KR100648354B1 - Cooling apparatus type computer using micro cooling system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 컴퓨터용 냉각장치에 있어서, 특히 박판형 냉각수단을 이용한 냉각장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling device for a computer, in particular to a cooling device using a thin plate cooling means.
본 발명에 따른 컴퓨터용 냉각장치는 일측으로 방열팬을 갖고 내부에 안착홈을 갖는 방열판과; 방열판의 내부 중심 저면에 안착되는 MCS 안착부와; 상기 MCS 안착부 상면과 접합되며 그 반대면이 머더보드의 CPU와 대향하여, CPU로부터 발생되는 열 냉각을 위해 모세관 현상을 이용하여 자체적으로 응축과 기화를 반복하여 열 교환을 진행하는 냉동사이클을 갖는 박판형 냉각수단과; CPU와 박판형 냉각수단의 보호를 위해 머더보드를 방열판에 체결시 소정의 탄성을 주기 위한 코일 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.The cooling device for a computer according to the present invention includes a heat sink having a heat dissipation fan on one side and a seating groove therein; An MCS seating portion seated on an inner center bottom of the heat sink; The refrigeration cycle is bonded to the upper surface of the MCS seating portion and the opposite side is opposed to the CPU of the motherboard, and the heat exchange is repeated by condensation and vaporization by using capillary phenomenon for heat cooling generated from the CPU. Thin plate cooling means; It characterized in that it comprises a coil spring for giving a predetermined elasticity when fastening the motherboard to the heat sink for protection of the CPU and the thin plate-shaped cooling means.
방열판, 방열팬, CPU, 냉각수단Heat sink, heat sink, CPU, cooling means
Description
도 1은 종래의 노트북 컴퓨터 냉각장치를 나타낸 구성도.1 is a block diagram showing a conventional notebook computer cooling device.
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 박판형 냉각수단을 이용한 컴퓨터용 냉각장치의 분해 사시도.Figure 2 is an exploded perspective view of a computer cooling device using a thin plate cooling means according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명 실시 예에 따른 박판형 냉각수단을 이용한 컴퓨터용 냉각장치의 결합 상태도.Figure 3 is a combined state of the computer cooling device using a thin plate cooling means according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명 실시 예에 따른 박판형 냉각수단을 이용한 컴퓨터용 냉각장치의 결합 예시도.Figure 4 is an illustration of the coupling of the cooling device for a computer using a thin plate cooling means according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명 실시 예에 따른 박판형 냉각수단의 평면도.5 is a plan view of a thin plate cooling means according to an embodiment of the present invention.
도 6은 도 5의 A-A' 단면도.6 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 5.
도 7은 도 5의 B-B' 단면도.FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 5.
도 8은 도 5의 C-C' 단면도.
8 is a cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG. 5.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100...방열판 110...방열팬100 ...
120...박판형 냉각수단 130...CPU
120 ... Thin-
101...안착홈 102...MCS 안착부101
104...가이드돌기 106...나사구멍104
107,109...나사 108...코일 스프링107,109
본 발명은 휴대용 컴퓨터에 있어서, 특히 박판형 냉각수단(MCS: Micro Cooling System)을 이용한 컴퓨터의 냉각 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling device for a computer in a portable computer, in particular using a thin plate cooling means (MCS).
근래에는, 반도체 소자의 고집적화 추세에 따라 디자인 룰(design rule)이 감소하고, 그에 따라 반도체 소자를 구성하는 전자 회로의 선폭(line width)이 작아짐에 따라 단위 면적당의 소자의 수가 증가하여 전자 장비의 소형화, 고성능화를 달성하였으나, 그에 수반하여 반도체 칩의 단위 면적당 열 발산률이 더욱 증가하게 되었다. 이러한 열 발산률의 증가는 반도체 소자의 성능을 저하시키고, 수명을 단축시키며 궁극적으로 당해 반도체 소자를 채용한 시스템의 신뢰도를 저하시키게 된다. 특히, 반도체 소자에 있어서는 그 동작 온도에 따라 각종 파라미터 값들이 예민하게 변화되어 집적회로의 특성을 더욱 열화시키게 된다.In recent years, the design rule is reduced according to the trend of high integration of semiconductor devices, and as the line width of the electronic circuits constituting the semiconductor devices is reduced, the number of devices per unit area increases, thereby increasing the number of devices. Miniaturization and high performance have been achieved, but heat dissipation rate per unit area of the semiconductor chip is further increased. This increase in heat dissipation rate degrades the performance of the semiconductor device, shortens the lifespan and ultimately degrades the reliability of the system employing the semiconductor device. In particular, in the semiconductor device, various parameter values are sensitively changed according to the operating temperature, thereby deteriorating the characteristics of the integrated circuit.
