며, 서브 방열라인이 냉각핀 상에서 또 하나의 열원 역할을 하여 열을 분산 방열시키며, 서브 방열라인이 냉각핀의 중앙부에 위치하도록 하는 서브 히트파이프;를 포함하고, 상기 메인 및 서브 방열라인은 열원의 열이 냉각핀의 전반에 거쳐 균일하게 분포할 수 있도록, 각각 상기 냉각핀의 모서리 부근 및 중앙부에 위치하고, 서로 다른 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 쿨러{HYBRID COOLER}
본 발명은 전기전자 장치로부터 방열을 효과적으로 가능하게 하는 하이브리드 쿨러에 관한 것으로써 이를 통해 장치의 오작동을 방지할 수 있으며, 본 발명의 장치를 장착한 시스템의 효과적인 설계와 안정적인 작동을 유도할 수 있다.
집적회로(Integrated Circuit, IC)의 성능과 기능이 향상됨에 따라, 유사한 냉각공간에서 높은 열에너지가 방출되는 경향이 지속되고 있다. 일반적인 공기 냉각용 히트싱크는 형상 제약, 높은 열 밀도 그리고 소음 등의 열제어 한계로 인해 충분한 냉각성능을 발휘할 수 없다. 고 성능의 냉각기술은 이러한 열 성능 증가의 요구에 맞춘 연구가 필요하다.
방열성능을 향상시키기 위한 가장 용이한 방법은 쿨러의 크기가 큰 것을 사용하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 무게와 크기의 측면에서 문제가 발생한다. 더 큰 크기의 쿨러는 시스템의 내부의 제한적 공간과 또는 주변 장치와의 간섭문제가 발생한다. 또한 무거운 중량의 쿨러가 회로기판에 장착될 경우 충분한 강도를 갖지 못한 기판이 외부의 작은 충격 또는 쿨러 자중에 의해 손상될 가능성도 배제할 수 없다.
도 1에서와 같이, 쿨러(10)는 쿨러 베이스(1)의 한 면이 열원(9)과 접촉 고정되고 쿨러 베이스(1)의 다른 한 면은 히트파이프(11)의 굽은 부분과 접촉 고정된다. 히트파이프(11)의 다른 한 부분은 다수의 냉각핀(13)과 연결된다. 쿨러(10)는 히트파이프(11)의 굴곡부에서 쿨러베이스(1)을 통해 열원(9)의 열을 흡수하며, 그 열은 히트파이프(11)의 양 단으로 전달된다. 쿨러(10)는 열을 히트파이프(11)와 접촉 연결된 다수의 냉각핀(13)을 통해 방출한다. 또한 쿨러(10)는 냉각팬(3)으로부터 냉각핀(13) 방향으로의 강제대류 송풍 공기에 의해 냉각핀(13)에서 생성된 열을 방출시킬 수 있다. 따라서 히트파이프(11)의 응축 효율은 상승하게 된다.
도 2에서와 같이, 히트파이프(11)는 진공된 내부 공간(HW)에 작동유체(WF)를 포함하고 있으며, 모세관 현상을 유발하는 윅(WK)이 내부 공간의 안 측면에 형성되어 있다. 윅(WK)은 내부공간 있는 컨테이너 내벽에 형성된다. 도면에 확대 도시된 바와 같이 윅(WK)은 홈(groove) 형상일 수 있으며 또한 다른 형상을 가질 수도 있다. 열원으로부터의 열이 히트파이프(11)의 한쪽 부분에서 흡수될 때, 작동유체(WF)는 흡수된 열에 의해 기화되고, 기화된 기체는 다수의 냉각핀(13)과 접촉 결합되어 있는 히트파이프(11)의 다른 한 부분으로 빠르게 이동한다. 그런 다음, 그 기체는 냉각핀(13)의 방열작용에 의해서 응축되어 다시 액체로 상변화가 발생한다. 이 액체는 윅(WK)의 모세관력에 의해 윅(WK)을 따라 다시 히트파이프(11)의 흡열부(열을 흡수하는 한쪽 부분)로 이동한다. 이러한 과정은 열원으로부터의 열이 히트파이프를 거쳐 방열되는 과정에서 반복 지속된다.
도 2(a)와 도 2(b)에서와 같이, 히트파이프(11)는 일반적으로 원통형으로 형성되며, 또한 직사각형 단면의 평판형으로 구성될 수 있다. 평판형의 경우 하나 또는 그 이상의 유로를 포함하고 있으며, 각각의 유로는 진공의 내부 공간(HW)에 작동유체(WF)를 포함하고 있다. 비록 원통형 히트파이프(11)가 단순한 구조이며, 또한 제작이 용이하지만, 도 2(a)에서와 같이 쿨러(10)에 적용된 냉각핀(13)을 갖는 다수의 히트파이프는 열전달 영역(AH)를 형성하며, 이웃하는 히트파이프(11) 사이 공간에 열전달 영역이 중첩되는 열전 중첩영역(OL)이 존재하게 된다. 이러한 원통형 히트파이프의 열전 중첩영역(OL)은 쿨러의 방열성능을 저하시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 히트파이프(11)는 칼럼(column)이 다수의 냉각핀(13)을 관통 교차하여 연결되고, 이러한 교차 지점들이 일렬로 배치된다. 일반적인 쿨러에서는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 이러한 직선형 배열{이후, 방열라인(Thermal Emission Line, TEL)}이 냉각핀(13)의 모서리(가장자리)를 따라 위치한다. 이 경우 냉각핀(13)의 중앙부는 모서리 부분에 비해서 방열에 중요한 역할을 할 수 없다. 이는 히트파이프(11)의 칼럼으로 전달된 열이 냉각핀(13)의 외곽 즉 모서리 부분에 집중되기 때문이다. 이와 같이, 냉각핀(13)의 열이 균일하게 분포하지 못하는 상태는 쿨러의 냉각성능을 감소시키는 주요한 원인의 하나가 된다.
평판형 히트파이프(11)은 대한민국 등록특허공보 제061050호 (평판형 히트파이프: 출원인 전자부품연구원 ETRI), 공개특허공보 제2004-0019150호 (평판형 히트파이프와 히트싱크: 출원인 (주)대홍기업) 그리고 등록실용신안공보 제0411135호 (평판형 히트파이프, 주식회사 세기하이텍) 등에 개시된 바가 있다. 이러한 특허들은 방열한계를 구조적으로 극복하기 위해 전술한 내부공간, 즉 중공(HW)의 내부에 다양한 형태로 전술한 윅(WK)을 형성한 것이 요지이다. 따라서, 이러한 특허의 평판형 히트파이프(11)들은 개량된 윅(WK)으로 인하여 일반적인 종전의 평판형 히트파이프(11)들 보다는 다소 개선된 방열성능을 제공할 수 있으나, 윅(WK)의 개량만으로는 방열성능이 미약하여 전술한 바와 같이 집적화에 따라 비약적으로 방열량이 증가하는 고발열 부품(열원)의 방열쿨러에 적용할 경우 원하는 방열성능을 사실상 기대할 수 없다.
최근 방열쿨러(10)를 전체적으로 개량한 기술들이 개발되고 있으며, 이러한 기술에 대해서는 대한민국 등록특허공보 제0766109호(방열장치, 엘지전자 주식회사), 제0790790호(집적회로용 히트싱크 및 쿨러, (주)셀시아테크놀러지스한국) 제0981155호(히트싱크, (주)하이로) 및 제871457호(발열소자의 방열장치, 주식회사 아이티웰) 등이 있다.
여기서, 전술한 엘지전자 특허의 경우 전술한 냉각핀(13)의 가장자리를 따라 전술한 히트파이프(11)가 연결되고, 냉각핀(13)의 중앙에 시로코팬 형태로 이루어진 전술한 냉각팬(3)이 관통상태로 장착된 것이 요지이다. 그리고, 전술한 셀아시아 테크놀러지 특허의 경우 도 2(b)에 도시된 바와 같이 평판형의 히트파이프(11)에 전술한 냉각핀(13)이 수직으로 결합된 것이 그 요지이다. 또, 전술한 하이로사 특허의 경우 전술한 냉각핀(13)을 지그재그 형태로 굴곡형성(미도시)하고, 이러한 냉각핀(13)에 복수로 구성된 전술한 원형 히트파이프(11)가 냉각핀(13)의 평면에 대해 대략 'V'와 같은 형태로 배열되어 관통고정된 것이 그 요지이다. 또한, 전술한 아이티웰 특허의 경우 전술한 원형 히트파이프(11)를 대략 'ㄷ'과 같은 형태로 절곡하여 히트파이프(11)에 전술한 냉각핀(13)을 수직으로 설치한 것이 그 요지이다. 이러한 특허들은 전술한 고발열 부품에 적용할 경우, 전술한 한국전자통신연구원, 대홍기업 및 세기하이텍 특허의 기술들 보다 좀더 나은 방열효율을 제공할 수는 있으나, 냉각핀(13)에 형성되는 원형 히트파이프(11)들 간의 전술한 방열중첩부분(OL)들이 발생하므로 전술한 특허의 기술들 보다 우수한 방열량을 사실상 기대할 수 없다. 즉, 전술한 특허들의 기술은 열전중첩부분(OL)에 양측의 열이 전이됨에 따라 열전중첩부분(OL)에는 냉각기능이 저하되므로 우수한 방열량을 기대할 수 없다.
한편, 이를 개선하고자 대한민국 특허공개 제2011-0033596호(전자부품용 냉각장치, 잘만테크 주식회사)는, 도 3(a)에 개략적인 정면도로 도시된 바와 같이 냉각핀(13)의 중앙에 하나로 이루어진 원통형의 기둥형 히트파이프(11)가 관통상태로 설치되고, 냉각핀(13)의 가장자리에 기둥형 히트파이프(11) 보다 가늘게 형성된 전술한 원형의 히트파이프(11)가 다수 설치된 방열쿨러(10)를 제안하고 있다. 그러나, 이러한 잘만테크 특허의 경우 중앙의 기둥형 히트파이프(11)의 관경으로 인하여 도 3(b)에 개략적인 평면도로 도시된 바와 같이 기둥형 히트파이프(11)의 배면에 와류가 발생하면서 유동저항이 발생하여 냉각팬(3)의 바람(화살표)이 기둥형 히트파이프(11)의 배면과 접촉되지 않는 공기가 정체되는 무효공간(5: 파선으로 표시됨)이 발생하므로 방열효율을 사실상 크게 기대할 수 없다.
다른 한편, 전술한 잘만테크의 기술에서의 문제점인 도 3(b)의 공기 정체영역(5)을 제거하여 방열 성능을 개선할 수 있는 기술이 미국 특허 제7,619,888호 (평판형 히트칼럼 및 이에 의한 방열 분산장치, 출원인: 델타일렉트로닉)로 등록된 바가 있다. 그러나 이러한 델타일렉트로닉의 특허는, 도 4(a) 및 4(b)에서와 같이, 평판형 히트파이프(11)가 냉각핀(13)에 수직 교차하여 설치됨으로써 냉각핀(13) 전반에 충분한 열전도 영역을 제공하지 못하는 문제가 있어 상기에서 언급한 바와 같이, 평판형 히트파이프(11)의 상단부 및 냉각핀(13)의 접촉면적이 냉각핀(13)의 중앙에 일직선형태로만 형성되어 제한적 크기의 냉각핀(13)에 대한 히트파이프(11)의 접촉면적이 매우 한정적이므로 원하는 방열효율을 기대할 수 없다.
KR 10-0631050 KR 10-2004-0019150 KR 10-0411135 KR 10-0766109 KR 10-0790790 KR 10-0981155 KR 10-871457 KR 10-2011-0033596 US 7,619,888 B2
