KR101437702B1 - 액체 잠김형 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

휴대용 자체-내장형 액체 잠김 냉각시스템은 전자 열발생 구성요소들을 사용하는 컴퓨터 시스템과 다른 시스템의 열-발생 구성요소들을 냉각시키는 것을 포함하여, 많은전자장치를 냉각시키는 데 적합하다. 이들 전자장치는 내부공간을 가지는 하우징, 내부공간에 제공된 절연 냉각액체, 내부공간에 배치되어 상기 절연 냉 각액체에 잠겨진 열-발생 전자 구성요소, 및 냉각액체를 내부공간 속으로 그리고 내부공간 밖으로, 내부공간 외측의 하우징에 고정된 열 교환기로 그리고 열 교환기로부터 압송하는 펌프를 포함한다. 열 교환기는 냉각액체 입구, 냉각액체 출구, 및 냉각액체 입구로부터 냉각액체 출구까지 통과하는 냉각액체용 유동경로를 포함한다. 팬(fan)과 같은 공기-이동기구가 열전달을 증대시키기 위해 열 교환기를 가로 지르는 공기를 송풍시키는 데 이용될 수 있다.

컴퓨터, 냉각시스템, 냉각액체, 열 교환기, 펌프

Description

액체 잠김형 냉각시스템{Liquid submersion cooling system}

이 출원은 하드코어 컴퓨터, 인크.의 명의로 PCT 국제출원된 것으로서, 2006. 5. 16.자로 출원된 미국 가출원 제60/800,715호 및 2007. 4. 18.자로 출원된 미국 특허출원 제11/736,947호를 기초로 우선권의 이익을 주장하고 있으며, 아울러, 상기 출원의 기술내용을 모두 여기에 언급하여 포함하고 있다.

본 발명은 액체 잠김형 냉각시스템, 보다 상세하게는 컴퓨터 시스템을 포함하는 전자장치를 냉각시키는 데 적합한 액체 잠김형 냉각시스템에 관한 것이다.

컴퓨터 산업에서 직면하는 중요한 과제는 열(heat)이다. 부품이 작동하는 온도가 높아질수록, 그 부품은 고장날 가능성이 더 많아진다. 또한, 높은 온도는 치명적인 고장을 발생시키지는 않더라도 데이터 처리 에러를 발생시킬 수 있다. 고온에서의 작동은 데이터 관리가 다루어지는 중앙처리유닛(CPU) 내부 또는 마더보드(motherboard)의 모든 위치상에 이러한 데이터 처리 에러를 유도하는 파워의 변동(power fluctuation)을 야기할 수 있다. 처리능력을 증가시키면서 폐열을 감소시키고자 하는 수 많은 노력에도 불구하고, 시장에 출시된 각종 신규 CPU 및 그래픽 처리유닛(GPU)은 종전 제품보다 더욱 고온에서 운영되고 있다. 파워를 제공하고 신호처리를 다루는 데 필요한 파워 공급원(power supply) 및 마더보드의 부품들 역시 매 신세대 제품마다 점점 더 많은 열을 발생시키고 있다.

컴퓨터 시스템을 냉각시키기 위해 냉각 시스템에 액체를 사용하는 것은 이미 알려져 있다. 컴퓨터 구성요소들을 냉각시키는 공지의 한 방법은 도1에 도시된 바와 같이 폐쇄 루프형의 2-상(phase) 시스템(10)을 이용한다. 상기 2-상 시스템(10)은 N측 브리지 칩(bridge chip)(12) 및 S측 브리지 칩(14)을 수동적으로 냉각시키는 데 이용된다. 증기가 튜브(16)를 통해 냉각 챔버(18)로 주행하고, 이 증기는 액화되어 액체로 환원되며, 상기 액체는 추가 냉각을 위해 다시 튜브(20)에 의해 브리지 칩(12, 14)으로 복귀하게 된다. 다른 공지의 액체 냉각시스템에 있어, 내부 펌프들이 액체로 하여금 CPU상의 핫플레이트(hot plate: 고온 평판)를 지나가도록 이동시키고 그런 다음 가열된 액체는 핀(fin)형 타워 속으로 압송되며, 상기 타워는 액체를 수동적으로 냉각시키면서 액체를 상기 평판으로 복귀시킨다.

대규모의 고정 설비형 수퍼컴퓨터에 있어, 불활성 절연유체 중에 수퍼컴퓨터의 활동형 처리 구성요소들을 침잠(submerge)시키는 것은 잘 알려져 있다. 상기 유체는 전형적으로 활동형 구성요소들을 관통해 유동하도록 허용되며, 그런 다음 상기 유체는 외부의 열 교환기에 압송되어 메인 챔버로 복귀되기 전에 냉각된다.

컴퓨터 구성요소들을 냉각시키고자 하는 종래의 시도들에도 불구하고, 냉각 시스템에 대한 또 다른 개선방안들이 필요하다.

본 발명에 따른 액체 잠김형 냉각시스템은 전자식 열-발생 구성요소를 이용하는 컴퓨터시스템 및 기타 시스템의 열-발생 구성요소를 냉각시키는 것을 포함하여 다수의 전자장치를 냉각시키는 데 적절하다. 본 명세서에 기술된 개념이 적용될 수 있는 전자장치의 예에는, 데스크탑 컴퓨터 및 랩탑 컴퓨터, 콘솔 게임기구, 태블릿 컴퓨터(tablet computer) 및 퍼스널 디지털 어시스턴트(PDA)와 같은 핸드-헬드(hand-held)형 장치를 포함하는 다른 형태의 퍼스널 컴퓨터; 블레이드 서버(blade server)를 포함하는 서버; 디스크 정렬/저장 시스템; 스토리지 영역 네트워크; 스토리지 통신 시스템; 워크스테이션; 라우터(routers); 통신 인프라 구조/스위치; 유선형, 광학 및 무선형 통신기구; 셀 프로세서 디바이스; 프린터; 파워 공급원; 디스플레이; 광학기구; 핸드-헬드형 시스템을 포함하는 계측 시스템; 군용 전자장치; 등이 포함되며, 꼭 이들에만 국한되는 것은 아니다.

상기 전자장치는 휴대형의, 자체 내장된 액체 잠김 냉각시스템을 가지고 있다. 이 전자장치는 내부공간을 가진 하우징을 포함할 수도 있다. 상기 내부공간에는 절연 냉각액체가 포함되어 있고, 하나의 열-발생 전자 구성요소 또는 다수의 구성요소들이 상기 공간에 제공된 절연 냉각액체 중에 잠긴 상태로 배치된다. 활동형 열-발생 전자 구성요소들은 절연 냉각액체와 직접 접촉상태로 있다. 대안적으로, 상기 구성요소들은 냉각유체에 의해 간접적으로 냉각될 수도 있다. 냉각액체를 열 교환기로부터 상기 내부공간 속으로, 그리고 상기 내부공간으로부터 열 교환기로 운반하기 위해 펌프가 제공되며, 그리고 상기 열 교환기는 하우징의 외부에 고정된다. 열 교환기는 냉각액체 입구, 냉각액체 출구 및 냉각액체 입구로부터 냉각액체 출구까지의 냉각액체 유동경로를 포함한다. 또는 경우에 따라, 펌프는 상기 내부공간 안에 배치되어 냉각액체에 잠겨지도록 하거나, 또는 내부공간 밖에 배치될 수도 있다.

다른 실시예에 있어, 냉각액체의 이송 대류(convection)에 의존하여 펌프의 필요성을 배제하는 하나의 전자장치가 제공된다. 이 실시예에서, 열-발생 전자 구성요소는 절연 냉각액체를 담고 있는 내부공간 안에 배치되어 있다. 이송 대류는 냉각액체로 하여금 상기 내부공간으로부터 나와서 열 교환기로 유동하도록 하고, 그리고 열교환기로부터 내부공간 속으로 유동하도록 한다.

팬(fan)과 같은 공기-이동기구가 공기가 열 교환기를 지나 이동하도록 하는 데 사용되어 열 교환기로부터 열전달을 증대시킨다. 아울러, HEPA 필터와 같은 필터가 상기 공기-이동기구에 인접하게 위치되어 공기를 여과시키도록 할 수 있다.