이러한 열 발산율의 증가에 따라 냉각기술도 발전하여 왔으며, 종래의 냉각기술로서, 핀팬(fin fan) 냉각방식, 열전소자(peltier) 냉각방식, 액체분사(water-jet) 냉각방식, 잠수(immersion) 냉각방식, 히트파이프(heat pipe) 냉각방식 등이 있다. As the heat dissipation rate is increased, cooling technology has also been developed. As a conventional cooling technology, a fin fan cooling method, a thermoelectric cooling method, a water-jet cooling method, and an immersion method are used. ) Cooling method, heat pipe cooling method.
상기 핀팬 냉각방식은 핀 및 팬을 이용하여 강제 냉각시키는 방법으로써, 수십년 동안 많이 이용되어 왔으나, 소음, 진동 및 큰 체적에 비하여 냉각효율이 낮다는 문제점이 있으며, 더블어 팬을 위한 별도의 전원이 필요하며 팬 차제로부터 열이 발생된다는 문제점으로 인하여 최근에는 기피하는 추세이다.The fin fan cooling method is a method of forced cooling by using a fin and a fan, but has been used for many decades, but has a problem of low cooling efficiency compared to noise, vibration, and a large volume. In recent years, due to the problem that the heat generated from the fan car is necessary, the trend has been avoided.
펠티어 효과를 이용한 상기 열전소자 냉각방식은 소음, 진동은 없으나 큰 구동전원이 요구되어 에너지 보존법칙에 의해 고열측(hot junction)에서 필요 이상의 과다한 열소산장치가 요구된다는 문제점이 있다. 또한 상기 액체 분사 냉각방식은 그 효율성이 우수하며 냉각기 연구의 주류를 이루고 있으나, 그 구조가 복잡하고 분사를 위한 펌프 구동 전원이 요구된다는 문제점이 있다. 한편, 상기 잠수 냉각 방식의 경우 별도의 구동전원이 필요치 않는 자연순환방식의 서모사이펀(thermo syphon)이 있으나, 중력의 영향을 많이 받으므로 개인 휴대 전자 장비에 적용할 경우 강건 설계(robust design)가 곤란하다는 문제가 있다.The thermoelectric element cooling method using the Peltier effect has no noise and vibration, but a large driving power source is required, and according to the energy conservation law, there is a problem that an excessive heat dissipation device is required at the hot junction. In addition, the liquid injection cooling method is excellent in efficiency and the mainstream of the cooler research, but the structure is complicated and there is a problem that a pump driving power for the injection is required. Meanwhile, in the case of the submersible cooling method, there is a natural cycle thermosyphon which does not require a separate driving power, but since it is heavily influenced by gravity, it is robust when applied to personal portable electronic equipment. There is a problem that is difficult.
상기와 같은 문제점들로 인하여 현재까지 히트파이프 냉각방식이 구조가 간단하고 제작이 용이하다는 장점으로 인하여 소형 냉각장치로서 다양한 형상으로 널리 적용되고 있다.Due to the above problems, the heat pipe cooling method has been widely applied in various shapes as a compact cooling device due to the advantages that the structure is simple and easy to manufacture.
최근 출시되고 있는 프로세서에서는 CPU가 모듈화되어 머더보드에 설치된 커넥터(connector)에 탈부착이 가능함에 따라, CPU가 모듈화되면 새로운 CPU 모듈이 출시된 경우에 업그레이드(upgrade)가 가능하게 된다. 즉, 기존에는 데스크탑 컴퓨터(desktop PC) 만이 업그레이드가 가능하고, 노트북 컴퓨터의 경우는 CPU가 머더보드에 부착되는 이유로 인해 업그레이드가 불가능하였으나, CPU의 모듈화에 따라 업그레이드가 가능하게 되었다.In the recently released processors, the CPU is modularized and detachable to a connector installed on the motherboard. When the CPU is modularized, upgrade is possible when a new CPU module is released. In other words, in the past, only desktop PCs can be upgraded, and in the case of notebook computers, upgrades are not possible due to CPUs attached to the motherboard, but upgrades are possible due to the modularization of the CPU.