상기에 기술된 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 IC칩과 같은 열원에 대한 방열 솔루션으로 하이브리드쿨러를 제공한다. 이러한 하이브리드쿨러는 원통형 히트파이프 및 평판형 히트파이트 등의 이종 히트파이프의 조합과 컴팩트한 배열을 이루고 있다.
본 발명은, 원통형 및/또는 평판형 히트파이프가 각각 냉각핀의 중앙부와 모서리(가장자리) 부근에 연결된다. 히트파이프와 냉각핀이 관통 교차하는 교차지점은 냉각핀 상에 일렬로 배열되며, 이러한 교차점 배열이 냉각핀의 모서리 부근에 위치할 경우 메인 방열라인(main-TEL) 그리고 중앙부에 위치할 경우 서브 방열라인(sub-TEL)이라 한다.
냉각핀 상의 방열라인의 존재는 열을 히트파이프로부터 냉각핀의 중앙부 및 모서리 부근에 동시에 전달함으로써 냉각핀에 열을 균일하게 분포시키는 결과를 얻을 수 있다. 그리고 방열라인의 바람직한 배열에 의해 냉각팬에 의한 강제 대류 공기는 공기 정체영역이 거의 없이 원활하게 흐르도록 한다. 더욱이 메인 및 서브 방열라인은 길이를 달리하여 중앙 또는 모서리 방열라인 전방 또는 후방에 방열 유효영역을 추가로 형성함으로써 냉각팬에 의한 유동 공기가 냉각에 효과적으로 작용할 수 있도록 한다.
본 발명은 메인 및 서브 방열라인을 구성하는 히트파이프가 상호 다른 크기 즉 원통형 튜브의 경우 직경이 그리고 평판형 히트파이프의 경우 두께가 다르게 형성된다. 바람직하게는 메인 방열라인을 구성하는 하트파이프 크기가 서브 방열라인을 구성하는 히트파이프의 크기보다 큰 경우가 방열성능이 우수하다. 그 이유는, 쿨러의 외곽 공기와 접한 냉각핀의 모서리 부근이 상대적으로 쿨러의 외부공기와 차단되어 있는 냉각핀의 중앙부에 비해서 더 효과적으로 방열할 수 있으므로, 주 방열라인을 통해 전달되는 열이 부 방열라인을 통하는 열의 양보다는 더 많이 전달되도록 하는 것이 효과적이기 때문이다.
본 발명은, 열원과 직접 맞닿아 열을 전달하는 쿨러베이스를 포함할 수 있다. 이러한 쿨러 베이스는 열전도성의 재질로 만들어지며, 쿨러베이스 한 면은 열원과의 접촉면을 극대화하도록 형성하고, 또한 다른 한 면은 히트파이프와의 접촉이 바람직하게 이루어지는 동시에 견고히 고정되도록 형성한다. 쿨러베이스의 한 면은 열원의 형상에 맞추도록 페데스탈(pedestal) 형상을 가질 수 있으며, 다른 한 면은 다수의 원통형 히트파이프의 외형에 맞춘 파형 모양이나 또는 평판형 히트파이프의 외형에 맞춘 평탄 모양으로 형성될 수 있다.
본 발명은, 전자장치 등의 열원으로부터 히트파이프를 경유하여, 열전도성 재질의 판재가 일정 간격을 두고 적층된 다수의 판상 냉각핀으로 전달되어 방열하는 하이브리드 쿨러를 제공한다. 원통형 또는 평판형 히트파이프로 구성된 메인 히트파이프는 냉각핀의 모서리(가장자리) 부근을 따라 하나 이상의 메인 방열라인(thermal emission line TEL)을 형성하며, 이러한 메인 히트파이프는 흡수된 열을 메인 히트파이프의 한 부분으로부터 다른 한 부분을 거쳐 메인 방열라인으로 전달한다. 원통형 또는 평판형 히트파이프로 이루어져서, 메인 히트파이프와는 다른 크기로 구성된 서브 히트파이프는 냉각핀의 중앙부에 하나 이상의 서브 방열라인를 형성하며, 이러한 서브 히트파이프는 흡수된 열을 서브 히트파이프의 한 부분으로부터 다른 한 부분을 거쳐 서브 방열라인으로 전달한다. 서브 방열라인은 메인 방열라인과 다른 길이로 형성됨으로써 냉각핀 상에 방열 유효영역을 형성하게 된다. 또한 다수의 냉각핀의 측면에 냉각핀과 수직으로 배치된 냉각팬은 냉각핀 방향으로 강제적인 송풍을 가능하게 하여 냉각핀 사이의 공간에서 효과적인 냉각을 유도할 수 있다. 열전도성 재질로 만들어지는 쿨러베이스는 한 면이 열원과 직접 접촉되도록 형성되며, 이때 그 한 면은 페데스탈을 형성할 수 있다. 또한 쿨러베이스는 그 한 면이 열원과 접촉하여 전달된 열이 쿨러베이스의 내부를 거쳐 다른 한 면으로 전달되고, 그 열이 다시 히트파이프로 효과적으로 전달되도록 다수의 히트파이프의 외곽 형상에 부합되는 형상으로 형성된다.
본 발명의 하이브리드 쿨러에서 상기의 구성요소의 배치와 구조적 조합에 의해 쿨러의 성능은 다음과 같은 이유에 의해 향상시킬 수 있다.
첫번째, 냉각핀 상의 열 분포는 균일하다. 냉각핀의 모서리 부근 및 중앙부에 각각 위치한 메인 및 서브 방열라인의 조합은 이러한 열 분포 균일성을 유도할 수 있다.
두번째, 메인 및 서브 방열라인의 도입은 효과적인 열전달 기구(mechanism)를 얻을 수 있다. 메인 히트파이프는 서브 히트파이프와 크기가 다르기 때문에, 바람직하게는 메인 히트파이프의 직경이 서브 히트파이프 보다 크기 때문에 (평판형 히트파이프의 경우에는 두께가 두껍기 때문에), 열원으로부터 전달된 열은 냉각핀의 주변에서는 메인 히트파이프에 의해 그리고 냉각핀의 중앙부에서는 서브 히트파이프에 의해 효과적으로 방열될 수 있다. 메인 방열라인은, 직접 또는 간접적으로 쿨러베이스와 접촉되어 열원으로부터 열이 전달되는 메인 히트파이프로 구성되기 때문에, 서브 방열라인 보다 더 많은 열을 흡수할 수 있다. 이는 서브 방열라인은 서브 히트파이프로 구성되며, 이들 서브 히트파이프가 쿨러 베이스와 접촉하고 있는 메인 히트파이프를 통해서 열을 전달 받기 때문이다.
세번째, 메인 방열라인과 서브 방열라인은 길이가 다르기 때문에 냉각핀 상에서 메인 또는 서브방열라인의 전방 또는 후방에 추가적인 방열 유효면적(영역)이 형성될 수 있다. 바람직하게는 서브 방열라인이 메인 방열라인에 비해서 짧은 것이 이러한 방열 유효면적에서의 방열효과가 우수하다. 방열 유효면적은 서브 방열라인의 전방 또는 후방에 형성됨으로써 송풍되는 공기가 이러한 냉각핀에서의 영역을 효과적으로 열을 방출시킬 수 있다.
네번째, 하이브리드 쿨러는 크기 면에서 컴팩트하며 슬림하게 구성할 수 있다. 히트파이프의 열전달 기능이 최적 상태가 되기 위해서는 메인 및 서브 히트파이프가 밴딩될 경우 내부의 윅(wick) 구조가 변형되지 않도록 균일하게 밴딩되어야 한다. 바람직한 하이브리드 쿨러의 구성에서는, 서브 히트파이프인 원통형 히트파이프의 직경이 (또는 평판형 히트파이프일 경우 두께가) 메인 히트파이프보다 작다. 이는 서브 히트파이프가 더 작은 곡률, 즉 더 예리한 내부 각도로 밴딩될 수 있음을 의미하는 것이다. 쿨러 내부의 제한적인 공간에서 서브 히트파이프를 U자의 형상을 갖도록 굴곡부를 균일하게 밴딩할 경우, 두 개의 굴곡부 사이의 직선부가 짧아지며, 즉 두 밴딩이 서로 가깝게 형성된다. 이러한 서브 히트파이프는 균일하게 밴딩되어 히트파이프의 열 전달 성능을 최적으로 유지한 상태이며, 이들 서브 히트파이프는 냉각핀 상에 서브 방열라인을 형성할 수 있어 방열 성능에 최적 상태로 기여할 수 있다. 메인 히트파이프 역시 U자형으로 균일하게 밴딩 변형되어 최적의 열전달 성능을 유지하면서 두 개의 굴곡부 사이의 길이가 가장 짧지만 최적의 직선부를 유지하는 상태이다. 따라서 하이브리드 쿨러는 높은 방열성능을 발휘하면서 컴팩트하면서 슬림한 크기로 형성될 수 있다.
다섯째, 본 발명은 쿨러베이스를 포함할 수 있다. 이러한 쿨러베이스는 열전도성 재질로 형성되며, 열원과 접촉되는 면에 페데스탈을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 메인 또는 서브 히트파이프의 형상에 맞춘 형태를 갖는 쿨러베이스는 열원으로부터 열을 메인 또는 서브 히트파이프로 효과적으로 전달할 수 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위해서 첨부의 도면을 참고할 수 있다. 다만 이러한 도면은 설명을 위한 그림일 뿐이며, 본 발명을 제한하지는 않는다.
도 1 은 일반형 쿨러를 설명하는 도식적 전면도,
도 2 는 일반형 쿨러를 설명하는 도식적 사시도,
도 3은 일반형 쿨러를 설명하는 도식적 전면 및 평면도,
도 4 는 다른 일반형 쿨러를 설명하는 도식적 전면 및 평면도,
도 5 는 본 발명의 제1 실시예에 의한 쿨러를 설명하는 사시도,
도 6 은 본 발명의 제2 실시예에 의한 쿨러를 설명하는 전면도,
도 7 은 본 발명의 제3 실시예에 의한 쿨러를 설명하는 전면도,
도 8 은 본 발명의 제4 실시예에 의한 하이브리드 쿨러를 설명하는 전면도,
도 9 는 도 8의 평면도,
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 의한 하이브리드 쿨러의 분해 사시도,
도 11은 도 5의 하이브리드 쿨러가 조립된 상태를 설명하는 사시도,
도 12는 도 11의 전면도,
도 13은 도 11의 평면도,
도 14는 도 10의 제5 실시예를 설명하는 도식적 전면도,
도 15는 본 발명의 제, 6 실시예에 의한 하이브리드 쿨러를 설명하는 도식적 평면도,
도 16은 본 발명의 제7 실시예에 의한 하이브리드 쿨러를 설명하는 도식적 평면도,
도 17은 본 발명의 제8 실시예에 의한 하이브리드 쿨러를 설명하는 도식적 전면도,
도 18의 (a)는 중앙부의 높이가 주변보다 낮은 형상을 갖는 열원의 사시도; (b)는 쿨러베이스의 한 면이 돌출된 형태로 일체형 페데스탈이 형성된 쿨러베이스를 포함한 본 발명의 제 9 실시예에 의한 하이브리드 쿨러를 설명하는 사시도; (c)는 쿨러베이스와 메인 히트파이프의 형상을 열원의 형상에 맞도록 변형하여 페데스탈을 형성한 즉 구조적 페데스탈이 형성되도록 배열한 본 발명의 제 9 실시예에 의한 하이브리드 쿨러를 설명하는 사시도,
도 19는 본 발명의 제 10 실시예에 의한 하이브리드 쿨러를 설명하는 도식적 전면도,
도 20은 본 발명의 제 11 실시예에 의한 하이브리드 쿨러를 설명하는 도식적 전면도,
도 21은 본 발명의 제 12 실시예에 의한 하이브리드 쿨러를 설명하는 도식적 전면도,
도 22는 본 발명의 제 13 실시예에 의한 하이브리드 쿨러를 설명하는 도식적 전면도,
도 23은 본 발명의 제 5 및 제 9 실시예에 의한 하이브리드 쿨러에 있어서 여러 가지 열량에서의 열저항(Rth)의 그래프.
본 발명의 바람직한 실시예들을 그림과 함께 아래와 같이 기술한다.
