KR20020096816A - 열관리 시스템 - Google Patents

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KR20020096816A
KR20020096816A KR1020010062187A KR20010062187A KR20020096816A KR 20020096816 A KR20020096816 A KR 20020096816A KR 1020010062187 A KR1020010062187 A KR 1020010062187A KR 20010062187 A KR20010062187 A KR 20010062187A KR 20020096816 A KR20020096816 A KR 20020096816A
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coolant
thermal management
electronic systems
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KR1020010062187A
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빌스키더블류존
니슬리매튜디
멀릿에릭
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써멀 코포레이션
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Abstract

본 발명은 전자 캐비넷의 내부 온도를 제어하는 열관리 시스템을 제공한다. 1차 열교환기는 캐비넷에서 전자시스템 및 구성요소와 열적으로 서로 연결되어 있는 냉각판을 구비하고 있다. 냉각판에 형성된 채널은 입구포트와 출구포트를 가진 튜브를 지지하고, 액상의 냉각액이 채널을 통해 순환하는 통로를 형성하도록 전자시스템과 열적으로 소통되어있다. 2차 열교환기는 채널의 입구포트 및 출구포트와 유체 유통상태로 배치된 응축기와, 응축기와 대향하도록 배치된 다수의 팬들을 구비하고 있다. 3차 열교환기는 2중판 어셈블리로 배치된 실질상 평행한 두 겹의 판을 구비하고 있다. 각각의 2중판 어셈블리는 하나의 2중판 어셈블리 밀폐단이 두 개의 인접한 2중판 어셈블리 개구단 사이에 개재되도록 밀폐단 및 개구단을 가지고 있다. 하나의 팬은 전자시스템에 공기를 송풍하도록 배치되어 있고, 가열된 공기를 전자시스템으로부터 빼내며, 가열된 공기를 2중판 어셈블리의 개구단 내로 송풍하고, 나머지 하나의 팬은 3차 열교환기를 통해 캐비넷 외부로부터 공기를 순환시키도록 배치되어 있다.

Description

열관리 시스템{HEAT MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 전자시스템에서의 열관리를 향상시키기 위한 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 3개의 열교환기 어셈블리가 어울려 전자시스템의 열 프로파일을 관리하는 복합 열교환기 시스템에 관한 것이다.
전자시스템의 성능은 온도에 의해 제한된다. 반도체 장치는 내부온도가 특정 한계점에 이르거나 넘게되면 성능이 저하한다. 예를들어, 실리콘 집적회로 장치에서, 온도가 10℃씩 올라갈 때 마다, 반도체 장치의 작동수명은 적어도 2배씩 감소한다. 주문자상표부착(OEM)에 의해 보다 작은 포장크기가 요구되고, 장치밀도가 증가할수록 더 큰 동력밀도를 필요로 함에 따라, 그에 수반하여 필요한 효율적인 열손실이 매우 중요하게 되었다.
이러한 산업상의 필요는 다음 세대에서는 더욱 복잡하게 되어, 고집적반도체장치는 상대적으로 높은 열에너지 세대를 필요로 한다. 그러한 장치, 예를들면, LPA 증폭기, 무선전화, 및 기타 관련 전자시스템과 같은 다음 세대의 통신 장치는 오늘날에도 빈번하게 찾을 수 있다. 이들 장치 및 시스템의 냉각 방식은, 각 프로세스에 유효한 공간, 온도, 고온 출력 전자 구성요소의 위치(들), 및 열에너지를 적절한 면적에 분배시켜 효율적으로 열을 전달할 수 있는 능력을 포함한, 많은 변수에 의존한다.
종래에는, 전체 시스템 또는 시스템의 일부분에 장착되고 핀(fin)이 구비된 열 싱크(heat sink)에 유체를 통과시키는 것이 전자시스템을 안전한 작동 온도로유지하는 데 적합한 것이었다. 정해진 시스템 전자 장치의 밀도와 적용에 의한 다양한 냉각액도 사용되었다. 그러나, 전자시스템의 다양한 형태는 댜양한 냉각액과 다양한 유체 순환 배열을 필요로 한다. 이들 시스템들은 종종 한정된 범위내에서 높은 열 이동율을 가지지만, 상당히 다양한 크기의 동력을 열전달부로/로부터 작동, 즉, 공급하는 것을 필요로 할 뿐만 아니라, 전자시스템에서 다양한 크기의 "공간(real estate)"을 필요로 한다. 상기 문제점들은 전자시스템 자체가 현저하게 변화하는 주위온도에 노출되었을 때 더욱 심각해진다. 열관리 시스템에는, 다양한 열전달 요구조건을 가진 전자시스템과 양립할 수 있도록, 다양한 열전달 단계를 구비하는 것이 필요하다.