상기와 같이 노트북 컴퓨터에서 CPU의 모듈화가 이루어짐에 따라 시스템의 동작시 상기 CPU에서 발생하는 열을 방열시키기 위한 방열모듈의 구조도 달라져야 할 필요성이 있다. 이때, 상기 CPU에서 발생되는 열은 오동작을 유발하는 동시에 제품의 수명을 단축시키기 때문에 신속하게 열을 방출하는 구조가 필요하다.As the modularization of the CPU in the notebook computer as described above, there is a need to change the structure of the heat dissipation module for dissipating heat generated by the CPU during the operation of the system. At this time, the heat generated from the CPU causes a malfunction and at the same time shortens the life of the product, so a structure for quickly dissipating heat is required.
도 1은 종래 기술에 의한 노트북 컴퓨터의 방열구조를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a heat radiation structure of a notebook computer according to the prior art.
도 1을 참조하면, CPU(11)의 상부에 열전달 패드(thermal pad)(12)가 접촉되도록 배치되고, 그 위에 제1 및 제2 방열판(13,14)이 구비된다. 이때, 상기 제1 및 제2 방열판(13,14)은 히트 파이프(heat pipe)(15)에 의해 연결된다. 상기에서 방열판이 제1 및 제2 방열판(13,14)으로 구분되어 있는 이유는 업그레이드 동작시 많은 부품을 분해하지 않고 제1 방열판(13)을 분해하여 바로 CPU(11)를 교체할 수 있도록 하기 위함이다.Referring to FIG. 1, a
상기의 구성 이외에 노트북 컴퓨터에는 내부의 열을 외부로 신속하게 방출하기 위한 팬(fan)(16)이 설치되어 있다.In addition to the above configuration, the notebook computer is provided with a
결국, 상기와 같은 종래의 방열구조에서 방열경로를 살펴보면, CPU(11)에서 동작시 발생되는 열은 열전달 패드(12), 제1 방열판(13), 히트 파이프(15), 제2 방열판(14)을 순차적으로 거치면서 노트북 컴퓨터의 내부공간으로 발산된다. 이때, 상기 팬(16)이 동작하여 내부의 가열된 공기를 외부의 차가운 공기와 교환시킴으로써 노트북 컴퓨터 내부공간이 냉각되어 온도가 내려가게 된다.As a result, looking at the heat dissipation path in the conventional heat dissipation structure, the heat generated during operation in the
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 노트북 컴퓨터의 방열구조는 CPU(11) 의 상면에 부착된 열전달패드(12)와 제1 방열판(13)을 밀착시켜야 하는데 설치작업시 나사를 이용하여 밀착하도록 하기 때문에 작업이 번거로운 문제점이 있다.However, the heat dissipation structure of the notebook computer according to the prior art as described above should be in close contact with the
또한, 방열판(13,14)이 2개로 분리되어 있고 그 사이를 히트 파이프로 연결하기 때문에 열전달면이 축소되어 방열효율이 저하되는 문제점이 있다.
In addition, since the heat sinks 13 and 14 are separated into two, and the heat sinks are connected to each other by a heat pipe, there is a problem that the heat transfer surface is reduced and the heat dissipation efficiency is lowered.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 외부 전원의 공급없이 중력의 영향을 거의 받지 않고 자연 순환하는 박판형 냉각수단의 고정장치를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, to provide a fixing device of the thin plate-shaped cooling means that circulates naturally with little influence of gravity without the supply of external power.
제 1목적은 일측에 방열팬을 구비한 방열판 내부에 안착되는 박판형 냉각부을 소정 높이로 위치시키고, 박판형 냉각수단의 상면에 CPU를 고정시켜 줌으로써, CPU의 방열과 함께 박판형 냉각수단을 노트북 등의 전자기기에 장착시켜 줄 수 있도록 한 박판형 냉각수단을 이용한 컴퓨터용 냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.The first purpose is to position the thin plate cooling unit seated inside the heat sink having a heat dissipation fan on one side to a predetermined height, and to fix the CPU to the upper surface of the thin plate cooling means, so that the thin plate cooling means together with the heat dissipation of the CPU, It is an object of the present invention to provide a cooling device for a computer using a thin plate cooling means that can be mounted on the device.
제 2목적은 박판형 냉각수단을 유리 또는 구리 재질로 하고, 방열판과 머더보드 사이에 CPU와의 밀착 및 완충을 위해 코일 스프링으로 체결할 수 있도록 한 박판형 냉각수단을 이용한 컴퓨터용 냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.The second object is to provide a cooling device for a computer using a thin plate cooling means made of a glass or copper material, the thin plate cooling means can be fastened between the heat sink and the motherboard by a coil spring for close contact with the CPU. There is this.
