KR101833236B1 - 온도 피드백 기능을 구비한 방열 장치 - Google Patents

Abstract

온도 피드백 기능을 구비한 방열 장치를 공개한다. 본 발명은 전원이 인가되어 기설정된 동작을 수행하며 열을 발생하는 전자 부품의 상부면에 전자부품에서 발생된 열을 흡수하는 방열판, 방열판에 부착되어 방열판의 온도를 감지하여 온도값을 출력하는 적어도 하나의 온도 센서, 온도 센서에서 인가된 온도값에 대응하여 구동 신호를 발생하는 제어기, 구동 신호에 응답하여 온 또는 오프되어 기설정된 압력의 공기를 공급하는 에어 펌프, 방열판의 내부에서 양단을 가로지르는 관형태로 형성되는 복수개의 히트 파이프 및 에어펌프에서 전자 부품의 냉각을 위한 공기를 인가받고, 복수개의 히트 파이프 각각의 일단이 연결되어, 에어 펌프에서 공급된 공기를 복수개의 히트 파이프 각각으로 전달하는 메인 파이프를 포함한다.

Description

온도 피드백 기능을 구비한 방열 장치{Heat sink apparatus with temperature feedback}

본 발명은 방열 장치에 관한 것으로, 특히 온도 피드백 기능을 구비한 방열 장치에 관한 것이다.

전자 기기의 소형화, 고집적화 및 고속화로 인해 전자 부품의 소비 전력이 급격하게 증대하고 있다. 대부분의 전자 부품에서 소비 전력의 증가는 성능의 향상과 더불어 전자 부품의 온도 상승을 야기한다. 그리고 온도 상승은 전자 부품, 특히 IC와 같은 정밀한 전자 부품이 오동작할 가능성을 높인다. 일예로 대부분의 IC의 경우, IC의 표면온도가 약 70도 이상으로 상승하면, 에러율이 크게 높아진다.

특히 군사용으로 사용되는 전자부품 등은 작전 수행을 위해 다양한 환경에서 구동될 가능성이 높으며, 군사 작전의 특성상, 높은 신뢰도를 갖고 안정적으로 동작할 수 있어야 한다. 이에 전자 부품에 대한 효율적인 방열 수단이 필요하다.

기존의 방열 수단은 통상적으로 전자부품에서 발생한 열을 흡수하여, 효율적으로 외부로 방사하기 용이하도록 열전도도가 높은 알루미늄이나 동과 같은 소재로 구성되고, 부피 대비 열방출 면적이 최대가 되도록 복수개의 돌기가 형성된 형태로 구현된 방열판을 전자 부품에 부착하는 것이 일반적이다. 그러나 이러한 방열판은 단순히 열전달에 의해 전자부품의 열을 외부로 방출하는 구성으로 수동적인 동작만을 수행하여 방열 효과가 크지 않다.

이에 현재는 한국 등록 특허 제10-0451650호와 같이 방열판으로 저온의 외부 공기를 강제로 유입하기 위한 팬(Fan)을 방열판의 상부면 또는 하부면 인접하여 배치하는 경우가 많다. 그러나 이러한 팬(Fan)이 방열판의 상부면이나 하부면에 배치되면, 방열판과 팬이 전자 부품 상에 수직 방향으로 모두 배치됨에 따라 전자 부품의 배치가 용이하지 않다. 즉 전자 장치의 전체 크기가 커져야 하는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은 방열판의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 따라 전자 장치의 높이의 변화없이 방열판이 흡수한 열을 빠르게 방출할 수 있는 방열 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 방열 장치는 전원이 인가되어 기설정된 동작을 수행하며 열을 발생하는 전자 부품의 상부면에 상기 전자부품에서 발생된 열을 흡수하는 방열판; 상기 방열판에 부착되어 상기 방열판의 온도를 감지하여 온도값을 출력하는 적어도 하나의 온도 센서; 상기 온도 센서에서 인가된 온도값에 대응하여 구동 신호를 발생하는 제어기; 상기 구동 신호에 응답하여 온 또는 오프되어 기설정된 압력의 공기를 공급하는 에어 펌프; 상기 방열판의 내부에서 양단을 가로지르는 관형태로 형성되는 복수개의 히트 파이프; 및 상기 에어펌프에서 상기 전자 부품의 냉각을 위한 공기를 인가받고, 상기 복수개의 히트 파이프 각각의 일단이 연결되어, 상기 에어 펌프에서 공급된 공기를 상기 복수개의 히트 파이프 각각으로 전달하는 메인 파이프; 를 포함한다.

