KR100908945B1 - 2 상 스타트업 동작을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

펌프의 스타트업 동작시 액체 펌프(110) 내부에서 증기를 제거하기 위한 방법 및 장치. 또한, 컴프레서(210)의 스타트업 동작시 컴프레서(210) 내부에서 액체를 제거하기 위한 방법 및 장치. 펌프 및 컴프레서는 각각 그들에 부착되어 펌프 또는 컴프레서 내부의 재료의 물리적 상태(즉, 액체 또는 증기)를 결정하는 센서(120, 220)를 포함한다. 펌프 내에서 증기가 검출되면, 펌프에 연결된 열전 모듈(130)은 증기를 액체로 응결시키도록 전력이 공급된다. 유사하게, 컴프레서 내에 액체가 검출되면 컴프레서에 연결된 히터(230)는 액체를 증기로 증발시키도록 전력이 공급된다. 펌프 또는 컴프레서 내의 재료의 상태가 변경된 후, 펌프 또는 컴프레서는 냉각 시스템에서의 동작을 위하여 전력 상승(powered up)된다.
컴프레서, 액츄에이터, 유체 펌프, 온도 센서, 열전 모듈

Description

2 상 스타트업 동작을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TWO-PHASE START-UP OPERATION}
펌프 및 컴프레서
종래의 2 상(액체/증기)) 시스템들의 실시예들은 펌프 또는 컴프레서를 이용하여 시스템을 통해 액체 또는 증기가, 예를 들면, 시스템 내의 다양한 열소스들(heat sources)을 냉각시키도록 강제한다. 2 상 시스템은 일반적으로 시스템의 인테리어 내에 10%-20% 액체 및 80%-90% 증기를 포함한다.
통상적으로, 종래의 실시예들은 시스템 셧다운 이후에 액체 펌프 내의 증기의 축적을 방해하는 방식으로 펌프 또는 컴프레서를 배치한다. 유사하게, 증기 컴프레서를 이용하는 시스템들은 시스템 셧다운 이후에 컴프레서 내의 액체의 축적을 방해하는 방식으로 컴프레서를 배치한다.
액체 펌프(liquid pump)를 이용하는 예에서, 펌프는 시스템을 통하여 액체를 펌핑하며 일반적으로 시스템 내의 최저 중력점(lowest gravitational point)에 배치한다. 이와 같이 배치하는 이유는, 시스템 셧다운시, 중력은 더 무거운 액체가 시스템의 최저점에 축적되도록 하는 한편 더 가벼운 가스들은 시스템 내의 최고점까지 "비등(bubble)"하기 때문이다. 시스템의 최저점, 따라서 펌프가 위치되는 곳 에 액체가 축적되게 하는 것이 바람직한데 그 이유는 액체 펌프는 증기는 잘 펌핑하지 않기 때문이다. 실제로, 증기를 펌핑하는 액체 펌프들은 일반적으로는 오동작하고/거나 파손되어, 펌프의 수명을 단축시킨다.
일반적인 문제로서, 2 상 시스템에서 사용된 액체 펌프는, 펌프가 연속적으로 시스템을 통하여 액체를 푸시하기 때문에, 펌프의 정상 동작 동안보다는 셧다운 이후에 증기가 그 내부에 축적되는 상황을 맞게 되기가 더욱 쉽다. 따라서, 동작중의 펌프의 배치(orientation), 및 따라서 증기를 펌핑해야 하는 위험은 일반적으로 문제가 되지 않는다. 그러나, 펌프 셧다운시, 펌프가 그 내부에 증기를 축적할 가능성은 펌프가 최저 중력점(lowest gravitational point)으로부터 더 멀리 떨어질수록 증가한다. 따라서, 펌프들은 일반적으로는, 셧다운 이후, 중력이 액체가 펌프 내에 축적되도록 하고 증기가 펌프로부터 "비등(bubble)"하여 벗어나게 하는 곳(즉, 최저 중력점)을 향하게 된다.
증기 컴프레서(vapor compressor) 배치는 액체 펌프들과 유사한 원칙들에 기초한다. 그러나, 배치는 정확히 반대이다. 컴프레서들의 경우, 액체 컴프레싱시 잘 동작하지 않기 때문에 시스템의 중력 최고점을 향하게 되는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 높은 지점 배치(high point orientation)로, 증기는 상기 높은 지점으로 향하여 "비등"하고, 따라서 셧다운 이후 컴프레서에 축적되는 한편, 임의의 액체는 시스템 내의 최저 중력점을 향하여 흐를 것이다.