본 발명은 다수의 전자시스템 및 구성요소를 포함하는 적어도 하나의 캐비넷의 내부 온도를 제어하는 열관리 시스템을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 1차 열교환기 어셈블리는 적어도 하나의 전자시스템 및 구성요소와 열적으로 서로 연결된 적어도 하나의 냉각판을 포함한다. 채널은, 냉각판에서, 입구포트 및 출구포트를 가진 튜브를 지지하고, 전자시스템 및 구성요소 부분과 대향하도록 배치되어, 전자시스템 및 구성요소 부분과 열적으로 소통하는 채널을 통해 액상의 냉각액이 순환하는 통로를 형성한다. 2차 열교환기 어셈블리는, 튜브의 입구포트 및 출구포트와 유체 유통상태로 배치된 응축기와, 응축기와 대향하여 배치된 다수의 팬(fan)들을 포함한다. 3차 열교환기 어셈블리는 2중판 어셈블리들에 배치된 실질상 평행한 판들이 겹쳐있는 적어도 하나의 층을 포함한다. 각각의 2중판 어셈블리들은, 하나의 2중판 어셈블리의 밀폐단이 두 개의 인접한 2중판 어셈블리의 개구단과 적어도 두 개의 팬 사이에 개재되도록, 밀폐단과 개구단을 가지고 있다. 적어도 두 개의 팬중 하나는, (ⅰ) 전자시스템 및 구성요소 부분의 여러 곳에 공기를 송풍하고, (ⅱ) 전자시스템 및 구성요소 부분의 여러 곳으로부터 가열된 공기를 빼내며, 그리고, (ⅲ) 2중판 어셈블리의 개구단으로 가열된 공기를 송풍하도록 배치되어 있다. 다른 팬은 인접한 2중판 어셈블리에 주위공기를 송풍하여 열을 제거하고, 그 열을 측벽을 통해 캐비넷 외부로 배출시킨다.
도 1은, 본 발명에 따른 열관리 시스템에 의해 냉각되는 전자캐비넷을 부분가상선으로 나타낸 사시도,
도 2는, 본 발명에 따른 열관리 시스템의 사시도,
도 3은, 냉각될 전자시스템을 포함하는 하우징으로부터 분해된 냉각판을 나타내는 1차 열교환기 어셈블리의 부분사시도,
도 4는, 냉각판의 사시도,
도 5는, 도 4에 도시된 냉각판의 평면도,
도 6a는, 도 5의 6-6선을 따라 본, 도 4 및 도 5에 도시된 냉각판의 부분단면도로서, 압입하기 전의 냉각판 채널 내에 위치한 관을 나타내는 도면,
도 6b는, 도 5의 6-6선을 따라 본, 도 4 및 도 5에 도시된 냉각판의 부분단면도로서, 압입한 후의 냉각판 채널 내에 위치한 관을 나타내는 도면,
도 7은, 본 발명에 따른 2차 열교환기 어셈블리의 분해 및 부분 파단 사시도,
도 8은, 이차 열교환기 어셈블리와 연결하여 사용되는 응축기의 평면도, 및
도 9는, 본 발명에 따른 3차 열교환기 어셈블리의 평면도이다.
첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 설명에서, "수평", "수직", "위", "아래", "상단", 및 "하단" 뿐만아니라, 그 파생어(즉, "수평으로", "아래쪽으로", "위쪽으로", 등)과 같은 관련 용어는 이하 설명되는 바와 같은 또는 이하 설명의 도면에 도시된 바와 같은 배향을 참조하여 해석한다. 이들 관련 용어는 설명의 편의를 위한 것이고, 일반적으로, 특별한 배향을 의도한 것은 아니다. "내부로" 및 "외부로"와, "종방향" 및 " 횡방향" 등을 포함하는 용어는 서로에 관련하여, 또는 축의 연장선, 축선, 또는 회전 중심에 관련하여 적절하게 해석한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 열관리 시스템(10)은, 1차 열교환기 어셈블리(100), 2차 열교환기 어셈블리(200), 및 3차 열교환기 어셈블리(300)을 포함한다. 2차 및 3차 열교환기 어셈블리(200, 300)는, 제 2 전자시스템 캐비넷(18), 예를들면, CDMA(코드분할다중접속{Code Division Multiple Access})시스템 캐비넷(도 1 참조)의 일부분에 장착된 제 1 캐비넷(15)에 수용되어 있다. 제 2 전자시스템 캐비넷(18)은 다양한 열 발생 전자시스템 및 장치들, 즉, 하나 이상의 LPA 증폭기 및 관련 전자모듈(20)들과 하나 이상의 통신제어시스템들 및 무선장치(22)들을 수용한다. 여러 전자모듈(20)들은 제 2 전자시스템 캐비넷(18)의 하단부(28)내에 나란히 장착된 다수의 랙(26)들에 각각 지지되어 있다. 다수의 무선장치(22)들은 제 2 전자시스템 캐비넷(18)의 상단부(30) 내에 장착되어 있다. 이러한 배치의 결과로서, 정상 작동중, 다수의 전자모듈(20)들과 적층된 통신제어시스템 및 무선장치(22)들은 제 2 전자시스템 캐비넷(18) 내에서 수천와트(W, watt)의 열에너지를 발생시킬 것이다. 예를들어, 본 발명은 주위온도가 -40℃∼+50℃인 범위에서의 작동에 적합하다. 이러한 조건에서, 본 발명은 주위온도를 넘어 15℃ 온도 증가시 대략 2,700와트의 열에너지를 제거할 것이다. 그 열은 제 2 전자시스템 캐비넷(18)의 다수의 무선장치(22)들과 대향한 구성요소에 의해 발생되고, 또한 전자모듈(20)들의 자연 대류로부터 발생된다. 또한, 대기 열 부하, 즉, 예를들면, 제 2 전자시스템 캐비넷(18)에 의해 흡수된 태양 방사광에 의해 발생된 것일 수도 있다.