도 5에서와 같이, 본 발명의 제 1 실시예의 쿨러는, 다수의 냉각핀(51), 메인 히트파이프(61) 그리고 서브 히트파이프(63)을 포함한다. 냉각핀(51)은 열을 메인 히트파이프(61) 및 서브 히트파이프(63)으로부터 전달받아 분포시키는 역할을 한다. 냉각핀(51)은 구리, 알루미늄 및 그 합금들과 같은 열전도성 재질이 바람직하며, 다수의 돌출부(냉각핀 형태)를 갖는 히트싱크로 형성될 수 있다. 다수의 냉각핀(51)은 간격을 두고 적층되며, 메인 히트파이프(61)와 서브 히트파이프(63)가 관통되어 끼워져 고정된다.
메인 히트파이프(61)는 손가락 형태의 핑거구조를 이루는 다수의 원통형 히트파이프로 구성된다. 메인 히트파이프(61)는 쿨러베이스(50)와 접촉되는 직선 흡열부(61a)를 갖는 U자 또는 L자형으로 밴딩되어 형성할 수 있다. 바람직하게는 메인 히트파이프(61)는 열원(9)의 열이 한 부분, 즉 흡열부(61a)로 전달되고 이 열이 다른 한 부분(61c)으로 전달된다. 이 부분(61c)는 냉각핀(51)의 모서리 부분에서 일렬로 냉각핀(51)과 관통 교차되도록 형성된다. 메인 히트파이프(61)는 설계 조건에 따라서 변형될 수 있다. 열은 메인 및 서브 히트파이프(61, 63)를 따라서 다수의 냉각핀 중 상부 냉각핀으로 수직하게 상승하여 전달된다. 히트파이프들은 쿨러베이스(50)의 후술되는 고온점(hot spot)을 포함하도록 구성하여 쿨러베이스(50)를 가로지른 열이 신속하게 상부에 위치한 냉각핀(51)으로 전달할 수 있어 쿨러베이스(50)의 열 확산은 물론 냉각핀(51)의 냉각효율도 상승시키는 결과를 얻을 수 있다.
메인 히트파이프(61)는, 열원(9)의 크기에 따라 수량이나 크기(원통형의 경우 직경, 평판형의 경우 두께)가 결정되며 쿨러베이스(50)와 수평하게 흡열부(61a) 그리고 한 쌍의 굴곡부(61b) 및 한 쌍의 응축부(또는 방열부)(61c)로 형성된다. 한 쌍의 응축부(61c)는 냉각핀(51)과 수직한 방향으로 관통 교차하여 결합된다. 여기서 흡열부(61a)는 열원(9)으로부터 열을 흡수하여 작동유체를 기화하는 기화부 역할을 한다. 방열부(61c)는 히트파이프 내부에서 기화된 작동유체가 도달하여 냉각핀(51)에 의해 열이 방출됨으로써 다시 액체로 응축하는 응축부의 역할을 한다. 이러한 구성은 메인 히트파이프(61)가 흡열부(61a)의 한 부분으로 전달된 열을 흡수하고 그 열을 방열부(61c)를 통해 냉각핀으로 전달하기에 바람직하다. 따라서 열원의 열은 방열되는 것이다.
굴곡부(61b)는 균일한 밴딩을 위해 임계곡률 Rcr로 밴딩되어야 한다. 이는 밴딩 시에 윅(wick) 구조의 손상과 작동유체 (액체 및 기체)의 통로수축을 방지하기 위한 것이며, 히트파이프의 내부 관의 반경(r)의 단면이 밴딩 후에 거의 변화가 없는 밴딩 변형을 의미한다. 원통형 히트파이프가 일반적인 가공 방법으로 밴딩될 경우, 굴곡 반경 R은 일반적으로 균일 밴딩의 임계값 Rcr보다 크거나 같아야 한다. 더욱이 균일 밴딩의 곡률 Rcr은 원통형 튜브의 반경 "r"이 감소할수록 즉, 가는 원통형일수록 감소하며, 균일 밴딩을 위해서 Rcr은 반드시 관의 반경 r보다 커야 하며, R ≥ Rcr 및 Rcr >> r의 조건을 만족하여야 한다. 밴딩 곡률반경과 관의 반경의 크기가 R<<r의 경우, 즉 너무 예리하게 밴딩 될 경우, 히트파이프는 최적 상태의 모세관력 및 작동유체의 흐름 조건이 아닐 것이므로, 밴딩 시의 굴곡 곡률 R은 원통형 컨테이너의 반경 r보다 큰 것이 바람직하다. 도 5와 도 6에서, R과 r1은 각각 상기에서 기술된 Rcr 및 r을 의미한다. 결과적으로 밴딩하게 되는 원통형 히트파이프는 밴딩 굴곡 곡율 R이 히트파이프 관의 반경 r보다 클 경우에 열전달 성능이 최적 상태로 유지할 수 있다.
메인 히트파이프(61)는 굴곡부(61b)가 R>>r의 조건 하에서 균일 밴딩된 상태로 형성된다. 도 5에서와 같이, 흡열부(61a)는 열원(9)의 크기에 따라 길이가 결정되며, 굴곡부(61b)에서 출발하여 수직으로 형성된 방열부(61c)는 냉각핀(51)의 모서리 부근에서 관통 교차된다. 여기서 그 폭은 냉각핀(51)의 폭과 유사한 MW1로 형성되며, 방열부(61c)는 냉각핀(51)과의 관통 결합 시에 억지 끼워 맞춤이나 솔더링 또는 브레이징 등으로 접촉면의 공극(틈새)을 최소화할 수 있는 일반적인 방법으로 고정된다. 메인 히트파이프(61)는 다수의 원통형 히트파이프로 구성되며, 냉각핀(51)과의 관통 교차하여 그 교차점들은 냉각핀(51)의 모서리(가장자리) 부근에 일정 간격을 유지하면서 일렬로 배열된다. 이러한 교차점의 배치는 냉각핀(51) 모서리(가장자리) 부근에서 메인 방열라인(L1)을 형성한다. 메인 히트파이프(61)가 U형으로 균일 밴딩됨에 따라 방열부(61c)의 양 단은 냉각핀의 대향하는 양 쪽 모서리 부근에서 각각 한 개씩 총 두 개의 메인 방열라인(L1)을 형성한다.
메인 히트파이프(61)는 쿨러베이스(50)와 결합된다. 쿨러베이스는 열전도성 재질이며, 블록 또는 판상 형태로서 흡열부(61a)와 열원(9)은 쿨러베이스(50)의 양쪽 면에 각각 접촉됨으로써 열원(9)의 열을 받아 흡열부(61a)로 전달하는 역할을 한다. 열원(9)과 맞닿은 쿨러베이스(50)는 열원(9)의 형상에 따라 후술되는 바와 같이 페데스탈의 형태로 형성될 수 있다(도에 표시되지 않았음). 부가적으로 메인 히트파이프(61)는 쿨러베이스(50)가 없는 상태로 직접 열원(9)과 접촉되어 열원으로부터 열을 전달 받을 수 있다.
서브 히트파이프(63)는 메인 히트파이프(61)와 동일한 반경(r1)의 크기를 갖는다. 그리고 메인 히트파이프(61)와 유사한 형상으로 형성된다. 다수의 서브 히트파이프(63)는 SW1의 폭으로 U자 밴딩된 메인 히트파이프(61)의 내부에 안착되도록 한다. 이는 서브 히트파이프(63)이 냉각핀(51)의 중앙부로 열을 전달함으로써 냉각핀(51) 전반에 균일한 열을 분포시키기 위한 배치이다. 도 5에서와 같이, 서브 히트파이프(63)는 다수의 냉각핀(51) 중앙부에서 냉각핀(51)과 관통 교차하고, 이들 일렬로 나열된 교차점이 L2-a의 길이를 갖는 서브 방열라인(L2)을 형성한다. 서브 방열라인(L2)은 메인 방열라인(L1)과 병행상태에 있는 것이 바람직하며, 이는 냉각팬(57)에 의해 강제 송풍되는 공기가 동일한 방향으로 흐르도록 하여 냉각효율을 증가시킬 수 있기 때문이다.
냉각핀(51)은 메인 및 서브 히트파이프(61, 63)의 더 낮은 밑 부분부터 수평하게 적층하여 상부로 쌓아 올릴 수 있다. 그러나 냉각핀(51)은 메인(61) 및 서브(63) 히트파이프의 바닥부근 아래까지, 즉 쿨러베이스(50)에 근접한 영역까지 적층될 수 없다. 이는 히트파이프에 곡률(R)로 밴딩된 굴곡부가 존재하기 때문이다. 그러므로 본 실시예의 쿨러는 하부에 무(無) 핀 영역(h1: finless zone), 즉 냉각핀(51)을 설치할 수 없는 영역이 존재하게 되며, 이러한 핀리스 영역(h1)의 존재로 인해 쿨러의 냉각효율은 저하된다.
본 실시예에서 메인 방열라인(L1)의 길이는 서브 방열라인(L2)과 동일하며, 서브 방열라인(L2)은 냉각핀(51) 상의 중앙부에 배치된다. 이는 냉각핀(51)의 중앙부도 방열에 효과적으로 기여하게 하기 위함이다. 그러나 메인 및 서브 방열라인(L1, L2)의 길이(L1-a, L2-a)가 동일하기 때문에 메인 및 서브 방열라인(L1, L2)의 전방 또는 후방에 "방열유효면적(영역-방열에 필요한 방열핀의 면적)"이 존재하지 못할 뿐만 아니라, 메인 및 서브 히트파이프(61, 63)의 관의 반경(r1)이 동일하기 때문에 메인 히트파이프(61)의 흡열부(61a)와 서브 히트파이프(63)의 흡열부(63a)의 접촉이 매우 제한적인 상태가 된다. 왜냐하면 서브 히트파이프(63)는 도시된 바와 같이 밴딩시 균일 밴딩을 위해 굴곡부(63b)의 곡률 R이 매우 크므로, 굴곡부(63b) 사이의 직선 흡열부(63a)가 매우 짧아 거의 존재하지 않기 때문이다. 따라서 이러한 실시예에 의한 쿨러는 비록 서브 히트파이프(63)의 도입으로 인해 일반적인 쿨러에 비해 성능은 개선될 수 있으나, 현전히 높은 냉각성능을 기대하기 어렵다.
도 6은 본 발명의 제 2실시예를 보여준다. 본 실시예의 쿨러는 전반적으로 도 5의 제 1실시예의 쿨러와 구조적으로 유사하며, 다만, 서브 히트파이프(63)의 흡열부(63a)의 길이가 제 1실시예의 경우보다 길다. 이는 서브 히트파이프(63a)와 메인 히트파이프(61)의 흡열부(61a)의 열적 접촉을 증가시키고자 하는 목적이다. 즉, 제 2실시예는 기본적인 제 1실시예의 단점을 개선하였다.
그러나 도 6에서와 같이, 메인 히트파이프(61)는 폭(MW2)이 흡열부(61a)의 길이를 확대함에 따라서 증가되었다. 이는 쿨러 내측에 위치하는 서브 히트파이프(63)의 흡열부(63a)의 길이가 증가하였기 때문이다. 메인 및 서브 히트파이프(61, 63)의 내부 공간(U형의 내측)의 폭 MW2 및 SW2 모두가 증가하였으므로, 제 2실시예에 의한 쿨러의 크기는 전반적으로 제 1실시예에 비해서 증가하게 된다. 이러한 크기의 증가는 내부 설치공간이 제한적인 전자장치에 있어서는 하나의 제약사항이 될 수 있다.