문제는 시스템이 펌프가 시스템의 중력 최저점(gravitational low point) 이외의 지점에 배치되도록 요구하거나 컴프레서가 시스템의 중력 최고 점(gravitational high point) 이외의 지점에 배치되도록 요구하는 경우에 발생한다. 그러한 상황이 발생할 때, 펌프 또는 컴프레서는 원하는 성능을 전달하지 않을 수 있고/거나 전혀 동작하지 못할 수 있다.
다양한 실시예들은 동일한 참조부호들이 유사한 요소들을 나타내는 첨부 도면들 내에서 제한이 아닌 예로서 예시된다.
도 1은 열전 모듈(thermoelectric module)을 포함하는 액츄에이터(actuator)의 일 실시예를 도시한다.
도 2는 히터를 포함하는 액츄에이터의 다른 실시예를 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 열전 모듈의 일 실시예를 도시한다.
도 4는 도 1에 도시된 상기 액츄에이터를 포함하는 열소스(heat source)를 냉각시키는 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 5는 도 2에 도시된 상기 액츄에이터를 포함하는 열소스를 냉각시키는 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 6은 도 4에 도시된 시스템의 동작을 스타트업하는 방법의 일 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 7은 도 5에 도시된 시스템의 스타트업 동작을 위한 방법의 일 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 1은 열전 모듈을 포함하는 액츄에이터의 일 실시예를 도시한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 액츄에이터(100)는 유체 펌프(fluid pump, 110)를 포함한다. 펌프(110)는, 다른 실시예에서는, 시스템에 걸쳐 액체를 강제로 통하게 하는 임의 형태의 장치일 수 있다.
일 실시예에서, 액츄에이터(100)는 센서(120)를 포함한다. 일 실시예에서, 센서(120)는 온도 센서이다. 도 1에 도시된 실시예에서, 온도 센서는 온도 변화에 비례하여 저항을 변화시키는 RTD(resistance temperature detector)이다.
RTD는, 일 실시예에서, 박막 엘리먼트(thin film element) RTD이다. 다른 실시예들은 권선형(wire-wound) RTD 엘리먼트, 캡톤 절연(kapton insulated) RTD 엘리먼트, 또는 임의의 형태의 공지된 RTD를 포함할 수 있다. 다른 적절한 온도 센서들은, 서미스터(thermistor), 적외선 센서, 열전쌍(thermocouple) 또는 온도 변화를 측정할 수 있는 임의의 다른 장치를 포함한다(그러나 이들에 한정되는 것은 아님).
도 1에서, 일 실시예에서, 센서(120)는, 예를 들면 백금의 박막을 세라믹판 위에 피착함으로써 형성된다. 다른 적절한 엘리먼트들은 구리, 니켈, 니켈-철 또는 RTD에서 사용하는데 적합한 임의의 다른 재료를 포함한다(그러나, 이에 한정되는 것은 아님). 또한, 기판은 실리콘, GaAs, 또는 RTD에서 사용하는데 적합한 임의의 다른 재료로 형성될 수 있다. 납(leads)이 백금에 부착되고, 기판은 예를 들면, 유리 또는 에폭시로 코팅된다.
전력이 센서(120)에 공급됨에 따라, 온도 변화의 정도에 따른 저항의 변화는 센서(120)의 온도 범위에 걸쳐 거의 선형이다. 일 실시예에서, 제어기는 이 저항값을 측정하고 그것을 온도 표시(temperature reading)로 변환한다. 이용된 전류 및 전압에 기초하여, 센서(120)는 이 저항을 계산한다. 따라서, 센서(120)의 저항값은, 일 실시예에서, 온도가 증가함에 따라 증가한다(그리고 온도가 감소함에 따라 감소한다).
센서(120)는, 일 실시예에서, "베이스(base)" 저항값을 이용하여 온도 변화를 계산한다. 센서(120)의 백금 실시예들은 0 ℃(32°F)에서 약 100 옴 내지 약 1000 옴의 베이스 값을 갖는다. 일 실시예에서, 센서(120)는 0℃에서 약 100 옴의 베이스 값을 갖는다. 다음의 표는 센서(120)에서 사용하기에 적합한 일부 금속들에 대한 베이스 값 범위의 예를 도시한다.