캐비넷들(15, 18)은 일반적으로, 열관리 시스템(10)을 통해 서로 열적으로 소통하도록 배열된 직선구조를 포함한다. 보다 상세하게는, 제 1 캐비넷(15)은 2차 및 3차 열교환기 어셈블리(200, 300)를 각각 수용하는 상부격실(35)과 하부격실(37)을 포함한다. 여닫이 패널(39)은 상부격실(35)과 하부격실(37) 양쪽을 막도록 작동한다(도 1 참조). 여닫이 패널(39)은 상단부에, 제 1 캐비넷(15)의 상부격실(35) 내부와 제 2 전자시스템 캐비넷(18)의 상단부(30) 사이를 단지 유체만이 유통하도록 하는 3개의 개구부(41a, 41b, 41c)를 포함한다. 상부격실(35)를 구속하는 제 1 캐비넷(15)의 벽은 측벽 개구부(44) 및 뒷벽 개구부(46)을 포함한다. 하부격실(37)은 2차 열교환기 어셈블리(200)을 수용할 수 있는 크기 및 형태로 되어 있다. 다수의 개구부(50)들은 캐비넷의 측벽을 통해 하부격실(37)으로 공기를 흡입하는 유체 통로이고 뒷벽 개구부(52)는 하부격실의 공기를 배출하는 유체 통로이다. 제 1 캐비넷(15)의 격실들은 그 격실들과 외부 사이의 분리를 유지하기위해, 일반적으로 용접 또는 밀봉재료에 의해 밀폐되어 있다. 이러한 방식으로, NEMA 4 및 NEMA 12 표준에 맞도록, 제 1 캐비넷(15)은 먼지와 수분 등에 대해 충분하게 밀폐되어 있다. 모든 밀봉재료와 개스킷(gasket) 등은 해상보험 시험소 표준94 등급 V-1 또는 V-0(Underwriter Laboratories standard 94, rating V-1 or V-0)에 맞도록 선택된다.
도 1∼도 7을 참조하면, 1차 열교환기 어셈블리(100)는 제 2 전자시스템 캐비넷(18)의 하단부 내에 위치하고, 다수의 냉각판(103)들, 다수의 튜브(104)들, 및 다수의 냉각액 이송 도관(106)들을 포함한다. 보다 상세하게는, 각각의 냉각판(103)은 구리, 알루미늄, 또는 강 등의 열전도성 재료 평판 시트로 만들어 진다. 하우징(119)의 벽(118)(예를 들면 LPA 증폭기와 같은 전자 구성요소 및 회로를 지지함)은 각각의 냉각판(103)의 하단면(115)에 고정되고, 평면 커버 시트(116)는 다수의 패스너(120)들을 통해 냉각판 표면(117)에 고정되어, 냉각판(103) 및 튜브(104)와 열적으로 소통하도록 밀봉된다. 패스너(120)들은 냉각판(103)을 통해 횡방향으로 연장된다.
각각의 냉각판(103)은 냉각판 표면(117)을 통해 연장하고 냉각판 내부로 연장하는 열흡수부(122)와 열전달부(123)를 가진 채널을 포함한다. 열흡수부(122) 및 열전달부(123)는 흔히 직선 단면이지만, 다른 형태의 단면, 즉, 타원형, 원형, 및 다각형도 우수한 효과를 낼 수 있다. 열흡수부(122)는 냉각판(103) 표면(117)에 구불구불한 형상으로 형성되어 있고, 열전달부(123)는 냉각판 표면(117)에, 즉, 열흡수부(122) 주위에 통로를 만들고, 부분적으로 열흡수부(122) 주위를 둘러싸고 있다(도 4 및 도 5 참조). 열흡수부(122)는 열전달부(123)보다 작은 폭 또는 직경 및 깊이를 가진다. 물론, 열흡수부(122)는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 다른 다양한 형태와 배열, 예를들면, 지그재그형 또는 나선형 등일 수도 있다. 열흡수부(122) 및 열전달부(123)는 냉각판(103)의 도처에 이어져 있고, 냉각판(103)의 일단에서, 열흡수부(122)는 입구포트(124)와 연결되어 있고, 열전달부(123)는 출구포트(126)와 연결되어 있다.
