KR200276590Y1 - 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치에 관한 것으로, 열손실 및 온도편차를 줄임으로써 열교환의 효율성을 높일 수 있도록 함을 목적으로 한다.

개시된 본 고안에 따른 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치 및 그 제조방법은, 내부에 유체 충진부(11)가 구비된 하부 블록(10)과, 상기 유체 충진부(11)와 연통하는 복수개의 히트 파이프부(21)가 구비되며 둘레부에 방열핀(22)이 일체로 형성되어 상기 하부 블록에 결합되는 상부 블록(20)을 포함하며, 상기 유체 충진부의 양측에는 제1윅부(12)가 형성되고, 상기 히트 파이프부(21)의 내벽면에는 상기 제1윅부와 연결되는 제2윅부(23)가 형성된다. 상기 하부 블록 및 상부 블록을 각각 다이캐스팅으로 제조하고, 이를 일정 온도로 가열하여 내부 공간을 진공상태로 하고, 상기 하부 블록의 유체 충진부에 작동유체를 충진한 후 하부 블록과 상부 블록을 결합하여 제조한다. 이에 의하여, 상기 히트 파이프부와 방열핀이 일체로 형성되어 열손실이 없으며, 조립작업이 단순하다.

Description

컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치{COOLING UNIT FOR COMPUTER CENTRAL PROCESSING UNIT}

본 고안은 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치에 관한 것으로, 열손실 및 온도편차를 줄임으로써 CPU에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각할 수 있도록 한 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전문분야에서 뿐만 아니라 일반 사회가 전반적으로 급속히 정보화사회로 발전되면서 많은 량의 정보 및 데이터를 연산(처리)할 수 있는 컴퓨터가 요구되고 있으며, 이러한 소비자들의 욕구를 충족시키기 위하여 속도가 빠르면서도 많은 량의 데이터를 처리할 수 있는 중앙연산처리장치(Central Processoing Unit, 이하 "CPU"칭함)가 개발되고 있다.

상기와 같은 CPU는 데이터(정보)를 처리하는 과정에서 많은 량의 열이 발생하게 되는데, CPU는 자체적으로 발생되는 열이 일정한 온도의 이상으로 상승하게되면 시스템의 운영에 악 영향을 주게되어 오류를 발생시키게된다.

이러한 오류를 방지하기 위해서는 CPU에서 발생되는 열을 방출시켜서 적정한 온도, 즉 50~60℃ 이하로 유지시켜 주어야하며, 온도가 100℃이상 상승하게 되면 시스템의 운영은 불안해지게되어 다운되는 현상이 발생하게 되는 것으로 CPU가 항상 제 기능을 발휘할 수 있도록 열을 강제적으로 방출시켜 주어야 한다.

CPU에서 발생되는 열을 강제적으로 냉각시켜 주도록 하는 냉각장치는, CPU에 볼트 등을 매개로 하여 고정되며 상측에 복수개의 방열핀이 일체로 성형된 히트 싱크와, 상기 히트 싱크의 일측에 볼트 등의 고정수단을 통해 고정되는 냉각팬을 포함하여 이루어진다.

이와 같은 냉각장치는, CPU에서 발생되는 열이 상기 히트 싱크에 전도되고, 이 열은 방열핀으로 전도되어 냉각팬에 의해 강제로 공기가 상기 방열핀 주위를 통과하면서 방열핀의 열을 빼앗아 냉각하게 된다.

그러나, 이와 같이 구성되고 작동되는 종래의 냉각장치에 따르면, 히트 싱크에 CPU의 열이 전도되어 히트 싱크와 방열핀의 상단부간에 온도차가 크기 때문에 열전도율이 떨어지고, 따라서 열을 효과적으로 배출할 수 없기 때문에 냉각효율이 떨어지는 문제점이 있고, 냉각효율의 저하로 인하여 컴퓨터를 사용하는 도중에 시스템이 불안정해지게 되는 문제점도 있다.

그리고, 대용량을 처리하도록 된 CPU에 장착되는 냉각장치는 냉각효율을 높이기 위하여 히트 싱크와 냉각팬의 사이즈가 커져야 하므로 이에 따라 공간점유율이 커지는 단점도 있다.

이러한 단점을 해결하기 위하여 히트파이프를 이용한 냉각장치가 제안된 바 있다.

