KR100888778B1

KR100888778B1 - 마이크로 프로세서용 냉각 시스템 및 컴퓨터

Info

Publication number: KR100888778B1
Application number: KR1020087022306A
Authority: KR
Inventors: 풀 그윈; 랄프 콘스태드; 피터 데이비슨; 마크 트라우트맨
Original assignee: 인텔 코포레이션
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2009-03-16
Also published as: KR20050085902A; CN1729567A; KR101285067B1; WO2004062094A2; ATE490553T1; CN1729567B; AU2003293482A8; KR100894732B1; US20040125561A1; KR20080089524A; EP1588420B1; KR20080089525A; TWI263129B; DE60335215D1; KR20080039546A; EP1588420A2; US6809928B2; AU2003293482A1; WO2004062094A3; TW200413893A

Abstract

컴퓨터 섀시내에 설치될 수도 있는 냉각 시스템이 밀봉되고 불활성 가스에 의해 압축되는 유체-수용 공간을 갖는다. 유체-수용 공간은 집적 회로, 열교환기, 튜빙 및 펌프 용적부를 위한 히트 싱크의 역할을 할 수도 있는 냉각판으로부터 형성될 수도 있다. 유체-수용 공간내에는 냉각제가 수용된다.

마이크로 프로세서, 냉각 시스템

Description

마이크로 프로세서용 냉각 시스템 및 컴퓨터{SEALED AND PRESSURIZED LIQUID COOLING SYSTEM FOR MICROPROCESSOR}

본 발명은 마이크로 프로세서용 냉각 시스템에 관한 것이다.

마이크로 프로세서의 크기와 복잡성이 증가함에 따라, 프로세서용 히트 싱크(heat sink) 구성에 요구가 증가하고 있다. 따라서, 히트 싱크의 기능을 하도록 장착된 냉각판을 포함하며, 냉각 유체가 냉각판을 통하여 흐르도록 구성된 액체기제의 히트 싱크 구성이 고안되었다.

종래의 마이크로 프로세서용 액체기제의 냉각 시스템은 많은 단점을 갖고 있다. 예를 들어, 종래의 액체기제의 냉각 시스템은 수리가 필요하고 이러한 냉각 시스템이 설치된 컴퓨터는 기대 유효 수명 내내 신뢰성있는 작동이 이루어지지 않을 수도 있다.

몇몇 실시예에 따르면, 컴퓨터 섀시내에 설치될 수도 있는 냉각 시스템이 밀봉되고 불활성 가스에 의해 압축되는 유체-수용 공간을 갖는다. 유체-수용 공간은 집적 회로, 열교환기, 튜빙 및 펌프 용적부를 위한 히트 싱크의 역할을 할 수도 있는 냉각판으로부터 형성될 수도 있다. 유체-수용 공간내에는 냉각제가 수용된다.

본원에 기술된 냉각 시스템은 펌프 캐비테이션을 피하기 위해 불활성 압축가스와 밀봉된 유체-수용 공간을 사용한다. 따라서, 종래의 냉각 시스템과는 달리, 본원에 기술된 냉각 시스템은 최소한의 냉각제 손실을 가지므로 유체의 보충을 필요로 하지 않는다. 또한, 본 발명의 냉각 시스템은 펌프에서의 유체 압력을 유지하기 위해 대기압 또는 벨로스(bellows)와 같은 추가적인 하드웨어에 의존하지 않는다.

도 1은 몇몇 실시예에 따른 밀봉되고 압축된 마이크로 프로세서용 액체 냉각 시스템의 등각 사시도이다. 도 2는 액체 냉각 시스템의 분해도이다. 도 1 및 도 2는 냉각판(12) 및 열 교환 유닛(14)을 포함하는 냉각 시스템(10)을 도시한다. 열 교환 유닛(14)은 열교환기(16)(도 2) 및 팬 조립체(18)를 포함한다. 열교환기(16)는 중심부(core portion)(20), 제 1 열교환기 탱크(22) 및 제 2 열교환기 탱크(24)를 포함한다. 제 1 열교환기 탱크(22)와 제 2 열교환기 탱크(24)는 중심부(20)의 대향측에서 열교환기(16)의 중심부(20)에 결합된다. 몇몇 실시예에서, 열교환기는 일반적으로 평평하고 장방형의 형상을 갖지만(도 2에 도시함), 다른 형상도 사용될 수 있다.

또한, 냉각 시스템(10)은 냉각판(12)과 열교환기(16)를 상호 연결하는 튜빙(tubing)(26)을 포함한다. 보다 특정적으로, 튜빙(26)은 냉각판(12)과 열교환기(16)의 제 2 열교환기 탱크(24)를 연결한다.

또한, 냉각 시스템(10)은 제 1 열교환기 탱크(22)에 결합된 펌프(28)를 포함한다. 펌프(28)는 액체 냉각제(도 1 및 도 2에 도시되지 않음)를 냉각 시스템(10)을 통해 순환시키기 위해 작동할 수도 있다.

마이크로 프로세서(도 1 및 도 2에 도시되지 않음) 또는 다른 형태의 집적 회로(도시하지 않음)를 냉각시키기 위해 냉각판(12)을 적당한 위치에 유지시키는 냉각 시스템(10)에 유지 클립(30)이 제공된다.

