KR101148749B1 - 냉각 재킷, 냉각 유닛, 냉각 시스템 및 전자 기기 - Google Patents

냉각 재킷, 냉각 유닛, 냉각 시스템 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

(과제) 냉매의 유로 중에 발생한 기포의 포착이 용이한 냉각 재킷, 냉각 유닛, 냉각 시스템 및 전자 기기를 제공하는 것을 과제로 한다.
(해결수단) 적어도 일부에 냉각 대상의 전자 부품(70a, 70b)이 접촉되고, 유로(12a, 12b) 내에 냉매를 통과시킴으로써 전자 부품(70a, 70b)을 냉각시키는 냉각 재킷으로서, 유로(12a)는, 다른 영역보다 유로 단면적이 넓은 광폭부(12a2)를 가지며, 광폭부(12a2)의 하류측에 돌출부(15a)가 형성되어 있다. 또, 돌출부(15a)는 유로(12a)의 상면 내벽에 형성되어 있다.
냉각 시스템

Description

냉각 재킷, 냉각 유닛, 냉각 시스템 및 전자 기기{COOLING JACKET, COOLING UNIT, COOLING SYSTEM AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 발명은, 냉각 재킷, 냉각 유닛, 냉각 시스템 및 전자 기기에 관한 것이다.
전자 기기에 탑재된 전자 부품을, 액상의 냉매를 이용하여 냉각시키는 기술이 알려져 있다. 이러한 냉매의 유로 중에 기포가 발생하는 경우가 있다. 이러한 기포를 미리 정해진 위치에서 포착하는 기술이 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2004-289049호 공보
특허문헌 2 : 일본 특허 공개 2003-120548호 공보
특허문헌 3 : 일본 실용신안 공개 평 3-006838호 공보
그러나 냉매의 유속이 빠른 경우에는, 기포를 미리 정해진 위치에서 포착할 수 없을 우려가 있다.
따라서, 본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 냉매의 유로 내에 발생한 기포의 포착이 용이한 냉각 재킷, 냉각 유닛, 냉각 시스템 및 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서에 개시된 냉각 재킷은, 적어도 일부에 냉각 대상의 부품이 접촉되고, 유로 부재 내에 냉매를 통과시킴으로써 상기 냉각 부품을 냉각시키는 냉각 재킷으로서, 상기 유로 부재는 다른 영역보다 유로 단면적이 넓은 영역을 가지며, 상기 유로 단면적이 넓은 영역의 하류측에 돌출부가 형성되어 있다. 유로 단면적이 넓은 영역에서 냉매의 유속은 저하된다. 이에 따라, 돌출부 앞에서 냉매의 유속이 저하되어, 유로 중의 기포가 돌출부에 의해 포착된다.
또, 본 명세서에 개시된 냉각 유닛은, 상기 냉각 재킷과, 상기 냉각 재킷에서 수열한 상기 냉매를 방열하는 라디에이터와, 상기 냉각 재킷과 상기 라디에이터 사이에서 상기 냉매를 순환시키는 펌프를 구비하고 있다.
또, 본 명세서에 개시된 냉각 시스템은, 상기 냉각 유닛과, 상기 부품을 구비하고 있다.
또, 본 명세서에 개시된 전자 기기는 상기 냉각 시스템을 구비하고 있다.
냉매의 유로 중에 발생한 기포의 포착이 용이한 냉각 재킷, 냉각 유닛, 냉각 시스템 및 전자 기기를 제공할 수 있다.
이하, 실시형태에 관해 도면을 참조하여 설명한다.
전자 기기의 일례로서 노트북 PC를 설명한다. 도 1a~도 1c는, 노트북 PC(1)의 설명도이다. 노트북 PC(1)는, 개폐 가능하게 연결된 표시부(2), 본체부(3)를 갖고 있다. 표시부(2)에는 액정 디스플레이(4)가 설치되어 있다. 본체부(3)에는 키보드(5)가 설치되어 있다. 본체부(3)에는 각종 전자 부품이 내장되어 있다. 도 1c는, 바닥면측에서 본 노트북 PC(1)의 사시도이며, 본체부(3)의 바닥면 커버를 제거한 상태를 나타내고 있다. 도 1c에 예시한 바와 같이, 본체부(3)에는 냉각 유닛(8)이 내장되어 있다. 냉각 유닛(8)은 노트북 PC(1) 내의 전자 부품을 냉각시킨다. 도 2는, 냉각 유닛(8)의 사시도이다. 냉각 유닛(8)은, 프린트 기판 상에 실장되며, 냉각 재킷(10), 펌프(20), 라디에이터(30), 냉각 팬(40)을 포함한다.