상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 박판형 냉각수단을 이용한 컴퓨터용 냉각장치는,Cooling device for a computer using a thin plate cooling means according to the present invention for achieving the above object,
컴퓨터용 냉각 장치에 있어서, In the cooling device for a computer,
일측으로 방열팬을 갖고 내부에 안착홈을 갖는 방열판과;A heat sink having a heat dissipation fan on one side and a seating groove therein;
방열판의 내부 중심 저면에 안착되는 MCS 안착부와;An MCS seating portion seated on an inner center bottom of the heat sink;
상기 MCS 안착부 상면과 접합되며 그 반대면이 프로세서와 대향하여, 프로세서로부터 발생되는 열 냉각을 위해 모세관 현상을 이용하여 자체적으로 응축과 기화를 반복하여 열 교환을 진행하는 냉동사이클을 갖는 박판형 냉각수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.Thin plate cooling means having a refrigeration cycle that is bonded to the upper surface of the MCS seating portion and opposite to the processor, the heat exchange is repeated by condensation and vaporization by using capillary phenomenon for heat cooling generated from the processor. Characterized in that it comprises a.
바람직하게, 상기 프로세서와 박판형 냉각수단의 보호를 위해 머더보드와 방열판 사이에서 나사 체결 정도에 소정의 탄성을 주기 위한 코일 스프링를 더 포함한다.Preferably, the method further includes a coil spring for giving a predetermined elasticity to the screw fastening degree between the motherboard and the heat sink to protect the processor and the thin plate cooling means.
바람직하게, 상기 방열판과 MCS 안착부는 나사 체결된 후 테핑 처리되며, 상기 MCS 안착부와 박판형 냉각수단은 구리 재질로서, 브레이징 접합되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the heat sink and the MCS seating portion is screwed and then taped, and the MCS seating portion and the thin plate cooling means are made of copper and are brazed.
바람직하게, 상기 방열판에는 MCS 안착부가 안착되는 외주변으로 일정 높이의 안착면을 갖는 다수개의 가이드돌기를 형성시켜 이탈방지하고, 박판형 냉각수단이 MCS 안착부와 상기 안착면에 의해 평행하도록 하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the heat dissipation plate is formed on the outer periphery on which the MCS seat is seated, thereby forming a plurality of guide protrusions having a seating surface having a predetermined height to prevent separation, and the thin plate cooling means is parallel to the seat by the MCS seat and the seating surface. It is done.
이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings as follows.
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 박판형 냉각수단을 이용한 컴퓨터용 냉각장치의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명 실시 예에 따른 박판형 냉각수단을 이용한 컴퓨터용 냉각장치의 결합 상태도이다.2 is an exploded perspective view of a computer cooling apparatus using a thin plate cooling means according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a combined state diagram of a computer cooling apparatus using a thin plate cooling means according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 내부 홈(101)으로 안착부(102) 및 가이드돌기(104)를 갖는 방열판(100)과, 방열판의 일측으로 결합되는 방열팬(110)과, 상기 방열판(100)의 MCS 안착부(102) 상면에 접합되고 그 반대면이 CPU와 대향하여, 모세관 현상을 이용하여 자체적으로 응축과 기화를 반복하여 열 교환을 진행하는 냉동사이클을 갖는 박판형 냉각수단(130)과, 상기 방열판(100)이 머더보드의 CPU 상으로 체결에 따른 탄성을 주기 위한 코일 스프링(108) 및 나사(109)를 포함하는 구성이다.2 and 3, a
상기와 같이 구성되는 본 발명 실시 예에 따른 박판형 냉각 수단을 이용한 컴퓨터용 냉각장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the accompanying drawings, a computer cooling apparatus using a thin plate cooling means according to an embodiment of the present invention configured as described above is as follows.