몇몇 실시예에서, 제 1 열교환기 탱크(22)는 벽(32)에 의해 외향부(34) 및 내향부(36)로 분할될 수도 있다. 유사하게, 제 2 열교환기 탱크(24)는 벽(38)(도 1 및 도 2)에 의해 외향부(40) 및 내향부(42)로 분할될 수도 있다. 열교환기(16)의 중심부(20)의 외향 영역(44)(도 2)은 냉각제가 제 1 열교환기 탱크(22)의 외향부(34)로부터 제 2 열교환기 탱크(24)의 외향부(40)로 유동하도록 한다. 열교환기(16)의 중심부(20)의 내향 영역(46)은 냉각제가 제 2 열교환기 탱크(24)의 내향부(42)로부터 제 1 열교환기 탱크(22)의 내향부(36)로 유동하도록 한다.

튜빙(26)은 외향 튜브(48) 및 내향 튜브(50)를 포함한다. 열교환기(16)는 외향 튜브(48)의 기단부(54)를 제 2 열교환기 탱크(24)의 외향부(40)와 결합시키는 출구 포트(52)를 구비한다. 또한, 열교환기(16)는 내향 튜브(50)의 기단부(58)를 제 2 열교환기 탱크(24)의 내향부(42)에 연결시키는 입구 포트(56)를 구비한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 출구 포트(52) 및 입구 포트(56)는 포트(52, 56) 사이에 벽(38)이 위치한 상태로 서로 인접하여 위치될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 냉각판(12)은 서로 인접하여 위치될 수도 있는 입구 포트(60) 및 출구 포트(62)를 구비한다. 외향 튜브(48)의 말단부(64)는 입구 포트(60)를 통해 냉각판(12)과 결합한다. 내향 튜브(50)의 말단부(66)는 출구 포트(62)를 통해 냉각판(12)과 결합한다.

몇몇 실시예에서, 튜브(48, 50)는 휘어지기 쉽고, 쉽게 경로가 정해지며, 실질적으로 찢어지거나 비틀리지 않으며, 극히 낮은 수포 전달 속도를 가지며, 저비용으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 튜브(48, 50)는 하나 또는 그 이상의 다음 물 질: 플루오르화 EPDM 고무[예를 들어, 듀폰(DuPont)사에서 입수 가능한 바이톤(viton)]와 같은 FEP, PVDF, ETFE, PTFE 또는 플루오르-엘라스토머로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 튜브(48, 50)는 압출 성형으로 형성될 수도 있다. 튜브(48, 50)는 상기된 재료와 다른 재료의 조합으로도 형성될 수도 있다. 예를 들어, 상이한 재료로 각기 형성된 2개 또는 그 이상의 층을 갖는 튜브(48, 50)를 생산하기 위해 공압출 성형 과정을 이용할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 튜브는 예를 들어, FEP, PVDF, ETFE, PTFE 또는 플루오르-엘라스토머중 하나로 형성된 내층 및 예를 들면 나일론으로 구성된 외층을 포함하는 2개의 층을 갖는다. 또한, 튜브(48, 50)의 각각에 튜브내의 튜브 구성(tube-in-tube construction)이 이용될 수 있다.

하나 또는 그 이상의 FEP, PVDF, ETFE, PTFE 또는 플루오르-엘라스토머로 튜브를 구성하는 것은 이러한 재료가 극히 낮은 수포 전달 속도를 제공한다는 점에서 특히 유익하다. 이러한 특성은 그 단독으로 또는 본원에 기술된 냉각 시스템의 다른 특성과 조합하여, 증발을 통한 냉각제의 과도한 손실이나 수리(service)없이 오랜 기간(예를 들어, 7년)동안 냉각 시스템이 정상적으로 작동하도록 할 수도 있다.

도시된 바와 같이, 튜브(48, 50)는 열교환기(16)로부터 냉각판(12)까지 평행한 경로로 배열되며, 그 경로를 따라 거의 전체적으로 서로(예를 들어, 서로 부착되거나 접합됨) 접촉할 수도 있다. 이것은 튜브의 경로 설정을 용이하게 할 수도 있다. 열교환기(16)의 출구 포트(52) 및 입구 포트(56)의 인접 위치와 냉각판(12)의 입구 포트(60) 및 출구 포트(62)의 인접 위치도 또한 튜브의 경로 설정을 용이하게 할 수 있다.

펌프(28)는 펌프를 제 1 열교환기 탱크(22)의 내향부(36)에 연결시키는 입구 포트(68)를 구비한다. 또한, 펌프는 펌프를 제 1 열교환기 탱크의 외향부(34)에 연결시키는 출구 포트(70)를 구비한다. 이하에서는 펌프의 부분적으로 단순화된 개략적인 단면도인 도 3을 참조하여, 펌프의 추가적인 세부 항목을 설명하고자 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 펌프(28)는 펌프 용적부(74)를 규정하는 펌프 하우징(72)을 포함한다. (펌프의 입구 및 출구 포트내의 공간이 펌프 용적부의 일부로 고려될 수도 있다.) 펌프 임펠러(76)(점선으로 도시됨)가 펌프 용적부(74)내에 설치된다. 도면을 단순화하기 위해, 펌프 임펠러를 구동하는 펌프 모터가 도 3에서 생략되었다.