전자장치가, 예컨대, 퍼스널 컴퓨터와 같은 컴퓨터일 때, 마더보드는 상기 내부공간에 배치된다. 마더보드는 다수의 열-발생 전자 구성요소들을 포함한다. 컴퓨터의 열-발생 구성요소들은 하나 또는 그 이상의 CPU, 하나 또는 그 이상의 GPU, 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 하나 또는 그 이상의 메모리 모듈, 하나 또는 그 이상의 파워 공급장치, 하드 드라이브와 같은 하나 또는 그 이상의 기계적인 저장장치, 및 솔리드-스테이트 메모리 저장유닛을 포함하는 기타 저장장치를 포함할 수 있다. 이들 모든 구성요소들은 냉각액체에 잠겨 질 수 있다.

도1은 N측 및 S측 브리지 칩을 수동적으로 냉각시키기 위해 2-상 시스템(10)을 이용하는 냉각시스템을 보여 주는 도면.

도2는 퍼스널 컴퓨터상의 휴대형의, 자체 내장식 액체 잠김형 냉각시스템의 일 실시예를 보여 주는 도면.

도3A 및 도3B는 도2의 액체 잠김형 냉각시스템의 구성요소들을 각각 보여 주는 사시도 및 단부도.

도4는 컴퓨터 케이스의 사시도.

도5A,도5B, 및 도5C는 패스-스루 커넥터(pass-through connector)를 보여 주는 컴퓨터 케이스의 뚜껑의 사시도, 평면도 및 측면도.

도6은 패스-스루 커넥터의 상세 예시도.

도7은 컴퓨터의 마더보드 또는 메인보드의 사시도.

도8A 및 도8B는 마더보드상의 도오터 카드(daughter card) 및 뚜껑과의 결합을 보여 주는 사시도 및 측면도

도9는 케이스, 케이스 중의 마더보드 및 도오터 카드, 및 뚜껑을 포함하는 서브어셈블리의 예시도.

도10은 케이스 안에 펌프를 구비한 도9의 서브어셈블리의 예시도.

도11A 및 도11B는 케이스 안에 하드 드라이브를 포함하는 서브어셈블리의 사시도 및 단부도.

도12A 및 도12B는 다중 열 교환기를 포함하는 서브어셈블리의 사시도 및 단 부도.

도13A 및 도13B는 단일 열 교환기를 포함하는 서브어셈블리의 사시도 및 단부도.

도14는 대류 냉각의 작동 방법을 보여 주는 도12B와 유사한 단부도.

도15는 비디오 보드 및 펌프가 케이스 안에 있는 것이 보이고 라디에이터가 측면에 장착된 것이 보이는 액체 잠김형 냉각시스템을 이용하는 프로토타입 컴퓨터(prototype computer)의 예시도.

도16은 케이스의 전면 및 상부를 보여 주는 도15의 프로토타입 컴퓨터의 예시도.

도17은 퍼스널 컴퓨터 상의 휴대형의 자가-내장된 액체 잠김형 냉각시스템의 다른 실시예의 사시도.

도18은 도17에 도시된 컴퓨터의 측면도.

도19는 도17에 도시된 컴퓨터의 단부도

도20은 도17과 유사한 것으로, 내부공간으로부터 일부 들어올려진 마더보드 어셈블리를 구비한 것을 보여 주는 사시도.

도21은 컴퓨터로부터 제거된 마더보드 어셈블리의 단부도.

도22는 마더보드 어셈블리의 사시도.

도23은 마더보드 어셈블리의 측면도.

도24는 상승된 위치에서의 마더보드 어셈블리의 예시도.

도25는 마더보드 어셈블리 및 뚜껑이 제거된 상태의 컴퓨터 케이스의 사시 도.

도26은 열 교환기의 측면도.

도27은 열 교환기를 형성하는 데 사용된 한쌍의 열 교환기 평판의 예시도.

도28은 열 교환기 및 팬의 사시도.

도29는 하드 드라이브와 함께 사용하기 위한 스노클 어태치먼트(snorkel attachment)의 예시도.

도30A, 도30B 및 도30C는 하드 드라이브 상의 스노클 어태치먼트의 사용을 예시하는 도면.

도31A, 도31B 및 도31C는 뚜껑과 결합된 AC 전류 컷-오프 기구의 상세 예시도.

본 발명에 따른 액체 잠김형 냉각시스템은 전자 열-발생 구성요소를 이용하는 컴퓨터 시스템 및 기타 시스템의 열-발생 구성요소를 냉각시키는 것을 포함하여 다수의 전자장치를 냉각시키는 데 적절하다. 컴퓨터 시스템의 경우, 상기 액체 잠김형 냉각시스템은, 예컨대, 32 내지 64, 또는 그 이상의 프로세서 코어 시스템 (8소켓 x 8코어=64프로세서)을 형성할 수 있는 규모의 구조를 갖춘 데스크탑-사이즈 컴퓨터의 제작을 허용한다. 이들 데스크탑-사이즈 컴퓨터 시스템의 처리능력은 지금까지도 상당한 설치공간을 요구하고 있는 수퍼컴퓨터 시스템에 필적하거나 또는 이를 능가하는 것이 될 것이다.

본 명세서에 기술된 개념이 다양하게 적용될 수 있는 전자장치의 예에는, 데스크탑 컴퓨터 및 랩탑 컴퓨터, 콘솔 게임기구, 태블릿 컴퓨터 및 퍼스널 디지털 어시스턴트와 같은 핸드-헬드형 장치를 포함하는 다른 형태의 퍼스널 컴퓨터; 블레이드 서버를 포함하는 서버; 디스크 정렬/저장 시스템; 스토리지 영역 네트워크; 스토리지 통신 시스템; 워크스테이션; 라우터; 통신 인프라 구조/스위치; 유선 광학 및 무선 통신기구; 셀 프로세서 기구; 프린터; 파워 공급장치; 디스플레이; 광학 기구; 핸드-헬드형 시스템을 포함하는 계측 시스템; 군용 전자장치; 등이 포함되며, 꼭 이들에만 국한되는 것은 아니다. 이 개념들은 본 명세서에서 데스크탑-사이즈 컴퓨터에 적용되는 것으로 기술되고 예시되었다. 그러나, 이 개념들은 물론 다른 전자장치에도 사용될 수 있음을 인식하여야 한다.

도2, 3A 및 3B는 액체 잠김형 냉각시스템(22)을 채용하고 있는 데스크탑-사이즈 컴퓨터(20)의 일 실시예를 예시하고 있다. 모든 활동형 구성요소들은 절연액체의 탱크에 잠겨진 것으로 예시되었다. 이 시스템은 컴퓨터 시스템의 전자적으로 그리고 열적으로 활동적인 구성요소들과 서로 직접적인 접촉상태에 있는 절연 냉각액체를 이용한다. 이러한 잠김형 냉각시스템 형식에 사용될 수 있는 절연액체류는 하기와 같은 것을 포함하나, 꼭 여기에만 국한되지는 않는다:

.3M^TM Novec^TM과 같은 공업 유체

.광물성 오일

.실리콘 오일

.콩기름류를 포함하는 자연산 에스테르 함유 오일

.인조 에스테르 함유 오일

이들 절연유체중 다수는 또한 컴퓨터 구성요소들에서 발생하는 화재에 대한 소화(消火) 능력을 갖추고 있다. 절연성, 난연성 유체 중에 컴퓨터 구성요소들을 잠겨 놓음으로써, 컴퓨터 구성요소들의 고장으로 인해 시작되는 화재발생의 기회는 최소화된다.

초기 테스트는 절연액체 3M^TM Novec^TM과 관련되어 있다. 그러나, 광물성 오일 및 에스테르함유 오일과 같은 다른 절연액체도 이용 가능하다. 보다 많은 열전달 능력과 함께 보다 높은 비등점을 가지는 다른 절연액체도 사용될 수 있다. 이들 냉각액체들은 시스템에 포함된 구성요소들에 의해 발생되는 열의 양을 조절할 수 있을 만큼 높고도 충분한 열전달 능력을 가진다면 상태를 변경시킬 필요가 없다.