히트 파이프를 이용한 냉각장치는, 도 1에서 보이는 바와 같이, 고정수단에 의해 CPU 상면에 고정되는 싱크 패드(1)와, 싱크 패드(1)의 상측에 입설되는 복수의 히트 파이프(2)와, 히트 파이프(2)에 다단으로 적층되는 다수의 방열핀(3)과,방열핀(3)의 일측에 설치되는 냉각팬(4)을 포함하여 이루어진다.

이와 같이 구성된 냉각장치의 작용을 설명하면, CPU에서 발생된 열은 싱크 패드(1)를 통해 히트 파이프(2)에 전도되며, 히트 파이프(2)에 전도된 열에 의해 히트 파이프(2) 하단의 증발부에 충진된 작동유체가 가열되어 증발되면서 응축부측으로 상승하게 된다. 응축부로 상승한 기체 상태의 작동유체는 냉각팬(4)에 의해 방열핀(3) 주위를 통과하는 공기와 열교환되어 액체상태로 상변화한 후, 히트 파이프(2) 내벽면의 윅(미도시)을 통해 다시 증발부로 귀환하고, 다시 싱크 패드(1)와 열교환되어 증발되면서 전술한 바와 같이 순환하게 된다.

그러나, 종래 기술에 따른 히트 파이프는 다음과 같은 문제점이 있다.

히트 파이프(2)와 방열핀(3)이 단품으로 제조된 후 결합되어 히트 파이프(2)와 방열핀(3)의 연결부에 틈이 발생될 수 있으며, 이 틈을 통해 열이 손실되어 냉각효율이 떨어지며, 싱크 패드(1), 히트 파이프(2) 및 방열핀(3) 사이의 접촉 저항이 존재하여 도 2에서 보이는 바와 같이, 냉각장치 내의 온도 편차가 크기 때문에 역시 열교환 효율이 떨어진다.

그리고, 다수의 방열핀(3)을 히트 파이프(2)의 둘레부에 고정하여야 하기 때문에 생산성이 떨어진다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 히트 파이프와 방열핀의 연결부를 통해 열이 손실되지 않도록 하고, 냉각장치 내의 온도편차를 줄여 열교환이 효율적으로 이루어지도록 한 컴퓨터 중앙연산처리용 냉각장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 고안의 다른 목적은 부품간의 조립작업을 단순화하려는데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치의 단면도.

도 2는 종래 기술에 따른 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치 내의 온도분포도.

도 3은 본 고안에 따른 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치의 사시도.

도 4는 본 고안에 따른 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치의 분해 사시도.

도 5는 도 3의 Ⅴ - Ⅴ 선 단면도.

도 6은 도 3의 Ⅵ - Ⅵ 선 단면도.

도 7은 본 고안에 따른 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치에 적용된 방열핀의 다른 예시도.

도 8은 본 고안에 따른 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치의 온도 분포도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 하부 블록, 11 : 유체 충진부

12,23 : 윅부, 13,15 : 볼트공

14 : 개스킷 안착턱, 20 : 상부 블록

21 : 히트 파이프부, 22 : 방열핀

24 : 볼트홈, 30 : 볼트

40 : 개스킷,

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치는, 상측이 개구되어 작동유체가 충진되는 유체 충진부가 구비된 하부 블록과; 상기 하부 블록의 유체 충진부와 연통하는 복수개의 히트 파이프부가 형성되며 둘레부에 다수의 방열핀부가 일체로 형성된 상부 블록을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 하부 블록과 상부 블록은 각각 다이캐스팅으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

상기 유체 충진부의 적어도 양측 벽면과 상기 히트 파이프부의 내벽면에는 서로 연통하여 상기 히트 파이프부의 상측 응축부에서 응축된 유체가 상기 유체 충진부로 귀환하도록 안내하는 제1 및 제2윅부가 각각 형성될 수 있다.

상기 제1 및 제2윅부는, 각각 상기 유체 충진부와 히트 파이프부의 벽면에 상하 길이방향을 따라 홈 형태로 이루어질 수 있다.