몇몇 실시예에서, 펌프 하우징(72) 및 열교환기(16)의 하나 또는 양쪽 모두는 성형가능하고 극히 낮은 수포 전달 속도를 제공하는 액정 중합체와 같은 재료의 적어도 일부로 구성될 수도 있다. 이러한 특성은 그 단독으로 또는 본원에 기술된 냉각 시스템의 다른 특성과 조합하여, 냉각 시스템을 저비용으로 제조하고 장기간의 유효 수명(service life)을 갖도록 한다. 적절한 액정 중합 재료의 예로는 제니트(Zenite), 자이더(Xydar), 및 티코나(Ticona)가 있다. 펌프(28)의 입구 및 출구 포트는 펌프 하우징(72)과 함께 전체 또는 부분적으로 주조 및/또는 튜브(48, 50)와 같은 튜빙의 전체 또는 일부로 형성될 수 있다. 또한, 튜브(48, 50)의 일부는 예를 들어, 액정 중합체로 형성된 강성 주조된 튜브 영역일 수도 있다. 튜브에 가요성을 제공 또는 증가시키기 위해서, 튜브는 회선부(즉, 튜브의 외경의 변화부)를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 회선부의 피치는 1/16인치일 수도 있다.

펌프 볼륨(74), 열교환기(16), 냉각판(12) 및 튜빙(26)은 냉각제(도 1 내지 3에 도시하지 않음)가 수용된 유체 수용 공간을 형성하도록 고려될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 냉각 시스템(10)은 예를 들어, 도 1에서 도시된 바와 같이, 제 2 열교환기 탱크(24)와 일체로 될 수도 있는 가스-기포-유폐부(78)를 포함할 수도 있다. 도 4는 가스-기포-유폐부(78)의 몇몇 세부 항목을 도시하는 개략적인 단면도이다. 가스-기포-유폐부는 냉각 시스템(10)내에 수용된 냉각제(82)를 압축하는 가스의 기포(80)를 유지시킨다. 가스-기포-유폐부는 가스-기포-유폐부내에 압축 가스를 유폐하는데 도움을 줄 수도 있는 가스 배리어(barrier)(84)를 포함한다. 가스 배리어(84)는 스크린, 또는 천공부(86)를 갖는 천공판일 수 있으며, 열 교환 유닛(14)의 배향이 변화하는 경우에도, 천공부(86)는 냉각제(82)의 표면 장력에 의해서 가스가 가스-기포-유폐부로부터 새어 나가지 않게 하는 형상 및 크기를 가질 수 있다. 따라서, 천공부(86)는 압축 가스가 통과하는 것을 허용하는 반면, 냉각제가 통과하는 것은 방지하도록 구성될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 압축 가스는 냉각 시스템(10)의 잠재 부식을 최소화하기 위해 실질적으로 순수한 질소와 같은 불활성 가스일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 냉각제는 물, 프로필렌 글리콜 및 부식 반응 억제제의 혼합물과 같은 프로필렌 글리콜계의 액체일 수도 있다. 적합한 냉각제로는 다우 케미칼 캄파니(Dow Chemical Company)에서 입수 가능한 Dowfrost HD(등록상표)가 있다. 이런 형태의 냉각제는 낮은 독성, 부식 저항력, 낮은 전기 전도성, 낮은 냉각 온도(예를 들어, -40℃ 이하), 및 재활용성 등의 장점을 제공할 수 있다. 낮은 전기 전도성의 냉각제를 사 용하는 것은 냉각제가 누출된 경우, 냉각 시스템이 설치된 컴퓨터의 단락 요소의 위험을 줄일 수 있다는 점에서 유용할 수도 있다.

한번 더 도 2를 참조하면, 팬 조립체는 팬(88) 및 팬 슈라우드(90)(fan shroud)를 포함한다. 팬(88)은 열교환기(16)의 중심부(20)를 향해 공기를 송풍시키기 위해 팬 모터(도 1 및 도 2에 도시되지 않음)에 의해 회전하는 팬 임펠러(92)를 포함한다. (여기서 사용된 바와 같이, "열교환기를 향한 공기 송풍"은 팬(90)으로부터 열교환기로 공기를 미는 단계와 열교환기 방향으로부터 팬을 향하여 공기를 끌어내는 단계를 포함한다.)

팬 슈라우드(90)는 열교환기(16)의 주요면(96)(major face)과 일치하는 형상과 크기를 갖는 실질적으로 장방형의 기부(94)를 포함한다. 팬 슈라우드는 또한 기부(94)와 일체로 형성된 대체로 원통형의 팬 하우징(98)을 일반적으로 더 포함한다. 마운팅 허브(100)는 스트럿(102)에 의해서 팬 하우징(98)에 대한 상부 중심 위치에 위치되며, 마운팅 허브로부터 편심적으로 반경방향 연장되어서 팬 하우징과 연결된다. 팬 임펠러(92) 및 팬 모터(도 2에 도시되지 않음)는 팬 하우징(98)내의 마운팅 허브(100)의 내부에 설치된다. 팬 슈라우드(90)는 팬 조립체(18)가 열교환기(16)에 고정됐을 때 펌프 하우징(72)을 수용하도록 구성된 대체로 평행 육면체의 밀폐체(104)(예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같은, 장방형 프리즘 형태의 밀폐체)를 일반적으로 더 포함한다. 밀폐체(104)의 내부는 팬 하우징(98)과 유체 연통할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 스냅 위치 바브(snap-in-place barb) 및/또는 L자 형상의 연장부와 같은, 다수의 스냅-끼워맞춤부(106)가 기부(94)로부터 하향(즉, 팬 하우징의 반대쪽 방향)으로 연장된다. 팬 조립체(18)를 패스너(fastener) 또는 도구를 사용하지 않고 열교환기(16)에 고정시키기 위해 스냅-끼워맞춤부(106)가 제공된다. 또한, 이 스냅 끼워맞춤부는 패스너 또는 도구를 사용하지 않고 열교환기 유닛(14)이 컴퓨터 섀시(도 1 및 도 2에 도시되지 않음)에 고정되도록 한다.