냉각 재킷(이하, 재킷이라 칭함; 10)의 내부를 냉매가 통과한다. 재킷(10)은 케이스(11a), 덮개(11b)를 갖고 있다. 케이스(11a), 덮개(11b)는, 예를 들어, 구리, 알루미늄 등의 열전도성이 우수한 금속제이다. 재킷(10)은 편평한 형상을 가진다.
펌프(20)는, 재킷(10)과 라디에이터(30) 사이에서 냉매를 순환시킨다. 펌 프(20)는 전동식이다. 또, 펌프(20)와 재킷(10)은 고무 튜브(60)를 통해 연통하고 있다. 고무 튜브(60)는 냉매의 누설을 방지하기 위한 것이다. 고무 튜브(60), 금속제의 벨트에 의해 체결되어 있다. 펌프(20)는 편평한 형상을 가진다.
라디에이터(30)는 재킷(10)에서 수열(受熱)한 냉매를 방열한다. 라디에이터(30)는, 예를 들어 알루미늄 등의 금속제이다. 라디에이터(30)는, 튜브(34), 보호판(36), 배출관(32a), 도입관(32b)을 갖고 있다. 튜브(34)는, 내부에 냉매가 통과하는 편평한 형상이며 대략 U자형이다. 배출관(32a), 도입관(32b)은 튜브(34)의 각각의 단부와 연통하고 있다. 또, 보호판(36)은 튜브(34)를 둘러싼다. 배출관(32a), 도입관(32b)은 각각 재킷(10)과 연통하고 있다. 배출관(32a), 도입관(32b)과, 재킷(10)은, 고무 튜브(60)를 통해 연통하고 있다. 보호판(36)과 튜브(34) 사이에는 도시하지 않은 복수의 핀이 설치되어 있다. 또, 서로 마주 보는 튜브(34) 사이에도, 도시하지 않은 복수의 핀이 설치되어 있다.
냉각 팬(40)은, 개구(41)를 가지며, 내부에 팬(42)을 수납하고 있다. 팬(42)이 회전함으로써, 개구(41)를 통해 냉각 팬(40) 내에 공기가 들어와, 송풍구(46)로 배출된다. 송풍구(46)는 라디에이터(30)와 대향하고 있다. 송풍구(46)로 배출된 공기는, 라디에이터(30)에 송풍된다. 이에 따라, 라디에이터(30)에서의 냉매의 방열이 촉진된다.
프린트 기판(50)은, 경질의 프린트 배선판이며, 미리 정해진 패터닝이 실시되어 있다. 프린트 기판(50)에는 복수의 전자 부품이 실장되어 있다. 이들 전자 부품은 전력이 공급됨으로써 발열한다. CPU(Central Processing Unit; 70b)는, 프 린트 기판(50)에 실장된 전자 부품 중 하나이다. CPU(70b)는 덮개(11b)와 접촉하고 있다. 이에 따라, 재킷(10) 내를 통과하는 냉매는, CPU(70b)로부터 열을 받아 CPU(70b)가 냉각된다. 재킷(10), 라디에이터(30), 냉각 팬(40)은, 프린트 기판(50) 상에 고정된다.
냉매는, 예를 들어, 물 또는 부동액이다. 부동액이란, 물의 동결을 방지하는 부동액제(예를 들어, 프로필렌글리콜 등)를 물에 첨가한 것이다.
도 3은, 재킷(10)의 내부 구조의 설명도이다. 도 3에서는, 케이스(11a)에서 덮개(11b)를 제거한 상태를 나타내고 있다.