각각의 튜브(104)는 제 1 개구단(111) 및 제 2 개구단(112)을 가지고, 바람직하게는, 가단성 원통형으로 형성되고, 구리 및 알루미늄 등과 같은 열전도성 재료로 만들어져, 튜브(104) 어셈블리를 냉각판(103)에 압입할 수 있도록 되어 있다. 튜브(104)는 열흡수부(122)의 폭에 대략 상응하고 그 깊이보다는 큰 외경을 가진다. 튜브(104)가 열흡수부(122) 내에 위치하면, 바람직하게는, 튜브(104)의 일부가 냉각판 표면(117)에 드러나 있다. 압입중, 냉각판 표면(117)에 드러나 있는 튜브(104)의 상단부는, 탄성변형하여 실질상 냉각판 표면(117)과 같은 높이가된다(도 6a 및 도 6b 참조). 이는 튜브를 채널의 단면 형상에 더 가깝게 상응하는 형태로 만들기 위한 것이다. 이러한 방식으로, 튜브(104)는 열흡수부에 확실하게 압입될 수 있고, 채널의 바닥에 열전도성 에폭시 등을 발라 냉각판(103)과 열적으로 통할 수 있도록 밀봉되게 유지할 수 있다. 이러한 구성은 냉각판(103), 튜브(104) 및 냉각액(127)(예를들면, 프로필렌 글리콜과 물 등의 효율적인 혼합물, 도 7) 사이의 열전달이 최대가 되도록 해준다.
열전달부(123)는 열흡수부보다 폭 또는 직경이 더 크기 때문에, 튜브(104)보다 폭 또는 직경이 더 크다. 그러므로, 튜브(104)의 외주면과 열전달부(123)의 벽 사이에는 실질상 선접촉만이 이루어 진다. 튜브(104)는 열전달부(123) 내에 압입되지 않지만, 튜브(104)를 열전달부(123)내에 유지하도록 비열전도성 에폭시를 소량 사용할 수도 있다. 이러한 구성은 열흡수부(122)의 구불구불한 부분과, 냉각판(103), 또는 열흡수부(122)로 도입되는 냉각액(127)의 냉각부를 통과하는 동안 가열된 냉각액(127) 부분 사이의 열전달이 최소가 되도록 해준다.
그러므로, 냉각액(127)은 입구포트(124)에 위치한 튜브(104)의 개구단(111) 내로 주입되어 튜브(104)를 통해 냉각판(103)의 내부 도처로 순환한 후, 출구포트(126)에 위치한 개구단(112)으로부터 빠져나올 수 있다. 구불구불한 열흡수부(122)와 튜브(104)는, 냉각판(103) 및 냉각액(127)에 둘러싸인 LPA 증폭기 또는 기타 전자장치로부터의 효율적이고 완전한 열전달을 이루기 위해, 구불구불한 열흡수부(122)와 튜브(104)를 통해 소통하는 냉각액(127)이 냉각판(103)의 많은 부분에 걸쳐 퍼지게 하고, 전자 모듈 하우징(119)의 벽을 통해 소통하게 한다.
한 쌍의 냉각액 이송 도관(106)은 채널 반대편의 냉각판(103) 외부면 상에 위치하고, 커버(107)에 의해 차폐되어 있다. 하나의 냉각액 이송 도관(106)은 입구포트(124)에서 튜브(104)의 개구단(111)에 연결되어 있고, 다른 하나의 냉각액 이송 도관(106)은 출구포트(126)에서 튜브(104)의 개구단(111)에 연결되어 있다. 냉각액 포트들(128, 130)은 각각 냉각액 이송 도관(106)의 개구단에 설치되어 있고, 커넥터들(129, 132)을 통해 분배 매니폴드(manifold)(113)와 밀봉적으로 서로 연결될 수 있는 크기 및 형태로 되어 있으며, 냉각액(127)이 각각의 냉각판(103)들의 튜브(104)들과 냉각액 저장탱크(109) 사이를 순환하도록 호스들(134, 135)을 통해 서로 안내한다. 일반적으로, 냉각판(103)들은 각각의 전자 모듈 하우징 외부면을 80℃로 유지하고, 전체 시스템이 +50℃의 주위온도에서 작동할 때, 일차 열교환기 어셈블리(100)에 의해 제거되는 열은 대략 4,500와트이다.