몇몇 실시예에서, 팬 슈라우드(90)는 기부(94), 팬 하우징(98), 마운팅 허브(100), 지주(102), 밀폐체(104) 및 스냅-끼워맞춤부(106)를 통합한 단일체의 성형 플라스틱으로 형성될 수도 있다.

팬 전기 접속부(108)는 팬 모터(도 1 및 도 2에 도시되지 않음)에 전력이 전달되도록 설치되며, 펌프 전기 접속부(110)는 펌프 모터(도 1 및 도 2에 도시되지 않음)에 전력이 전달되도록 설치된다. 전기 접속부(108, 110)는 마더보드(도 1 및 도 2에 도시되지 않음)상의 표준 팬 헤더로 삽입되도록 구성될 수도 있다. 전기 접속부(108, 110)는 하기 설명된 바와 같이, 냉각 시스템의 작동을 모니터링할 수 있도록 2개 또는 3개의 와이어 케이블일 수 있다. 팬 슈라우드(90)는 전기 접속부(108, 110)의 하나 또는 양쪽을 수용하고 그것의 경로를 설정하기 위해 하나 또는 그 이상의 채널을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 팬 전기 접속부(108)는 도 1에서 표시된 바와 같이, 스트럿(102)중 하나를 통해서 경로가 정해질 수 있다. 즉, 스트럿은 팬(88)을 위한 동력 배선을 수용하기 위해 채널을 포함할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 냉각 시스템이 냉각제 및 압축 가스로 충전될 수 있도록 하기 위해 충전 포트(112)(도 1)가 설치될 수도 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 충전 포트는 열교환기 탱크중 하나[예를 들어, 제 2 열교환기 탱크(24)]와 연결되고, 유체-수용 공간의 가스-기포-유폐부(78)와 연결될 수도 있다.

냉각 시스템을 충전할 때에는, 유체-수용 공간이 냉각제의 증기 압력보다 약간 높은 압력으로 배기된 후에 적당한 양의 냉각제로 채워지게 되며, 그에 따라서 환경적인 요인 등에 기인한 냉각제의 가능한 팽창이 가스-기포-유폐부(78)의 가스-수용 용적부에 의해 수용된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 시스템의 냉각제의 양은 환경적인 요인 등에 기인한 수축 또는 냉각 시스템의 구성요소(component)를 통한 증기의 전달에 기인한 시간 경과에 따른 손실 후까지도 냉각제가 가스-기포-유폐부(78)를 부분적으로 채우기에 충분한 양을 가질 수 있도록 설정될 수도 있다. 또한, 가스-기포-유폐부(78)는 전의 두 문장에서 언급된 고려 사항을 만족시키는 크기를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 냉각제의 양은 -40°내지 +70℃ 의 저장 및/또는 반송 온도 범위를 수용하도록 설정될 수도 있다. 상기 기술된 정도까지 냉각제가 채워진 후에, 유체-수용 공간은 압축 가스로 역으로 채워지며, 그에 따라 냉각 시스템은 냉각 시스템이 작동되는 동안 펌프(28)에서의 캐비테이션(cavitation)을 방지하기 위해 충분히 가스 압축된다. 충전 포트는 튜브의 형태를 가지며, 냉각제 및 압축 가스로 냉각 시스템이 채워진 후에 예를 들어, 납땜 또는 스폿 용접에 의해 조여지고 밀봉될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 열 교환 유닛(14)은 컴퓨터 섀시(chassis)의 전방 판넬에 고정되도록 구성된다. 이러한 구성에 있어서 열 교환 유닛은 일반적으로 치수가 152㎜×165㎜×64㎜인 장방형 프리즘 모양을 갖는다. 이러한 열 교환 유닛의 형상 은 종래의 컴퓨터 섀시의 많은 이용 가능한 크기에 끼워맞춤하는데 적합한 것으로 생각된다. 따라서, 냉각 시스템의 몇몇 실시예는 종래의 다양한 컴퓨터에 사용하기에 적합할 수도 있다. 열 교환 유닛의 다른 구성에 있어서, 열교환기 및/또는 팬 슈라우드에 있어서 변형이 있을 수도 있고, 및/또는 펌프가 열교환기에 대하여 재배치될 수 있으며, 그에 의해 열 교환 유닛이 152㎜의 깊이, 241㎜의 길이를 갖는 "L"자의 긴 다리, 76.2㎜의 길이 및 165㎜의 높이를 갖는 "L"자의 짧은 다리를 갖는 L-자 형상의 윤곽을 가질 수도 있다. 이러한 열 교환 유닛의 후자 구성은 컴퓨터 섀시의 측면 판넬에 설치되기에 적합할 수도 있다. 열 교환 유닛의 프로파일 및/또는 치수에 있어서 다양한 다른 변형이 만들어질 수도 있다.

냉각판은 치수가 45㎜×38㎜, 깊이가 25.4㎜인 프로세서-대면 표면을 가질 수도 있다. 이러한 치수는 변할 수도 있다. 냉각판은 종래의 방법으로 마이크로 프로세서와 접촉하도록 구성될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 냉각 시스템(10)은 종래의 ATX 및 uATX 섀시로 구성될 수 있다.