상기 메인 파이프는 상기 에어 펌프에서 공급된 상기 공기가 내부에서 회전하여 상기 공기의의 흐름 속도를 증가되어 상기 복수개의 히트 파이프 각각으로 공급되도록 내부에 나선형으로 돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 메인 파이프는 상기 일단이 상기 에어 펌프에 연결되어 상기 공기를 공급받고, 타단이 개방되어 상기 복수개의 히트 파이프로 공급되지 않은 공기를 외부로 방출하는 것을 특징으로 한다.

상기 메인 파이프는 상기 일단이 상기 에어 펌프에 연결되어 상기 공기를 공급받고, 타단이 폐쇄되어, 상기 에어 펌프에서 인가된 공기가 모두 상기 복수개의 히트 파이프로 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 복수개의 히트 파이프는 상기 방열판의 내부에서 서로 균일한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 방열 장치는 방열판의 내부에 복수개의 히트파이프가 구비되고, 복수개의 히트 파이프 각각의 일단으로 에어 펌프가 외부의 공기를 공급하고 타단으로 공급된 공기가 배출되도록 하여 빠르게 전자부품의 온도를 강하시킬 수 있다. 또한 방열판의 상단이나 하단에 팬과 같은 별도의 구성요소가 배치되지 않으므로, 열을 발생하는 전자 부품의 배치를 자유롭게 조절할 수 있다. 그리고 온도 센서를 구비하여 방열판의 온도를 피드백 받아 공기 공급량을 조절함으로써, 설정된 온도에서 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.

도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 장치의 구성을 나타낸다.
도2 는 도1 의 방열 장치에서 방열판의 구성을 다양한 방향에서 나타낸 도면이다.
도3 은 도1 의 방열 장치에서 메인 파이프를 상세하게 나타낸 도면이다.
도4 는 본 발명의 일실시예에 따른 방열 장치의 동작 방법을 나타낸 도면이다.
도5 는 본 발명의 방열 장치를 이용하여 전자 부품의 온도를 조절한 결과를 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 장치의 구성을 나타내고, 도2 는 도1 의 방열 장치에서 방열판의 구성을 다양한 방향에서 나타낸 도면이다.

도1 및 도2 를 참조하면, 본 발명의 방열 장치는 제어기(con), 에어 펌프(pup), 메인 파이프(mp), 방열판(hb), 복수개의 히트 파이프(hp) 및 적어도 하나의 온도 센서(ts)를 구비한다.

방열판(hb)은 열을 발생하는 열원(hs)인 전자 부품의 상부면에 배치되며, 열원(hs)에서 발생한 열을 효율적으로 방출하기 위해 일반적으로 열원(hs)보다 큰 면적을 갖도록 형성된다. 그리고 도2 에 도시된 바와 같이 본 발명에서 방열판(hb)은 기존의 방열판과 달리 돌기가 형성되지 않은 형태로 구현될 수 있다. 이는 본 발명의 방열 장치가 기존의 방열판과 같이 단순히 전자 부품에서 발생한 열을 전달받아 외부로 방출하는 것이 아니라, 내부에 배치되는 히트 파이프(hp)를 통해 외부의 공기를 유입하고, 배출하여 방열하는 강제 배기 방식이기 때문이다. 그러나 방열 효과를 높이기 위해서 방열판(hb)의 상부면에 복수개의 돌기가 구비되어도 무방하다.

복수개의 히트 파이프(hp)는 방열판(hb)의 내부에 삽입된다. 복수개의 히트 파이프(hp)는 방열판(hb)의 양측을 관통하는 형태로 삽입되며, 공기의 흐름이 원활하도록 단면이 원형인 파이프로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 복수개의 히트 파이프(hp) 각각은 열원(hs)에서 방열판(hb)으로 흡수된 열을 효율적으로 전달받아 방열판(hb)의 외부로 방출할 수 있도록 서로 기설정된 균일한 간격으로 배치된다. 또한 복수개의 히트 파이프(hp)의 일단은 메인 파이프(mp)에 연결되어 냉각을 위한 공기를 공급받고, 타단은 개방되어 열을 흡수한 공기가 외부로 방출되도록 한다.

적어도 하나의 온도 센서(ts)는 방열판(hb)에 부착되어 방열판(hg)의 온도를 감지하여 온도값을 제어기(con)로 전송한다. 방열판(hb)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(ts)는 하나만 구비될 수도 있으나, 열원(hs)보다 넓은 면적을 갖는 방열판(hb)은 전체적으로 균일한 온도를 갖지 않는다. 따라서 방열판(hb)의 온도를 정확히 측정하기 위해서 온도 센서(ts)가 복수개로 구비되고, 복수개의 온도 센서(ts)가 방열판의 다양한 위치에 분산 배치될 수 있다.