도 1, 도 2 및 도 7을 참조하면, 냉각액 저장탱크(109)는 일반적으로 제 1 캐비넷(15)의 하부격실(37)내에 위치한다. 냉각액 저장탱크(109)는 입구포트(133), 출구포트(137) 및 배기 뚜껑(139)를 포함하는 탱크를 포함한다. 플로트 게이지(141)는 냉각액 수위(도시 안됨)를 측정하기위해 냉각액 저장탱크(109)내에 위치할 수도 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 냉각액 저장탱크(109)는 삼각형 단면 형태이고, 약 12리터의 냉각액(127)을 저장한다. 또한 냉각액 저장탱크(109)는 냉각액의 온도를 측정하기 위해 열전대를 포함할 수도 있다.
이차 열교환기 어셈블리(200)는 액상-기상 열교환기(212), 펌프시스템(215), 및 다수의 팬(217)들을 포함한다. 액상-기상 열교환기(212)는 냉각액저장탱크(109)의 내향벽 부근에 위치한다. 액상-기상 열교환기(212)는 일반적으로 직사각형 프레임(218), 일반적으로 프레임(218)의 하단 에지에 위치하는 입구포트(221), 및 출구포트(223)을 포함한다. 다수의 팬(217)들은 액상-기상 열교환기(212) 프레임(218)의 측면에 위치한 지지 브라켓(216)에 장착되어 냉각액 저장탱크(109)의 내벽 부근에 위치하게 된다. 액상-기상 열교환기(212)는 핀 스택(fin stack)(238) 내부를 가로지르는 구불구불한 튜브(236)를 지지하는 프레임-마운트(234)를 포함한 응축기(230)를 포함한다(도 7 및 도 8 참조). 프레임-마운트(234)는 다수의 팬(217)들과 면하는 프레임(218)의 측면에 고정되어 있다. 이러한 방식으로, 다수의 냉각판(103)들로부터의 냉각액(127)은 응축기(230)를 통해 순환하여 다수의 팬(217)들에 의해 냉각될 수 있다. 주위공기는 측벽 개구부(50)을 통해 하부격실내로 흡입되고, 뒷벽 개구부(52)를 통해 팬(217)에 의해 제 1 캐비넷(15) 외부로 배출된다. 이러한 방식으로, 다수의 냉각판(103)으로부터 가열된 냉각액(127)은 입구포트(133)를 통해 냉각액 저장탱크(109)에 저장되기에 앞서 냉각되고, 제 1 캐비넷(15)으로부터의 배출열은 뒷벽 개구부(52)를 통해 기류를 타고 외부로 전달된다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 펌프시스템(215)은 두 개의 펌프(240), 체크 밸브(243), 및 압력 스위치(246)를 포함한다. 이미 알려져있는 어떠한 펌프, 밸브, 및 압력 스위치라도 충분한 결과를 가진다면 펌프시스템(215)를 구성하는데 사용될 수 있다. 펌프시스템(215)은 냉각액 저장탱크(109)와 다수의 냉각판(103)들 사이에 배치 및 서로 연결되어, 냉각된 냉각액(127)을 냉각액 저장탱크(109)에서 빼내고,각각의 냉각판(103) 순환계로 보낸다. 이러한 배치에 있어서, 1차 및 2차 열교환기 어셈블리(100, 200)의 작동 중에, 두 개의 펌프(240) 중 하나는 계속 작동한다. 압력 스위치(246)는 시스템 압력을 측정하여 적어도 하나의 펌프 작동 여부를 결정한다. 적어도 하나의 펌프가 작동하지 않으면, 제 2 펌프가 작동하여 시스템의 손상을 방지한다.
프로그램가능 제어기(250)(도 2 참조) 또는 다른 알려진 제어 시스템은 펌프시스템(215) 및 다수의 팬(217)들을 제어하고 작동시킨다. 보다 상세하게는, 프로그램가능 제어기(250)는 펌프시스템(215) 및 다수의 팬(217)들과 전기적으로 서로 연결되어 있고, 대략 -40℃∼+65℃의 주위온도에서 연속사용이 가능한 종래의 어떠한 프로그램가능 제어기들 중에서 선택될 수도 있다. 주지하다시피, 상기 프로그램가능 제어기 등의 프로그램가능 수단으로서, 실질상 동일한 결과를 가질 수 있는, 일반적인 목적의 컴퓨터, 퍼스널 컴퓨터, 특별하게 설계된 컴퓨터, 또는 실질상 동일한 방식으로 작용할 수 있는 등가전자회로와 같은, 다른 형태의 프로그램가능 장치를 본 발명에 관련하여 사용할 수도 있다. 또한, 주지하다시피, 프로그램가능 제어기 또는 수단을 작동시키는데 필요한 전기 에너지를 공급하기에 적당한 전원 공급기를 사용할 수 있고, 스위치, 센서, 밸브, 및 펌프 등은 종래기술에서 선택하여 설계될 수 있다.