제 2실시예에서, 서브 히트파이프(63)의 흡열부(63a)의 확대는 내부 공간을 이루는 폭(SW2)의 확대를 유발하고, 서브 방열라인(L2)을 형성하는 방열부(63c)의 위치를 냉각핀(51)의 중앙부에서 모서리(가장자리) 방향으로 치우치게 하는 결과를 초래한다. 서브 방열라인이 냉각핀(51)의 모서리에 근접하게 된 상태는 냉각핀(51) 상의 열을 균일하게 분포시키기 어렵고 냉각핀(51)의 외곽 부에 열이 집중된다. 따라서 본 발명의 제 2 실시예의 쿨러는 본 발명의 제 1 실시예에 비해서 냉각성능이 더 향상되기 어렵다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 쿨러를 설명한다. 기본적으로 본 쿨러는 제 2 실시예의 쿨러에서 발생한 냉각핀(51)에서의 불균일한 열 분포를 개선하기 위해 제안되었다. 도 7에서와 같이, 구성품의 배치는 제 2 실시예와 거의 동일하다. 그러나 서브 히트파이프(63)에서 굴곡부(63b)와 방열부(63c) 사이에 2차 밴딩부(63d)가 존재한다. 이러한 2차 밴딩부(63d)는 굴곡부(63b)에서 출발하여 서브 히트파이프(63)의 상부 직선부분 방향이면서 쿨러의 내측 방향으로 밴딩된 상태이다. 굴곡 형상은 방열부(63c)의 단부측 간격을 이루는 폭(SW3)을 제 2 실시예의 경우보다 작게 만들 수 있기 때문에 방열부(63c)는 냉각핀(51)의 중앙부에 위치하게 된다. 이러한 2차 굴곡부(63d)에서는 굴곡 곡률은 최적의 균일 변경 반경인 R로 이루어져 있으면 이는 1차 굴곡부(63b)의 곡률과 동일한 것이다. 서브 히트파이프(63)는 결과적으로 두 부분이 다른 방향으로 굴곡된 항아리 형상을 이루게 된다.
본 발명의 제 3 실시예는 메인 히트파이프(61)로부터 전달되는 열이, 서브 히트파이프(63)의 흡열부(63a)로 전달되며, 서브 히트파이프의 방열부(63c)와 메인 히트파이프의 방열부(61c)는 각각 냉각핀(51)의 중앙부와 모서리 부근에 위치하여 고정된다. 따라서 열원(9)의 열은 냉각핀(51)의 중앙부와 모서리 부분에 전달되어 냉각핀(51) 전반에 균일하게 열을 전달 분포될 수 있기 때문에 본 발명의 제 3 실시예는 제 2 실시예 보다 향상된 냉각 성능을 발휘할 수 있다.
그러나, 제 3 실시예에서도 제 2 실시예와 마찬가지로 메인 히트파이프(61)의 폭(MW2)이 확대된 상태로 유지되어야 한다. 따라서 여전히 크기가 크다는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 제 3 실시예의 쿨러는 제 1 및 제 2 실시예에서의 핀리스 영역(h1)보다 더 확대된 핀리스 영역(h2)이 존재하게 된다. 이는 서브 히트파이프(63)의 2차 밴딩에 의한 굴곡 곡률(R)로 인해 그 아래 부분에 냉각핀(51)을 설치할 수 없기 때문이다. 이와 같이 설치 가능한 냉각핀(51)의 개수가 작아짐으로써 결과적으로 방열 효율이 감소하게 된다. 본 발명의 제 3 실시예의 쿨러는 결과적으로 핀리스 영역(h2)의 증가와 설치 냉각핀(51)의 숫자의 감소에 의해서 쿨러의 방열성능이 제 1 및 제 2 실시예의 쿨러에 비해 저하될 수 있다.
도 8에서와 같이, 본 발명의 제 4 실시예는 제 1에서 3 실시예의 문제점을 개선하였다. 본 쿨러는 제 1 실시예와 동일한 구성을 갖지만, 서브 히트파이프(63) 관의 반경(r2)이 메인 히트파이프(61)의 관의 반경(r1)에 비해서 작다는 점이 다르다. 이러한 히트파이프 크기의 차이는 서브 히트파이프(63)의 흡열부(63a) 영역을 적절한 크기를 갖도록 구성할 수 있다. 또한 서브 히트파이프(63)는 R2의 굴곡 곡률로 균일하게 밴딩되어 변형될 수 있다. 여기서 굴곡 곡률 R2는 메인 히트파이프(61)의 균일 밴딩 곡률(R)에 비해서 작다. 이는 서브 히트파이프(63)의 흡열부(63a)의 길이가 열 접촉을 극대화하도록 구성한 제 3 실시예의 경우와 동일하게 유지할 수 있음을 의미하며, 또한 제 4 실시예의 서브 히트파이프(63)의 내부 공간의 폭(SW4)이 본 발명의 제 2 실시예의 SW3와 동등하게 될 수 있다는 것을 의미한다. 경우에 따라, SW4는 SW3보다 더 작게 형성할 수 있다. 이러한 구조 및 배치에서는 서브 히트파이프(63)의 수직 상태 흡열부(63c)가 메인 히트파이프(61)의 흡열부(61c)와 일정 간격을 유지할 수 있으며, 또한 서브 히트파이프(63)의 흡열부(63c)가 냉각핀(51)의 중앙부에 위치할 수 있어 냉각핀(51) 상에서 균일한 열분포를 유도할 수 있다는 장점이 있다.
부가적으로 제 4 실시예의 쿨러는 제 2 실시예에서와 같이 2차 밴딩이 필요하지 않으며, 밴딩 변형된 서브 히트파이프(63)는 관의 반경(r2)이 더 작기 때문에 더 작은 굴곡 반경(R2)으로 밴딩되어 변형될 수 있다. 이러한 조건은 서브 히트파이프(63)의 핀리스 영역(h3)이 제 1 내지 제 3 실시예에 적용된 메인 히트파이프(61)의 핀리스 영역(h1)과는 독립적으로 작게 형성할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 서브 히트파이프(63)의 핀리스 영역(h3)이 시작되는 시점의 아래까지 냉각핀(51)을 추가로 설치할 수 있기 때문에 제 4 실시예의 쿨러는 제 1 내지 제 3 실시예의 쿨러 보다 향상된 방열 성능을 기대할 수 있다.
상기의 제 4 실시예에 의한 쿨러는, 냉각핀(51) 상에서 외곽과 내측에 각각 위치하는 메인 히트파이프(61)와 서브 히트파이프(63)가 서로 다른 관 반경을 갖는다는 의미에서 하이브리드 쿨러라 할 수 있다. 바람직하게는 서브 히트파이프(63)의 관 반경이 메인 히트파이프(61)의 관 반경보다 작은 것이 방열에 효과적이다. 즉 도 9에서와 같이, 일렬로 배열된 서브 방열라인(L2)의 두께(LW2)는 메인 히트파이프(61)로 구성된 메인 방열라인(L1)의 두께(LW1) 보다 얇은 것이 바람직하다. 일반적으로 히트파이프의 크기가 클수록 히트파이프 내부에 포함한 작동유체의 양이 많기 때문에 냉각핀(51)의 모서리 부근에 위치한 메인 히트파이프(61)의 열 전달 능력이 냉각핀(51)의 중앙부에 위치한 서브 히트파이프(63)의 경우보다 크다. 뿐만 아니라, 도 9에 도시된 바와 같이 서브 방열라인의 길이(L2-a)가 메인 방열라인의 길이(L1-a)에 비해서 짧기 때문에 냉각핀(51)은 방열 유효면적(방열에 필요한 면적)이 존재한다. 이러한 방열 유효면적은, 강제 송풍되는 공기가 효과적으로 냉각시킬 수 있는 면적을 의미한다. 따라서 서브 히트파이프(63)로 구성된 서브 방열라인(L2)이 얇고 짧을수록 히트파이프 주변의 공기 정체영역이 최소화되어 다수의 냉각핀(51) 상에서 원활한 냉각 공기의 흐름을 유도하여 방열을 효과적으로 이루어지게 할 수 있다. 결론적으로 본 발명의 제 4 실시예에 의한 하이브리드 쿨러는 제 1 실시예 내지 제3 실시예의 쿨러에 비해서 월등히 높은 방열성능을 기대할 수 있다.
도 10부터 도 14까지에서 본 발명의 제 5 실시예에 의한 하이브리드 쿨러를 설명하고 있다. 본 실시예는 제 4 실시예의 하이브리드 쿨러와 구조적으로 유사하다. 다만, 서브 히트파이프(63)가 다수의 원통형 히트파이프 대신에 하나의 평판형 히트파이프로 구성하였다. 도 10에서와 같이, 이러한 서브 히트파이프(63)는 흡열부(63a), 한 쌍의 굴곡부(63b) 및 수직으로 배치된 한 쌍의 방열부(63c)로 형성된다. 서브 히트파이프(63)는 하나 또는 그 이상으로 형성될 수 있으며, 다수의 평판형 히트파이프의 경우 굴곡부(63b)의 밴딩 굴곡 반경(R3)은 메인 히트파이프(61)와 상호 달리 구성하여 적층할 수 있다. 서브 히트파이프(63)의 적층구조는 당업자가 통상적으로 구현할 수 있으므로 본 설명에서는 생략하도록 한다.
상기에서 언급한 바와 같이, 비록 제 4 실시예에 의한 하이브리드 쿨러가 좋은 냉각성능을 갖는다 하더라도, 냉각핀 상에서 원통형 히트파이프들의 사이에 도 2에 도시된 전술한 열전 중첩영역(OL)의 발생이 불가피하다. 이러한 냉각에 비효율적인 영역들은 기본적으로 평판형 히트파이프를 사용함으로써 제거할 수 있다. 따라서 제 5 실시예의 하이브리드 쿨러는 방열 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 본 실시예에서는 도 10에서의 평판형 히트파이프(63) 내의 작동유체 유량을 도 9의 제 4 실시예의 원통형 서브 히트파이프 내의 작동유체 총량 보다 최소한 동일하거나 그 이상의 구조로 형성할 수 있다. 이는 도 10의 평판형 서브 히트파이프(63)의 두께가 도 9의 원통형 서브 히트파이프(63)의 반경, 즉 LW2보다 작다 하더라도 평판형 서브 히트파이프 내의 유로(channel)의 수와 크기를 조절함으로써 가능함을 의미한다. 부가적으로 본 제 5 실시예에서는 평판형 서브 히트파이프(63) 부근에 강제 송풍에 의한 와류(또는 공기 정체영역)이 원통형 서브 히트파이프에 비해서 거의 발생하지 않는다. 따라서 제 5 실시예의 하이브리드 쿨러는 매우 우수한 방열 성능을 발휘할 수 있다.
다수의 메인 히트파이프(61)가 형성하는 선형 구간(내측)에 설치되는 서브 히트파이프(63)는 설치공간을 줄일 수 있으면서 메인 히트파이프(61)로부터 열을 효과적으로 전달 받기 위해서 통상적인 방식으로 메인 히트파이프(61)와 맞닿아 결합된다. 메인 히트파이프(61)는 열 전도성 재질의 쿨러베이스(50)와 결합되며, 쿨러베이스(50)는 열전판(core conducting base, 53)과 프레임(55)으로 구성된다. 열전판(53)은 한 면이 메인 히트파이프의 흡열부(61a)와 결합되고, 다른 한 면이 열원과 접촉 결합된다. 열전판(53)의 주변은 고정날개(53a) 및/또는 열전판(53)의 상부에 돌출부인 체결블록(53b)이 형성될 수 있다. 체결블록(53b)은 나사(SC) 또는 볼트(BT) 등으로 프레임(55)에 고정하기 위한 구조이다. 또한, 열전판(53)은 다른 한 면에, 열원과 효과적이며 직접적으로 접촉 결합하기 위해 페데스탈을 형성할 수 있다(도 10에는 미 도시). 이러한 열전판(53) 및 프레임(55)은 전술한 고정날개(53a) 및 체결블록(53b)에 의한 결합방법에 한정되지 않으며, 서로 결합이 가능한 통상의 방법이라면 어떠한 것이든 적용이 가능하다.