도 5는 냉각 시스템(10)의 실시예가 컴퓨터(116)의 일부인 컴퓨터 섀시(114)에 설치될 수도 있는 전형적인 방법을 개략적으로 도시한다. 또한, 컴퓨터(116)는 섀시(114)에 설치된 마더보드(118)와 마더보드(118)에 장착된 마이크로 프로세서(120)(냉각될 것임)를 포함한다. 냉각 시스템(10)은 또한 마이크로 프로세서를 냉각시키기 위해, 마이크로 프로세서(120)와 접하는 섀시(114) 및 냉각판(12)상에 장착된 냉각 시스템의 열 교환 유닛(14)과 함께 컴퓨터(116)의 일부를 형성한다. 몇몇 실시예에서, 튜빙은 가요성일 수 있기 때문에, 도 5에 도시된 튜빙(26)에 대한 직선 경로의 대안으로써, 곡선 및/또는 경사진 경로가 사용될 수 있다. (도면을 단순화하기 위해, 컴퓨터(116)의 다른 요소는 생략되었으며, 냉각 시스템에 대한 동력 접속부는 도시되지 않았다.)

작동 중에, 펌프(28)(도 2)는 냉각 시스템(10)을 통해 냉각재의 유동을 유발하도록 작동하며, 팬(88)은 열교환기(16)의 중심부(20)를 통한 공기의 유동을 유발하도록 작동한다. 보다 특정적으로, 냉각제는 펌프(28)로부터 펌프 출구 포트(70)를 거쳐 제 1 열교환기 탱크(22)의 외향부(34)로 유동한다. 냉각제의 유동은 제 1 열교환기 탱크(22)의 외향부(34)로부터 열교환기의 중심부(20)의 외향부(44)를 통해 제 2 열교환기 탱크(24)의 외향부(40)로 계속된다. 냉각제가 중심부(20)의 외향부(44)를 통해 유동할 때, 열은 냉각제로부터 중심부를 통과하는 공기의 유동으로 전달되어서, 냉각제를 냉각시킬 수도 있다. 냉각제는 제 2 열교환기 탱크의 외향부(40)로부터 열교환기 출구 포트(52) 및 외향 튜브(48)를 거쳐 냉각판(12)으로 계속 유동한다[냉각판(12)의 입구 포트(60)를 거침]. 냉각제가 냉각판내에서 순환할 때, 열은 마이크로 프로세서(120)(도 5)로부터 냉각판의 마이크로 프로세서 대향 표면을 거쳐 냉각제로 전달될 수 있고, 그에 의해 마이크로 프로세서는 냉각된다.

가열된 냉각제는 냉각판(12)으로부터 냉각판 출구 포트(62), 내향 튜브(50), 및 열교환기 입구 포트(56)를 거쳐 제 2 열교환기 탱크(24)의 내향부로 유동한다. 냉각제의 유동은 제 2 열교환기 탱크의 내향부(42)로부터 열교환기의 중심부(20)의 내향부(46)를 통해 제 1 열교환기 탱크(22)의 내향부(34)로 계속된다. 냉각제가 중심부(20)의 내향부(46)를 통해 유동할 때, 열은 냉각제로부터, 중심부를 통해 흐르는 공기로 전달될 수 있고, 그에 의해 냉각제가 냉각된다. 냉각제는 제 1 열교환기 탱크(22)의 내향부(34)로부터 펌프 입구 포트(68)를 거쳐 펌프(28)로 계속 유동한다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 냉각제는 냉각제가 중심부의 내향부를 통해 펌프로 유동할 때와 중심부의 외향부를 통해 펌프로부터 빠져나갈 때, 열교환기의 중심부를 통해 흐르는 공기로 냉각될 수 있다. 그러나, 예를 들어, 펌프가 열교환기와 냉각판 사이에 위치하는 냉각 시스템의 다른 실시예가 가능하며, 냉각제는 오직 펌프로 향하는 도중에만 또는 펌프로부터 배출되는 도중에만 냉각될 수도 있다.

몇몇 실시예에서는, 펌프 및 팬 모터의 작동을 모니터링하기 위한 구성이 제공될 수도 있다. 이러한 구성이 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 펌프 모터(122) 및 팬 모터(124)는 신호 경로(126)에 의해서 모니터링 회로(128)에 결합될 수도 있다. 팬 및 펌프 모터로 동력을 공급하는 전기 연결부(108, 110)를 통해 신호 경로가 설정될 수도 있다. 예를 들어, 모터에 관한 rpm정보를 제공하기 위해 펌프 및 팬 모터로부터 각각의 직사각형파 피드백 신호가 제공될 수 있다. 대안적으로, 각각의 백 EMF 신호(back EMF signal)는 모터로부터 모니터링 회로(128)에 의해 수신될 수 있다. 모니터링 회로는 마이크로 프로세서(120)(도 5)를 포함할 수 있으며, 도 7에 개략적으로 도시된 바와 같이, 마더보드(118)상에 설치될 수 있다. 만약 모니터링 회로(128)가 마이크로 프로세서를 포함한다면, 마이크로 프로 세서는 ⓐ 모터의 rpm을 표시하는 신호를 수신하기 위해, ⓑ 모터의 rpm을 적합한 파라미터와 비교하기 위해, ⓒ 하나 또는 양쪽의 모터가 적합한 방식으로 작동하지 않을 때 사용자에게 표시를 제공하기 위해, 프로그램화될 수도 있다.