재킷(10) 내에는 유로(12a, 12b)가 설치되어 있다. 상세하게는, 케이스(11a)에 유로(12a, 12b)가 설치되어 있다. 케이스(11a), 덮개(11b)는, 유로(12a, 12b)를 획정하는 유로 부재에 해당한다. 유로(12a, 12b)는, 구획벽(18)에 의해 서로 이격되어 있다. 즉, 유로(12a, 12b)는 합류하지 않는다.
유로(12a)는, 냉매가 유로(12a) 내에 도입되는 도입구(12ai), 냉매가 유로(12a)로부터 배출되는 배출구(12ao)를 갖고 있다. 마찬가지로, 유로(12b)는, 냉매가 유로(12b) 내에 도입되는 도입구(12bi), 냉매가 유로(12b)로부터 배출되는 배출구(12bo)를 갖고 있다. 도 4는, 펌프(20) 주변의 모식도이다.
라디에이터(30)로부터 배출된 냉매는, 도입구(12ai)를 통해 유로(12a)에 도입된다. 배출구(12ao)로부터 배출된 냉매는 펌프(20) 내에 흡인된다. 흡인된 냉매는, 도입구(12bi)를 통해 유로(12b) 내에 토출되어, 배출구(12bo)를 통해 라디에이터(30)로 배출된다. 도입구(12ai)는 배출관(32a)과 연통하고, 배출구(12bo)는 도입관(32b)과 연통하고 있다.
유로(12a)에는 돌출부(15a, 16a)가 형성되어 있다. 돌출부(15a, 16a)에 관해 상세히 후술한다. 유로(12a) 내의 냉매는, 구획벽(18a) 주위를 따라 흐른다.
유로(12b)에는 핀군(15b)이 설치되어 있다. 핀군(15b)은, 유로(12b)의 만곡된 부위를 따르도록 연장되어 있다. 유로(12b) 내의 냉매는, 구획벽(18b) 주위를 따라 흐른다. 케이스(11a)는, 핀군(15b)에 대응하는 위치에서 CPU(70b)와 접촉하고 있다. 핀군(15b)은, 냉매와의 접촉 면적을 확보하기 위한 것이다. 이에 따라, CPU(70b)로부터 전달된 열은, 핀군(15b)을 통해 효율적으로 냉매에 전달된다.
다음으로, 돌출부(15a, 16a)에 관해 설명한다.
유로(12a)의 하류측에는 돌출부(15a)가 형성되어 있고, 상류측에는 돌출부(16a)가 형성되어 있다. 돌출부(15a, 16a)는 대략 동일한 형상이다. 돌출부(15a, 16a)는, 냉매의 통과를 허용하지만, 기포를 보충할 수 있도록 형성되어 있다. 돌출부(15a, 16a)는, 유로(12a)를 획정하는 케이스(11a)의 내면으로부터, 덮개(11b)의 내면을 향해 돌출되어 있다. 케이스(11a)의 내면은 제1 내면에 해당하고, 덮개(11b)의 내면은 제1 내면과 대향하는 제2 내면에 해당한다. 노트북 PC(1)의 통상의 사용 양태에서는, 케이스(11a)가 상측이며, 덮개(11b)가 하측에 위치한다. 즉, 케이스(11a)가 상측이며, 덮개(11b)가 하측에 위치한다. 돌출부(15a, 16a)는 유로(12a)의 상면측의 내벽에 형성되게 된다. 통상의 사용 양태는, 본체부(3)의 바닥면을 수평면에 설치한 상태이다. 돌출부(15a, 16a)의 형상에 관해 상세히 후술한다.
유로(12a)는, 도입구(12ai)로부터 배출구(12ao)에 걸쳐 순서대로, 도입구 주변부(12a1), 광폭부(12a2), 만곡부(12a3), 직선형부(12a4), 배출구 주변부(12a5)를 포함한다. 광폭부(12a2)에는 돌출부(15a, 16a)가 형성되어 있다. 돌출부(15a)는 광폭부(12a2)의 하류측, 돌출부(16a)는 광폭부(12a2)의 상류측에 형성되어 있다. 광폭부(12a2)는 직선형이며, 다른 영역보다 폭이 넓다. 또, 광폭부(12a2)는 다른 영역보다 상면 내벽의 높이가 높다.