도 2를 참조하면, 냉각장치는 CPU(130)를 냉각시켜 주기 위해 방열판(100), 방열팬(110), 박판형 냉각수단(MCS: Micro cooling system)(120)으로 구성되며, 방열판(100)의 내부에는 박판형 냉각수단(120) 및 CPU(130)가 결합될 수 있는 안착홈(101)을 갖고, 일측에는 방열팬(101)이 결합되어 방열판 내부 CPU(130)에서 발생되는 열이 외부로 배출된다. Referring to FIG. 2, the cooling device includes a
방열판(100)은 재질이 알루미늄이며, 상기 안착홈(101) 중앙에는 MCS 안착부(102)가 돌출되어 결합된다. 여기서, MCS 안착부(102)는 구리 재질이며 외부에서 내측으로 나사(107)가 나사구멍(102a)으로 체결되어 테핑 처리된다.The
상기 MCS 안착부(102) 상면에는 박판형 냉각수단(MCS)(120)이 면 접촉되어 안착되는데, 박판형 냉각수단(120)은 모세관 현상을 이용하여 자체적으로 응축과 기화를 반복하여 열 교환을 진행하는 냉동사이클을 갖는 시스템이다.On the upper surface of the
상기 박판형 냉각수단(120)은 구리 재질이며, 그 저면과 MCS 안착부(102) 상 면과 브레이징 접합되어 고정된다. 실시 예로서, 박판형 냉각수단(120)이 브레이징 접합이 가능한 재질 또는 다른 재질일 때 접합면 사이를 본딩하거나 또는 나사 구멍을 천공하여 나사 체결 등으로 고정이 가능하게 된다.The thin plate cooling means 120 is made of copper, and the bottom surface and the upper surface of the
여기서, 박판형 냉각수단(120)과 MCS 안착부(102)가 일체로 결합된 조립체는 방열판(100)의 배면에 가공된 나사구멍(102a)을 통해 상기 MCS 안착부(102)와 나사체결하여 고정하게 된다. 즉, MCS 안착부(102)에 다수개의 나사구멍을 미리 테핑 처리를 함으로써 나사(107) 체결이 가능해 진다. 이때, 머더보드에 CPU(130)를 고정하기 위한 최적 방열 조건으로서 머더보드(main board)와 방열판(100)의 바닥면, CPU 사이의 공간에 따라 상기 MCS 안착부(102) 높이를 조절할 수도 있다. Here, the assembly in which the thin plate cooling means 120 and the
이러한 박판형 냉각수단(120)은 냉매 주입홀(121)을 구비하여, 내부 순환루프를 진공으로 형성시킨 후, 냉매를 중입하고 상기 냉매 주입홀을 밀봉함으로써 제작이 완료된다.The thin plate cooling means 120 is provided with a
또한, 상기 방열판(100) 내부에 MCS 안착부(102), 박판형 냉각수단(120)이 고정되면 상기 박판형 냉각수단(120)은 MCS 안착부(102)의 좌/우에 돌출된 가이드돌기(104)의 안착면(105)에 안착되어 유동을 방지하게 된다. 여기서, 가이드돌기(104)는 "ㄱ"자 형상으로, 박판형 냉각수단(120)이 수평을 유지하도록 하면서 전/후/좌/우 유동을 방지할 수 있도록 다수개 설치할 수도 있다. 또한 안착면(105)의 높이는 MCS 안착부(102)의 높이와 거의 동일하게 형성한다.In addition, when the
이와 같이 냉각 장치가 조립이 도 3과 같이 완료되면, 머더보드 상에 CPU(130)을 조립시킨 후, CPU(130) 상면과 상기 박판형 냉각수단(120)이 상면이 밀 착되도록 상기 방열판(100)을 도 4와 같이 뒤집어서 결합한다.As described above, when the cooling device is assembled as shown in FIG. 3, after assembling the
이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 박판형 냉각수단(120)와 CPU를 밀착시킨 후, 상기 방열판(100) 배면의 각 외측에 형성된 나사구멍(106)을 통해서 코일 스프링(108)을 이용하여 나사(109)로 체결하여 방열판(100)을 머더보드 상에 고정한다. 즉, 코일 스프링(108)은 방열판(100)과 머더보드 사이의 CPU(130)와 박판형 냉각수단 등에 외부 충격이 전달되지 않도록 한다.At this time, as shown in Figure 4, after the thin-plate cooling means 120 and the CPU in close contact, through the screw holes 106 formed on each outer side of the back of the
한편, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 박판형 냉각수단(120)의 평면도이고, 도 6의 도 5의 AA'선을 자른 XZ 평면에서의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 7은 도 5의 BB'선을 자른 단면도이고, 도 8은 도 5의 CC'선을 자른 단면도이다. On the other hand, Figure 5 is a plan view of a thin plate cooling means 120 according to an embodiment of the present invention, a cross-sectional view schematically showing a cross-section in the XZ plane cut line AA 'of Figure 6, Figure 7 5 is a cross-sectional view taken along line BB ′, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line CC ′ of FIG. 5.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 박판형 냉각수단(200)은 사각 형상의 하우징(212) 내부에 냉매의 순환루프가 형성되도록 구성되어 있다. 상기 냉매는 화살표 방향으로 순환되며, 액상과 기상 사이의 상 변화시의 잠열을 이용하여 상기 냉각수단(200)와 접촉하는 외부 열원의 열을 전달시켜 냉각시키게 된다.5 to 8, the thin plate cooling means 200 is configured such that a circulation loop of the refrigerant is formed inside the
