KR102188133B1 - 컴퓨터의 발열을 이용한 cpu 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴퓨터의 발열을 이용하여 CPU를 냉각하는 장치에 있어서: 발열 구성품(11)을 탑재한 기판(10); 상기 발열 구성품(11)의 상면에 밀착 상태로 설치되고, 발전부(22)를 통하여 DC 전력을 생성하는 펠티어 소자(20); 및 상기 펠티어 소자(20)의 상측에 히트싱크(32)를 구비하고, 생성된 DC 전력으로 방열기(34)를 가동하는 냉각수단(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 컴퓨터의 주요 구성품 발열을 이용하여 생성된 DC 전력을 기반으로 CPU에 대한 자가 쿨링과 무소음 쿨링의 효율성을 높여 상품성을 제고하는 효과가 있다.

Description

컴퓨터의 발열을 이용한 CPU 냉각장치 {CPU cooling apparatus using computer heat dissipation}

본 발명은 컴퓨터 CPU 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 컴퓨터의 발생하는 열을 이용하여 발생된 DC 전력으로 주요 구성품의 쿨링을 수행하는 컴퓨터의 발열을 이용한 CPU 냉각장치에 관한 것이다.

통상적으로 컴퓨터에 탑재되는 CPU, GPU, HDD 등 주요 구성품의 발열은 방열면적을 늘이는 제1의 방안과 열전달율을 높이는 제2의 방안으로 발전되어 왔다. 전자는 방열판을 케이스나 프레임으로 확대하는 것이고 후자는 냉각팬 등으로 열교환을 유발하는 것이다. 그럼에도 여타의 제품과 마찬가지로 컴퓨터에 경박단소 설계가 도입되는 과정에서 보다 빠른 처리속도와 연계되어 필연적으로 발열, 소음 등의 문제를 유발하고 있다.

이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2005-0026649호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제0463519호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 발열 부품에 접촉되는 제 1방열판; 제 1방열판의 열을 발산하는 제 2방열판; 제 2방열판의 열을 흡수하고 대기에 발산하여 냉각시키는 열전소자; 발열 부품의 온도를 측정하는 온도 센서; 온도 데이터를 전달받아 열전소자를 제어하는 제어부;를 포함한다. 이에, 소형화를 달성하면서 사용자 조절로 발열 부품을 냉각하는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 방열핀에 설치되어 외기를 접촉시켜 냉각시키는 팬; 일측에서 열전모듈에 연결되고 타측에서 대기에 노출되어, 제백효과에 의해 기전력을 발생시키는 써모커플; 기전력에 의해 열전모듈의 전원을 단속하여 온도를 제어하는 전원 제어부:를 포함한다. 이에, 고가의 센서와 마이컴 없이 주위 대기보다 낮은 온도를 유지하는 효과를 기대한다.

그러나, 선행문헌 1은 제어부를 구비하여 소형화에 한계성을 보이고 선행문헌 2는 냉각 효과를 높이기에 한계성을 보이고 있다.