케이스(1)의 뚜껑(2)은 도7, 8A 및 8B에 도시된 컴퓨터 마더보드(30)의 커넥터 측면에 부착되어, 마더보드 입력/출력(IO) 커넥션, 도오터 카드(4) IO 및 파워가 시스템의 내외부로 통과되도록 한다. 도오터 카드(4), 추가 프로세서(6), 파워 공급 카드(5), 및 메모리 카드(8)와 같은 구성요소들은 탱크 뚜껑(2)을 개방함으로써 그리고 부착된 전자장치들을 케이스(1) 밖으로 인출시키므로써 시스템에 부가될 수 있다. 아울러, 케이스(1)내에 하드 드라이브(11)도 배치될 수 있으며, 이 때 하드 드라이브로부터 케이스(1)의 외부까지 유도되는 하드 드라이브 브리더 구멍(hard drive breather hole)에 에어 라인(10)이 연결된다.

적어도 하나의 펌프(13)가 케이스(1)의 상부로부터 따뜻한 액체를 압송하여서 따뜻한 액체를 열 교환기(3) 주위로 통과시키게 된다. 펌프(13)는 도3B 및 도10에 도시한 바와 같이 액체중에 잠겨지거나 케이스(1)의 외부에 위치하게 될 것이다. 급속 해체 호스 어태치먼트를 갖춘 2개의 외부 펌프(13)를 이용하게 되면, 타측 펌프가 시스템 순환체계를 유지하는 동안, 고장난 펌프의 긴급 교체(hot-swapping)를 허용할 수 있게 될 것이다. 급속 해체 호스 어태치먼트를 갖춘 하나의 외부 펌프(13)를 이용하게 되면, 오직 짧은 시스템 정지시간을 소모해야만 고장난 펌프의 교체가 가능하게 될 것이다.

열 교환기(3)는 컴퓨터 케이스(1)의 외부 표면 및 지지구조로서 작용할 수 있다. 대부분의 케이스 벽은 방열 표면으로서 작용할 수 있다. 팬을 통해 케이스의 전방으로부터 후방으로 공기를 미는 현행 ATX (Advanced Technology Extended) 또는 BTX (Balanced Technology Extended) 케이스들과 달리, 본 명세서에 기술된 시스템은 케이스의 기저부로부터 찬 공기를 취하게 되고, 또한 자연 대류에 의해 흡입된 공기가 가열되어 상승됨에 따라 점점 더 공기를 상승시키게 된다. 열 교환기(3)의 벽들은 보일러상의 냉각탑과 같이 위를 향해 경사지게 구성될 수 있다. 이러한 경사는 대류 흐름을 가속시키는 데 도움을 주며, 팬과 같은 공기-이동기구의 사용없이 시스템의 냉각을 가능하게 한다.

도3A 및 3B에 도시한 바와 같이, 케이스(1)는 냉각을 요하는 모든 활성 컴퓨터 구성요소들을 포함할 만큼 충분히 크다. 또한 냉각을 요하는 중요한 구성요소들에 걸쳐 노즐을 갖춘 액체 복귀 라인(48)을 위한 공간을 남기는 것이 필요할 수 있 다. 노즐은 CPU와 같이 특정의 고온 영역에서 복귀 액체의 흐름을 지시하기 위해 설치될 수 있다.

도5A-C, 도6 및 도9에 도시한 바와 같이, 뚜껑(2)은 케이스(1)의 수밀(水密性) 및 기밀성(氣密性)을 제공할 뿐반 아니라, 외부 구성요소의 IO, 저장장치의 IO 및 파워가 케이스(1)의 내외부로, 컴퓨터 마더보드(30) 및 그의 구성요소들의 내외부로 통과하도록 하는 패스-스루 커넥터(pass-through connector)(7)를 포함한다. 뚜껑(2)은 케이스(1)를 밀봉시키는 가스킷을 가지며, 아울러 케이스(1)를 냉각제로 채우기 위한 충전 포트(32)를 포함할 수도 있다.

도7, 8A 및 8B에 도시한 바와 같이, 마더보드(30)는 현행 ATX 또는 BTX 사양 보드와 동일한 IO 및 파워 커넥터를 가지지 않는 것을 제외하고는 본질적으로나 기능적으로 동일하다. 대신에, 보드의 상연부는 일련의 도전성 패드(34)들로써 라인이 형성되어 있으며, 이들 도전성 패드(34)는 뚜껑(2)의 일부인 패스-스루 커넥터(7)에 결합하기 위한 컨택트들이다. 부가적인 컴퓨터 파워를 위한 기타 구성요소들 및 여분의 프로세서(6)의 스태킹(stacking)을 허용하기 위해 또는 단일 탱크 포장물안에 다중 컴퓨터를 허용하기 위해 다중의 마더보드 또는 기타 회로 보드들이 채용될 수도 있다. 이 냉각 시스템은 단일 탱크 또는 서버 또는 워크스테이션 랙 시스템을 형성하기 위해 연결될 수 있는 개별적인 탱크들안에서 다수의 컴퓨터 시스템의 냉각을 가능하게 할 수도 있다.

도8A 및 도8B에 도시한 바와 같이, 도오터 카드(4)는 현행 ATX 또는 BTX 사양 보드에서와 마찬가지로 마더보드(30)에 연결되어 있다. 도오터 카드(4)는 케이 스(1)의 외측에 IO 패스-스루를 요구하는 비디오 카드 및 기타 PCI 또는 PCIE 카드를 포함할 수 있다. 이들 도오터 카드(4)는 외부 IO 커넥션을 허용하기 위해 액체 및 기체 밀봉 가스킷을 요한다.

ATX 또는 BTX 디자인과 달리, 파워 공급원(5)은 경우에 따라 도오터 카드(4)일 수도 있으며, 이 경우 마더보드 배선에 대한 파워 공급은 요구되지 않는다. 파워 공급장치는 막바로 마더보드에 집적될 수 있다. 외부 교류(AC) 커넥션은 패스-스루 커넥터를 통해 액체 및 기체 밀봉 가스킷을 갖춘 액체-충전 탱크속으로 관통되어 지기도 한다.

도9에 도시한 바와 같이, 패스-스루 커넥터(7)는 뚜껑(2)에 집적되어 IO 및 파워 연결가능성을 위한 액체 및 기체 밀봉 전기 도관을 형성하게 된다. 이 커넥터는 케이스(1)의 내부에 있는 마더보드(30)에 부착되어 탱크(1)의 외부에 있는 커넥터 브레이크-아웃(connector break-out)(36)에까지 유도된다.

펌프(13)(또는 펌프들)는 도10에 도시한 바와 같이 액체중에 잠겨져 케이스의 내부에 설치되거나, 또는 외부에 설치된다. 펌프는 열 교환기(3)안에 있는 탱크(1) 내부로부터 탱크(1)의 외부로 따뜻한 냉각제를 순환시키는 데 사용된다. 액체 역시 외부 하드 드라이브 냉각판을 통해서도 잘 순환될 수 있다. 펌프(13)는 컴퓨터가 꺼지더라도 액체를 순환시키기 위해 켜질 수 있도록 전선으로 연결될 수도 있고, 또는 컴퓨터가 켜졌을 때만 켜지도록 배선될 수도 있다. 컴퓨터가 차단된 후, 잠겨진 구성요소들로부터 잔류 열을 제거하기 위해 케이스(1)안 액체에는 보다 충분한 열용량이 있게 된다. 이는 포스트-셧 다운(post-shut down) 열손상이 없게 끔 보장할 것이다. 또한, 유동센서 또는 펌프 모니터가 냉매의 흐름이 정지되었거나 최소 요구비율 이하로 흐르고 있음을 나타내고 있다면, 잠겨진 구성요소들에 어떤 손상이 발생하기 훨씬 전에 컴퓨터의 제어된 셧다운이 완수될 수 있다. 이 실시예는 팬의 고장 가능성을 피하도록 하여, 결국 공기 냉각에 의존하는 컴퓨터의 치명적인 고장을 막게 된다.

도10에 나타나는 바와 같이, 펌프(13)는 케이스(1)의 하부 좌측 코너에 예시되어 있다. 덮혀진 냉각제는 탱크(1)의 상부로부터 탱크(1)의 외부에 있는 열 교환기(3) 속으로 압송된다. 펌프(13)는 대안적으로 컴퓨터의 뚜껑(2)에 부착될 수도 있다. 이는 탱크(1)의 가장 따뜻한 영역으로부터 유체의 직접 흡입을 가능하게 하고, 그리고 낡은 펌프의 유지 및 교체를 더욱 용이하게 한다.