엘리먼트 유형 온도 범위 베이스 저항
백금 -200 내지 850 ℃ 0 ℃에서 100Ω
구리 -100 내지 260 ℃ 25 ℃에서 10Ω
니켈 -100 내지 1000 ℃ 0 ℃에서 120Ω
전류가 센서(120)에 공급됨에 따라, 센서(120)는 펌프(110)내의 온도 변화 레이트(열적 확산도(thermal diffusivity))을 측정한다. 온도가 변화하는 레이트는 펌프(110) 내에 포함된 물질의 물리적 상태(즉, 액체(140) 또는 증기(150))를 결정한다.
다른 실시예에서, 센서(120)는 가스 센서이다. 일 실시예에서, 가스 센서는 탄소 나노튜브 증기 이온화 센서(carbon nanotube vapor ionization sensor)이다. 센서(120)는 액츄에이터 내의 증기의 존재를 결정할 수 있는 임의의 장치일 수 있다.
일 실시예에서, 센서(120)는 애노드 및 복수의 다중벽(multiwall) 나노튜브를 포함하는 박막 어레이를 갖는 캐소드를 포함한다. 애노드는, 일 실시예에서, 알루미늄 시트이다.
모든 증기는 고유의 브레이크다운 전압, 즉 그것이 이온화되는 전계를 가지므로, 펌프(110) 내의 증기의 존재는 펌프(110) 내에 포함된 물질의 브레이크다운 전압을 측정함으로써 결정될 수 있다. 이것을 수행하기 위하여, 막 내의 개별적인 나노튜브들은, 일 실시예에서, 그들의 팁들(tips) 근처에서 매우 높은 전계를 생성하고, 모든 나노튜브들의 결합된 효과는 전체 전계를 증가시켜서, 증기 브레이크다운 프로세스의 속도를 증가시킨다. 따라서, 펌프(110) 내에 포함된 물질의 브레이크다운 전압을 측정함으로써, 센서(120)는 펌프(110) 내의 증기의 존재를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 센서(120)는 10- 7몰/리터 만큼 낮은 증기의 농도를 검출할 수 있다. 다른 실시예에서, 센서(120)는 혼합되어 있는 상이한 증기들을 구별할 수 있으며, 온도나 습도같은 외부 요인들에 의하여 영향을 받지 않는다.
도 1에 도시된 실시예에서, 액츄에이터(100)는 또한 펌프(110)에 부착된 열전 모듈들(130)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 액츄에이터(100)는 둘 이상의 열전 모듈들(130)을 포함하거나 오직 하나의 열전 모듈(130)만을 포함할 수 있다.
열전 모듈들(130)은, 일 실시예에서, 열전 모듈들(130)의 "차가운 측(cold side)"이 펌프(110)와 접촉하게 되도록 배치된다. 열전 모듈(130)의 차가운 측은 펌프(110)에 포함된 증기(150)를 액체(140)로 응결시킨다. 따라서, 증기(150)의 충분한 응결(condensation)후, 펌프(110)는, 이상적으로는, 펌프 액체(140)만을 포함할 것이다. 액체(140)만 펌핑함으로써, 펌프(110)는 적절하게 기능할 가능성이 더 높아지며 "막힘(choke)"의 가능성이 더 적어지거나, 또는 이상적으로는 전혀 막히지 않는다.
일 실시예에서, 액츄에이터(100)는 스타트업(start up) 회로(160)를 포함한다. 스타트업 회로(160)는, 후술되는 바와 같이, 전력 스위치(105)가 턴온될 때, 자동 피드백 시스템을 제어할 수 있다.
스타트업 시스템 회로(160)는 펌프(110) 내에 포함된 물질의 물리적 상태 체킹을 시작하기 위한 신호를 센서(120)에 보낸다. 물질이 바람직하지 못한 물리적 상태에 있다면, 회로(160)는 펌프(110) 내에 포함된 물질의 물리적 상태를 변경하는 프로세스를 개시하기 위한 신호를 열전 모듈(130)에 보낸다.
상태가 충분히 변경된 후, 스타트업 시스템 회로(160)는 펌프(110)를 턴온하는 신호를 보낸다. 펌프(110)가 펌핑을 개시한 후 충분한 양의 시간이 경과한 후, 스타트업 시스템 회로(160)는 액츄에이터(100)에 연결된 열소스(170)를 스타트업하는 신호를 보낸다.