도 6을 다시 참조하면, 모니터링 회로(128)는 모터와 전원(130) 사이에서 연결될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 보고 장치(reporting device)(132)와 결합될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 다기능성의 LED가 보고 장치(132)로 제공될 수 있고, 모터가 정상적으로 작동할 때 소정 색의 빛을 방출하고, 적어도 하나의 모터가 정상적으로 작동하지 않을 때 상이한 색의 빛을 방출하도록 모니터링 회로에 의해 제어될 수도 있다. 추가적 또는 대안적으로, 컴퓨터(116)의 표시 유닛(도시하지 않음)은 모터가 정상적으로 작동하는지 아닌지를 표시하기 위해 보고 장치(132)로서 사용될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 모니터링 회로(128)는 또한 하나 또는 양쪽 모터의 rpm을 조정하는 능력 또는 모터를 다른 방식으로 제어하는 능력을 가질 수도 있다.

상기 기술된 몇몇 또는 전부의 형상을 포함하는 냉각 시스템은 이 냉각 시스템 및 냉각 시스템이 설치된 컴퓨터의 연장된 수명동안 수리없이 작동할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 냉각 시스템은 7년 동안 수리 또는 파손없이 작동될 수 있다. 냉각 시스템은 밀봉되어 있기 때문에, 누출, 생물 번식, 및 부식으로부터 자유로울 수 있다. 상기된 바와 같이, 냉각제의 손실에 기인한 의도된 수리 수명동안 냉각 시스템의 파손을 방지하고 냉각제를 보충하는 임의의 수리의 필요성을 감소 및 제거하기 위하여, 시스템 요소를 구성하는 재료는 구성요소를 통한 증기의 전달에 의한 냉각제의 손실이 최대한 낮도록 선택될 수 있다. 또한, 냉각제 및 압축 가스로 충전되고 설치 준비가 된 밀봉 상태에서, 넓은 범위의 온도 상태(예를 들어, -40℃ 내지 +70℃)에 걸쳐 냉각 시스템을 저장 및/또는 운송할 수도 있다. 냉각 시스템은 냉각제로 충전될 수도 있고, 냉각 시스템내의 압력을 40psi를 넘지 않도록 하는 방식으로 가압되어서, 충전된 냉각 시스템은 공기에 의한 운송과 관련한 규정을 충족시킬 수도 있다. 결과적으로, 냉각 시스템이 냉각제와 압축 가스로 충전될 때조차도, 공기 또는 다른 방법에 의한 본 냉각 시스템의 운송이 가능하다. 대조적으로, 컴퓨터를 위한 종래의 액체기제의 냉각 시스템은 밀봉되지 않으며, 유체 손실 및/또는 부식에 기인하여 7년 이내에 파손될 가능성이 있었다. 더욱이, 종래의 액체기제의 냉각 시스템은 수리를 필요로 했고, 냉각제로 충전되어 있는 동안은 운송할 수 없었으며, 극한 온도로 저장할 수는 없었다.

종래의 냉각 시스템의 튜브의 경로설정은 다루기 힘들고 불편했지만, 가요성이며 평행하게 서로 접촉하도록 경로가 설정되는 튜브를 갖는 본 발명의 냉각 시스템의 실시예는 튜브의 경로 설정을 단순화시키고 용이하게 할 수 있으며, 본 원에 기술된 냉각 시스템을 다양한 형태의 상이한 기하학적 구조를 갖는 섀시내에 설치되도록 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 열교환기의 입구 및 출구 포트의 인접한 위치, 및 냉각판의 입구 및 출구 포트의 인접한 위치는 또한 튜브의 편리한 경로설정을 촉진할 수도 있다.

액체기제의 컴퓨터 냉각 시스템을 위한 종래의 튜빙은 본원에 기술된 튜빙의 특징인 파열(laceration)-저항, 비틀림 저항, 가요성, 저비용 및 낮은 수증기 전달 속도중의 임의의 하나를 일반적으로 제공할 수 없다. 종래의 열교환기 및 펌프는 또한 본 발명의 냉각 시스템의 몇몇 실시예에서 제공되는 낮은 증기 전달 속도를 나타낼 수 없다. 종래의 기술은 극히 낮은 증기 전달 속도를 갖는 재료의 냉각 시스템 튜빙, 펌프 하우징, 및/또는 열교환기를 형성할 필요 또는 바람직함을 인지하지 못했으며, 따라서, FEP, PVDF, ETFE, PTFE 또는 플루오르 엘라스토머로 형성된 튜빙이나 액정 중합체로 형성된 펌프 하우징 또는 열교환기를 포함하지 않았다.

본원에 기술된 팬 슈라우드는 팬 임펠러를 내장하는 기능과 공기가 열교환기로 지향되도록 기류를 결합시키는 기능을 겸비한다. 결과적으로, 팬 슈라우드는 분리된 팬 슈라우드와 하우징이 제공되는 종래의 구성에 비하여 비용 효율적이며 공간 능률적이다. 다양한 섀시 형상에 냉각 시스템을 끼워맞춤하는데 있어서, 본원에 기술된 팬 슈라우드에 의해 허용된 공간의 절약이 중요할 수도 있다. 추가적으로, 스냅 끼워맞춤에 의해 팬 조립체를 열교환기에 고정하면 패스너 및 도구를 사용하지 않아도 되므로 냉각 시스템을 효율적이며 낮은 비용으로 생산할 수 있게 된다. 유사하게, 냉각 시스템의 소정의 실시예에 제공되는 특징은 스냅 끼워맞춤에 의해 열교환기 유닛이 컴퓨터 섀시에 설치되도록 하며, 그것에 의해 패스너 및 도구를 사용하지 않고도 냉각 시스템의 효율적인 설치 및/또는 제거가 촉진된다.