본 고안의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 고안자가 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 3은 본 고안에 따른 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치의 사시도이며,도 4는 본 고안에 따른 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치의 분해 사시도이고, 도 5는 도 3의 Ⅴ - Ⅴ 선 단면도이며, 도 6은 도 3의 Ⅵ - Ⅵ 선 단면도이고, 도 7은 본 고안에 따른 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치에 적용된 방열핀의 다른 예시도이며, 도 8은 본 고안에 따른 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치의 온도 분포도이다.

도 3 내지 도 6에서 보이는 바와 같이, 본 고안에 따른 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치는, 하부 블록(10)과, 하부 블록(10)에 결합되는 상부 블록(20)으로 이루어진다.

도 4와 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 블록(10)은 그 내부에 상측이 개구되며 작동유체가 충진되는 유체 충진부(11)가 형성되며, CPU의 상면에 볼트 등의 고정수단을 매개로 하여 설치된다. 작동유체는 비등점이 낮은 메탄올, 아세톤, 알코올, 암모니아 등과 물, 수은등을 사용할 수 있으며, CPU가 50 내지 60℃에서 최적의 상태로 운용되는 것을 감안하여 그 이하의 온도에서 기화될 수 있는 정도의 물질 즉, 알코올 또는 암모니아와 이들을 적정비율로 혼합하여서 된 것일 수 있으며, 바람직하게는 알코올과 암모니아를 적정 비율 즉, 50:50의 비율로 혼합함으로써 비등점을 더욱 낮추어서 기화가 보다 신속하게 이루어질 수 있도록 할 수 있게 된다.

도 4와 도 6에서 보이는 것처럼, 상부 블록(20)에는 하측이 개구되어 하부 블록(10)의 유체 충진부(11)와 연통하는 다수개(도면에는 2개소로 도시됨)의 히트 파이프부(21)가 형성되며, 둘레부에는 다수의 방열핀(22)이 일체로 형성된다. 히트파이프부(21)는 평면에서 볼 때 그 단면적이 장방형으로 이루어질 수 있으며, 원형으로 이루어질 수도 있고, 측면에서 볼 때 상측으로 갈수록 폭이 좁아질 수도 있으며, 즉, 그 형상의 제약을 받지 않는다.

도 7에서 보이는 바와 같이, 방열핀(22)은 단일공간에서 최대한 표면적을 넓힐 수 있도록 굴곡지게 형성될 수 있다.

하부 블록(10)의 유체 충진부(11)는 히트 파이프의 증발부의 기능이 수행되는 곳이다.

도 4 내지 도 6에서와 같이, 유체 충진부(11)의 적어도 좌우 양측에는 상부로 갈수록 상향 경사지는 제1윅부(12)가 각각 형성되며, 상부 블록(20)의 히트 파이프부(21)의 벽면에는 제1윅부(12)와 연결되도록 제2윅부(23)가 형성된다. 제1 및 제2윅부(12)(23)는 각각 하부 블록(10)과 상부 블록(20)의 벽면에 홈 형태로 요입 형성될 수 있으며, 그 형상은 산형, 곡선형 등 다양하게 이루어질 수 있다.

제1 및 제2윅부(12)(23)는 히트 파이프부(21)의 응축부(21a)에서 응축된 기체가 모세관 현상에 의해 유체 충진부(11)측으로 귀환되도록 안내하는 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 하부 블록(10)과 상부 블록(20)의 결합구조는, 예컨대, 하부 블록(10)의 모서리부에는 상하로 관통하는 다수의 볼트공(13)이 형성되며, 상부 블록(20)에는 하부 블록(10)의 볼트공(13)과 연통하는 볼트홈(24)이 형성되어 볼트공(13)과 볼트홈(24)에 볼트(30)가 체결되어 하부 블록(10)과 상부 블록(20)이 결합된다. 하부 블록(10)과 상부 블록(20)의 접합면에는 유체가 누출되지 않도록 유체 충진부(11)의 둘레를 따라 개스킷(40)이 설치된다.

하부 블록(10)과 상부 블록(20)은 다이캐스팅으로 제조될 수 있다.

본 고안에 따른 냉각장치에는 냉각팬(미도시)이 더 채용될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 하부 블록(10)의 일측면에는 냉각팬이 볼트 체결될 수 있는 볼트공(15)이 구비되어 냉각팬이 설치된다.

본 고안에 따른 냉각장치의 제조방법은 다음과 같다.