도11A 및 도11B에 도시한 바와 같이, 하드 드라이브 또는 기타 내부 저장 시스템(11)도 역시 잠겨질 수 있다. 브리더 구멍을 필요로 하는 현행 플래터 기반형의 기계적 저장 시스템의 경우, 에어 라인(10)이 상기 브리더 구멍상에 고정되어 탱크(1)의 외부로의 공기-개방 연결부를 허용하게 된다. 드라이브(11)의 나머지 부분은 기체 및 액체가 침투할 수 없도록 밀봉되기도 한다.

프로세서(6)는 일반적인 벤더-특정형 소켓을 거쳐 마더보드(30)에 장착된다. 실험은 일반적인 벤더-특정 온도에서 상기 프로세서를 충분히 냉각하기 위하여, 프로세서(6)에 히트 싱크(heat sink) 또는 다른 응용물이 부착될 필요가 없음을 보여주었다. 그러나, 프로세서(6) 오버-크로킹(over-clocking)에 낮은 동작온도 또는 높은 수준의 열전달이 요구된다면, 프로세서(6)로부터 열 전도의 노출된 표면적을 크게 증대시키는 히트 싱크가 이용될 수도 한다.

도12A 및 도12B에 도시한 바와 같이, 열 교환기(3) 또는 열 교환기 표면이 컴퓨터(20)의 외부 쉘 또는 케이스로서 역활을 할 수도 있다. 따뜻한 냉각액체가 케이스(1) 내부로부터 열 교환기(3)로 펌핑되어지면, 액체는 주위온도로 냉각된다. 열 교환기(3)를 이용한 액체의 냉각은 하기 몇몇 수단 중 어느 하나로 수행될 수 있다:

- 전형적인 냉각 시스템에서와 같은 압축기

- 펠티어 효과 냉각(Peltier effect cooling)

- 팬 또는 기타 송풍 메카니즘을 이용하는 라디에이터 표면의 활성적인 공기 냉각

- 열 전도성 열교환면을 가능한 넓게 노출시켜 낮은 주위온도로 냉각시키는 수동 냉각

도12A, 도12B, 도13A 및 도13B에 도시한 바와 같이, 열 교환기(3)는 산업용 보일러에서 나타나는 바와 같이 내향 및 상향각을 이루어서 냉각 타워 효과를 발생시킬 수 있도록 설계된다. 이러한 기울기는 열 전도를 발생시켜 케이스(1)의 바닥 부근으로부터 많은 냉각공기를 흡입한 다음 그 상부로 공기를 자연스럽게 이동시켜 열 교환기(3)의 상부 밖으로 배출되도록 한다. 열 교환기의 기저부의 냉각-공기 유입부(도시하지 않았음)는 공기유입을 허용하면서도 먼지 및 기타 이물질이 열 교환기로 유입되지 않도록 하기 위하여 여과물질로 덮여질 수 있다. 단일 팬 또는 다중 팬이 사용되어 냉각 시스템을 통과하는 공기의 상향 흐름에 도움이 되도록 할 수 있다.

냉각된 액체가 케이스(1) 속으로 반송됨에 따라, 액체는 튜브 또는 기타 편향/전달 수단을 통해 인젝터 헤드 어셈블리에 보내질 수 있으며, 상기 인젝터 헤드 어셈블리는 냉각제를 가장 열적으로 작용하는 구성요소들을 가로질러 가속되도록 역할을 수행한다. 이런 가속된 액체는 가열된 표면을 가로 질러 냉각제의 난류 흐름을 일으키는 데 도움을 주게 된다. 이러한 난류 흐름은 자연적인 층류 흐름을 파괴시키기도 하는데, 이러한 층류 흐름은 가열된 표면과 접촉상태에 있는 액체의 최초 소규모 분자들만이 실질적으로 가열된 표면으로부터 열 에너지를 탈취해 낼 수 있기 때문에 액체를 통한 열 전도를 불충분하게 한다.

컴퓨터(20)는 또한 CD, DVD, 플로피 및 플래시 드라이브와 같은 외부의 제거가능한 저장 드라이브(예시하지 않았음)를 포함할 수도 있다. 아울러, 외부 IO, 파워 버튼 및 기타 인간 인터페이스 제어부(도시하지 않았음)가 패스-스루 커넥터(7)에 부착되기도 하고, 그리고 고체형 회로기판 또는 가요성 회로상에 장착될 수 있다.

도12B는 하기와 같은 다중 열 교환기(3)를 통과하는 액체의 하나의 가능한 유동 경로를 예시한다:

1. 액체는 케이스(1)의 따뜻한 상부 영역으로부터 펌프(13)에 의해 유입 파이프(40)를 통해 케이스로부터 유입되어, 배출 파이프(42) 밖으로 압출된다(도10 참조); 배출 파이프(42)는 열 교환기(3)의 유입부(44)에 연결된다.

2. 액체는 컴퓨터 케이스의 일 측벽을 구성하는 열 교환기(3)를 관통하여 흐 르면서 냉각된다.

3. 접속부(46)는 액체를 케이스(1)의 일측부에 있는 열 교환기(3)로부터 컴퓨터 케이스(1)의 타측부에 있는 열 교환기(3)로 통과되도록 한다.

4. 냉각제는 케이스(1)의 타측부에 있는 열 교환기(3)를 관통하여 흐른다.

5. 냉각 액체는 열 교환기로부터 한 경로(48)를 통해 케이스(1) 내의 기저부 부근으로 환류되며, 그 기저부 부근에서 열-발생 전자장치 및 구성요소에 의해 따뜻하게 데워져서 케이스(1)의 상부로 재상승하여 순환이 다시 시작된다.

대안적으로, 도13A 및 도13B에 도시한 바와 같은 단일 열 교환기(3)는 다음 단계들을 통해 냉각 시스템에서 이용될 수 있다.

1. 액체는 도12B에 도시한 실시예에서 보는 바와 같이 탱크의 따뜻한 상부 영역으로부터 케이스(1) 밖으로 압송된다.

2. 액체는 컴퓨터 케이스의 일 측벽에 있는 열 교환기(3)를 관통하여 흐르면서 냉각된다.

3. 냉각 액체는 열 교환기로부터 한 경로(50)를 통해 탱크(1)의 하부 영역으로 환류되며, 그 경로 중에 액체는 따뜻하게 데워져서 케이스(1)의 상부로 상승하여 순환이 다시 시작된다.

컴퓨터 시스템은, 도14에 도시한 바와 같이, 능동형 또는 수동형 대류 냉각을 통해 냉각될 수 있다. 통상적인 설계에서 알 수 있는 바와 같이, 공기를 케이스 의 전방으로부터 케이스의 후방으로 강제로 송출하기 보다는, 공기는 수직방향으로 이동하도록 허용된다. 이 경우, 열은 상승하고, 냉각시스템(22) 설계는 다음의 단계들에 기재된 바와 같은 잇점을 취하게 된다.

1. 컴퓨터 하부로부터의 냉각공기는 화살표 52로 도시한 바와 같이 상부로 유도된다.

2. 열 교환기(3)는 냉각공기가 열 교환기와 케이스(1)의 외부 사이에서 상부로 흐를 수 있도록 설계된다. 열이 열 교환기(3) 내부에 있는 냉각제로부 터 분산됨에 따라, 열 교환기(3) 주위의 냉각공기는 가열되어 상승하게 된다.

3. 공기는 열 교환기(3)를 통과하여 흐르고 시스템의 측부 및 상부에서 추방된다. 이렇게 상승되는 공기는 보일러용 냉각탑과 매우 유사하게 보다 많은 냉각공기를 시스템속으로 끌어 들이는 데 도움을 준다.

공기 흐름은 냉각 스택(cooling stack)의 상부 또는 하부에 장착된 하나 또는 그 이상의 팬과 같은 공기-이동기구(들)의 사용에 의해 도움을 받을 수 있다. 그러나, 어떤 응용례에서는 단지 수동형 대류-유도식 공기 흐름이 요구될 수도 있다.

15-도16은 액체 잠김형 냉각시스템(22)을 이용하는 프로토타입 컴퓨터(80)를 예시한다. 클리어 케이스로 인해, 비디오 보드 및 펌프는 케이스 속에서 식별가능하고 열 교환기는 케이스의 측부상에 식별가능하게 장착된다.

