KR20030019849A

KR20030019849A - 전자장치의 수냉식 냉각 시스템

Info

Publication number: KR20030019849A
Application number: KR1020020040969A
Authority: KR
Inventors: 천기완
Original assignee: 쿨랜스코리아 주식회사
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-07-13
Publication date: 2003-03-07
Also published as: KR100465088B1

Abstract

본 발명은 서로 분리가 가능한 냉매 순환유닛과 냉매 공급유닛을 구비하여 다수개의 냉매 순환유닛과 냉매 공급유닛을 직렬 또는 병렬로 서로 연결할 수 있게 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 전자장치의 수냉식 냉각 시스템은, 전자장치 내부의 열원에 접촉되는 열교환기 및 상기 열교환기에 냉매를 순환시키는 전자장치 내부의 내부순환라인을 구비하여 이루어지는 냉매 순환유닛; 및 상기 냉매 순환유닛의 내부순환라인과 연결되어 냉매를 전자장치 외부로 순환시키도록 전자장치의 외부로 연장되는 외부순환라인과, 상기 외부순환라인에 연결되어 냉매의 열을 대기 중으로 방출하는 방열기와, 상기 외부순환라인에 연결되어 냉매의 순환을 위한 냉매의 유압을 형성하는 순환펌프와, 상기 냉매가 저장되는 냉매 탱크 및 상기 방열기, 순환펌프, 냉매 탱크를 보호하는 외장형 케이스를 구비하여 이루어지는 냉매 공급유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하기 때문에 전자장치 내부의 부품을 간소화함으로써 조립 및 수리작업을 편리하게 하고, 전자장치 내부의 온도를 낮출 수 있으며, 전자장치 내부의 소음과 진동을 줄일 수 있게 하고, 다수개의 전자장치를 직렬 또는 병렬로 연결 가능하여 소형 전자장치는 물론, 다수개 전자장치가 랙 타입으로 착탈되는 대형 전자장치를 수냉식으로 운영 가능하게 하는 효과를 갖는 것이다.

Description

전자장치의 수냉식 냉각 시스템{The water cooling system for electronic device}

본 발명은 전자장치의 수냉식 냉각 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 분리가 가능한 냉매 순환유닛과 냉매 공급유닛을 구비하여 다수개의 냉매 순환유닛과 냉매 공급유닛을 직렬 또는 병렬로 서로 연결할 수 있게 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 전자장치의 수냉식 냉각 시스템은, 전자장치 내부에 방열기와, 순환펌프와 냉매 탱크를 구비하여 이루어지는 구성이였기 때문에, 전자장치 내부가 매우 복잡하고, 협소하여 조립 및 수리작업이 어렵거나 지나친 부품의 밀집에 의해 내부 온도가 상승하는 등 여러 가지 부작용이 있었다.

특히, 이러한 종래의 전자장치의 수냉식 냉각 시스템은, 기존의 공냉식 전자장치를 수냉식으로 개조하는 것이 불가능하여 기존 공랭식 전자장치에 쉽게 적용하는 것이 어려워서 수냉식 냉각 시스템의 상품성을 떨어뜨리는 등 많은 문제점이 있었다.

즉, 반도체 칩과 주변기기(각종 드라이버나, 그래픽카드 등)들의 고성능화와, 전자장치의 작업 부하가 가혹해지는 환경에서 필연적으로 발생하는 고온의 전자장치 열을 급속하고, 균일하게 냉각시키기에 적합한 수냉식 전자장치를 제작함에 있어서 수냉식 구성 부품을 전자장치에 내장하기 때문에 반드시 전자장치 조립 단계에서 수냉식으로 제작하여야 하기 때문에 수냉식 세트만을 판매하여 손쉽게 공랭식 전자장치를 수냉식 전자장치로 개조하는 데 많은 어려움이 있었다.

따라서, 기존의 일체화된 수냉식 전자장치는 부품의 밀집화로 전자장치 성능과 내구성을 떨어뜨리는 것은 물론이고, 새로 제작되는 전자장치에만 적용되어 활용도가 매우 낮아서 제품의 판매를 확대시킬 수 없었던 문제점이 있었다.