제어기(con)는 적어도 하나의 온도 센서(ts) 각각으로부터 인가되는 온도값을 분석하여 에어 펌프(pup)의 구동 여부를 결정한다. 제어기(con)은 온도 센서(ts)에서 인가된 온도값이 기설정된 기준 온도 이상인 것으로 판별되면, 구동 신호를 출력하여 에어 펌프(pup)를 구동한다.

에어 펌프(pup)는 제어기(con)의 제어에 따라 외부의 공기를 유입하여 메인 파이프(mp)로 공급한다. 이때 에어 펌프(pup)는 메인 파이프(mp)로 공급되는 공기의 압력이 기설정된 범위 이내에서 유지되도록 할 수 있다. 만일 메인 파이프(mp)로 공급되는 공기의 압력이 너무 낮으면 방열 효과가 낮아지게 되는 반면, 압력이 너무 높으면 히트 파이프(hp)에서 소음이 발생하기 때문이다.

메인 파이프(mp)는 일단이 에어 펌프(pup)에 연결되어 에어 펌프(pup)에서 공급된 공기를 복수개의 히트 파이프(hp)로 분산 공급한다. 메인 파이프(mp)는 복수개의 히트 파이프(hp)로 충분한 양의 공기를 공급할 수 있도록 히트 파이프(hp)의 지름보다 큰 지름을 갖도록 구현되는 것이 바람직하다.

도1 에서는 메인 펌프(pup)의 타단이 개방된 형태로 구현되어 히트 파이프(hp)로 공급되지 않은 여분의 공기를 외부로 배출한다. 이는 복수개의 히트 파이프(hp)로 과도한 압력의 공기가 인가되어 소음이 발생하는 것을 방지하기 위함이다. 그러나 에어 펌프(pup)가 설정된 압력 범위 내에서 공기를 공급하도록 구성된 경우에는 메인 파이프(mp)의 타단이 폐쇄되도록 구현되어도 무방하다.

즉 본 발명은 열원(hs)에서 발생한 열을 방열판(hb)가 흡수하면, 복수개의 히트 파이프(hp)로 강제로 공기를 공급하여, 방열판(hb)가 흡수한 열이 외부로 배출되도록 함으로써, 열원(hs)인 전자 부품의 열을 강하시킨다.

도3 은 도1 의 방열 장치에서 메인 파이프를 상세하게 나타낸 도면이다.

본 발명의 방열 장치는 도3 에 도시한 바와 같이 메인 파이프(mp)의 내부에 나선형으로 연장되는 돌기가 형성된다.

메인 파이프(mp)의 내부에 나선형 돌기가 형성됨에 따라 에어 펌프(pup)에서 소정의 압력으로 인가된 공기가 메인 파이프(mp) 내부에서 회전하면서 흐르게 된다. 그리고 이러한 회전은 공기의 흐름 속도를 증가시키고, 원심력을 발생하여 복수개의 히트 파이프(hp)로 강한 압력의 공기가 배출되도록 한다. 즉 복수개의 히트파이프(hp)로 인가되는 공기의 압력을 강하게 함으로써, 냉각 성능을 향상시킨다.

도4 는 본 발명의 일실시예에 따른 방열 장치의 동작 방법을 나타낸 도면이고, 도5 는 본 발명의 방열 장치를 이용하여 전자 부품의 온도를 조절한 결과를 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.

도1 내지 도3 을 참조하여 도4 의 방열 장치의 동작을 설명하면, 우선 열원(hs)인 집적회로와 같은 전자부품이 포함된 전자 장비를 턴 온 시킨다(S10). 이 때 전자 부품의 온도는 도5 에 도시된 바와 같이, 초기 상온 상태를 유지한다. 전자 장비가 턴온되면, 전자부품이 구동되어 발열을 시작한다(S20). 즉 도5 에 도시된 온도 상승 구간과 같이 전자 부품의 온도가 상승한다.

이에 제어기(con)는 발열된 전자 부품에 부착되어 전자 부품에서 발생한 열을 흡수하는 방열판(hb)의 온도를 온도 센서(ts)에서 인가되는 온도값을 통해 측정한다(S30).

제어기(con)는 측정된 온도값이 기설정된 설정값보다 큰지 판별한다(S40). 만일 온도값이 설정값보다 큰 것으로 판단되면, 제어기(con)은 에어 펌프(pup)로 구동신호를 전송하여 에어 펌프(pup)의 전원을 턴 온한다(S50). 전원이 인가되어 구동되는 에어 펌프(pup)는 메인 파이프(mp)로 기설정된 압력 이상의 압력으로 공기를 공급하고, 공기가 공급된 메인 파이프(mp)는 연결된 복수개의 히트 파이프(hp)로 공급된 공기를 전송한다.