프레임(55)은 열원이 실장된 회로기판상에 고정되는 것이 바람직하다. 프레임(55)은 열전판(53)이나 메인 히트파이프(61) 및 서브 히트파이프(63)가 회로기판이나 회로기판에 실장된 다른 소자에 열원의 열이 전이되어 회로기판이나 소자가 오작동되는 것이 방지되도록 이들을 회로기판이나 소자와 이격시킨다. 그리고, 프레임(55)은 열전판(53)을 통해 전이되는 열원의 열을 방열한다. 이러한 프레임(55)은 메인 히트파이프(61) 및 서브 히트파이프(63)를 방열체(51)와 함께 전자제품에 견고히 고정시킬 뿐만 아니라 용이하게 탈거시킨다. 도 10에서와 같이, 프레임(55)은 열원 및 전열판(53)의 접촉을 허용하기 위해 도시된 바와 같이 구멍(55c)이 형성된다. 그리고, 프레임(55)은 전열판(53)이 안착되어 안정적으로 결합되도록 도시된 바와 같이 구멍(55c)의 내주 면에 안착턱(55b)이 마련될 수 있다. 도 11 및 도 13에서와 같이, 냉각팬은 프래임(55)의 일측에 다수의 냉긱핀(51)의 모서리에 수직하게 설치될 수 있으며, 냉각팬(57)은 시로코 타입의 팬으로써 송풍되는 공기가 외부로 확산되는 것을 방지하고 쿨러의 내부로 집중하기 위해서 덮개로 차폐될 수 있다.
열전판(53)은 프레임(55)의 구멍(55c)에 열박음 방법으로 끼워질 수 있다. 이러한 열박음 방법은, 프레임(55)을 가열하여 중앙 구멍(55c)이 팽창된 상태에서 삽입하고 열전판(53)이 끼워진 상태에서 냉각시키면 프레임(55)이 수축하여 열전판(53)과 매우 견고하게 결합되는 방식이다. 뿐만 아니라, 쿨러베이스(50)는 주조 등의 방법으로 열전판(53)과 프레임(55)이 일체형이 되도록 형성할 수 있다.
도 14(a)와 같이, 서브 히트파이프(63)는 평판형 히트파이프로 구성하였으며, 또한 도 9에 도시된 제 4 실시예의 원통형 서브 히트파이프(63)의 직경(LW2)보다 얇게 형성할 수 있다. 제 5 실시예에서, 서브 히트파이프(63)는 굴곡 곡률 R3로 밴딩된 굴곡부(63b)을 가지며, 이러한 곡률(R3)은 도 8에 도시된 제 4 실시예의 서브 히트파이프(63)의 곡률 반경(R2)보다 작다. 다시 설명하면, 서브 히트파이프(63)의 굴곡부(63b)는 제 4 실시예의 경우보다 컨테이너의 수축없이 균일하면서 더 예리하게 밴딩될 수 있다. 서브 히트파이프(63)의 내부 공간의 폭(SW5)은 제 4 실시예의 경우보다 더욱 감소될 수 있다. 제 5 실시예는 메인 히트파이프(61)의 밴딩 폭(MW1)을 감소시킬 수 있는 구조이므로, 쿨러의 방열성능을 향상시키면서 동시에 전반적인 크기를 감소시킬 수 있다.
그러나, 서브 히트파이프(63)의 수직 방열부(63a)의 간격이 내부 공간에서 서로 너무 가깝게 즉 냉각핀(51)의 중앙부에 치우치도록 형성될 수 있다. 이러한 구조는 냉각핀(51) 상에서의 열분포가 불균일하게 될 소지가 있다. 반면에 메인 히트파이프(61)의 외곽 공간 폭(MW1)은 열원(9)의 크기에 좌우된다. 따라서 냉각성능은, 서브 히트파이프(63)가 제 4 실시예의 서브 히트파이프(63)의 두께(폭: LW2) 보다 작게 형성될 때 비효율적이다. 바람직하게는 서브 히트파이프(63)의 두께(LW2)는 제 4 실시예의 경우보다 적어도 같거나 커야 한다. 제 5 실시예에서는, 평판형 서브 히트파이프(63)의 밴딩 곡률(R3)이 메인 히트파이프(61)의 밴딩 곡률 (R1)과 다르고, 이는 평판형 서브 히트파이프(63)에 의해 형성되는 핀리스 영역(h4)과 메인 히트파이프(61)에 의한 핀리스 영역(h1)을 다르게 형성할 수 있도록 한다. 본 실시예의 핀리스 영역(h4)은 제 4 실시예의 핀리스 영역(h3)보다 작게 형성할 수 있으며, 이는 적층할 수 있는 냉각핀(51)의 숫자를 증가시킬 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 제 6 실시예에 의한 하이브리드 쿨러는 도 15에 도시된다. 메인 히트파이프(61)와 서브 히트파이프(63)는 각각 하나의 평판형 히트파이프 그리고 다수의 원통형 히트파이프로 구성한다. 제 6 실시예에서, 평판형 메인 히트파이프(61)는 냉각핀(51)과 관통 교차하는 교차점에서 전술한 열전 중첩영역(OL)이 형성되지 않는다. 더욱이 메인 히트파이프(61)는 내부에 충분한 유로(fluid channel)를 형성할 수 있으며, 따라서 다수의 원통형 히트파이프 보다 컨테이너 내부를 통해 효과적으로 더 많은 열을 전달 할 수 있다. 즉 냉각핀(51)의 모서리 부근에 형성되는 메인 방열라인(L1)은 냉각핀 상에 열원(9)으로부터 히트파이프를 통해 전달된 열의 열전 중첩영역(OL)을 형성하지 않으며, 평판형 메인 히트파이프(61)는 쿨러베이스(50, 53)와 열전달에 유리한 평면 접촉이 가능하다. 다수의 서브 히트파이프(63)에 의해 냉각핀(51) 상에 형성된 서브 방열라인(L2)은 열원(9)으로부터 메인 히트파이프(61)를 거쳐 전달된 열을 냉각핀(51) 상에 확산시킨다. 이러한 히트파이프 등의 구조적 형상은 제 5 실시예의 쿨러보다 더 우수한 열전달 성능을 기대할 수 있다. 제 6 실시예에 의한 쿨러는, 메인 히트파이프(61)와 서브 히트파이프(63)가 상호 다른 형상으로 구성되고, 또한 메인 방열라인(L1)과 서브 방열라인(L2)의 각각의 두께 LW1 및 LW2가 다르다는 관점에서 하이브리드 쿨러라고 할 수 있다.
도 16을 참조하여 본 발명의 제 7 실시예에 의한 또 다른 하이브리드 쿨러를 설명한다. 메인 히트파이프(61)와 서브 히트파이프(63)는 모두 평판형 히트파이프로 구성한다. 메인 히트파이프(61)의 두께(LW1)는 서브 히트파이프(63)의 두께(LW2)보다 두꺼우며, 이로 인해 냉각핀(51)의 모서리 부근으로 더 많은 열을 전달하여 방열시킬 수 있다. 제 7 실시예에서, 메인과 서브 히트파이프(61, 63)는 히트파이프 주변의 열전 중첩영역(OL)을 형성하지 않기 때문에, 냉각핀(51) 상에서 방열효율이 매우 우수하다. 부가적으로, 열 전달 측면에서 모든 히트파이프가 평판형이므로, 메인 히트파이프(61)와 열원(9) 또는 쿨러베이스(50, 53)와의 접촉, 그리고 서브 히트파이프(63)와 메인 히트파이프(61)의 접촉이 면 접촉으로 매우 우수하다. 따라서 본 실시예의 하이브리드 쿨러의 방열성능은 상기의 다른 실시예 보다 우수하다.
도 17을 참조하여 제 8 실시예의 하이브드 쿨러를 설명한다. 메인 히트파이프(61)는 다수의 원통형 히트파이프로 구성하고, 서브 히트파이프(63)는 밴딩하지 않은 직선의 평판형 또는 원통형 히트파이프로 구성한다. 제 8 실시예에서, 서브 히트파이프(63)는 메인 히트파이프(61) 위에 위치한 쿨러베이스(50)의 열전판(53) 위에 수직으로 적층된다. 여기서, 서브 히트파이프(63)는 하나 또는 다수의 원통형 히트파이프 또는 평판형 히트파이프로 구성할 수 있다. 본 실시예에서, 메인 히트파이프(61)에서 쿨러베이스(50(53))를 거쳐 서브 히트파이프(63)로 전달되는 열은 직선형의 히트파이프의 단부(하단)로부터 전달되기 때문에 매우 협소한 영역(하단의 접촉면적)을 따라 전달된다. 따라서 쿨러의 냉각 효율은 다소 저하될 수 있다. 그러나 열원(9)의 열은 메인 및 서브 히트파이프(61, 63)의 존재로 인해 냉각핀(51)의 중앙부와 모서리 부근으로 나누어 전달됨으로써 냉각핀(51) 상의 균일한 열분포를 유도할 수 있기 때문에 일반적인 쿨러에 비해 방열 성능은 우수하다.
도 18의 (a)를 참조하여 본 발명의 제 9 실시예에 의한 하이브리드 쿨러를 설명한다. 본 실시예의 하이브리드 쿨러는 열원(9)의 외형에 맞추어진 페데스탈이 있는 쿨러베이스를 포함한다. 여기서 열원(9)은 중앙의 고온점(hot spot, 91)과 여러 전자부품 등으로 구성된 주변부(92)로 구성되며, 중앙의 고온점(91)은 주변부(92)에 비해 높이가 낮게 형성될 수 있다. 본 실시예는 제 5 실시예의 하이브리드 쿨러를 상기의 열원(9)에 접촉 고정시킬 경우, 쿨러베이스(50, 53)의 일측이 열원(9)과의 효과적인 열접촉을 위한 형상을 이루도록 구성하며, 타측이 메인 히트파이프(61)의 흡열부가 포함된 형상으로 구성할 수 있다.
도 18의 (b)에서, 쿨러베이스(50)는 열원(9)의 고온점(91)과 직접 맞닿도록 돌출된 형상의 페데스탈(53c)이 형성된다. 이러한 페데스탈(53c)은 쿨러베이스(50) 또는 열전판(53)의 일부로써 일체형으로 형성한다. 그림에서와 같이, 고온점(91)의 열은 페데스탈(53c)를 거쳐 다수의 메인 히트파이프(61)로 전달된다. 따라서 페데스탈형 쿨러베이스(50)를 포함한 하이브리드 쿨러는 다른 실시예에서와 같이 페데스탈이 없는 쿨러베이스(50)를 갖는 하이브리드 쿨러에 비해 더 높은 냉각효율을 기대할 수 있다.
열원과 쿨러의 열접촉을 향상시키기 위한 또 다른 페데스탈 형태를 구성할 수 있다. 열원과 접촉하는 쿨러베이스(50)의 일측에 상기의 도 18(b)와 같은 일체형 페데스탈을 형성하지 않을 경우, 쿨러베이스(50)는 고온점(91)의 모양과 크기에 맞춘 형상으로 구성할 수 있다. 이러한 방법은 도 18의 (c)와 같이, 흡열부(61a)와 전술한 핀리스 영역(h1)의 형상을 열원의 고온점(91)의 형상과 깊이에 맞도록 조정함으로써 가능하다. 이와 같이, 하이브리드 쿨러의 구성요소의 구조적 변형 및 조합으로 열원(9)의 고온점(91)에 맞춰 설치하므로 "구조적 페데스탈(53d)"이라고 할 수 있다. 도 18의 (b)의 일체형 페데스탈(53c)을 갖는 쿨러베이스(50, 53)의 경우와 마찬가지로, 평판의 열전판(50, 53)과 다수의 메인 히트파이프(61)의 일부분으로 구성된 이러한 구조적 페데스탈(53d)은, 도 18의 (c)에서와 같이 열원(9)으로부터 메인 히트파이프(61)으로의 열전달을 효과적으로 이루어지도록 한다.
도 19에서와 같이, 쿨러베이스(5)는 열전판(53)보다는 두꺼운 열전블럭(54)으로 형성할 수 있다. 열전블럭(54)은 일측이 열원(9)과 직접 접촉하며, 타측이 메인 히트파이프(61)와 접촉함으로써, 열원(9)의 열을 균일하게 방출시키는 동시에 메인 히트파이프(61)로 전달하는 역할을 한다.
도 20에서와 같이, 전술한 열전블록(54)은 원형 히트파이프의 일부분을 수용하여 안착시키는 안착시트(54a)가 형성될 수 있다. 안착시트(54a)는 도시된 바와 같이 원형 히트파이프의 형상에 대응하는 반원형으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 안착시트(54a)는 원형 히트파이프의 일부분이 수용되어 면 접촉에 의해 접촉면적이 확장되므로 열원(9)의 열을 더욱 원활하게 원형 히트파이프로 전달할 수 있다. 따라서, 열전블록(54)은 메인 히트파이프(61) 및 서브 히트파이프(63)의 방열성능을 향상시킬 수 있다.