상기 하우징(212)은 실시 예로서, 예컨대 실리콘이나 갈륨과 같은 반도체물질, 자체 결집 단층막(Self Assembled Monolayer; SAM)과 같은 신소재 적층물질, 열전도율이 우수한 구리 또는 알루미늄과 같은 금속물질 및 이들의 합금물질, 세라믹물질, 플라스틱과 같은 고분자물질, 다이아몬드와 같은 결정질 재료 등의 다양한 소재로 제조될 수 있다. 특히, 외부 열원이 반도체 칩(즉 CPU)인 경우 외부 열원의 표면 물질과 동일한 물질로 형성하여 접촉 열 저항을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 하우징(212)은 반도체 칩의 제조공정에서 상기 외부 열원의 표면 물질과 일체적이 되도록 형성할 수도 있다. The
한편, 본 발명에서 사용되는 냉매는 외부의 CPU에서 발생되는 열에 의해 액상 및 기상간의 상 변화를 일으킬 수 있는 다양한 냉매로부터 선택될 수 있다. 예컨대, 물이나 알코올계 냉매의 경우 열용량이 크며, 반도체물질 내벽과의 표면장력에 의한 접촉각이 작아서, 냉매의 유속이 커지게 되어 많은 열량을 전달하기에 유리하다. 이와 함께, 프레온계 냉매와 달리 환경오염의 문제가 없기 때문에 설사 순환루프상 하우징(212)의 미세한 균열에 의하여 누출되더라도 환경오염의 문제가 발생하지 않는다.Meanwhile, the refrigerant used in the present invention may be selected from various refrigerants that may cause a phase change between the liquid phase and the gas phase by heat generated from an external CPU. For example, in the case of water or an alcohol-based refrigerant, the heat capacity is large, and the contact angle due to the surface tension with the inner wall of the semiconductor material is small, so that the flow rate of the refrigerant is increased, which is advantageous to transfer a large amount of heat. In addition, since there is no problem of environmental pollution unlike the freon refrigerant, even if leaked by the minute crack of the circulation loop-
한편, 상기 냉매의 순환루프는, 도면의 화살표 방향을 따라 상기 하우징(212) 내부의 일단에 형성된 냉매 저장부(202)로부터 냉매가 상기 냉매 저장부(202)의 일단에 연결되는 증발부(204), 기상 냉매 이동부(206), 응축부(208), 액상 냉매 이동부(210)를 차례로 거쳐 다시 냉매 저장부(202)로 순환되도록 구성되어 있다. On the other hand, the circulation loop of the refrigerant, the
상기 냉매 저장부(202)는 일정량의 액상의 냉매가 저장될 수 있도록 적당한 체적을 가진다. The
상기 냉매 저장부(202)의 냉매가 나가는 출구측에는 증발부(204)가 연결되며, 상기 증발부(204)는 복수개의 제1 미세채널(220)이 도 6에서 도시된 바와 같이, 동일평면상에 단층으로 배열되어 있다. 상기 증발부(204)에서는 외부의 열원으로부터 흡수된 열에 의해 상기 제1 미세채널(220)에 충전된 액상의 냉매를 기화시 켜 기상의 냉매로 증발시키게 된다. An
또한, 도 6 및 도 7에서 보여지듯이, 상기 제1 미세채널(220)의 깊이는 상기 냉매 저장부(202)의 깊이 보다 얇게 형성되어 있다. 상기 제1 미세채널(220) 내에서는 상기 냉매 저장부(202)에 저장된 액상의 냉매가 상기 제1 미세채널(220)의 내벽과의 표면장력과 모세관현상에 의해 상기 냉매 저장부(202)로부터 상기 제1 미세채널(220)의 소정 부위까지 부분적으로 충전되며, 상기 제1 미세채널(220) 내에서의 표면장력이 중력보다 크도록 상기 제1 미세채널(220)의 깊이 또는 단면적이 설정된다. 6 and 7, the depth of the
또한, 상기 제1 미세채널(220)의 단면은 사각형으로 형성하는 외에 원형, 타원형, 직사각형, 정사각형, 다각형 등의 다양한 형태로 형성할 수 있으며, 제1 미세채널(220)의 길이방향을 따라 단면적을 증가 또는 감소시켜 제1 미세채널(220)의 내벽과 냉매와의 표면장력의 크기를 제어할 수 있으며, 제1 미세채널(220)의 내벽에 다수의 그루브를 형성하거나, 제1 미세채널(220)의 길이방향을 따라 채널의 단면적이 변할 수 있도록 복수개의 노드를 설치하여 냉매의 이동 방향을 결정하거나 냉매의 이동 속도를 제어할 수도 있다. In addition, the cross section of the
한편, 상기 증발부(204)의 제1 미세채널(220)들로부터 길이방향으로 동일 평면상에서 소정 거리만큼 이격된 위치에 응축부(208)가 형성되어 있다. 상기 응축부(208)에는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제1 미세채널(220)에서 기화되어 이동된 기상의 냉매를 응축시킬 수 있는 동일평면상에 단층으로 배열되어 있는 복수개의 제2 미세채널(222)을 포함한다.