본원에 기술된 팬 슈라우드는 또한 펌프를 수용하는 밀폐체를 포함하는데 이 밀폐체는 냉각 시스템에 대한 콤팩트하고 효율적인 설계를 제공하는데 도움을 주며, 펌프에서 누출이 발생한 경우, 냉각제를 수용하는데 도움을 줄 수 있다. 또한, 팬 슈라우드의 펌프 밀폐부는 슈라우드의 팬 하우징부와 유체적으로 연통할 수 있으므로, 팬으로부터의 공기가 펌프 주위로 지향되어서 펌프를 냉각하는데 도움을 줄 수도 있다.

본원에 기술된 팬 슈라우드는 또한 팬 및 펌프와의 전기 접속부의 경로를 결정 및/또는 은폐하는데 도움을 줄 수도 있고 슈라우드상의 배선 포트를 편리하게 위치설정하는데 도움을 줄 수도 있다.

펌프에 대한 입구 및 출구 포트가 각각 제 1 열교환기 탱크의 내향부 및 외향부에 결합되는 본원에 기술된 구성은 열교환기에 대해 펌프가 편리하게 위치되도록 촉진하고, 열 교환 유닛의 전반적인 공간-효율적 형상을 촉진하며, 펌프를 열교환기에 결합시키는데 필요한 튜빙의 길이를 최소화시킨다. 이러한 구성은 또한 열교환기와 냉각판 사이의 튜브 경로의 설정과 관련한 상기된 장점과 함께 열교환기 입구 및 출구 포트가 서로 인접하여 위치되는 것을 허용한다.

본 냉각 시스템은 기포가 해로울 수 있는 유체-저장 공간의 임의의 부분에 압축 가스의 기포가 도달하는 것을 방지하기 위하여 가스-기포-유폐부를 포함한다.

본원에 기술된 몇몇 실시예는 오직 도시를 목적으로 한다. 본원에 기술된 다양한 형상은 모두 함께 사용될 필요는 없으며, 임의의 하나 또는 그 이상의 특징이 단일의 실시예에서 채용될 수도 있다. 따라서, 당업자라면 전술한 설명으로부터 다양하게 변형 및 변경된 다른 실시예를 이용할 수 있다는 것을 인식할 것이다.

도 1은 몇몇 실시예에 따른 냉각 시스템의 등각 사시도,

도 2는 도 1의 냉각 시스템의 분해도,

도 3은 도 1의 냉각 시스템의 부분인 펌프의 일부분을 단순화시켜 도시하는 개략적인 단면도.

도 4는 도 1의 냉각 시스템의 가스-기포-유폐부의 개략적인 단면도,

도 5는 몇몇 실시예에 따른 컴퓨터 내부의 단순화된 측면도,

도 6은 몇몇 실시예에 따른 도 1의 냉각 시스템에 대한 모니터링 구성의 도표,

도 7은 도 6에 도시된 모니터링 회로에 대한 몇몇 실시예에 따른 장착 구성의 개략적인 도면.

Claims

냉각 시스템에 있어서,

유체-수용 공간과;

상기 유체-수용 공간 내에 수용되는 냉각제를 포함하고,

상기 유체-수용 공간은 집적 회로용 히트 싱크로서 작용하도록 구성된 냉각판과, 열교환기와, 상기 냉각판과 상기 열교환기를 상호 연결하는 튜빙(tubing)과, 상기 열교환기와 유체 연통하는 펌프 용적부로 형성되며,

상기 냉각제는 상기 냉각판 내부에서 순환하며,

상기 유체-수용 공간은 실질적으로 기밀하게 밀봉되고 가스-압축되며,

상기 튜빙은 한쌍의 평행한 가요성 튜브를 포함하고, 상기 튜브는 상기 열교환기로부터 상기 냉각판으로의 튜브의 경로를 따라 서로 접촉하는

냉각 시스템.
제 1 항에 있어서,

냉각 시스템내에 수용된 압축 가스가 불활성 가스인

냉각 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 불활성 가스는 질소를 포함하는

냉각 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 유체-수용 공간이 가스-기포-유폐부를 포함하는

냉각 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 가스-기포-유폐부가 가스-기포-유폐부내에 압축 가스를 유폐하기 위한 가스 배리어를 포함하는

냉각 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 가스 배리어는 냉각제의 통과를 허용하는 반면 압축 가스의 통과를 방지하도록 구성된 복수의 천공부를 포함하는

냉각 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 냉각판은 냉각판에 대한 튜브의 접속을 수용하는 한쌍의 포트를 가지며, 상기 포트는 서로 인접하는

냉각 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 튜빙은 플루오르-엘라스토머, FEP, PVDF, ETFE 및 PTFE로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는

냉각 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 펌프 용적부는 펌프 하우징에 의해 규정되며, 상기 펌프 하우징은 액정 중합체를 포함하는 재료로 형성되는

냉각 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 냉각제는 프로필렌 글리콜을 포함하는

냉각 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 열교환기를 향해 공기를 송풍하는 팬을 더 포함하는