아울러, 종래의 수냉식 전자장치는, 수냉식 부품인 방열팬이나 순환펌프 등에서 발생하는 전자장치 내부의 소음과 진동을 줄일 수 없었고, 이들 방열팬이나 순환펌프에서 발생하는 전자파에 의해 전자장치 내부 오류가 발생되는 등 많은 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전자장치 내부에 설치된 수냉식 부품들을 전자장치 외부로 별도 설치하여 전자장치 내부의 부품을 간소화함으로써 조립 및 수리작업을 편리하게 하고, 전자장치 내부의 온도를 낮출 수 있으며, 전자장치 내부의 소음과 진동을 줄일 수 있게 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 기존의 공냉식 전자장치를 손쉽게 수냉식으로개조하여 사용함으로써 수냉식 냉각 시스템의 상품성을 향상시키고, 활용도를 높일 수 있게 하여 제품의 판매를 확대시킬 수 있으며, 방열팬이나 순환펌프에서 발생하는 소음/진동 및 전자파에 의해 전자장치 내부 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있게 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 다수개의 전자장치를 직렬 또는 병렬로 연결 가능하여 소형 전자장치는 물론, 다수개 전자장치가 랙 타입으로 착탈되는 대형 전자장치를 냉매 공급유닛에 의해 수냉식으로 운영 가능하게 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자장치의 수냉식 냉각 시스템이 데스크톱용 개인용 컴퓨터에 적용된 상태를 나타내는 개념도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 전자장치의 수냉식 냉각 시스템이 데스크톱용 개인용 컴퓨터에 적용된 상태를 나타내는 사시도이다.

도 3는 도 2의 후면을 나타내는 사용상태 사시도이다.

도 4은 도 2의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.

도 5는 도 2의 냉매 공급유닛을 절단하여 나타내는 평단면도이다.

도 6은 도 2의 슬롯조립체를 나타내는 사시도이다.

도 7은 도 2의 냉매 공급유닛의 냉매탱크를 나타내는 사시도이다.

도 8은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 전자장치의 수냉식 냉각 시스템을 나타내는 개념도이다.

도 9는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 전자장치의 수냉식 냉각 시스템의 도킹 스테이션의 일례를 나타내는 사시도이다.

도 10은 도 9의 다른 일례를 나타내는 사시도이다.

도 11은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 전자장치의 수냉식 냉각시스템이 카드식 도킹 스테이션에 적용되는 일례를 나타내는 사시도이다.

도 12는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 전자장치의 수냉식 냉각 시스템의 도킹 스테이션의 일례를 나타내는 정면도이다.

도 13은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 전자장치의 수냉식 냉각 시스템의 도킹 스테이션의 일례를 나타내는 개념도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자장치의 수냉식 냉각 시스템은, 전자장치 내부의 열원에 접촉되는 열교환기 및 상기 열교환기에 냉매를 순환시키는 전자장치 내부의 내부순환라인을 구비하여 이루어지는 냉매 순환유닛; 및 상기 냉매 순환유닛의 내부순환라인과 연결되어 냉매를 전자장치 외부로 순환시키도록 전자장치의 외부로 연장되는 외부순환라인과, 상기 외부순환라인에 연결되어 냉매의 열을 대기 중으로 방출하는 방열기와, 상기 외부순환라인에 연결되어 냉매의 순환을 위한 냉매의 유압을 형성하는 순환펌프와, 상기 냉매가 저장되는 냉매 탱크 및 상기 방열기, 순환펌프, 냉매 탱크를 보호하는 외장형 케이스를 구비하여 이루어지는 냉매 공급유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉매 순환유닛과 냉매 공급유닛의 착탈식 조립이 가능하도록 상기 냉매 순환유닛은, 상기 내부순환라인이 상기 기존 전자장치의 슬롯에 조립되는슬롯조립체에 고정되고, 상기 내부순환라인의 입구 및 출구에는 상기 외부순환라인과 착탈가능하게 연결되도록 각각 셔트 오프 밸브(Shut off valve)를 설치하며, 상기 냉매 공급유닛의 동력을 얻기 위하여 전자장치 전원부와 연결되는 커넥터가 포함되어 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 다수개의 하드디스크 드라이브나 열원을 수납하도록 상기 하드디스크 드라이브에 부착되는 열교환기는, 다수개의 하드디스크 드라이브 또는 다수개의 열원이 적층형상으로 수납되도록 격층으로 형성된 프레임; 상기 프레임에 적층 수납된 하드디스크 드라이브의 저면과 각각 접촉되어 열을 식히는 냉각판; 및 상기 냉각판과 냉각판 사이에 냉매가 흐르도록 서로 직렬 연결시키는 연결관;을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 사용자가 육안으로 전자장치 내부 상태를 확인할 수 있도록 상기 냉매 공급유닛은, 상기 냉매 순환유닛의 발열체에 설치된 온도센서와 연결되어 온도신호를 인가받아 이를 디스플레이부에 표시하고, 상기 온도신호에 따라 미리 프로그램되어 입력되거나 사용자의 설정에 의해 상기 방열기와 유압 펌프에 제어신호를 인가하는 제어부;를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 1개의 상기 냉매 공급유닛에 다수개의 상기 냉매 순환유닛이 직렬 및/또는 병렬로 연결되도록 다수개의 포트가 형성되는 분배장치;를 더 포함할 수 있고, 상기 분배장치는, 다수개의 상기 냉매 순환유닛이 안착되도록 별도 포트가 구비되어 다수개의 층을 이루는 랙 마운트 타입(Rack Mount type)의 도킹 스테이션으로 이루어지고, 각 층에 냉매를 강제 순환시키는 중간 순환펌프가 설치되며, 상기냉매 공급유닛은, 상기 분배장치와 일체화되는 것도 가능하다.