도17-도19는 대안적인 액체 잠김형 냉각시스템(102)을 이용하는 퍼스널 컴퓨 터(100)의 다른 실시예를 예시한다. 컴퓨터(100)는 냉각제 액체가 충전될 수 있도록 방수설계된 수밀 내부공간(106)(도20)을 가지는 케이스(104)를 포함한다. 여기에서 사용된 바와 같이, "케이스"는 하우징, 울타리 등을 포함하는 것을 의미하는 것으로 본다. 예시된 실시예에 있어, 케이스의 측벽(107)은 내부공간(106)의 적어도 일측을 한정하고, 측벽(107)의 일부분(109)은 반투명의, 바람직하게는 투명한 물질로 만들어져서 공간(106) 내부를 볼 수 있도록 한다. 상기 일부분(109)을 위해 사용된 물질은 누수 방지 컨테이너를 형성하는 데 적절한 어떤 물질도 가능하며, 그리고 내부 컴퓨터 구성요소의 관찰이 필요하다면, 상기 물질은 반투명하거나 또는 투명해야 한다. 적절한 물질의 일예가 폴리카보네이트이다.

케이스(104)는 또한 액체밀봉형 내부공간(106) 다음에 비액체 밀봉형 공간(111)을 포함하며, 상기 액체 밀봉형 공간안에는 컴퓨터(100) 및 냉각시스템(102)의 구성요소들이 하기와 같이 배치된다.

도17 및 도20과 관련하여, 케이스(104)는 케이스(104)의 상부를 폐쇄시키되, 제거가능하게 구성되어 공간(106, 111)에 접근할 수 있게 허용하는 뚜껑(108)을 포함한다. 뚜껑(108)은 케이스를 폐쇄시키는 위치에 있을 때 케이스의 내부공간(106)과 액체 밀봉상태를 형성하기 위한 시일(113)(도21 및 도22 참조)을 포함한다. 아울러, 뚜껑(108)은 뚜껑(108)의 파지 및 뚜껑에 연결된 어느 내부 컴퓨터 구성요소의 내부공간으로부터의 승강을 수월하게 하는 핸들(110)을 포함한다. 뚜껑(108)은 또한 패스-스루 커넥터(7)와 기능적으로 유사한 패스-스루 커넥터(112, 도 22에서 부분적으로 볼 수 있음)를 포함하고, 상기 패스-스루 커넥터(112)에는 마더보드 어 셈블리(114)가 연결되며, 이 패스-스루 커넥터(112)는 USB 포트, 비디오 카드 연결부 등과 같은 패스-스루 연결부가 뚜껑(10)을 통해 공간(106)의 내부로, 그리고 공간(106)의 외부로 연결될 수 있도록 한다.

안전을 위해, AC 전류 컷-오프 메커니즘(115)이 도31A-C에 도시한 바와 같이 아울러 제공되어서, 뚜껑(10)이 개방되었을 때 컴퓨터내의 전력을 차단하여 어떠한 전기적 구성요소의 동작도 방지하도록 한다. 예컨대, 상기 메커니즘(115)은 뚜껑(108)에 포함되거나 아니면 뚜껑(108)에 연결된 브리지 보드(400)를 통과하는 AC 전류를 전환시키므로써 수행될 수 있다. 브리지 보드(400)는 마더보드(302)와 지지부재(300)로 구성된 마더보드 어셈블리(114)에 연결된다.

보드(400)는 AC 전류를 수취하기 위한 AC 전류 소켓(402)을 포함한다. 중립 라인(404) 및 접지 라인(406)은 전류 소켓(402)으로부터 내부공간(106)으로 유도되는 패스-스루 커넥터(112)까지 연결된다. 아울러, 핫 또는 라이브 와이어(hot or live wire. 408)가 소켓(402)으로부터 공간(111)으로 연결되는 제2 패스-스루 커넥터(112)에 연결되어, 보드(400) 밑을 통과하고, 그리고 보드(400)의 상부로 되돌아가서 내부공간(106)으로 AC 전류를 통과시키기 위해 패스-스루 커넥터(112)에 연결된 복귀부(410)에까지 이른다.

도 31C에 예시된 외부 보드(412)는 공간(111)에 고정된다. 보드(412)는 그 상부에 U-형 커넥터(414)를 포함하고, 그 커넥터(414)의 일단은 핫 와이어(408)에 연결되며 타단은 뚜껑(108)이 제 위치에 있을 때 복귀부(410)에 연결된다.

케이스가 뚜껑(108)을 제거하여 개방되었을 때, 핫 와이어(408)는 외부 보 드(412)상의 커넥터(414)로부터 탈리되어, 전기회로를 개방시키고 내부공간으로부터 AC 전류를 차단시킨다. 전류 컷-오프 메커니즘(115) 역시 브리지 보드(400) 상의 2개의 핀을 통해 AC 전류를 전환시킴으로써 수행될 수도 있다. 이들 핀은 단락되어 전류를 외부 보드(412)로 되돌아 가도록 통과시킬 수 있다. 케이스가 개방되었을 때, 브리지 보드(400)는 외부 보드(412)상의 커넥터(414)로부터 탈리된다.

뚜껑(108)은 또한 공간(106)속으로 액체를 추가로 주입할 수 있는 개구(116)를 포함한다. 상기 개구(116)는 액체를 추가 주입하려고 할 때 제거되는 제거가능형 캡에 의해 폐쇄된다. 뚜껑(108)은 또한 뚜껑을 제 위치에 고정시키는 잠금 메카니즘(도시하지 않았음)도 포함할 수 있다.

도20과 관련하여, 케이스(104)는 액체가 케이스로부터 배수되도록 개방할 수 있는 드레인 밸브(118)(개략적으로 도시되었음)를 포함할 수도 있다. 밸브(118)는 케이스를 배수시키기 위해 가급적 수동으로 개,폐시킬 수 있는 어떤 형식의 밸브도 가능하다. 상기 밸브(118)는 케이스(104)의 바닥에 있는 내부 공간의 하부에 위치하는 것으로 예시되었다. 그러나, 밸브는 케이스 상의 기타 다른 적절한 위치에 놓여질 수도 있다. 케이스(104)의 전방부는 사용자가 컴퓨터(100)를 모니터에 연결하지 않고서도 전방으로부터 보면서 컴퓨터를 운영할 수 있도록 하는 터치 스크린 디스플레이를 가질 수도 있다.

마더보드 어셈블리(114)는 컴퓨터(100)의 많은 내부 구성요소들의 지지체로서 역할을 수행한다. 상기 마더보드 어셈블리(114)는 내부 공간(106) 안에 제거가능하게 배치되어 뚜껑(108)이 위로 올려졌을 때 마더보드 어셈블리(114)가 케이스 로부터 상승되도록 한다. 도20-도22과 관련하여, 마더보드 어셈블리(114)는 마더보드(302)가 위에 배치되며 잠겨진 구성요소들을 지지하는 지지부재(300)를 포함한다.

마더보드 어셈블리(114)는 도24에 도시된 마더보드(114)의 상단부에 있는 플랜지(122)를 통해 뚜껑(108)에 고정되고, 상기 플랜지(122)는 패스-스루 커넥터(112)에 연결된다. 아울러, 지지부재(300)에 고정된 한 쌍의 탭(123)은 뚜껑(108)에 연결된다.

마더보드 구성요소들의 예시적 배치가 도23에 예시되어 있다. 이 배치는 마더보드(302)를 거의 또는 완전히 무-배선으로 되게끔 설계되고 아울러 내부공간(106)에 있는 냉각액체의 이동을 수월하게 한다. 마더보드(302)에는 4개의 CPU 및/또는 GPU(124), 비디오/마더보드 메모리 카드(126), 메모리 카드(127), 파워 공급원(128), 및 컨트롤러 칩(130)이 장착된 것으로 예시되었다. 이들 구성요소들은 서로 관련되도록 배치되어 액체의 흐름에 도움을 주는 다수의 수직 및 수평형 액체 유동 채널을 한정한다. 예컨대, 수직형 채널은 CPU/GPU들(124) 사이의 채널(132A), 컨트롤러 칩들간의 채널(132B), 및 CPU/GPU와 메모리 카드(126,127)사이의 채널(132C)을 포함한다. 수평형 채널은, 예컨대, CPU/GPU들 사이의 채널(134A), CPU/GPU와 컨트롤러 칩(130)들간의 채널(134B), 및 CPU/GPU와 파워 공급원(128)사이의 채널(134C)을 포함한다. 자외선과 같은 광선의 필요한 색채/파장을 산출하는 다수의 LED(136)가 마더보드(114)의 다수의 위치에 분산되어 장착될 수 있다. 조명이 비춰질 때, LED(136)는 내부공간(106)에 있는 액체로 하여금 발광하도록 한다.