도 2 및 도 9를 참조하면, 3차 열교환기 어셈블리(300)는, 하부격실(37) 및 2차 열교환기 어셈블리(200)와 기류 격리된, 제 1 캐비넷(15)의 상부격실(35) 내에 위치한다. 3차 열교환기 어셈블리(300)는 기상-기상 열교환기(305), 송풍용팬(310), 및 흡입용 팬을 포함한다. 보다 상세하게는, 기상-기상 열교환기(305)는 실질상 평행하고 제 1 캐비넷(15)의 상부격실(35) 내에 지지된 다수의 간격분리 판(322)을 각각 가진 두 개의 스택(320)을 포함한다. 각각의 판(322)은 일반적으로 다이아몬드 형태의, 평면형 또는 직선형이다. 각각의 판(322)은 금속 또는 우수한 열전도성 재료의 단일 시트로부터 만들 수 있고, 적어도 두 개의 평행한 마주보는 에지를 서로 인접하는 판과 결합하여 2중판 어셈블리를 형성한다. 각각의 2중판 어셈블리에 대한 하나의 판을 회전시켜, 스택(320)들을 통해 두 개의 독립적인 기류 경로를 만들 수 있다. 본 발명의 기상-기상 열교환기(305)는 스웨덴 에스이-231 65 트렐레보그 토마프스바겐 46{Tommarpsvaagen 46, SE-231 65 Trellebog, Sweden}에 소재한 히트이엑스 에이비{HEATEX AB}사의 알에이치 모델{Model RH(Rhombical)}이다.
그러므로, 제 1의 2중판 어셈블리 사이에 공기가 소통하지만, 제 1 캐비넷(15)의 내부로 도입되지 않는다. 또한, 제 2의 인접한 2중판 어셈블리 사이에 공기가 소통되지만, 제 1 캐비넷(15)의 내부에서 배출되지 않는다. 결국, 주위공기는 측벽 개구부(44)에 위치한 팬(17)들에 의해 기상-기상 열교환기(305)를 순환하고, 반면에 제 1 캐비넷(15) 내부로부터의 공기는 여닫이 패널(39)의 개구부들(41a, 41b)에 위치한 팬(317)들을 통해 기상-기상 열교환기(305)를 순환하며, 개구부(41c)에 위치한 송풍용 팬(310)을 통해 제 2 전자시스템 캐비넷(18)으로 재도입된다. 이러한 배치는 주위공기가 제 1 캐비넷(15) 하부격실(37) 내의 공기와 섞이는 것을 방지한다. 3차 열교환기 어셈블리(300)는 주위공기가 50℃ 상승하는동안 격실 내에서의 온도는 최대 15℃ 증가하는 것과 같은 방식으로 작동한다.
본 발명은 여기에 설명된 특별한 구성과 도면에 제한되지 않고 청구의 범위 내에서 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 열관리 시스템은 다수의 전자시스템 및 구성요소를 포함하는 하나 이상의 캐비넷 내부 온도를 제어할 수 있다.

Claims (27)

  1. 다수의 전자시스템 및 구성요소를 포함하는 캐비넷 내부의 온도를 제어하는 열관리 시스템으로서,
    하나 이상의 상기 전자시스템 및 구성요소와 열적으로 서로 연결된 하나 이상의 냉각판을 포함하고, 상기 냉각판에 형성된 채널은 입구포트 및 출구포트를 가진 튜브를 지지하고 상기 전자시스템 및 구성요소 부분과 열적으로 소통하면서 상기 튜브를 통해 액상의 냉각액이 순환하는 통로를 형성하도록 상기 전자시스템 및 구성요소 부분과 대향하도록 배치되어 있는 1차 열교환기;
    상기 튜브의 상기 입구포트 및 상기 출구포트와 유체 유통상태로 배치된 응축기와, 상기 응축기와 대향하여 배치된 다수의 팬들을 포함하는 2차 열교환기; 및
    2중판 어셈블리로 배치된 실질상 평행한 판들이 겹쳐있는 하나 이상의 층을 포함하는 3차 열교환기로서, 각각의 2중판 어셈블리들은, 하나의 2중판 어셈블리 밀폐단이 두 개의 인접한 2중판 어셈블리 개구단과 두 개 이상의 팬들 사이에 개재되도록 밀폐단과 개구단을 가지고 있고, 하나의 팬은, (ⅰ) 상기 다수의 전자시스템 및 구성요소 부분에 공기를 송풍하고, (ⅱ) 상기 다수의 전자시스템 및 구성요소 부분으로부터 가열된 공기를 빼내며, 그리고, (ⅲ) 상기 2중판 어셈블리의 상기 개구단으로 상기 가열된 공기를 송풍하도록 배치되어 있으며, 다른 팬은 상기 3차 열교환기를 통해 상기 열관리 시스템 주위의 공기를 순환시키도록 배치되어 있는 3차 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 시스템은 다수의 냉각판들을 포함하고, 각각의 냉각판들은 개개의 상기 전자시스템 및 구성요소와 열적으로 서로 연결된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 다수의 냉각판들은 다수의 냉각액 이송 도관을 통해 냉각액 저장탱크와 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 냉각판은 열흡수부와 열전달부를 포함하는 채널을 가진 열전도성 재료의 평면 시트로부터 만들어지고, 상기 열흡수부는 상기 냉각판의 표면을 통해 구불구불한 통로를 형성하고, 상기 열 전달부는 상기 열흡수부 