이하, 본 발명의 바람직한 다양한 실시예들에 따른 전자장치의 수냉식 냉각 시스템을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자장치의 수냉식 냉각 시스템이 데스크톱용 개인용 컴퓨터에 적용되는 경우를 예시하면, 본 발명의 전자장치의 수냉식 냉각 시스템은, 크게 냉매 순환유닛(10)과 냉매 공급유닛(20)으로 이루어지는 구성이다.

즉, 상기 냉매 순환유닛(10)은, 기존의 전자장치(1)에 전자장치 내부의 열원에 접촉되는 열교환기(11) 및 상기 열교환기(11)에 냉매를 순환시키는 전자장치 내부의 내부순환라인(12)을 구비하여 이루어지는 구성으로서, 상기 냉매 공급유닛(20)과 연결되는 구성이다.

이러한, 상기 냉매 순환유닛(10)은, 상기 내부순환라인(12)이 상기 기존 전자장치(1)의 슬롯에 조립되는 슬롯조립체(15)에 고정되는 셔트 오프 밸브(13)(Shut off valve)를 포함하여 이루어지는 것으로서, 상기 셔트 오프 밸브(13)는 상기 내부순환라인(12)의 입구 및 출구에 설치되어 상기 외부순환라인(21)과 상기 내부순환라인(12)을 착탈가능하게 연결시키는 착탈식 밸브의 일종이다.

여기서, 상기 셔트 오프 밸브(13)는 이미 상용화되어 널리 사용되는 기술로서, 상기 내부순환라인(12)으로부터 상기 외부순환라인(21)을 분리하는 순간, 상기 셔트 오프 밸브(13)가 잠기게 되어 냉매의 유출 없이 상기 내부순환라인(12)과 외부순환라인(21)을 쉽게 분리할 수 있다.

이러한, 상기 냉매 공급유닛(20)은, 별도 파워를 이용하는 것이 아니라 개인용 컴퓨터의 파워를 가져와서 그대로 이용하여 연동되는 것이다.

또한, 이러한 상기 냉매 공급유닛(20)은 다수개의 컴퓨터와 연결되어 다수개의 냉매순환유닛(10)과 냉각연결될 수 있다.

한편, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 데스트톱용 개인용 컴퓨터에 적용된 다른 실시예로서, 본 발명의 전자장치의 수냉식 냉각 시스템은, 상기 냉매 공급유닛(20)이 기존의 전자장치(1) 본체의 상면에 안착되어 고정될 수 있도록 전자장치의 상면과 대응하는 형상의 외장형 케이스(20a)를 구비하고, 상기 외장형 케이스(20a)는, 전자장치(1) 본체와의 고정을 위해 버클(20c)이 장착된 고정끈(20b)이 설치된다. 여기서, 상기 고정끈(20b) 이외에도 벨크로테입이나 다양한 끈으로 고정시키는 것이 가능하다.

또한, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 슬롯조립체(15)는, 상기 냉매 순환유닛(10)의 내부순환라인(12)과 상기 냉매 공급유닛(20)의 외부순환라인(21)을 서로 연결하는 셔트 오프 밸브(31)과, 별도의 전원부가 필요치 않도록 상기 전자장치(1)의 내부 전원선과 상기 냉매 공급유닛의 전원선을 연결되는 전원커넥터(151)와, 상기 냉매 순환유닛의 냉매온도 또는 전자장치(1)의 CPU 온도를 측정하는 온도센서(도시하지 않음)와 상기 제어부(28)를 연결하는 온도센서커넥터(152) 및 전자장치 내부의 각종 내부팬의 속도를 상기 냉매 공급유닛의 제어부가 조절할 수 있도록 상기 각종 내부팬들과 상기 제어부(28)를 연결하는 내부팬제어커넥터(153) 등을 포함하여 이루어진다.

또한, 이러한 모든 전기적 연결선들은, 다중 케이블(155)로 합쳐서 별도 통합 커넥터(154)에 의해 연결시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 셔트 오프 밸브(31) 외에도 상기 냉매 공급유닛과 내장부 사이의 전원 및 전기적 신호를 서로 교류하기 위하여 전자장치 전원부와, 센서 및 제어부들과 연결되는 커넥터(14)가 설치된다.