도 21을 참조하면, 전술한 열전블록(54)은 열원(9)과 대향하는 면에 안착시트(54a)가 형성될 수도 있다. 이러한 경우 메인 히트파이프(61)는 열원(9)과의 면 접촉을 위해 도시된 바와 같이 반원형으로 단면이 가공되어야 한다. 이와 같은 열전블록(54)은 메인 히트파이프(61)의 일부분이 안착시트(54a)에 수용되므로 메인 히트파이프(61)의 열이 효과적으로 전달된다. 또한, 메인 히트파이프(61) 및 서브 히트파이프(63)는 전열블록(54)에 의해 도시된 바와 같이 직교상태로 적층될 수 있다.
도 22을 참조하면, 메인 히트파이프(61) 및 서브 히트파이프(63)는 도시된 바와 같이 쿨러베이스(50)를 통해 연결될 수 있다. 쿨러베이스(50)는 도시된 바와 같이 블록형태나 판재형태로 구성할 수 있다. 이러한 쿨러베이스(50)는 메인 히트파이프(61)의 열을 서브 히트파이프(63)에 매개하며, 메인 히트파이프(61)의 열을 등분포시켜 서브 히트파이프(63)에 확산시켜서 제공할 수 있다. 또한, 쿨러베이스(50)는 도시된 바와 같이 전술한 안착시트(54a)가 형성되어 안착시트(54a)에 서브 히트파이프(63)가 수용됨에 따라 좀더 원활하게 열을 전이할 수 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위해, 다음과 같이 쿨러의 방열성능을 측정하는 시험을 수행하였다. 일반적인 상용쿨러와 본 발명의 쿨러는 열설계전력(thermal design power, TDP)으로서 여러 가지 열부하(heat load)을 가하고 그때의 열저항을 측정함으로써 그 성능을 평가하였다. 여기서 사용된 "열저항(R th )"는 어떠한 접촉 연결부에서 열의 흐름(통상적으로 단위시간당 열량)을 방해하는 정도에 의해 나타나는 온도 차이의 값을 의미하며, R th = (T a - T j )/Q와 같은 수식으로 정의된다. 여기서, T a 는 주변온도(℃), Tj는 연결부 온도(℃) 그리고 Q(Watt)는 TDP로 간주할 수 있는 열원의 입력 열량(또는 전력)을 의미한다.
열저항은 계면에서 열이 전달될 수 있는 정도가 클수록 낮은 값을 갖기 때문에, 그 값은 쿨러의 냉각성능을 정량화할 수 있는 수치이다. 일반적으로 열저항 Rth은 열부하가 증가할수록 감소하게 되며, 어떤 특정 열부하에서 다시 증가함으로써 최소값을 갖기 때문에, 최소값의 열저항에서의 열부하는 쿨러의 TDP로 간주할 수 있다. 환언하면, 해당 쿨러가 열원의 열(열부하)을 방열할 수 있는 최대값, 즉 쿨러의 냉각용량이라고 할 수 있다. 일반적으로 쿨러의 열설계전력(TDP)과 크기는 열원의 방열량과 전자장치 내부의 허용공간의 크기에 따라 결정된다.
제 5 실시예 및 제 9 실시예의 하이브리드 쿨러의 냉각성능의 특징은 다음과 같다. 상용1과 상용2는 일반 상용 쿨러이며, 동일한 반경의 원통형 히트파이프들로 구성되어 본 발명의 제 1 실시예의 쿨러와 매우 유사한 구조 및 배치 형태를 갖는다. 상용 1은 130 Watt, 상용2는 140 Watt의 TDP 성능을 나타낸다. 하이브리드 5와 하이브리드9는 각각 제 5 실시예 및 9 실시예에 의거하여 제작된 하이브리드 쿨러를 의미한다. 이러한 하이브리드 쿨러는 메인 히트파이프가 다수의 원통형 히트파이프, 그리고 서브 히트파이프는 평판형 히트파이프로 구성한다. 하이브리드5 및 9는 각각 상용 1 및 상용 2의 냉각성능을 비교하기 위해서, 하이브리드 쿨러는 상용제품보다 유사하거나 또는 더 작게 제작하였다.
항 목 상용1 하이브리드5 상용2 하이브리드9
쿨러크기 (mm) 91.5 x 91.5 x 66 70 x 70 x 64.5 91 x 91 x 110 90 x 90 x 110
냉각팬 직경 60 mm 60 mm 92 mm 85 mm
열설계전력TDP(열부하) 130 Watts 130 Watts 140 Watts 140 Watts
열저항, Rth 0.169 oC/W 0.156 oC/W 0.19 oC/W 0.13 oC/W
[표 1]에서와 같이, 상용1 쿨러에 열부하를 인가한 경우, 열저항의 최소값은 여러 번의 시험 평균값으로 0.169 ℃/W를 얻었다. 하이브리드5 쿨러에 대해서는, 도 23과 같이, 열부하를 130 와트에서 200 와트의 범위에서 인가하였으며, 상용 1의 TDP에 해당하는 130 와트에서 하이브리드5의 열저항은 0.156 ℃/W이다 이는 하이브리드 5가 상용1보다 작음에도 불구하고 상용 1에 비해 낮은 열저항을 나타낸 것으로서 하이브리드 5가 상용1에 비해 우수하다는 것을 의미한다. 더 상세하게는 상용1이 하이브리드5 보다 전체 크기가 크기 때문에, 단순한 관점에서 상용1 냉각핀의 총 면적이 하이브리드5의 냉각핀 면적보다 월등히 큼에도 불구하고 하이브리드5 쿨러의 냉각성능이 더 우수하다는 것을 의미한다. 이러한 결과는 본 발명에 의한 하이브리드 쿨러의 우수성을 입증하는 것으로써, 냉각핀의 총 면적 보다는 냉각핀 상의 균일한 열 분포와 냉각핀 사이의 원활한 송풍조건 등 하이브리드 쿨러가 갖는 요인들이 중요하게 작용하고 있다는 것을 확인하는 것이다.
상기 [표 1]에 정리된 바와 같이, 상용 2는 상용1에 비해 다소 크며, 열설계전력, TDP 140 와트에 열저항은 0.19 ℃/W이다. 도 23에서와 같이, 하이브리드9 쿨러에 있어서 열부하는 100 와트에서 225 와트 범위에서 인가되었으며, 상용 2의 열설계전력인 140 와트에서 하이브리드9의 열저항은 0.129 ℃/W임이 확인되었다. 뿐만 아니라, 열저항은 3회 이상의 시험을 통해 최소값으로서 열부하 225 와트에서 0.124 ℃/W로 계속 감소하고 있다는 것을 알 수 있다. 환원하면, 하이브리드 5는 열부하 225 와트 이상에 더 낮은 열저항을 기대할 수 있기 때문에 열원의 발열량 225 와트 이상에서도 방열 성능을 발휘할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 이러한 방열 성능 측정결과로부터, 하이브리드5 쿨러에 설치된 냉각팬의 직경이 상용 2 쿨러에 비해 7 mm 정도 작음에도 불구하고 상용 2 쿨러에 비해 월등히 높은 냉각성능을 발휘할 수 있다는 것을 입증한 것이다.
상기와 같은 측정 결과로부터 하이브리드9 쿨러의 우수한 방열성능은 하이브리드 5 쿨러가 갖는 하이브리드로써의 장점은 물론 열원으로부터 발생되는 열을 효과적으로 흡수할 수 있도록 구성된 구조적 페데스탈의 존재에 기인한다고 추론할 수 있다. 하이브리드9 쿨러는 열원의 외형에 맞춰진 구조적 페데스탈을 형성하고 있으며, 이러한 페데스탈은 열원의 고온점의 형상 및 크기에 맞춰진 동시에, 도 18(c)와 같이, 다수의 메인 히트파이프들이 둔각으로 밴딩 변형되어 열원의 위치에 적절히 삽입되도록 구성하였기 때문이다. 부가적으로 측정의 신뢰성을 확보하기 위해,하이브리드5 및 하이브리드9 쿨러를 각각 세 개 이상씩 제작되었다. 도 23에서와 같이, 하이브리드 5 및 9의 쿨러 모두에서 주어진 열부하에서의 열저항 값은 거의 차이가 없다는 것을 알 수 있으며, 이러한 측정은 재현성이 우수하다는 것을 의미하고, 이는 제조를 위한 기술 조건이 까다롭지 않다는 것으로써 양산 조건에 대한 또 하나의 장점이 될 수 있다.
추가적으로 전용 측정장치가 아닌 상용 전자장비에 실장하여 하이브리드 쿨러의 성능을 측정하였다. 여기서 열원은 회로기판에 장착된 상태로써, CPU와 다양한 전자부품이 포함된 형태의 열원이며, 열원의 고온점은, 도 18(a)와 같이, 열원의 주변부와 동일한 레벨(높이)가 아니라 다소 낮게 위치하고 있는 상태이다. 또한 비교 대상이 되는 기존 상용쿨러는 열원 특히 CPU 제조업체에서 인증한 제품을 사용하였다. 이러한 상용3 쿨러는, U자형으로 밴딩된 다수의 원통형 히트파이프들로 구성된 제 본 발명의 제 1실시예의 쿨러와 유사한 형태를 갖는다. 쿨러의 냉각성능을 확인하기 위한 측정에서, 열원의 고온점과 쿨러 사이의 연결부 온도 Tj와 열저항 Rth을 각각 측정하였다. [표 2]에 정리된 바와 같이, 열설계전력, TDP로서 열부하 150 와트를 인가하였을 경우, 하이브리드9는 상용3과 거의 크기가 같음에도 불구하고, 열저항 Rth은 0.153 ℃/W로 측정되었으며, 이 값은 상용3 쿨러에 비해 30% 이상 낮은 값이다. 더욱이, 하이브리드9의 연결부 온도 Tj는 상용3 쿨러에 비해 약 10도 정도 낮게 측정되었다. 결과적으로 하이브리드9는 상용3 쿨러에 비해 상당히 우수한 방열성능을 갖는다는 것을 의미하며, 또한 전자장치를 더욱 안정적으로 작동시킬 수 있는 조건을 제공하는 것을 의미한다.
항 목 열설계전력, TDP 열저항, R th 연결부 온도, T j 온도 차이, Δ T
상용3 150 Watts 0.22 68 oC Reference
하이브리드9 150 Watts 0.153 58.1 oC 9.9 o C
측정 조건 T a |max = 35oC; R th 및 T j 은 충분한 측정횟수에 얻어진 결과를 3시그마 평균값 계산함
전술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하므로 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되지 않으며, 본질적 특징이 충족될 수 있을 경우 동일 사상의 범주내에서 적절한 변형(구조나 구성의 변경이나 부분적 생략 또는 보완)이 가능하다. 또한, 전술한 실시예들은 특징의 일부 또는 다수가 상호 간에 조합될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소의 구조 및 구성은 변형이나 조합에 의해 실시할 수 있으므로 이러한 구조 및 구성의 변형이나 조합이 첨부된 본 발명의 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
51 : 냉각핀 61 : 메인 히트파이프
63 : 서브 히트파이프 50 : 쿨러베이스
53 : 열전판 54 : 열전블록
55 : 프레임