Meanwhile, the
또한, 도8을 참조하면, 제2 미세채널(222)의 깊이는 제1 미세채널(220)의 깊이 보다 깊게 형성되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제2 미세채널(222) 내에서도 상기 응축부(208)에서 응축된 액화된 액상의 냉매가 상기 제2 미세채널(222)의 내벽과의 표면장력과 모세관현상에 의해 상기 제2 미세채널(222)의 소정 부위까지 부분적으로 충전되어 있으며, 상기 제2 미세채널(222) 내에서도 표면장력이 중력보다 크도록 상기 제2 미세채널(222)의 깊이 또는 단면적이 설정된다.In addition, referring to FIG. 8, the depth of the
또한, 열방출의 효과를 향상시키기 위하여, 응축부(208)에 인접한 하우징(212)의 외부에는 다수의 핀이 형성될 수도 있으며, 핀으로 형성하는 경우 응축부(208)에서 외부로 방출되는 열을 재활용하여 주위의 공기를 순환시키도록 구동시킬 수도 있다. 또한, 핀을 열전소자를 포함하는 미세 구조로 형성시킨 경우에는 응축부(208)에서 방출하는 열을 전기적 에너지로 변환시켜 미세 구동을 위한 에너지로 사용할 수도 있다. In addition, in order to improve the effect of heat dissipation, a plurality of fins may be formed on the outside of the
또한, 상기 응축부(208)의 체적을 상기 증발부(204)의 체적보다 크게 형성함으로써 주위의 대류 현상으로도 응축부(208) 내에서 기상의 냉매가 용이하게 응축될 수 있도록 할 수 있다.In addition, by forming the volume of the
한편, 상기 증발부(204)의 제1 미세채널(220)과 상기 응축부(208)의 제2 미세채널(222) 사이에는 기상의 냉매가 이동할 수 있는 통로의 역할을 하는 기상 냉매 이동부(206)가 위치한다. 상기 기상 냉매 이동부(206)에는 기화된 기상 냉매가 응축부(208) 방향으로 균일하게 이동할 수 있도록 다수의 제1 가이드(218)들이 형 성되어 있으며, 도 5에서 보여지듯이, 기상의 냉매가 흘러나오는 제1 미세채널(220)의 출구측의 단면적에 비하여 그 단면적이 넓어지도록 형성되어 있다.Meanwhile, a gas phase refrigerant moving unit serving as a passage through which the refrigerant in the gas phase may move between the
한편, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 응축부(208)의 제 2미세채널(222)의 출구측과 상기 냉매 저장부(202) 사이에는 제 2미세채널(222)내에서 응축된 액상의 냉매가 이동되는 액상 냉매 이동부(210)가 형성되어 있다. 상기 액상 냉매 이동부(210)는 상기 기상 냉매 이동부(206)와 분리되어 냉매의 유동 방향이 서로 다르게 구성되어 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 8, the liquid refrigerant condensed in the
상기 기상 냉매 이동부(206)와 상기 액상 냉매 이동부(210)는 단열부(216)에 의해 서로 열적으로 그리고 물리적으로 서로 분리되며, 상기 단열부(216)는 상기 하우징(212)내에 밀봉되어 있는 형태로 구성하거나 또는 상기 하우징(212)의 상하를 관통하도록 개방되어 있는 형태로 구성할 수 있다. 상기 하우징(212)내에 밀봉되어 있는 경우 단열부(216)는 진공상태를 유지하거나 단열물질로 채워질 수도 있다.The gas phase