주위의 상기 표면을 통해 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 튜브는 입구포트와 출구포트를 가진 구불구불한 형상이고, 상기 냉각판을 통해 연속적으로 연장되어 있어서 상기 입구포트로 주입된 냉각액이 상기 냉각판의 내부 도처를 순환하고 상기 출구포트로 배출되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 구불구불한 튜브는 냉각액을 상기 전자시스템 및 구성요소를 지지하는 하우징의 상당부분에 걸쳐 퍼지게 하여, 상기 다수의 전자시스템 및 구성요소로부터 하나 이상의 상기 냉각판 및 상기 냉각액까지의 효율적이고 완전한 열전달을 얻는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 다수의 냉각액 이송 도관은 상기 다수의 전자시스템 및 구성요소 반대편에서 각각의 상기 냉각판 외부면 상에 위치하고, 커버에 의해 차폐되어 있는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 냉각액 이송 도관 중 하나는 상기 입구포트에 연결되어 있고 상기 냉각액 이송 도관 중 다른 하나는 상기 출구포트에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 냉각액 이송 도관은 개구단에 위치한 냉각액 포트를 포함하고, 이 냉각포트는 상기 냉각액이 각각의 상기 하나 이상의 냉각판들과 냉각액 저장탱크 사이를 순환하도록 안내하는 분배 매니폴드와 밀봉적으로 서로 연결될 수 있는 크기 및 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  10. 제 8항에 있어서, 전체 시스템이 +50℃의 주위온도에서 작동할 때, 상기 1차 열교환기는 4,500와트 이상의 열에너지를 제거하고, 하나 이상의 상기 냉각판은 상기 다수의 전자시스템 및 구성요소를 지지하는 하우징의 외부면을 80℃로 유지하는것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 1차 열교환기와 상기 2차 열교환기 사이를 유체 소통하도록 서로 연결된 냉각액 저장탱크를 포함하고, 이 냉각액 저장탱크는 입구포트, 출구포트 및 뚜껑을 구비하고, 삼각형 단면형태를 가진 상기 저장탱크의 냉각액 수위를 측정하도록 위치한 냉각액 플로트 게이지를 구비한 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  12. 제 4항에 있어서, 상기 열흡수부는 상기 열전달부보다 작은 폭과 깊이를 가진 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 튜브는 상기 열흡수부보다 큰 상기 폭에 상응하는 외경을 가져서, 상기 튜브가 상기 열흡수부 내에 확실하게 압입되고 상기 냉각판과 열적으로 서로 밀봉 연결되도록 유지될 수 있어, 상기 냉각판과 상기 튜브 사이의 열전달을 최대로 할 수 있는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 열전달부는 상기 튜브보다 큰 폭과 깊이를 가져서, 상기 튜브와 상기 냉각판의 상기 열전달부 형성 부분 사이의 열접촉을 최소로 하여, 열전달을 최소로 할 수 있는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  15. 다수의 전자시스템 및 구성요소를 포함하는 캐비넷 내부의 온도를 제어하는 열관리 시스템으로서,
    입구포트 및 출구포트를 가지고 있고, 상기 다수의 전자시스템 및 구성요소 부분을 지지하는 하우징의 부분과 대향하도록 배치되어, 액상의 냉각액이 상기 하우징의 상기 부분과 열적으로 소통하면서 상기 도관을 통해 순환하는 통로를 형성하는 도관을 포함하는 하나 이상의 상기 전자시스템 및 구성요소와 열적으로 서로 연결된 1차 열교환기;
    상기 채널의 상기 입구포트 및 상기 출구포트와 유체 유통상태로 배치된 응축기와, 상기 응축기와 대향하여 배치된 다수의 팬들을 포함하는 2차 열교환기; 및
    2중판 어셈블리로 배치된 실질상 평행한 판들이 겹쳐있는 하나 이상의 층을 포함하는 3차 열교환기로서, 각각의 2중판 어셈블리들은, 하나의 2중판 어셈블리 밀폐단이 두 개의 인접한 2중판 어셈블리 개구단과 두 개 이상의 팬들 사이에 개재되도록 밀폐단과 개구단을 가지고 있고, 하나의 팬은, (ⅰ) 상기 다수의 전자시스템 및 구성요소 부분에 공기를 송풍하고, (ⅱ) 상기 다수의 전자시스템 및 구성요소 부분으로부터 가열된 공기를 빼내며, 그리고, (ⅲ) 상기 2중판 어셈블리의 상기 개구단으로 상기 가열된 공기를 송풍하도록 배치되어 있으며, 다른 팬은 상기 3차 열교환기를 통해 상기 열관리 시스템 주위의 공기를 순환시키도록 배치되어 있는 3차 