열의 분산에 도움을 주기 위해, 히트 싱크가 마더보드(302)상의 일부의 또는 모든 열 발생 구성요소에 부착될 수 있다. 히트 싱크의 이용은 특정 구성요소에 의해 발생된 열의 양에 따라, 그리고 액체와의 직접적인 접촉에 의해 제공되는 추가적인 열 분산이 특정 구성요소에 필요하다고 결정되는지 여부에 따라 좌우된다.

도20-도23에 도시한 바와 같이, 히트 싱크(140)는 CPU/GPU(124)와 컨트롤러 칩(130)에 부착된 것으로 나타난다. 상기 히트 싱크(140)들은 각각 구성요소에 고정된 베이스 플레이트(144)로부터 연장된 다수의 길다란 핀(fin)(142)을 포함한다. 이들 핀(142) 및 플레이트(144)는 구성요소로부터 멀리 열을 전도한다. 아울러, 핀(142)은 유동채널들을 한정하여 그들 사이에 냉각액체가 다수의 핀을 관통하여 흐르도록 하여 액체에 열을 전달시킨다.

히트 싱크(150)도 역시 메모리 카드(126,127) 및 파워 공급원(1280에 부착된다. 상기 히트 싱크(150)는 히트 싱크(140)와 유사하며, 구성요소에 고정된 베이스 플레이트(154)에 연결된 핀(152)을 포함하고 있다. 그러나, 핀(152)은 핀(142)보다 상당히 짧은 축방향 길이를 갖는다. 그럼에도 불구하고, 핀(152)들은 그들 사이의 유동 채널들을 한정하여 냉각액체로 하여금 다수의 핀을 관통하여 액체로 열을 전달시키도록 한다.

상기한 바와 같이, 마더보드 어셈블리(114)는 내부공간(106)에 제거가능하게 배치되어 뚜껑(108)이 위로 올려졌을 때 마더보드 어셈블리가 공간으로부터 상승될 수 있게끔 허용한다. 도24와 관련하여 살펴보면, 케이스(104)의 내부공간(106)은 내부공간을 한정하는 벽들의 양단에 한 쌍의 채널(160)을 포함한다. 각 채널(160) 은 벽의 상부로부터 바닥까지 연장되고 또 연속되어 있다. 도22 및 도24에 도시한 바와 같이, 마더보드 어셈블리의 측연부에는 채널(160)안에 활주할 수 있는 사이즈로 형성된 슬라이드(162)가 제공된다. 상기 채널(160) 및 슬라이드(162)는 마더보드 어셈블리(114)가 케이스로부터 위로 상승될 때 그리고 다시 내부공간 속으로 하강될 때 마더보드 어셈블리(114)를 가이드하는 것을 돕는다.

도21-도24와 관련하여, 하나 또는 그 이상의 슬라이드 잠금 메커니즘(170)이 마더보드 어셈블리(114)를 내부공간(106) 외부의 상승된 위치에 유지시키기 위해 마련될 수 있다. 2개의 슬라이드 잠금 메커니즘(170)이 예시되어 있다. 그러나, 마더보드 어셈블리를 상승된 위치에 충분히 지지시킬 수만 있다면 단일 슬라이드 잠금 메커니즘도 이용가능하다. 마더보드 어셈블리를 상승된 위치로 유지시킴으로써, 마더보드 구성요소들의 유지 및/또는 교체가 수월해지는 한편, 마더보드 어셈블리(114)가 위로 상승될 때 액체가 내부공간(106) 속으로 낙하될 수 있게 한다.

슬라이드 잠금 메커니즘(170)은 다수의 구조를 가질 수 있다. 예시된 실시예는 슬라이드(162)의 일부분을 형성하는 스톱 부재(172)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 스톱 부재(172)는 마더보드 어셈블리에 피봇가능하게 연결되어 도21-도23에 도시한 위치와 도24에 도시한 위치 사이에서 회전할 수 있도록 한다. 스톱 부재(172)는 스프링(도시하지 않았음)에 의해 바이어스되어 마더보드 어셈블리가 위로 상승될 때는 스톱 부재가 반시계 방향(도21을 관찰할 때)으로 바이어스되도록 하고, 스톱 부재(172)가 채널(160)을 해제하였을 때는 스톱 부재가 자동적으로 도24에 도시한 위치로 회전하도록 한다.

도24에 도시한 위치에서, 스톱 부재(172)는 반시계 방향으로 그 이상 회전되는 것이 방지되어, 스톱 부재(172)와 채널(160)을 형성하는 구조 사이의 간섭으로 인해 마더보드 어셈블리가 내부공간(106) 속으로 다시 낙하되는 것을 방지한다. 슬라이드 잠금 메커니즘(170)을 해제하기 위해서는, 마더보드 어셈블리를 위로 더욱 상승시키고, 그리고 스톱 부재(172)는 수동으로 시계방향으로 회전시켜 도21-도23에 도시한 위치가 되도록 한다. 그 다음 마더보드 어셈블리는 케이스속으로 하강된다.

도17 및 도20과 관련하여 보면, 잠김형 냉각시스템(102)은 케이스(104) 내의 공간(111)에 장착된 열 교환기(180), 내부공간(106) 안의 마더보드(302)상에 장착된 펌프(210), 및 내부공간(106)안의 절연 냉각액체를 포함한다. 내부공간은 충분한 절연 냉각액체를 수용하여 냉각액체에 잠겨지도록 원하는 구성요소들이 완전히 잠겨지도록 한다. 예컨대, 냉각액체가 내부공간에 충분히 충전되므로써, 마더보드상의 모든 열 발생 구성요소들이 잠겨지게 된다. 냉각시스템(102)은 가열된 절연액체를 내부공간(106)으로부터 내부공간(106) 외측의 열 교환기(180)로 보내서 액체를 냉각시키도록 설계된다. 냉각된 액체는 그 다음 다시 내부공간(106)으로 복귀하게 된다.

열 교환기(180)는 내부공간 외측에 위치하고 도18에 도시한 바와 같이 실질적으로 컴퓨터(100)의 외벽을 형성한다. 상기 열 교환기(180)는 냉각용 액체가 냉각을 위해 그곳을 관통하도록 허용하는 구조로 형성되어 있다. 예시된 실시예에 있어, 열 교환기(180)는 케이스(104)의 일 벽을 형성하는 사이즈로 되어 있다. 도26 과 관련하여 보면, 열 교환기(180)는 냉각액체가 유입되는 입구(182), 냉각액체가 방출되는 출구(184), 및 열 교환기를 통과하여 상기 입구(182)로부터 출구(184)까지 연장되는 적어도 하나의 냉각액체 유동경로를 포함한다.

상기 열 교환기(180)는 냉각액체가 내부공간(106)속으로 피드백되기 전에 허용가능한 온도 이하로 냉각시킬 수 있는 한 다양한 구조를 취할 수 있다. 열 교환기(180)의 예시적인 구조가 도26 및 도27에 도시되어 있다. 이 실시예에 있어, 열 교환기(180)는 서로 연결된 다수의 동일한 평판(186)을 포함한다. 각 평판(186)은 각 단부에 구멍(188,190)을 포함함으로써 사용중에 절연액체를 수용하는 공간을 형성한다. 평판(186)은 또한 일방향으로 연장된 보스(boss)들에 의해 한정되는 다수의 제1구멍(192), 및 반대편 방향으로 연장된 보스들에 의해 한정되는 다수의 제2구멍(194)을 포함한다. 각 단부의 구멍들(188,190) 역시 제1구멍(192)을 한정하는 방향과 동일한 방향으로 연장되는 보스들에 의해 한정된다. 아울러, 평판(186)의 중앙부(196)는 구멍(188,190,192)의 보스들 방향으로 부풀려져서, 평판(186)의 반대편 측이 서라운딩 림(surrounding rim)(200) 밑으로 리세스(198)를 형성하게 한다.