한국 공개특허공보 제2005-0026649호 "반도체 열전 모듈 방식의 컴퓨터 발열 부품의 냉각 장치" (공개일자 : 2005.03.15.) 한국 등록특허공보 제0463519호 "중앙처리장치 냉각 시스템" (공개일자 : 2003.09.22.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 컴퓨터의 주요 구성품에서 발생하는 열을 이용하여 생성된 DC 전력을 기반으로 CPU에 대한 자가 쿨링과 무소음 쿨링의 효율성을 높이기 위한 컴퓨터의 발열을 이용한 CPU 냉각장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 컴퓨터의 발열을 이용하여 CPU를 냉각하는 장치에 있어서: 발열 구성품을 탑재한 기판; 상기 발열 구성품의 상면에 밀착 상태로 설치되고, 발전부를 통하여 DC 전력을 생성하는 펠티어 소자; 및 상기 펠티어 소자의 상측에 히트싱크를 구비하고, 생성된 DC 전력으로 방열기를 가동하는 냉각수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 기판은 프레임을 개재하여 발열 구성품의 냉각을 위한 방열기를 지지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 발열 구성품과 상기 펠티어 소자의 접촉면에 서멀패드를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각수단은 히트싱크의 내부에 히트파이프를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 기판은 다수의 발열 구성품에 장착된 펠티어 소자에서 생성되는 DC 전력을 저장하는 축전수단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 컴퓨터의 주요 구성품 발열을 이용하여 생성된 DC 전력을 기반으로 CPU에 대한 자가 쿨링과 무소음 쿨링의 효율성을 높여 상품성을 제고하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 작동 원리를 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 주요부 구성을 나타내는 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 컴퓨터의 발열을 이용하여 CPU를 냉각하는 장치에 관하여 제안한다. PC, 서버 등과 같은 컴퓨터에 탑재되는 CPU의 냉각을 위한 장치를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 발열 구성품(11)을 탑재한 기판(10)을 포함하여 이루어진다. 발열 구성품(11)은 협의적으로 CPU(13)를 의미하지만, 광의적으로 그래픽카드, 칩셋, 파워서플라이 등을 포함하는 의미로 정의된다. 기판(10)은 발열 구성품(11)을 회로적으로 연결하고 소정의 알고리즘을 실행하는 동시에 외부의 디스플레이 등과 회로적으로 연결된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 기판(10)은 프레임(15)을 개재하여 발열 구성품(11)의 냉각을 위한 방열기(34)를 지지하는 것을 특징으로 한다. 도 2를 참조하면 프레임(15)은 CPU(13)의 양측면에 대향하도록 기판(10)에 고정된다. 프레임(15)의 상면은 CPU(13)의 상면을 노출시키도록 개구를 지닌다. 방열기(34)는 무소음 쿨링팬을 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않고 수냉쿨러를 적용할 수도 있다. 이외에 프레임(15)의 일측과 타측에 무소음 쿨링팬과 수냉쿨러를 동시에 장착하는 구성도 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 펠티어 소자(20)가 상기 발열 구성품(11)의 상면에 밀착 상태로 설치되고, 발전부(22)를 통하여 DC 전력을 생성하는 구조를 이루고 있다. 펠티어 소자(20)는 상하로 대향하는 금속판 사이에 p형 및 n형 반도체 소자를 접합하여 직렬로 연결한 구조를 채용할 수 있다. 펠티어 소자(20)에서 상부 금속판은 저온측이고 하부 금속판은 고온측이다. 발전부(22)는 반도체 소자를 연결하고 열기전력을 발전 전압으로 출력한다. 발전부(22)는 열기전력의 변동에 대응하여 DC 전력의 변동을 축소하도록 승압 콘덴서 회로를 포함할 수 있다. 발전부(22)의 출력단에는 외부의 기기와 결선하여 DC 전력을 제공하기 위한 단자부(24)를 구비한다. 펠티어 소자(20)는 프레임(15)의 개구를 통하여 발열 구성품(11)인 CPU(13)의 상면과 최대한 밀착 상태를 유지한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 발열 구성품(11)과 상기 펠티어 소자(20)의 접촉면에 서멀패드(26)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 서멀패드(26)는 발열 구성품(11)과 펠티어 소자(20)의 접촉면에 미세한 요철이 있더라도 우수한 열단달 능력으로 발열 구성품(11)의 발열을 펠티어 소자(20)의 고온측 금속판에 전달한다. 서멀패드(26)는 접착 성분을 포함할 수 있으며, 결과적으로 펠티어 소자(20)의 발전 효율을 향상하는데 일조한다.