도 2는 히터를 포함하는 액츄에이터의 다른 실시예를 도시한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 액츄에이터(200)는 컴프레서(210)를 포함한다. 컴프레서(210)는, 다른 실시예에서는, 시스템에 걸쳐 증기를 강제로 통하게 하는 임의의 유형의 장치일 수 있다.
액츄에이터(200)는, 일 실시예에서, 도 1을 참조하여 전술된 센서(120)의 실시예들중 임의의 것일 수 있는 센서(220)를 포함한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 액츄에이터(200)는 컴프레서(210)에 연결된 히터(230)를 포함한다.
히터(230)는 액체를 가열하여 증기로 되게 하는데 충분한 열을 발생시킬 수 있는 공지된 임의의 히터 또는 임의의 장치(예를 들면, TEC)일 수 있다. 또한, 액츄에이터(200)의 다른 실시예는 복수의 히터들(230)을 포함할 수 있다.
히터(230)는 히터(230)에 의해 발생된 열에 액체(250)가 노출되도록 배치된다. 열에 노출될 때, 이상적으로는, 컴프레서(210)에 포함된 임의의 액체(250)는 증발하여 증기(260)로 될 것이다. 따라서, 액체(250)의 충분한 증발 이후에, 컴프레서(210)는, 이상적으로는, 증기(260)만을 포함할 것이므로, 증기(260)만 컴프레싱할 것이다. 증기만을 컴프레싱함으로써, 컴프레서(210)는 더욱 적합하게 기능하게 된다.
일 실시예에서, 액츄에이터(210)는 스타트업 회로(280)를 포함한다. 스타트업 회로(280)는, 전력 스위치(205)가 턴온될 때, 후술되는 바와 같이, 자동 피드백 시스템을 제어할 수 있다.
스타트업 시스템 회로(280)는 센서(220)에 신호를 보내어 컴프레서(210)에 포함된 물질의 물리적 상태를 체크하기 시적한다. 물질이 바람직하지 않은 물리적 상태에 있다면, 회로(280)는 컴프레서(210)에 포함된 물질의 물리적 상태를 변경하는 프로세스를 개시하는 신호를 히터(230)에 보낸다.
상태가 충분히 변경된 후, 스타트업 시스템 회로(280)는 컴프레서(210)를 턴온하는 신호를 보낸다. 컴프레서(210)가 컴프레싱을 개시한 후 충분한 양의 시간이 경과한 후, 스타트업 시스템 회로(280)는 액츄에이터(200)에 연결된 열소스(270)를 스타트업하는 신호를 보낸다.
도 3은 열전 모듈의 일 실시예를 도시한다. 일 실시예에서, 열전 모듈(300)은 전기 에너지를 이용해서 온도차(temperature differential)에 대항하여 열을 펌핑하는 고체 상태 장치(solid state device)이다. 열전 모듈(300)은, 일 실시예에서, TEC(thermoelectric cooler, 310)이다. 다른 실시예들에서, 열전 모듈(300)은 TEC(310), 방열판(heat sink, 370) 및 팬(380)의 임의의 조합을 포함한다(예를 들면, TEC(310)과 팬(380); TEC(310)과, 방열판(370) 및 팬(380); 팬(30); 등). 열전 모듈(300)은, 다른 실시예에서는, 증기가 액체로 응결되도록 할 수 있는 임의의 장치일 수 있다.
펠티에 효과(Peltier effect)에 기초하여, TEC(310)는 전기 캐리어들(345, 355)로 대량 도핑된 반도체 재료의 n형 및 p형 컬럼들(340, 350)로 구성된다. 일 실시예에서, 컬럼들(340, 350)은 구리 도체들(330, 335)에 납땜되어 컬럼들(340, 350)은 전기적으로는 직렬 및 열적으로는 병렬로 연결된다. 도체들(330, 335)을 위한 다른 적합한 재료들은, 금, 은, 백금, 티타늄, 탄탈륨, 알루미늄, 또는 전기적인 전도(electrical conduction)에 적합한 임의의 다른 금속이나 합금을 포함한다(그러나 이에 한정하는 것은 아님).
일 실시예에서, 컬럼들(340, 350) 및 도체들(330)은, 컬럼들(340, 350)의 각각의 측에 하나씩, 세라믹 기판들(320, 330)에 부착된다. 기판들(320, 330)을 위한 다른 적합한 재료들은 실리콘, GaAs, 또는 기판을 형성하는데 적합한 임의의 다른 재료를 포함한다(그러나 이에 한정되는 것은 아님).