한편, 도 5에서 보여지듯이, 상기 액상 냉매 이동부(210)는 상기 하우징(212)의 양측 외곽을 따라 양방향으로 대칭적으로 위치하고 있다. 이러한 하우징(212)의 외곽을 따라 대칭적으로 형성되는 냉매 순환루프는, 박판형태, 특히 단면의 종횡비가 클 경우 매우 유리한 구조이며, 방사방향으로 전도 확산하는 열흐름을 넓은 면적에 효과적으로 대류 확산시킬 수 있다. 두개의 액상 냉매 이동부(210)를 냉각수단(200)의 가장자리를 따라 배치시킴으로써 유로내의 냉매를 과냉(subcooling)시키고, 증발부(204)의 입구온도를 낮추는 데 유리하기 때문에 단위질량 유량당 많은 열에너지를 이송시킬 수 있음을 의미한다. 또한, 이러한 양방향의 순환루프는 냉각수단(200)의 설치 위치에 따라 냉각수단(200)이 X축 방향을 기준으로 하여 양방향의 액상 냉매 이동부(210)의 중력적 위치가 차이가 나도록 기울어진 경우 중력수두에 의해 한쪽의 액상 냉매 이동부(210)로의 냉매 순환이 되지 않는 경우 반대쪽 액상 냉매 이동부(210)를 통하여 냉매의 유동을 원활히 할 수 있다는 점에서 유리하다. On the other hand, as shown in Figure 5, the liquid
또한, 상기 액상 냉매 이동부(210)는 중력의 영향을 거의 받지 않도록 액상의 냉매와 상기 액상 냉매 이동부(210)의 내벽과의 표면장력이 중력보다 크도록 설정된 적어도 하나의 제3 미세채널을 포함할 수 있으며, 중력의 영향을 줄일 수 있도록 상기 액상 냉매 이동부(210)에는 액상 냉매의 이동 방향으로 복수개의 그루브(도시안됨)를 형성하거나 2개 이상의 유로로 분리하여 형성할 수도 있다.In addition, the liquid
한편, 상기 냉매 저장부(202)와 상기 액상 냉매 이동부(210)의 경계부분 및 상기 응축부(208)와 상기 액상 냉매 이동부(210)의 경계부분에 액상의 냉매의 이동을 안내하는 복수개의 제2 가이드(도시안됨)를 더 형성하여 냉매의 유동이 급격히 선회함으로써 발생되는 손실을 줄일 수 있도록 구성할 수도 있다.On the other hand, a plurality of guide the movement of the liquid refrigerant to the boundary portion of the
한편, 상기 냉매 저장부(202)는 전술한 바와 같이, 가변적인 열원의 열부하(heat load)하에서도 충분한 냉매를 공급할 수 있을 정도의 적절한 체적을 갖도록 구성되며, 증발부(104)에서의 급격한 드라이아웃 현상을 막기 위해 신속히 냉매를 공급할 수 있는 증발부(204)의 입구측에 근접하여 설치하는 것이 바람직하 나, 증발부(204)와 너무 근접하여 설치한 경우 외부열원과 접촉하는 하우징(212)의 바닥면으로 전달되는 열에 의해 불필요한 버블이 생성될 수 있다. 버블의 성장은 증발부(204)의 제1 미세채널(220)의 입구를 차단하게 되며, 냉매의 공급을 중단시켜 증발부(204)내의 냉매의 드라이아웃을 야기시킬 우려가 있기 때문에 냉매 저장부(202)로의 열 전달을 억제시키기 위해 상기 냉매 저장부(202)와 상기 증발부(204)의 경계에서 외부 열원과 접하는 상기 하우징(212)의 바닥면에 열 흐름 방향과 직교되는 방향으로 상기 하우징의 바닥면의 두께를 얇게 형성하는 것이 바람직하며, 예를 들어 상기 하우징(212)의 바닥면에 그루브를 형성할 수도 있다.On the other hand, as described above, the
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박판형 냉각수단을 이용한 컴퓨터용 냉각장치는, 모세관 현상을 이용하여 자체적으로 응축과 기화를 반복하여 열 교환을 진행하는 냉동 사이클을 갖는 박판형 냉각수단을 컴퓨터 등의 전자기기에 적용함으로써, 협소한 공간 내에서도 CPU에서 발생되는 열을 보다 효과적으로 냉각시켜 줄 수 있는 효과가 있다.
As described above, the computer cooling apparatus using the thin plate cooling means according to the present invention uses a capillary phenomenon to produce a thin plate cooling means having a refrigerating cycle for performing heat exchange by repeating condensation and vaporization by itself. In this case, the heat generated by the CPU can be cooled more effectively even in a narrow space.
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