또한, 본 발명에 따르면, 냉각수단(30)이 상기 펠티어 소자(20)의 상측에 히트싱크(32)를 구비하고, 생성된 DC 전력으로 방열기(34)를 가동하는 구조를 이루고 있다. 냉각수단(30)은 궁극적으로 발열 구성품(11)의 하나인 CPU(13)를 냉각하는 역할을 수행한다. 히트싱크(32)는 펠티어 소자(20)의 상측에 저온측 금속판과 밀착된 상태로 장착된다. 방열기(34)는 프레임(15) 상에서 CPU(13)와 인접하게 대향하도록 장착된다. CPU(13)의 발열량이 증가할수록 펠티어 소자(20)의 DC 전력량이 증가하여 방열기(34)에 의한 냉각 기능도 높아진다. CPU(13)의 발열량이 감소하면 방열기(34)의 냉각 기능이 축소되어도 무방하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각수단(30)은 히트싱크(32)의 내부에 히트파이프(36)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 히트파이프(36)는 진공의 금속관 내부에 작동유체와 심지가 수용된 구조이다. 히트파이프(36)의 내부에 히트파이프(36)를 상하로 수용하면 하측에서 상측으로 전달하는 방열량을 증대한다. 히트파이프(36)에 의하여 히트싱크(32)의 방열량이 증가하면 결과적으로 펠티어 소자(20)에 의한 발전량 증가를 유발한다.

도시에는 생략하나, 히트싱크(32)의 상면 및 측면 중의 적어도 일부에 별도의 쿨링팬을 더 부가하여 히트파이프(36)와 더불어 펠티어 소자(20)의 상부 금속판 온도 저감을 유도할 수 있다. CPU(13)는 히트싱크(32)가 없는 상태에서 100℃ 이상의 고온 상태로 된다. 펠티어 소자(20)에 의한 열기전력 및 그에 따른 DC 전력은 상부 및 하부 금속판의 온도차가 크면 클수록 증가된다.

한편, 본 발명은 CPU(13)에 펠티어 소자(20)와 냉각수단(30)을 설치하는 것으로 설명하였으나, 발열 구성품(11)을 이루는 여타의 영역에도 동일하게 구성하는 것이 가능하다. 본 발명의 장치는 프레임(15), 펠티어 소자(20), 냉각수단(30)이 독립적으로 구성되므로 CPU(13) 외의 다른 발열 구성품(11)으로 확장 적용하기 용이하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 기판(10)은 다수의 발열 구성품(11)에 장착된 펠티어 소자(20)에서 생성되는 DC 전력을 저장하는 축전수단(40)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 펠티어 소자(20)의 DC 전력은 방열기(34)에 직접 공급될 수도 있고, 축전수단(40)을 거쳐 공급될 수도 있다. 축전수단(40)은 CPU(13)는 물론 여타의 발열 구성품(11)에 장착된 펠티어 소자(20)에서 생성된 DC 전력을 저장한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 기판 11: 발열 구성품
13: CPU 15: 프레임
20: 펠티어 소자 22: 발전부
24: 단자부 26: 서멀패드
30: 냉각수단 32: 히트싱크
34: 방열기 36: 히트파이프
40: 축전수단

Claims (5)

1. 컴퓨터의 발열을 이용하여 CPU를 냉각하는 장치에 있어서:
   그래픽카드, 칩셋, 파워서플라이를 포함하는 발열 구성품(11)을 탑재한 기판(10);
   상기 발열 구성품(11)의 상면에 밀착 상태로 설치되고, 발전부(22)를 통하여 DC 전력을 생성하는 펠티어 소자(20); 및
   상기 펠티어 소자(20)의 상측에 히트싱크(32)를 구비하고, 생성된 DC 전력으로 방열기(34)을 가동하는 냉각수단(30);을 포함하여 이루어지되,
   상기 기판(10)은 프레임(15)을 개재하여 발열 구성품(11)의 냉각을 위하여 무소음 쿨링팬과 수냉쿨러를 장착한 방열기(34)을 지지하고,
   상기 프레임(15)은 상면에 개구를 지니면서 CPU(13)의 양측면에 대향하도록 경사지고,
   상기 발열 구성품(11)과 상기 펠티어 소자(20)의 접촉면에 접착 성분을 포함하는 서멀패드(26)를 더 구비하며,
   상기 냉각수단(30)은 히트싱크(32)의 내부에 히트파이프(36)를 더 구비하고,
   상기 기판(10)은 다수의 발열 구성품(11)에 장착된 펠티어 소자(20)에서 생성되는 DC 전력을 저장하는 축전수단(40)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터의 발열을 이용한 CPU 냉각장치.
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