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 응축기는, 핀 스택 및 구불구불한 튜브와, 다수의팬들과 공간을 두고 대향하여 배치된 상태로 상기 핀 스택의 내부를 가로지르는 상기 구불구불한 튜브를 지지하는 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 2차 열교환기는 펌프시스템 및 다수의 팬들을 포함하고, 상기 도관과 유통상태에 있는 냉각액 저장탱크의 내향벽 부근에 위치하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 다수의 팬들은 상기 프레임의 측면 상에 위치한 지지 브라켓에 장착되어 상기 냉각액 저장탱크의 내벽 부근에 위치하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 액상 냉각액은 상기 응축기를 통해 순환하여 상기 다수의 팬들에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  20. 제 15항에 있어서, 주위공기는 하나 이상의 공기 교환 팬에 의해 상기 캐비넷의 하부격실 내로 흡입되고, 가열된 배출공기는 상기 캐비넷에서 배출되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 도관으로부터 가열된 냉각액은 상기 냉각액 저장탱크에 저장되기 전에 상기 응축기 내에서 냉각되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  22. 제 17항에 있어서, 상기 펌프시스템은 두 개의 펌프, 두 개 이상의 체크밸브, 및 압력 스위치를 포함하고, 상기 냉각액 저장탱크와 상기 도관 사이에 배치 되어 서로 연결됨으로써, 냉각된 냉각액을 상기 냉각액 저장탱크와 상기 도관 입구포트 사이에서 순환시키는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 두 개의 펌프중 단지 하나가 상기 열관리 시스템이 작동하는 동안 작동되고, 상기 압력 스위치는 시스템 압력을 측정하여 하나 이상의 펌프 작동 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  24. 다수의 전자시스템 및 구성요소를 포함하는 캐비넷 내부의 온도를 제어하는 열관리 시스템으로서,
    입구포트및 출구포트를 가진 구불구불한 도관을 포함하고, 상기 다수의 전자시스템 및 구성요소 부분을 지지하는 하우징 벽과 대향하도록 배치되어, 상기 하우징의 상기 벽과 열적으로 소통하면서 상기 냉각판을 통해 액상의 냉각액이 순환하는 통로를 형성하는 냉각판을 포함하며 하나 이상의 상기 전자시스템 및 구성요소와 열적으로 서로 연결된 1차 열교환기;
    상기 냉각판의 상기 입구포트 및 상기 출구포트와 유체 유통상태로 배치된응축기와, 상기 응축기와 대향하여 배치된 다수의 팬들을 포함하는 2차 열교환기; 및
    2중판 어셈블리로 배치된 실질상 평행한 판들이 겹쳐있는 하나 이상의 층을 포함하는 3차 열교환기로서, 각각의 2중판 어셈블리들은, 하나의 2중판 어셈블리 밀폐단이 두 개의 인접한 2중판 어셈블리 개구단과 두 개 이상의 팬들 사이에 개재되도록 밀폐단과 개구단을 가지고 있고, 하나의 팬은, (ⅰ) 상기 다수의 전자시스템 및 구성요소 부분에 공기를 송풍하고, (ⅱ) 상기 다수의 전자시스템 및 구성요소 부분으로부터 가열된 공기를 빼내며, 그리고, (ⅲ) 상기 2중판 어셈블리의 상기 개구단으로 상기 가열된 공기를 송풍하도록 배치되어 있으며, 다른 팬은 상기 3차 열교환기를 통해 상기 열관리 시스템 주위의 공기를 순환시키도록 배치되어 있는 3차 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 3차 열교환기는 상기 2차 열교환기를 포함하는 하부격실로부터 기류 격리된 상기 캐비넷의 상부격실 내에 위치한 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  26. 제 24항에 있어서, 상기 판들은 대략 평면형이고, 상기 2중판 어셈블리를 형성하기 위해 인접한 판들을 결합하는 수단을 포함하는 금속 단일 시트로부터 형성된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  27. 제 24항에 있어서, 제 1의 2중판 어셈블리는 가열된 공기를 그 판들 사이로 순환하게 하고 제 2의 2중판 어셈블리는 주위공기를 그 판들 사이로 순환하게 하여, 주위공기와 내부 공기와의 교환없이, 주위공기는 상기 3차 열교환기를 통해 순환되고 상기 캐비넷의 내부로부터의 공기도 상기 3차 열교환기를 통해 순환되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
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