열 교환기(180)를 형성하기 위해, 제1평판(186A)은 도27에 도시한 바와 같이 뒤집혀져 있으며, 2개의 평판(186A,186B)은 그 다음 림(200)을 따라 납땜 등에 의해 서로 고정된다. 2개의 구멍(188)이 상부에 정렬되고, 다른 2개의 구멍은 하부에 정렬된다. 아울러, 제2구멍(194)을 한정하는 보스들은 서로 결합하여 2개의 평판(186A,186B) 사이에 다수의 공기통로를 형성한다. 리세스(198)는 액체를 구 멍(188)으로부터 하방으로 흐르도록 하여, 제2구멍(194)의 결합된 보스들을 지나, 하부 단부의 구멍(190)으로 유동하게끔 한다.

제3평판(186)은 그 다음 2개의 평판(186A,186B) 중 어느 하나에 대해 뒤집혀진 상태로 연결된다. 각 단부의 구멍(188,190)을 한정하는 보스들은 제1구멍(192)을 한정하는 보스와 같이 서로 결합될 것이다. 이것은 도26에 도시한 바와 같이 열 교환기의 외측상에 일련의 공기 유동경로(202)를 형성할 것이다. 이러한 평판(186) 추가의 프로세스는 필요한 열 교환기의 사이즈를 형성하기 위해 반복된다. 열 교환기(180)의 양단 반대편에 있는 두 평판을 위해, 구멍(192,194)들은 폐쇄되어 액체의 유실을 막는다. 아울러, 입구(182)를 한정하는 입구 피팅(204)은 구멍(188)을 한정하는 보스에 연결될 것이고, 출구(184)를 한정하는 출구 피팅(206)은 구멍(190)을 한정하는 보스에 연결될 것이다. 열 교환기의 양단 반대편에 있는 구멍들(188,190)은 적절한 캡(208)에 의해 폐쇄된다.

열 교환기(180)의 사용 중, 냉각될 액체는 입구(182)로, 그리고 구멍(188)에 의해 한정된 열 교환기의 상부에 있는 공간으로 유동한다. 액체는 리세스(recess)(198)에서 제2구멍(194)의 보스를 지나 하방으로 유동될 수 있다. 그에 따라, 액체는 보스에 열을 전달하게 된다. 그와 동시에, 공기는 열을 뽑아내기 위해 구멍(194)의 정렬된 보스들 속으로 유동할 수 있다. 공기는 또한 부풀려진 중앙부(196)와의 추가적인 열교환을 위해 유동경로(202) 속으로 유동한다. 냉각된 액체는 정렬된 구멍(190)에 의해 한정된 공간에 집합되고, 펌프(210)에 의해 출구(184)를 통해 그리고 공간(106)으로 다시 압송된다.

도20, 도22 및 도23과 관련하여, 펌프(210)는 마더보드(302)에 장착되고 그리고 사용 중에 절연액체에 잠겨진다. 펌프(210)는 액체를 열 교환기를 통과하여 공간 밖으로 순환시킨 다음 공간 속으로 환류시킬 수 있는 사이즈를 갖는다. 펌프(210)는 입구(212) 및 출구(214)를 가지는 원심펌프로서 예시되었다. 입구(212)는 공간(106)을 통해 액체를 수취하고, 그리고 액체를 뚜껑(108) 상에 형성된 출구 포트(218)에 연결된 출구(214)를 통해 압송한다. 출구 포트(218)는 뚜껑(108)을 통과하여 연장하여 적절한 배관에 의해 열 교환기 입구(182)에 유체적으로 연결된다. 열 교환기 출구(184)는 적절한 배관에 의해 뚜껑을 통과하여 형성된 입구 포트(222)에 유체적으로 연결되어 액체가 공간(106)으로 되돌아 가도록 인도한다.

심각한 열이 발생하는 영역에 있어, 국부적인 냉각을 제공하기 위해 직접적인 충돌 냉각이 이용될 수도 있다. 상세하게는, 도20, 도22 및 도23에 도시한 바와 같이, 스프레이 바 어셈블리(spray bar assembly)(230)가 입구 포트(222)에 연결된다. 상기 스프레이 바 어셈블리(230)는 수직형 채널(132A)을 따라 연장되는 중앙 경로(231), 및 수평형 채널(134A-C)을 따라(그리고 공간(106)의 하부에서) 연장되는 다수의 브랜치(branch) 또는 벤트(vent)(232)를 포함한다. 상기 브랜치(232)는 냉각된 액체를 막바로 구성요소들(124, 126, 127, 128, 130) 위로 보내기 위한 구멍(234)(도20 참조)을 포함한다. 상기 구멍(234)은 액체를 상방으로 향하도록 유도하기 위해 브랜치(232)의 상부에 있다. 그러나, 이 구멍은 액체를 구성요소들에 대해 하방으로 향하도록 유도하기 위해 브랜치의 하부에 제공될 수도 있다.

열 교환기를 통과하는 공기의 유동을 형성하기 위해 공기-이동기구가 제공될 수도 있다. 서로 다른 다수의 공기-이동기구, 예컨대, 팬 또는 이온화 기구가 사용될 수 있다. 첨부 도면은 열 교환기(180)를 통과하는 공기의 이동을 형성하기 위해 팬(240)을 사용하고 있는 것을 예시한다. 팬(240)은 도20, 도25, 및 도28에 명료하게 도시되어 있다. 상기 팬(240)은 열 교환기(180)의 기저부에 있는 컴퓨터(100)의 하부에 위치한다. 예시된 실시예에 있어, 팬(240)은 열 교환기의 전체 길이를 가로지르는 공기흐름을 조성하기 위하여 실질적으로 열 교환기의 전체 길이를 가로질러 연장되는 공기출구(241)를 갖춘 다람쥐-집 형식의 팬이다. 상기 팬(240)의 입구측 전방에는 공기 필터(242)가 위치되어 공기를 여과시킨다. 상기 공기 필터(242)는 어떤 적절한 타입, 예컨대, 고-효율형 미립자 공기(HEPA) 필터일 수 있다. 상기 공기 필터(242)는 슬라이드 가능하여 핸들(243)을 당겼을 때 케이스(104)로부터 제거될 수 있게끔 장착된다. 이는 필터(242)를 청소하거나 새로운 대체 필터로 교체할 수 있도록 허용한다. 컴퓨터의 측면에 있는 일련의 공기 벤트(244)(도18 참조)를 거쳐 공기가 필터 및 팬 속으로 유입된다.

컴퓨터(100)는 또한 케이스(104)의 외부에 드라이브 메커니즘(250)과 같은 부가적인 구조를 포함할 수 있다. 상기 드라이브 메커니즘(250)은 DVD 드라이브, 플로피 드라이브, CD 드라이브, Blu-ray 드라이브, HD 드라이브 등 일 수있다. 아울러, 하나 또는 그 이상의 하드 드라이브(252)가 케이스(104)의 맞은편 측으로부터 접근가능하다. 하드 드라이브(252)는 대체 하드 드라이브로 쉽게 교체할 수 있게끔 장착될 수 있다.

어떤 실시예에 있어, 하드 드라이브(252)는 절연액체에 잠겨진 케이스의 내 부공간(106)안에 배치될 수 있다. 이러한 실시예에 있어, 하드 드라이브 내부 및 내부공간(106) 외부의 공기압력을 동일하게 유지시키는 것이 필요하다. 도29 및 도30A-C는 압력 평형을 달성하는 데 도움을 주기 위해 하드 드라이브 상에 있는 브리더 구멍(261)(도30A 참조)에 연결될 수 있는 스노클 어태치먼트(snorkel attachment)(260)를 예시한다. 상기 스노클 어태치먼트(260)는 브리더 구멍(261)둘레에 맞추어지며(도30B 참조) 그리고 하드 드라이브(252)와 수밀 밀봉을 형성하도록 설계되어 액체의 유입을 방지하는 원형 캡(262)을 포함한다. 피팅(264)은 캡(262)으로부터 연장되고, 그리고 브리더 도관(266)은 피팅(264)에 연결된다. 상기 브리더 도관(266)은 공간(106)의 외측으로 향하도록 할 수 있으며, 또는 브리더 도관(266)은 뚜껑(108)을 통해 연장되는 피팅에 연결될 수 있다. 상기 스노클 어태치먼트(260)는 하드 드라이브와 외부 공기압력 사이에 압력 평형을 달성할 수 있도록 하여, 절연액체에 잠겨져 있는 동안에도 하드 드라이브가 적절히 기능할 수 있게 한다.