도 5a는, 도 3의 A-A 단면도이다. 도 5b는, 노트북 PC(1)의 통상의 사용 양태시의 도 5a에 대응하는 도면이다. 도 5a 및 도 5b에 예시하는 바와 같이, 돌출부(15a, 16a)에 대응하는 위치에서, 케이스(11a)는 전자 부품(70a)과 맞닿아 있다. 전자 부품(70a)은 프린트 기판(50)에 실장되어 있다. 도입구(12ai)로부터 유로(12a) 내에 도입된 냉매는, 돌출부(16a)를 향해 흐른다. 돌출부(16a)를 통과한 냉매는, 광폭부(12a2)를 흐르고, 돌출부(15a)를 통과하여, 만곡부(12a3)로 흐른다. 도입구(12ai)로부터 유로(12a) 내에 기포가 침입한 경우에는, 돌출부(16a) 또는 돌출부(15a)에 의해 기포가 포착된다. 이에 따라, 기포가 펌프(20)로 흐르는 것이 방지된다. 이에 따라, 펌프(20)가 기포를 흡인하는 것에 기인하는 소음의 발생을 억제할 수 있다.
도 3, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 도입구 주변부(12a1)의 유로 단면적보다, 광폭부(12a2)의 유로 단면적이 크다. 바꾸어 말하면, 유로(12a)는, 도입구(12ai)에서 돌출부(15a)까지의 사이에서 유로 단면적이 확대되고 있다. 이에 따라, 광폭부(12a2)에서의 냉매의 유속은, 도입구 주변부(12a1)에서의 냉매의 유속 보다 느리다. 따라서, 도입구 주변부(12a1)에서의 유속이 빠른 냉매에 의해 기포가 돌출부(16a)를 통과한 경우라도, 광폭부(12a2)에서는 냉매의 유속이 저하되고 있기 때문에, 기포가 돌출부(15a)를 통과하는 것이 방지된다.
또, 광폭부(12a2)에서 냉매의 유속이 저하되기 때문에, 돌출부(15a)에 작은 기포가 포착되고 나서 복수의 작은 기포가 모여 큰 기포가 되기까지의 시간을 벌 수 있다. 그 결과, 작은 기포는 큰 기포가 되고, 커진 기포는 돌출부(15a)를 통과하는 것이 더욱 어려워진다.
또, 돌출편(15a1)은 냉매의 유통 방향을 따라 연장되어 있다. 이에 따라, 복수의 돌출편(15a1)의 앞을 흐르는 냉매의 유속을 느리게 할 수 있다. 이것에 의해서도, 기포가 돌출부(15a)를 통과하는 것이 방지된다.
또, 도 3에 예시하는 바와 같이, 돌출부(15a)는 만곡부(12a3) 앞의 광폭부(12a2)에 형성되어 있다. 일반적으로 유로 내를 흐르는 유체는, 만곡된 유로의 부근에서는 유체가 고이는 부분이 발생한다. 이러한 위치에 돌출부(15a)를 형성함으로써, 기포가 돌출부(15a)를 통과하는 것이 방지된다.
또, 돌출부(15a)에 의해 포착된 기포는, 돌출부(16a)에 의해 상류측으로 역류하는 것이 방지된다. 이에 따라, 기포는 돌출부(15a, 16a) 사이에서 포착된다. 예를 들어, 노트북 PC(1)가 운반되고 있을 때에는 냉매가 역류할 우려가 있지만, 그와 같은 경우라도 기포를 포착해 둘 수 있다.
다음으로, 돌출부(15a)의 형상에 관해 설명한다. 도 6a는, 도 3의 B-B 단면도이다. 도 6b는, 노트북 PC(1)의 통상의 사용 양태시의 도 6a에 대응하는 도면이 다. 도 7은, 도 6b의 돌출부(15a)의 확대 단면도이다.