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 열 전도성 재질이며, 일정 간격으로 적층되며, 전자 부품의 열원으로부터 발생한 열을 분산시켜 열을 방출하는 역할을 하는 다수의 냉각핀;
    일측에서 열원으로부터 열을 흡수하고, 흡수된 열을 타측으로 전달하며, 그 타측이 상기 냉각핀과 관통 교차하고, 교차점이 냉각핀 상에 일렬로 배열되며, 이러한 배열이 메인 방열라인을 구성하며, 메인 방열라인이 냉각핀 상에서 열원 역할을 하여 열을 분산 방열시키며, 메인 방열라인이 냉각핀의 모서리 부근에 위치하도록 하는 메인 히트파이프; 및
    일측에서 열원 또는 상기의 메인 히트파이프로부터 열을 흡수하고, 흡수된 열을 타측으로 전달하며, 그 타측이 상기 냉각핀과 관통 교차하고, 교차점이 냉각핀 상에 일렬로 배열되며, 이러한 배열이 서브 방열라인을 구성하며, 서브 방열라인이 냉각핀 상에서 또 하나의 열원 역할을 하여 열을 분산 방열시키며, 서브 방열라인이 냉각핀의 중앙부에 위치하도록 하는 서브 히트파이프;를 포함하고,
    상기 메인 및 서브 방열라인은 열원의 열이 냉각핀의 전반에 거쳐 균일하게 분포할 수 있도록, 각각 상기 냉각핀의 모서리 부근 및 중앙부에 위치하고, 서로 다른 길이를 갖고,
    상기 냉각핀의 모서리에 냉각핀에 수직한 방향으로 송풍이 가능하도록 냉각팬이 설치된 하이브리드 쿨러.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 열 전도성 재질이며, 일정 간격으로 적층되며, 전자 부품의 열원으로부터 발생한 열을 분산시켜 열을 방출하는 역할을 하는 다수의 냉각핀;
    일측에서 열원으로부터 열을 흡수하고, 흡수된 열을 타측으로 전달하며, 그 타측이 상기 냉각핀과 관통 교차하고, 교차점이 냉각핀 상에 일렬로 배열되며, 이러한 배열이 메인 방열라인을 구성하며, 메인 방열라인이 냉각핀 상에서 열원 역할을 하여 열을 분산 방열시키며, 메인 방열라인이 냉각핀의 모서리 부근에 위치하도록 하는 메인 히트파이프; 및
    일측에서 열원 또는 상기의 메인 히트파이프로부터 열을 흡수하고, 흡수된 열을 타측으로 전달하며, 그 타측이 상기 냉각핀과 관통 교차하고, 교차점이 냉각핀 상에 일렬로 배열되며, 이러한 배열이 서브 방열라인을 구성하며, 서브 방열라인이 냉각핀 상에서 또 하나의 열원 역할을 하여 열을 분산 방열시키며, 서브 방열라인이 냉각핀의 중앙부에 위치하도록 하는 서브 히트파이프;를 포함하고,
    상기 메인 및 서브 방열라인은 열원의 열이 냉각핀의 전반에 거쳐 균일하게 분포할 수 있도록, 각각 상기 냉각핀의 모서리 부근 및 중앙부에 위치하고, 서로 다른 길이를 갖고,
    열전도성 재질로 구성되며, 일측이 열원과 접촉하며, 타측이 상기 메인 히트파이프 또는 상기 서브 히트파이프의 적어도 어느 하나와 직접 열 접촉하여 열을 전달하는 쿨러베이스;를 더 포함하는 하이브리드 쿨러
  13. 제 12 청구항에 있어서,
    상기 쿨러베이스는 열 접촉이 가능하도록 열원의 외형에 대응하는 페데스탈이 일측에 마련되고,
    상기 페데스탈은 열원의 고온점에 직접 접촉되도록 디자인되고, 상기 쿨러베이스의 일부인 것을 특징으로 하는 하이브리드 쿨러.
  14. 제 12 청구항에 있어서,
    상기의 쿨러 베이스는 열 전도성 재질의 열전판 또는 열전판의 두께 보다 큰 두께를 갖는 열 전도성 재질의 열전블럭으로 구성된 하이브리드 쿨러.
  15. 열 전도성 재질이며, 일정 간격으로 적층되며, 전자 부품의 열원으로부터 발생한 열을 분산시켜 열을 방출하는 역할을 하는 다수의 냉각핀;
    일측에서 열원으로부터 열을 흡수하고, 흡수된 열을 타측으로 전달하며, 그 타측이 상기 냉각핀과 관통 교차하고, 교차점이 냉각핀 상에 일렬로 배열되며, 이러한 배열이 메인 방열라인을 구성하며, 메인 방열라인이 냉각핀 상에서 열원 역할을 하여 열을 분산 방열시키며, 메인 방열라인이 냉각핀의 모서리 부근에 위치하도록 하는 메인 히트파이프;
    일측에서 열원 또는 상기의 메인 히트파이프로부터 열을 흡수하고, 흡수된 열을 타측으로 전달하며, 그 타측이 상기 냉각핀과 관통 교차하고, 교차점이 냉각핀 상에 일렬로 배열되며, 이러한 배열이 서브 방열라인을 구성하며, 서브 방열라인이 냉각핀 상에서 또 하나의 열원 역할을 하여 열을 분산 방열시키며, 서브 방열라인이 냉각핀의 중앙부에 위치하도록 하는 서브 히트파이프; 및
    열원의 고온점과의 열 접촉이 가능한 구조로 이루어진 페데스탈;을 포함하고,
    상기 메인 및 서브 방열라인은 열원의 열이 냉각핀의 전반에 거쳐 균일하게 분포할 수 있도록, 각각 상기 냉각핀의 모서리 부근 및 중앙부에 위치하고, 서로 다른 길이를 갖고,
    상기 구조로 이루어진 페데스탈은 고온점의 크기가 고려되는 쿨러베이스로 이루어지고,
    상기 메인 히트파이프와 서브 히트파이프는 열원의 외형에 대응하도록 밴딩된 것을 특징으로 하는 하이브리드 쿨러.
  16. 삭제
KR1020120147754A 2012-02-20 2012-12-17 하이브리드 쿨러 Expired - Fee Related KR101372728B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120147754A KR101372728B1 (ko) 2012-02-20 2012-12-17 하이브리드 쿨러
PCT/KR2013/001227 WO2013125817A1 (ko) 2012-02-20 2013-02-18 하이브리드 쿨러