컴퓨터(100)에 사용된 절연 냉각액체는 상기한 절연 냉각액체 중 어느 하나일 수 있다. 아울러, 콩-기반 절연 냉각액체도 사용가능하다. 필요하다면, 절연 냉각액체에 염료 물질을 첨가하여 액체가 특정 색깔을 나타내도록 할 수도 있다. 측벽(107)의 일부분(109)은 투명하기 때문에, 액체에 염료를 가하면 컴퓨터의 시각적 효과를 크게 변화시킬 것이다.

Claims (27)

1. 액체-밀봉형 내부공간, 내부공간 외부로부터 내부공간으로의 액체 입구, 및 내부공간으로부터 내부공간 외부로의 액체 출구를 한정하는 하우징;

   내부공간에 배치된 다수의 열-발생 구성요소;

   내부공간에 제공되어 상기 열-발생 구성요소들이 직접 접촉상태로 잠겨지게 되며, 액체상태가 변화되지 않는 절연 냉각액체;

   하우징의 외부에 위치하는 열 교환기에 유체적으로 연결된 액체 입구 및 액체 출구;

   하우징의 내부공간과 열 교환기 사이에 절연 냉각액체를 압송하는 펌프; 및

   액체 입구를 통해 하우징에 주입되는 절연 냉각액체가 열-발생 구성요소들 중 적어도 어느 하나로 곧바로 향하도록 유도하는 냉각 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전자시스템은 컴퓨터이고 상기 열-발생 구성요소들은 내부공간 내의 마더보드에 배치되는 프로세서, 메모리, 및 파워 공급원 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 냉각 메커니즘은,

   액체 입구에 유체적으로 연결되며, 절연 냉각액체의 환류가 하나의 열-발생 구성요소로 향하도록 유도하기 위하여 상기 하나의 열-발생 구성요소에 인접한 출구 단부를 구비한 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 내부공간은 내부에 배치된 다수의 회로 보드를 더 포함하며,

   상기 각 회로 보드는,

   컴퓨터 시스템을 구성하며 절연 냉각액체에 직접 접촉상태로 잠겨지는 열-발생 전자장치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자시스템.
5. 제1항에 있어서,

   절연 냉각액체를 각각 내장하며, 열 교환기 및 펌프에 유체적으로 각각 연결되는 다수의 하우징들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자시스템.
6. 액체-밀봉형 내부공간, 내부공간 외부로부터 내부공간으로의 액체 입구, 및 내부공간으로부터 내부공간 외부로의 액체 출구를 한정하는 하우징;

   내부공간에 배치된 열-발생 구성요소;

   내부공간에 제공되어 상기 열-발생 구성요소가 직접 접촉상태로 잠겨지게 되는 절연 냉각액체;

   내부공간 외측의 상기 하우징에 고정되는 것으로, 내부공간 외부의 냉각액체 입구, 내부공간 외부의 냉각액체 출구, 및 냉각액체 입구로부터 냉각액체 출구까지 통과하는 냉각액체용 유동경로를 포함하는 열 교환기;

   액체 출구를 냉각액체 입구에 연결시키는 제1 유체 통로, 및 액체 입구를 냉각액체 출구에 연결시키는 제2 유체 통로;

   내부공간에 배치되어 절연 냉각액체에 잠겨진 하드 드라이브 메커니즘; 및

   상기 하드 드라이브 메커니즘에 연결되고 또한 하드 드라이브와 외부 공기압력 사이의 압력 평형을 달성하기 위해 내부공간의 외부와 연통하는 스노클(snorkel)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
7. 액체-밀봉형 내부공간, 내부공간 외부로부터 내부공간으로의 액체 입구, 및 내부공간으로부터 내부공간 외부로의 액체 출구를 한정하는 하우징;

   내부공간에 배치된 열-발생 구성요소;

   내부공간에 제공되어 상기 열-발생 구성요소가 직접 접촉상태로 잠겨지게 되는 절연 냉각액체;

   내부공간 외측의 상기 하우징에 고정되는 것으로, 내부공간 외부의 냉각액체 입구, 내부공간 외부의 냉각액체 출구, 및 냉각액체 입구로부터 냉각액체 출구까지 통과하는 냉각액체용 유동경로를 포함하는 열 교환기;

   액체 출구를 냉각액체 입구에 연결시키는 제1 유체 통로, 및 액체 입구를 냉각액체 출구에 연결시키는 제2 유체 통로; 및

   냉각액체를 내부공간 속으로 그리고 내부공간 밖으로 압송하기 위한 입구 및 출구를 포함하는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
8. 액체-밀봉형 내부공간, 내부공간 외부로부터 내부공간으로의 액체 입구, 및 내부공간으로부터 내부공간 외부로의 액체 출구를 한정하는 하우징;

   내부공간에 배치된 열-발생 구성요소;

   내부공간에 제공되어 상기 열-발생 구성요소가 직접 접촉상태로 잠겨지게 되는 절연 냉각액체;

   내부공간 외측의 상기 하우징에 고정되는 것으로, 내부공간 외부의 냉각액체 입구, 내부공간 외부의 냉각액체 출구, 및 냉각액체 입구로부터 냉각액체 출구까지 통과하는 냉각액체용 유동경로를 포함하는 열 교환기;

   액체 출구를 냉각액체 입구에 연결시키는 제1 유체 통로, 및 액체 입구를 냉각액체 출구에 연결시키는 제2 유체 통로; 및

   하우징에 제거가능하게 연결되어 내부공간의 상부를 폐쇄시키는 뚜껑을 더 포함하고, 상기 뚜껑은 적어도 하나의 패스-스루 커넥터; 및 상기 내부공간에 배치되고 또한 상기 뚜껑에 부착되는 마더보드를 포함하며, 상기 마더보드는 그 상단부에 입력/출력 및/또는 파워가 마더보드까지 통과되게끔 허용하는 패스-스루 커넥터와 결합된 전기 접촉부를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 전자장치.
9. 액체-밀봉형 내부공간, 내부공간 외부로부터 내부공간으로의 액체 입구, 및 내부공간으로부터 내부공간 외부로의 액체 출구를 한정하는 하우징;

   내부공간에 배치된 열-발생 구성요소;

   내부공간에 제공되어 상기 열-발생 구성요소들이 직접 접촉상태로 잠겨지게 되는 절연 냉각액체;

   내부공간 외측의 상기 하우징에 고정되는 것으로, 내부공간 외부의 냉각액체 입구, 내부공간 외부의 냉각액체 출구, 및 냉각액체 입구로부터 냉각액체 출구까지 통과하는 냉각액체용 유동경로를 포함하는 열 교환기;

   액체 출구를 냉각액체 입구에 연결시키는 제1 유체 통로, 및 액체 입구를 냉각액체 출구에 연결시키는 제2 유체 통로; 및

   내부공간에 배치된 다수의 분리된 열-발생 구성요소들, 및 절연 냉각액체의 흐름을 상기 열-발생 구성요소들로 곧바로 향하도록 유도하는 다수의 튜브들을 구비한 충돌 냉각시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
10. 액체-밀봉형 내부공간을 한정하는 다수의 벽으로서, 적어도 일 벽의 일부분은 컴퓨터의 외부로부터 육안으로 식별되고 또한 내부공간 안에 있는 물체의 관망을 허용하는 재료로 만들어진 상기 다수의 벽; 및

    내부공간의 상부를 폐쇄시키는 것으로서, 상기 다수의 벽과 액체-밀봉형 시일을 형성하고, 내부공간에 배치될 마더보드에 부착되고 내부공간과 케이스의 외부 사이에 전기적인 접속을 제공하는 구조로 형성된 밀봉형 전기 커넥터를 구비한 제거가능형 뚜껑을 포함하며,

    상기 뚜껑은 개방되었을 때 내부공간에 공급되는 전력을 차단하는 파워 컷-오프 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 잠김 냉각형 컴퓨터를 위한 하우징.
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