전류(360)가 열전 모듈(300)에 인가됨에 따라, 전자들(345)은 도체들(330)에서는 자유롭지만 기판(325)에서는 자유롭지 못하게 이동한다. 전자들(345)이 컬럼(340)을 떠나서 컬럼(350)에 들어감에 따라, 전자들(345)은 컬럼(350)의 p 형 재료를 통하여 이동하기 위하여 홀들(355)과 위치를 바꾸어야 한다. 전자들(345)과 홀들(355)이 위치를 바꿈에 따라, 전자들(345)은 더 낮은 에너지 레벨로 드롭하고 상기 프로세스에서의 열을 기판(325)으로 방출하여 "뜨거운 측(hot side)"을 생성한다.
전자들(345)이 컬럼(350)으로부터 도체(335)로 이동함에 따라, 전자들(345)은 더 높은 에너지 레벨로 역으로 범프(bumped back)되어 상기 프로세스에서의 열을 흡수한다. 전자들(345)은 그들이 기판(320)에 도달할 때까지 도체(335)를 통하여 자유로이 이동한다.
전자들(345)이 컬럼(340)으로 이동함에 따라, 그들은 기판을 통하여 이동하기 위해 에너지 레벨을 반드시 범프업(bump up)하여야 하고 열이 흡수되어 "차가운 측(cold side)"을 생성한다. 전자들(345)이 n형의 뜨거운 측을 떠남에 따라, 그들은 다시 도체(330)에서 자유로이 이동할 수 있으며 더 낮은 에너지 레벨로 드롭함으로써 열을 방출한다.
주목할 점은, 열전 모듈(300)을 통한 전류(360)의 방향을 반대로 하는 것은 상기 측들(sides)의 열 배치(heat orientation)를 변경시킨다. 따라서, 기판들(320 및 325)은 전류의 방향에 의존하여 뜨겁거나 차갑게 될 수 있다.
도 4는 예를 들면, 열소스들을 냉각시키는 2 상(액체/증기) 시스템의 일 실시예를 도시한다. 도 4에 도시된 실시예에서는, 시스템(400)이 이용되어 컴퓨터의 열소스들을 냉각한다.
일 실시예에서, 시스템(400)은 밀봉된(sealed), 폐쇄 루프 2 상 시스템이다. 시스템(400)은, 일 실시예에서, 액츄에이터(410)를 포함한다. 액츄에이터(410)는 전술된 액츄에이터(100)의 실시예들중 임의의 실시예 또는 그들의 조합일 수 있다.
도 4의 지점(A)에서, 액체는 액츄에이터(410)로부터 튜빙(tubing, 415)을 통하여 냉각판(cold plate, 420)으로 펌핑된다. 일 실시예에서, 시스템(400)을 통하여 펌핑되는 액체는 물이다. 시스템(400)에서 이용되는 다른 적합한 액체들은 알콜(예를 들면, 이소프로필, 페놀, 등), 냉각제(refrigerants)(예를 들면, r11, r12, r13, r22, r23, r113, r114, r115, r116, r134a, r500, r502, r503, 등) 및 에너지(열)을 흡수하는데 적합한 임의의 다른 액체를 포함한다(그러나, 이에 한정하는 것은 아님).
일 실시예에서, 냉각판(420)은 내부에 열강화면(heat enhancement surface)(예를 들면, 튜빙)을 구비한 금속 컨테이너이다. 또한, 냉각판(420)은, 다른 실시예들에서, 장치와 연결되는 컴포넌트로부터 열을 흡수할 수 있는 임의의 형태의 공지된 냉각판 또는 임의의 다른 장치일 수 있다.
냉각판(420)은, 일 실시예에서, 열소스(430)에 연결된다. 열소스(430)는, 일 실시예에서, CPU이다. 냉각판(420)이 연결될 수 있는 다른 열소스들은 I/O 컨트롤러, 메모리 컨트롤러 또는 컴퓨터 내의 임의의 다른 열소스를 포함한다(그러나 이에 한정하는 것은 아님).