도 7에 예시한 바와 같이, 돌출부(15a)는, 복수의 돌출편(15a1)을 갖고 있다. 돌출편(15a1)은, 케이스(11a)의 내면으로부터, 덮개(11b)의 내면을 향해 돌출되어 있다. 복수의 돌출편(15a1)은, 냉매의 통과 방향에 직교하는 방향을 따르도록 나열되어 있다. 인접하는 돌출편(15a1)의 간격은, 하측의 간격 LC보다 상측의 간격 UC 쪽이 좁다. 각 돌출편(15a1)은, 냉매의 통과 방향을 따르도록 연장된 박판형으로 형성되어 있다.
또, 기포는 부력에 의해 케이스(11a)의 내면측, 즉 상측에서 부상한다. 이 때문에, 상측의 간격 UC가 좁은 것에 의해, 기포가 돌출부(15a)를 통과하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 하측의 간격 LC가 넓은 것에 의해, 냉매의 통과를 확보할 수 있다.
또, 도 5a 및 도 5b, 도 6a 및 도 6b에 예시한 바와 같이, 돌출부(15a)와 대응하는 위치에서, 케이스(11a)에 전자 부품(70a)이 맞닿아 있다. 이에 따라, 전자 부품(70a)의 열은, 돌출부(15a)를 통해 냉매로 전달된다. 또, 돌출부(15a)는, 복수의 돌출편(15a1)을 갖고 있기 때문에, 냉매와의 접촉 면적도 충분히 확보되어 있다. 이와 같이, 돌출부(15a)는 기포를 포착하며, 전자 부품(70a)의 냉각 효율을 향상시키는 기능을 갖고 있다. 돌출부(16a)도, 돌출부(15a)와 동일한 기능을 갖고 있다. 재킷(10), 펌프(20), 라디에이터(30), 전자 부품(70a)은 냉각 시스템에 해당한다. 전자 부품(70a)은, 예를 들어 LSI(Large Scale Integration)이다.
돌출부(15a)의 형상은 이하와 같이 해석해도 된다. 돌출부(15a)에는, 냉매 의 통과 방향을 따른 홈이 복수개 형성되어 있고, 돌출부(15a)의 홈의 폭은, 덮개(11b)의 내면측보다 케이스(11a)의 내면측쪽이 좁다.
또, 도 5a 및 도 5b, 도 6a 및 도 6b, 도 7에 예시한 바와 같이, 돌출편(15a1)의 선단은 덮개(11b)의 내면에 접촉하고 있다. 이에 따라, 노트북 PC(1)의 장기적인 사용에 의해 냉매의 수위가 저하된 경우라도, 돌출편(15a1)과 냉매의 접촉을 확보할 수 있다. 이에 따라, 전자 부품(70a)의 냉각 효율의 저하가 방지되고 있다.
또, CPU(70b)는 전자 부품(70a)보다 발열량이 크다. 돌출부(15a, 16a)는, CPU(70b)보다 발열량이 작은 전자 부품(70a)을 냉각시키는 기능을 갖고 있다. 돌출부(15a, 16a) 주변에는 기포가 모이기 때문에, 돌출부(15a, 16a)가 발열량이 큰 CPU(70b)를 냉각시키고자 하면 충분히 CPU(70b)를 냉각시킬 수 없을 우려가 있기 때문이다.
도 8a는, 도 3의 C-C 단면도이다. 도 8b는, 노트북 PC(1)의 통상의 사용 양태시의 도 8a에 대응하는 도면이다. 도 8a 및 도 8b에 예시하는 바와 같이, 직선형부(12a4)보다, 배출구 주변부(12a5)쪽이 유로 높이가 낮다. 바꾸어 말하면, 돌출부(15a)와 배출구(12ao) 사이에서, 케이스(11a)의 내면은 덮개(11b)의 내면에 근접한다. 직선형부(12a4) 주변에 기포가 있는 경우는, 부력에 의해 기포는 직선형부(12a4)의 내면의 주변에 모인다. 또, 부력의 작용에 의해, 기포는 직선형부(12a4)로부터 배출구 주변부(12a5)로 잘 흐르지 않는다. 이에 따라, 펌프(20)에 기포가 흡인되는 것이 방지된다.