복수개의 히트 파이프(hp)는 방열판(hb) 내에 구비되므로, 방열판(hb)이 흡수한 전자 부품의 열을 공기와 함께 외부로 방출하여 전자 부품의 열을 냉각한다. 즉 도5 에 에어펌프 구동 및 온도 저감 구간에 대응한다.

이후 제어기(con)는 다시 온도 센서(ts)에서 인가되는 온도값이 설정값 보다 큰지 판별한다(S40).

한편, 제어기(con)는 측정된 온도값이 설정값보다 크지 않은 것으로 판별되면, 전자 부품을 냉각할 필요가 없으므로, 에어 펌프(pup)의 전원을 오프 상태로 유지한다. 만일 이전에 에어 펌프(pup)가 턴 온되어 구동되고 있는 상태라면, 에어 펌프(pup)의 전원을 턴 오프하여 에어 펌프(pup)의 구동을 중지시킨다. 이는 전자 부품의 온도가 높지 않을 때, 에어 펌프(pup)가 동작하여 불필요한 전력을 소비하지 않도록 하기 위함이다. 즉 도5 의 에어 펌프 오프 시점에 대응한다.

그리고 이 경우에도 제어기(con)는 다시 온도 센서(ts)에서 인가되는 온도값이 설정값 보다 큰지 판별한다(S40).

즉 이후로도 제어기(con)은 온도 센서(ts)에서 인가되는 온도값을 분석하여 에어 펌프(pup)의 구동 여부를 계속적으로 판별하여, 전자부품이 적정 온도에서 유지되도록 에어 펌프(pup)를 온/오프한다.

결과적으로 본 발명의 온도 피드백 기능을 구비한 방열 장치는 방열판(hb)에 부착된 온도 센서(ts)에서 인가되는 온도값을 감지하여 에어 펌프(pup)를 구동함으로써, 전자 부품을 냉각한다. 그리고 방열판(hb)의 상단에 별도의 돌기가 형성되거나 팬이 부착되지 않아도 되므로, 전자 부품의 배치 위치를 자유롭게 할 수 있으며, 전자 제품의 높이를 낮게 설정할 수 있다. 뿐만 아니라 메인 파이프(mp)의 내부에 나선형 돌기를 형성하여 유입되는 공기의 압력을 높여줌으로써, 에어펌프(pup)에서 인가되는 공기의 압력이 높지 않은 경우에도 효율적인 냉각 성능을 발휘할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 전원이 인가되어 기설정된 동작을 수행하며 열을 발생하는 전자 부품의 상부면에 상기 전자 부품에서 발생된 열을 흡수하는 방열판;
   상기 방열판에 부착되어 상기 방열판의 온도를 감지하여 온도값을 출력하는 적어도 하나의 온도 센서;
   상기 온도 센서에서 인가된 온도값에 대응하여 구동 신호를 발생하는 제어기;
   상기 구동 신호에 응답하여 온 또는 오프되어 기설정된 압력의 공기를 공급하는 에어 펌프;
   상기 방열판의 내부에서 양단을 가로지르는 관형태로 형성되는 복수개의 히트 파이프; 및
   상기 에어 펌프에서 상기 전자 부품의 냉각을 위한 공기를 인가받고, 상기 복수개의 히트 파이프 각각의 일단이 연결되어, 상기 에어 펌프에서 공급된 공기를 상기 복수개의 히트 파이프 각각으로 전달하는 메인 파이프; 를 포함하고,
   상기 메인 파이프는 상기 에어 펌프에서 공급된 공기가 내부에서 회전하여 공기의 흐름 속도를 증가시켜 상기 복수개의 히트 파이프 각각으로 공기가 공급되도록 내부에 나선형으로 돌기가 형성된 방열 장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서, 상기 메인 파이프는
   상기 일단이 상기 에어 펌프에 연결되어 상기 공기를 공급받고, 타단이 개방되어 상기 복수개의 히트 파이프로 공급되지 않은 공기를 외부로 방출하는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
4. 제1 항에 있어서, 상기 메인 파이프는
   상기 일단이 상기 에어 펌프에 연결되어 상기 공기를 공급받고, 타단이 폐쇄되어, 상기 에어 펌프에서 인가된 공기가 모두 상기 복수개의 히트 파이프로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 방열 장치.
5. 제1 항에 있어서, 상기 복수개의 히트 파이프는
   상기 방열판의 내부에서 서로 균일한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 방열 장치.

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