액체가 냉각판(420) 내의 열강화면을 통과함에 따라, 액체는 컴포넌트(430)으로부터 열을 흡수하여 액체중 일부를 가스(증기)로 변환한다. 냉각판(420)을 통하여 흐르는 액체가 팽창하므로, 냉각판(420)은 어떠한 내압의 증가에도 견딜만큼 충분히 강해야 한다.
도 4의 지점(B)에서, 액체/증기 조합(유체)은 냉각판(420)을 탈출하였다. 일 실시예에서, 유체는 약 0.3(30% 증기)의 양을 갖는다. 다른 실시예들에서 유체는 약 0.1 내지 약 1.0의 범위의 양을 가질 수 있다. 그 후 유체는, 일 실시예에서, 열교환기(440) 내로 강제로 들어간다.
일 실시예에서, 열교환기(440)는 튜브-핀(tube-fin) 열교환기이다. 또한, 열교환기(440)는, 다른 실시예들에서는, 열을 제거하고 유체를 액체로 컴프레싱할 수 있는 공지된 임의의 유형의 열교환기 또는 임의의 장치일 수 있다. 유체가 열교환기(440)에 들어감에 따라, 열교환기(440)는 유체로부터 열을 제거하고, 유체를 다시 액체로 응결한다.
도 4의 지점(C)에서, 열교환기(440)에 들어간 유체는 다시 액체로 변환되었다. 일 실시예에서, 유체는 액츄에이터(410)로 리턴되어 시스템(400)을 통해 역으로 펌프된다.
일 실시예에서, 시스템(400)은 냉각판(420)과 열소스(430) 사이의 열 인터페이스를 이용하여 열소스(430)에 연결된다. 다른 실시예에서, 시스템(400)은 열소스(430)와 함께 다이 상에 제조될 수 있다.
액츄에이터(410) 내에 포함된 임의의 증기는 액츄에이터(410)에 전력을 공급하기 전에 응결될 수 있으므로, 일반적으로 시스템 내의 펌프들의 배치와 관련된 문제들은 극복된다. 따라서, 액츄에이터(410)는 시스템(400)의 중력 저점(gravitationally low point)에 관계없이, 시스템(400) 내에서 열교환기(440) 이후 냉각판(420) 이전의 어느 곳에든 배치될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(410)는 시스템(400) 또는 액츄에이터(410)의 성능에는 영향을 미치지 않고 시스템(400)의 중력 고점(gravitationally high point)에 배치될 수 있다.
도 5는 열소스들을 냉각하기 위한 시스템의 일 실시예를 도시한다. 도 5에 도시된 실시예에서는, 시스템(500)이 이용되어 도 4를 참조하여 전술된 실시예들과 유사한 컴퓨터의 열소스들을 냉각시킨다.
일 실시예에서, 시스템(500)은 액츄에이터(510), 튜빙(515), 열교환기(520) 냉각판(530), 열소스(540) 및 팽창 밸브(550)를 포함한다. 액츄에이터(510)는 전술된 컴프레서(200)의 심시예들중 임의의 실시예 또는 그들의 조합일 수 있다. 또한, 튜빙(515), 열교환기(520) 냉각판(530) 및 열소스(540)는 각각 전술된 튜빙(415), 열교환기(440) 냉각판(420) 및 열소스(430)와 유사하다.
도 5의 지점(A)에서, 증기는 액츄에이터(510)로부터 튜빙(515)을 통하여 열교환기(520)로 강제로 들어간다. 증기가 열교환기(520)로 들어감에 따라, 열교환기(520)는 증기로부터 열을 제거하고, 증기를 유체로 응결한다.
도 5의 지점(B)에서, 유체는 열교환기(520)를 탈출한다. 일 실시예에서, 유체는 냉각판(530)으로 강제로 들어가기 전에 튜빙(515) 내의 유체의 압력과 온도를 감소시키는 팽창 밸브(550)를 통과한다
팽창 밸브(550)는 튜빙(515) 내의 압력을 감소시킬 수 있는 공지된 임의의 팽창 밸브 또는 임의의 장치일 수 있다. 유체가 냉각판(530)에 들어감에 따라, 유체는 냉각판(530) 내의 열강화면을 통과하여 열소스(540)로부터 열을 흡수하고 유체를 다시 증기로 변환한다.
도 5의 지점(C)에서, 냉각판(530)에 들어간 유체는 다시 증기로 변환되었다. 일 실시예에서, 증기는 액츄에이터(510)로 리턴되어 시스템(500)을 통하여 역으로 펌프된다.