1. 내부에 일측이 개구되는 유체 충진부(11)가 형성되도록 하부 블록(10)을 제조한다.

2. 내부에 유체 충진부(11)와 연통하는 하나 이상의 히트 파이프부(21)가 형성되고, 둘레부에 방열핀(22)이 형성되도록 상부 블록(20)을 다이캐스팅으로 제조한다. 하부 블록(10)의 제조를 제1단계로, 상부 블록(20)의 제조를 제2단계로 설명하였지만, 하부 블록(10)과 상부 블록(20)은 제조순서와 무관하게 제조되는 것이다.

3. 하부 블록(10)과 상부 블록(20)을 일정 온도로 가열한다.

4. 하부 블록(10)의 유체 충진부(11)에 작동 유체를 충진한다.

5. 하부 블록(10)과 상부 블록(20)을 볼트(30)로 체결하여 결합한다. 하부 블록(10)과 상부 블록(20)이 가열되어 유체 충진부(11)와 히트 파이프부(21)의 내부가 진공상태로 되어 작동유체가 원활하게 상변화될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 고안에 따른 컴퓨터의 중앙연산처리장치용 냉각장치의작용은 다음과 같다.

도 5와 도 6에서 보이는 바와 같이, CPU에서 발열되는 열은 하부 블록(10)을통해 유체 충진부(11)에 충진된 작동유체에 전도된다.

작동유체는 전도되는 열을 빼앗아 그 자신은 유체 충진부(11)에서 증발하여 그 증기가 히트 파이프부(21)의 내부에 확산되면서 응축부(21a)측으로 이동하고, 응축부(21a)로 이동한 작동 유체는 방열핀(22) 외부를 통과하는 공기와 열교환하여 액체로 된다.

액상의 유체는 히트 파이프부(21) 내부의 제2윅부(23)를 따라 제1윅부(12)측으로 하강하고, 이어서, 제1윅부(12)를 통해 유체 충진부(11)로 귀환하고, 다시 작동 유체가 유체 충진부(11)에서 CPU에서 발열되는 열에 의해 증발하면서 응축부(21a)측으로 이동하여 응축부(21a)를 통과하는 공기와 열교환하는 과정에서 열을 응축부(21a)를 통과하는 공기에 전도하여 이 공기의 온도를 상승시키는 것이다.

도 8과 아래의 표에서 보이는 바와 같이, 본 고안에 따른 냉각장치는 전 부분에 걸쳐 온도편차가 종래 히트 파이프식 냉각장치(도 2참조)에 비해 거의 없음을 알 수 있다.

따라서, 방열핀(22)이 히트 파이프부(21)에 일체로 형성되어 방열핀(22)과 히트 파이프부(21)의 사이에 종래와 같이 틈이 발생되지 않으므로 열손실이 없고, 부품간의 접촉저항이 없다.

그리고, 방열핀(22)을 히트 파이프부(21)에 조립하는 작업이 없어진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치에 의하면, 다이캐스팅에 의해 히트 파이프부, 방열핀이 일체화되어 접촉저항이 없고, 열손실이 없으므로 방열효과가 극대화되어 냉각장치로서의 효용성이 높아지고, CPU의 오동작을 막을 수 있다.

그리고, 방열핀의 조립작업이 없어져 생산성을 향상할 수 있다.

이상, 본 고안을 본 고안의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 고안은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 고안에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 고안의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (4)

1. 상측이 개구되어 작동유체가 충진되는 유체 충진부가 구비된 하부 블록과;

   상기 하부 블록의 유체 충진부와 연통하는 복수개의 히트 파이프부가 형성되며 둘레부에 다수의 방열핀부가 일체로 형성된 상부 블록을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 블록과 상부 블록은 각각 다이캐스팅으로 제조되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유체 충진부의 적어도 양측 벽면과 상기 히트 파이프부의 내벽면에는 서로 연통하여 상기 히트 파이프부의 상측 응축부에서 응축된 유체가 상기 유체 충진부로 귀환하도록 안내하는 제1 및 제2윅부가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 및 제2윅부는, 각각 상기 유체 충진부와 히트 파이프부의 벽면에 상하 길이방향을 따라 요입 형성된 것을 특징으로 하는 컴퓨터 중앙연산처리장치용 냉각장치.