냉각 시스템.
제 11 항에 있어서,

스냅 끼워맞춤에 의해 상기 열교환기에 장착되고 팬에 의해 송풍되는 공기를 상기 열교환기로 지향하도록 구성된 팬 슈라우드를 더 포함하는

냉각 시스템.
제 12 항에 있어서,

팬 슈라우드는 상기 열교환기의 주요면과 정합하는 크기와 형상을 갖는 실질적으로 장방형의 기부와,

상기 기부와 일체적으로 형성되고, 상기 기부로부터 제 1 방향으로 연장하는 복수의 스냅-끼워맞춤부와,

상기 기부와 일체적으로 형성되고, 상기 기부로부터 상기 제 1 방향과 대향하는 제 2 방향으로 연장하며 상기 팬을 둘러싸도록 형성되는 원통형 팬 하우징과,

상기 원통형 팬 하우징과 근접 및 유체 연통하고, 상기 펌프 용적부를 규정하는 펌프 하우징을 내부에 수용하도록 구성된 대체로 평행육면체의 밀폐체를 포함하는

냉각 시스템.
제 13 항에 있어서,

상기 펌프 하우징은 유체-수용 공간내에서 냉각제를 순환시키는 펌프의 부분이며, 상기 팬 슈라우드는 상기 펌프 및 상기 팬 중 적어도 하나에 대한 동력 배선을 수용하는 적어도 하나의 채널을 포함하는

냉각 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 냉각판이 마이크로 프로세서용 히트 싱크로서 작용하도록 구성된

냉각 시스템.
냉각 시스템에 있어서,

유체-수용 공간과,

프로필랜 글리콜을 포함하며 상기 유체-수용 공간에 수용되는 냉각제를 포함하고,

상기 유체-수용 공간은 집적 회로용 히트 싱크로서 작용하도록 구성된 냉각판과, 열교환기와, 상기 냉각판과 열교환기를 상호 연결시키며, 플르오르-엘리스토머, FEP, PVDF, ETFE 및 PTFE로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 한쌍의 평행한 가요성 튜브와, 펌프 하우징에 의해 규정되고 상기 열교환기와 유체 연통하는 펌프 용적부로 형성되며,

상기 유체-수용 공간은 실질적으로 기밀 밀봉되고 불활성 가스에 의해 압축되고,

상기 유체-수용 공간은 가스-기포-유폐부를 포함하며, 상기 가스-기포-유폐부는 불활성 가스를 내부에 유폐하는 가스 배리어를 가지며, 상기 가스 배리어는 냉각제의 통과는 허용하는 반면 불활성 가스의 통과는 방지하는 복수의 천공부를 포함하며,

상기 펌프 하우징 및 상기 열교환기는 액정 중합체를 포함하는 재료로 형성되며,

상기 냉각 시스템은, 상기 열교환기를 향하여 공기를 송풍하기 위한 팬과, 상기 열교환기에 설치되며 상기 팬에 의해 송풍된 공기를 상기 열교환기로 지향하도록 구성된 팬 슈라우드를 더 포함하며,

상기 팬 슈라우드는, 상기 열교환기의 주요면과 정합하는 형상과 크기를 갖는 실질적으로 장방형의 기부와,

상기 기부와 일체적으로 형성되고 상기 기부로부터 제 1 방향으로 연장하는 복수의 스냅-끼워맞춤부와,

상기 기부와 일체적으로 형성되고 상기 기부로부터 제 1 방향과 대향하는 제 2 방향으로 연장하며 상기 팬을 둘러싸도록 구성되는 원통형 팬 하우징과,

상기 원통형 팬 하우징과 근접 및 유체 연통하며 펌프 하우징을 내부에 수용하도록 구성된 대체로 평행육면체의 밀폐체를 포함하는

냉각 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 불활성 가스는 질소를 포함하는

냉각 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 튜브는 상기 열교환기로부터 상기 냉각판으로의 튜브경로를 따라 서로 접촉하는

냉각 시스템.
컴퓨터에 있어서,

섀시와;

상기 섀시내에 설치된 마더보드와;

상기 마더보드상에 설치된 마이크로 프로세서와;

상기 섀시내에 설치되며, 상기 마이크로 프로세서에 인접하여 위치된 냉각판을 구비하는 냉각 시스템을 포함하고,

상기 냉각 시스템은, 유체-수용 공간과, 상기 유체-수용 공간내에 수용되는 냉각제를 포함하며,

상기 유체-수용 공간은 상기 냉각판과, 열교환기와, 상기 냉각판과 상기 열교환기를 상호 연결하는 튜빙과, 열교환기와 유체 연통하는 펌프 용적부로 형성되고,

상기 냉각제는 상기 냉각판 내부에서 순환하며,

상기 유체-수용 공간은 실질적으로 기밀 밀봉되고 가스 압축되며

상기 튜빙은 한쌍의 평행한 가요성 튜브를 포함하고, 상기 튜브는 상기 열교환기로부터 상기 냉각판으로의 튜브의 경로를 따라 서로 접촉하는

컴퓨터.
제 19 항에 있어서,

상기 튜빙은 플루오르-엘라스토머, FEP, PVDF, ETFE 및 PTFE로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는

컴퓨터.
제 19 항에 있어서,

상기 펌프 용적부는 펌프 하우징에 의해 규정되며, 상기 펌프 하우징과 상기 열교환기중 적어도 하나는 액정 중합체를 포함하는 재료로 적어도 부분적으로 형성되는

컴퓨터.
제 19 항에 있어서,

상기 유체-수용 공간은 가스-기포-유폐부를 포함하는

컴퓨터.
제 22 항에 있어서,

상기 가스-기포-유폐부는 압축 가스를 상기 가스-기포-유폐부내에 유폐하는 가스 배리어를 포함하는

컴퓨터.