액츄에이터(510) 내에 포함된 임의의 액체는 액츄에이터(510)에 전력을 공급하기 전에 증발될 수 있으므로, 일반적으로 시스템 내의 컴프레서들의 배치와 관련된 문제들은 극복된다. 따라서, 액츄에이터(510)는 시스템(500)의 중력 고점과 무관하게, 시스템(500) 내에서 냉각판(530) 이후 열교환기(520) 이전의 어느 곳에든 배치될 수 있다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이,액츄에이터(510)는 시스템(500) 또는 액츄에이터(510)의 성능에 영향을 미치지 않고 시스템(500)의 중력 저점에 배치될 수 있다. 또한, 시스템(400)과 유사하게, 시스템(500)의 실시예들은 열 인터페이스를 이용하여 열소스(540)에 연결되는 냉각판(530)을 포함할 수 있거나 시스템(500)은 열소스(540)와 함께 다이 상에 제조될 수 있다.
도 6은 냉각 시스템의 스타트업 동작을 수행하는 방법의 일 실시예의 흐름도를 도시한다. 방법(600)은 액츄에이터의 센서에 전력을 공급함으로서 시작한다(블럭 610). 도 6에 도시된 실시예에서, 액츄에이터는 액체 펌프이다. 센서 및 액츄에이터는 전술된 센서 및 액츄에이터의 실시예들중 임의의 것일 수 있다.
액츄에이터 내에서, 온도 센서에 의해 측정된, 온도의 변화율 또는 가스 센서에 의하여 측정된, 액츄에이터 내에 포함된 물질의 브레이크다운 전압은 액츄에이터 내에 증기의 임계량이 존재하는지 여부를 결정한다(블럭 620). 따라서, 증기의 임계량은 액츄에이터 내의 온도의 변화율 또는 액츄에이터에 포함된 물질의 브레이크다운 전압을 측정함으로써 결정될 수 있다. 방법(600)의 실시예들은 전술된 물질들중 임의의 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 센서가 액츄에이터 내의 증기의 임계량을 검출하면, 액츄에이터의 열전 모듈에 전력이 공급되어 액츄에이터 내에서 발견된 증기를 액체로 응결한다(블럭 625). 일 실시예에서, 전력이 열전 모듈에 공급되면 센서(온도)는 셧오프된다. 다른 실시예에서, 센서(가스)는 액츄에이터 내의 물질의 브레이크다운 전압을 계속 측정한다. 열전 모듈은 전술된 실시예들중 임의의 것일 수 있다.
방법(600)에서 이용될 수 있는 각각의 물질은 상이한 잠열(latent heat)(또는 기화열)을 가지므로, 열전 모듈로의 노출 시간의 양은 변화할 것이다. 일 실시예에서, 일부 증기가 액체로 응결된 후, 액츄에이터의 센서에 전력이 공급되어 액츄에이터 내의 증기의 임계량이 여전히 존재하는지 여부를 결정한다(블럭 630). 일 실시예에서, 임계량이 계속 존재한다면, 열전 모듈로의 전력이 유지되어 증기를 액체로 계속 응결한다. 증기의 임계량의 존재에 대한 체킹(블럭 610 및 620) 및 증기 응결(블럭 625)의 이 프로세스는 센서가 액츄에이터 내에 증기의 임계량이 존재하지 않는 것을 결정할 때까지 계속된다(블럭 630).
일 실시예에서, 센서가 액츄에이터 내에 증기의 임계량이 존재하지 않는 것(초기부터 또는 펌프 내에서 증기가 응결된 후에)을 결정할 때, 센서는 셧오프되고, 열전 모듈은 셧오프되며 액츄에이터에 전력이 공급된다(블럭 640). 전력이 액츄에이터에 공급될 때, 액츄에이터는 시스템을 통하여 유체를 펌핑하는 것을 시작한다(블럭 650).
유체가 시스템을 통하여 순환하기 시작하면, 시스템에 연결된 열소스는 전력 상승된다(블럭 660). 일 실시예에서, 열소스는 CPU이다. 다른 실시예들에서는, 열 발생 컴포넌트는, I/O 컨트롤러, 메모리 컨트롤러, 충분히 냉각될 필요가 있는 다른 열소스 또는 그들의 조합(CPU를 포함하여)일 수도 있다.