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120017060 2012-02-20
KR1020120017060A KR20130052487A (ko) 2011-11-11 2012-02-20 하이브리드 방열쿨러
KR1020120147754A KR101372728B1 (ko) 2012-02-20 2012-12-17 하이브리드 쿨러

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140008746A Division KR101477457B1 (ko) 2014-01-24 2014-01-24 하이브리드 쿨러

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130095614A KR20130095614A (ko) 2013-08-28
KR101372728B1 true KR101372728B1 (ko) 2014-03-11

Family

ID=49005948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120147754A Expired - Fee Related KR101372728B1 (ko) 2012-02-20 2012-12-17 하이브리드 쿨러

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101372728B1 (ko)
WO (1) WO2013125817A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101588245B1 (ko) * 2014-09-05 2016-01-25 김동호 냉난방 겸용 매트 세트
TWI663903B (zh) * 2015-12-30 2019-06-21 微星科技股份有限公司 熱電致冷模組與包含熱電致冷模組的散熱裝置
CN109799893B (zh) * 2019-04-02 2024-01-30 济南大学 一种组合热管cpu散热器
CN112230742A (zh) * 2020-09-17 2021-01-15 北京市鑫全盛科技有限公司 散传热装置的热导管排布方法
CN115804641B (zh) * 2021-09-13 2024-09-13 广州星际悦动股份有限公司 美容仪

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001108383A (ja) * 1999-09-30 2001-04-20 Toshiba Corp ヒートパイプ式冷却器
US20080055857A1 (en) * 2006-09-05 2008-03-06 Shyh-Ming Chen Method for connecting heat pipes and a heat sink
KR20100111101A (ko) * 2009-04-06 2010-10-14 잘만테크 주식회사 베이스블록을 구비한 히트파이프 및 이를 제조하는 방법
KR20120006872U (ko) * 2011-03-28 2012-10-08 충-시엔 후앙 바닥블록이 없는 히트 싱크

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0579778A (ja) * 1991-09-20 1993-03-30 Furukawa Electric Co Ltd:The ヒートパイプ式熱交換器本体及びヒートパイプ式熱交換器
JP4177337B2 (ja) * 2005-01-14 2008-11-05 古河電気工業株式会社 ヒートパイプ付ヒートシンク

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001108383A (ja) * 1999-09-30 2001-04-20 Toshiba Corp ヒートパイプ式冷却器
US20080055857A1 (en) * 2006-09-05 2008-03-06 Shyh-Ming Chen Method for connecting heat pipes and a heat sink
KR20100111101A (ko) * 2009-04-06 2010-10-14 잘만테크 주식회사 베이스블록을 구비한 히트파이프 및 이를 제조하는 방법
KR20120006872U (ko) * 2011-03-28 2012-10-08 충-시엔 후앙 바닥블록이 없는 히트 싱크

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130095614A (ko) 2013-08-28
WO2013125817A1 (ko) 2013-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6688936B2 (ja) ヒートシンク
TWI722736B (zh) 散熱裝置
TWI649530B (zh) Cooling device
KR101372728B1 (ko) 하이브리드 쿨러
EP3405733B1 (en) Multi-level oscillating heat pipe implementation in an electronic circuit card module
CN111836517B (zh) 散热器
TWI465885B (zh) heat sink
CN111836516B (zh) 散热器
JP7118186B2 (ja) 放熱装置
JP6595531B2 (ja) ヒートシンクアッセンブリ
TWI683078B (zh) 重力式液氣循環裝置
TW201122788A (en) Heat sink
JP4913285B2 (ja) 放熱フィンおよびヒートシンク
KR101477457B1 (ko) 하이브리드 쿨러
JP2951116B2 (ja) 発熱体の冷却装置
KR20130052487A (ko) 하이브리드 방열쿨러
TW202311694A (zh) 散熱器
TWI514120B (zh) 散熱模組
JP7269422B1 (ja) ヒートシンク
WO2013051587A1 (ja) 平板型冷却装置及びその使用方法
JP7235922B1 (ja) ヒートシンク
JP7683258B2 (ja) 沸騰冷却装置、および発熱体の冷却方法
JP2009275945A (ja) 沸騰冷却装置
TWI407294B (zh) 散熱裝置
TW202443093A (zh) 散熱器

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20121217

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application
A302 Request for accelerated examination
PA0302 Request for accelerated examination

Patent event date: 20131016

Patent event code: PA03022R01D

Comment text: Request for Accelerated Examination

Patent event date: 20121217

Patent event code: PA03021R01I

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20131126

Patent event code: PE09021S01D

A107 Divisional application of patent
PA0107 Divisional application

Comment text: Divisional Application of Patent

Patent event date: 20140124

Patent event code: PA01071R01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20140220

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20140304

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20140304

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20171026

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171027

Year of fee payment: 4

PR0401 Registration of restoration

Patent event code: PR04011E01D

Patent event date: 20171026

Comment text: Registration of Restoration

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20171027

Start annual number: 4

End annual number: 4

R401 Registration of restoration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180412

Year of fee payment: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20180412

Start annual number: 5

End annual number: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee
PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20191215

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20171026