이상 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 관해 상세히 설명했지만, 본 발명은 이러한 특정 실시형태에 한정되지 않고, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위내에서, 여러가지로 변형ㆍ변경이 가능하다.
돌출부(16a)는 형성되지 않아도 된다. 돌출부(15a, 16a)는 동일한 형상이 아니어도 된다. 돌출부(15a, 16a)는 상기 실시예에서 나타낸 형상에 한정되지 않는다.
도 1a~도 1c는 노트북 PC의 설명도이다.
도 2는 냉각 유닛의 사시도이다.
도 3은 재킷의 내부 구조의 설명도이다.
도 4는 펌프 주변의 모식도이다.
도 5a는 도 3의 A-A 단면도이고, 도 5b는 노트북 PC의 통상의 사용 양태시의 도 5a에 대응하는 도면이다.
도 6a는 도 3의 B-B 단면도이고, 도 6b는 노트북 PC의 통상의 사용 양태시의 도 6a에 대응하는 도면이다.
도 7은 도 6b의 돌출부의 확대 단면도이다.
도 8a는 도 3의 C-C 단면도이고, 도 8b는 노트북 PC의 통상의 사용 양태시의 도 8a에 대응하는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 노트북 PC 8 : 냉각 유닛
10 : 냉각 재킷 11a : 케이스
11b : 덮개 12a, 12b : 유로
12ai, 12bi : 도입구 12ao, 12bo : 배출구
12a1 : 도입구 주변부 12a2, 12a4 : 직선형부
12a3 : 만곡부 12a5 : 배출구 주변부
15a, 16a : 돌출부 15a1 : 돌출편
20 : 펌프 30 : 라디에이터
40 : 냉각 팬 50 : 프린트 기판
70 : 전자 부품

Claims (11)

  1. 적어도 일부에 냉각 대상의 부품이 접촉되고, 유로(流路) 부재 내에 냉매를 통과시킴으로써 상기 부품을 냉각시키는 냉각 재킷으로서,
    상기 유로 부재는 제1 영역과 상기 제1 영역 이외의 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 유로 단면적이 넓은 영역을 가지며,
    상기 유로 단면적이 넓은 영역의 하류측에 돌출부가 형성되어 있고,
    상기 돌출부는 복수의 돌출편을 포함하며, 각 돌출편은 냉매의 통과 방향을 따라 연장된 박판형이고, 인접하는 돌출편 사이의 상측 간격이 인접하는 돌출편 사이의 하측 간격보다 좁은 것인 냉각 재킷.
  2. 제1항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 유로 부재의 상면 내벽에 형성되어 있는 것인 냉각 재킷.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유로 부재의 상기 유로 단면적이 넓은 영역은, 상기 제2 영역에 비하여 상면 내벽의 높이가 높은 것인 냉각 재킷.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 부품과 대응한 위치에 형성되어 있는 것인 냉각 재킷.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유로 단면적이 넓은 영역의 상류측에 제2 돌출부가 형성되어 있는 것인 냉각 재킷.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 돌출부는 상기 유로 부재의 상면 내벽에 형성되어 있는 것인 냉각 재킷.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 돌출부는 상기 부품과 대응한 위치에 형성되어 있는 것인 냉각 재킷.
  8. 제1항 또는 제2항에 기재된 냉각 재킷과,
    상기 냉각 재킷에서 수열(受熱)한 상기 냉매를 방열하는 라디에이터와,
    상기 냉각 재킷과 상기 라디에이터 사이에서 상기 냉매를 순환시키는 펌프를 구비하는 냉각 유닛.
  9. 제1항 또는 제2항에 기재된 냉각 재킷과,
    상기 냉각 재킷에서 수열한 상기 냉매를 방열하는 라디에이터와,
    상기 라디에이터에 장착되는 냉각 팬과,
    상기 냉각 재킷과 상기 라디에이터 사이에서 상기 냉매를 순환시키는 펌프를 구비하는 냉각 유닛.
  10. 제8항에 기재된 냉각 유닛과,
    상기 부품을 구비하는 냉각 시스템.
  11. 제10항에 기재된 냉각 시스템을 구비하는 전자 기기.
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