도 7은 도 6에서 전술된 방법에 유사한 냉각 시스템의 스타트업 동작을 수행하는 방법의 일 실시예의 흐름도이다. 도 7에 도시된 실시예에서, 액츄에이터는 컴프레서이다. 액츄에이터는 전술된 액츄에이터의 실시예들중 임의의 것일 수 있다.
도 7의 실시예들은 센서들을 이용하여 액츄에이터 내의 액체의 존재를 결정한다(블럭 710 및 720). 센서들은 전술된 센서들중 임의의 것일 수 있다.
일 실시예에서, 액츄에이터 내의 액체의 임계량이 발견되면, 히터가 이용되어 액체를 가열하여 증기로 만든다(블럭 725). 일 실시예에서, 액체의 임계량이 액츄에이터 내에 존재하지 않을 때까지 이 프로세스는 반복된다(블럭 730). 일 실시예에서는, 임계량이 더 이상 존재하지 않는 후에, 액츄에이터가 턴온된다(블럭 740 및 750). 일 실시예에서, 액츄에이터가 미리 결정된 양의 시간 동안 동작중에 있은 후, 냉각 시스템 내의 임의의 열 소스들이 턴온된다(블럭 760).
이상의 명세서에서, 본 발명은 특정한 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 첨부된 청구범위에 기재된 바와 같은 본발명의 더 넓은 취지 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있음은 자명할 것이다. 따라서, 상기 설명 및 도면들은 제한적 의미가 아닌 에시적인 의미로 간주되어야 한다.

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  13. 2 상 스타트업 동작을 위한 시스템으로서,
    액츄에이터;
    상기 액츄에이터에 연결된 센서 - 상기 센서는 상기 액츄에이터 내의 물질의 물리적 상태를 검출함 -;
    상기 액츄에이터에 연결된 열전 모듈 - 상기 모듈은 상기 액츄에이터 내의 상기 물질이 물리적 상태를 변경하도록 촉진함 -; 및
    상기 액츄에이터에 연결된 열소스 - 상기 열소스는 상기 액츄에이터의 동작에 의하여 냉각됨 -
    를 포함하고,
    상기 액츄에이터는 펌프 및 컴프레서 중 하나이고, 상기 펌프는 중력 저점(gravitationally low point)에 무관한 위치에 배치되거나, 상기 컴프레서는 중력 고점(gravitationally high point)에 무관한 위치에 배치되는, 2 상 스타트업 동작을 위한 시스템.
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  17. 제13항에 있어서, 상기 센서는 저항 온도 검출기, 서미스터, 적외선 센서, 가스 센서 및 열전쌍 중 하나인 2 상 스타트업 동작을 위한 시스템.
  18. 제13항에 있어서, 상기 모듈은 열전 쿨러 및 히터 중 하나를 포함하는 2 상 스타트업 동작을 위한 시스템.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 열소스에 연결된 냉각판(cold plate)을 더 포함하는 2 상 스타트업 동작을 위한 시스템.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 액츄에이터에 연결된 열교환기(heat exchanger)를 더 포함하는 2 상 스타트업 동작을 위한 시스템.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 액츄에이터, 센서 및 모듈에 연결된 스타트업 회로 - 상기 스타트업 회로, 액츄에이터, 센서 및 모듈은 자동 피드백 시스템을 형성함 - 를 더 포함하는 2 상 스타트업 동작을 위한 시스템.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 액츄에이터, 센서, 열전 모듈 및 열소스가 장착되는 다이를 포함하는 집적회로 패키지를 더 포함하는 2 상 스타트업 동작을 위한 시스템.
  23. 삭제
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  27. 제13항에 있어서,
    상기 열전 모듈은 쿨러 또는 히터이며, 상기 물질은 증기 및 액체 상태 간에 물리적 상태를 변경하는 2 상 스타트업 동작을 위한 시스템.
  28. 제13항에 있어서,
    상기 펌프는 상기 시스템의 최저 중력점(lowest gravitational point) 위에 위치되는 2 상 스타트업 동작을 위한 시스템.
  29. 제13항에 있어서,
    상기 컴프레서는 상기 시스템의 최고 중력점(highest gravitational point) 아래에 위치되는 2 상 스타트업 동작을 위한 시스템.
  30. 삭제
  31. 제13항에 있어서,
    상기 열전 모듈은 상기 엑츄에이터가 동작하지 않을 때 기능하는 2 상 스타트업 동작을 위한 시스템.
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