한편, 도 1의 이러한 상기 셔트 오프 밸브(13)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 밸브 착탈작업시 소량의 냉매 유출수를 흘러나올 수 있는 것으로서, 상기 셔트 오프 밸브(13)의 하방에 라인 착탈시 유출되는 소량의 유출수로부터 회로를 보호하도록 상기 유출수를 수용하는 물받이접시(40)를 설치하고, 상기 물받이접시(40) 내부에 스폰지(41)가 설치되어 물받이 접시로부터 유출수가 이탈되지 않은 상태에서 흡수 및 건조될 수 있다.

따라서, 기존의 공랭식 전자장치 구입자들은 전자장치 내부의 슬롯에 슬롯조립체(15)를 꼽아 상기 셔트 오프 밸브(13)를 설치하고, 상기 셔트 오프 밸브(13)의 내측에 내부순환라인(12)을 조립하여 준비한 후, 상기 내부순환라인(12)와 연결된 상기 열교환기(11)를 CPU, 비디오 칩, 하드디스크 드라이브 등의 열원에 부착하여 냉매 순환유닛(10)의 조립을 완성할 수 있는 것이다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 냉매 공급유닛(20)은, 상기 냉매 순환유닛(10)과 연결되는 구성으로서, 상기 냉매 순환유닛(10)의 내부순환라인(12)과 연결되어 냉매를 전자장치 외부로 순환시키도록 전자장치(1)의 외부로 연장되는 외부순환라인(21)과, 상기 외부순환라인(21)에 연결되어 냉매의 열을 대기중으로 방출하는 방열기(22)와, 상기 외부순환라인(21)에 연결되어 냉매의 순환을 위한 냉매의 유압을 형성하는 순환펌프(23)와, 상기 냉매가 저장되는 냉매 탱크(24)를 포함하여 이루어진다.

또한, 이러한 상기 방열기(22), 순환펌프(23), 냉매 탱크(24)를 보호하는 별도의 외장형 케이스(20a)가 설치되어 냉매 순환유닛(10)의 설치 위치와 상관없이 상기 외부순환라인(21)에 의해 연결되어 상기 냉매 순환유닛(10)으로부터 이격되어 자유롭게 배치될 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 냉매 공급유닛(20)은, 상기 방열기(22)가 방열팬(221) 및 상기 방열팬(221)에 의해 열을 발산시키는 냉각루버핀(222)을 포함하여 이루어지고, 상기 순환펌프(23)는, 상기 냉매 탱크(24) 내부에 설치되어 입수측과 출수측에 각각 설치되며, 상기 냉매 탱크(24)는 부족한 냉매를 보충하거나 교체가 가능하도록 하면에 냉매 마개(26)가 설치된다.

한편, 도1의 상기 냉매 탱크(24)는, 매우 다양하게 형성될 수 있는 것으로서, 바람직하기로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자가 육안으로 냉매의 양과 펌프의 작동상태 및 물흐름을 확인할 수 있도록 투명 재질의 투명 케이스의 상면에 투명창(241)이 설치되며, 도 7에 도시된 바와 같이, 안정된 작동을 위해 입수구측에 입수펌프(242) 및 출수구측에 출수펌프(243)가 각각 설치되고, 눕히거나 세우더라도 펌프의 작동이 가능하도록 하기 위하여 상기 입수펌프(242)의 토출구(242a)와 상기 출수펌프(243)의 토출구(243a) 중 어느 하나가 항상 상방을 향하게 상기 입수펌프(242)의 토출구(242a)와 출수펌프(243)의 토출구(243a) 방향이 서로 직각으로교차 형성된다.

또한, 냉매의 주입구도 직각으로 두면에 마련하여 설치공간에 융통성을 준다. 또한, 상기 냉매탱크 본체와 뚜껑부가 서로 오링을 사이에 두고 초음파 융착되어 구조가 견고하며 제작을 용이하게 한다.

또한, 항상 내부 기체층에 접하도록 일측 모서리부에 압력밸브(244)가 설치되어 만일에 발생할 수 있는 펌프케이스 내부의 압력상승에 대비하고, 입수측과 출수측의 케이블 연결부(245)에는 도시하진 않았지만, 밀봉을 위하여 내부에 오링 및 오링이 고정되는 오링홈을 형성하여 케이블이 억지삽입될 수 있게 한다.

따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 방열팬(221)이나 순환펌프(23) 등, 소음과 진동이 심하고, 전자파를 발생시키며, 발열하는 부품을 상기 냉매 공급유닛(20)에 설치하여 상기 전자장치(1)로부터 격리시킴으로써 상기 냉매 순환유닛(10)의 무소음을 실현할 수 있는 것이다.

또한, 상기 냉매 공급유닛(20)은, 상기 냉매 순환유닛(10)의 온도센서(16)와 연결되어 온도신호를 인가받아 이를 도 2의 디스플레이부(281)에 표시하고, 상기 온도신호에 따라 미리 프로그램되어 입력되거나 사용자의 설정에 의해 상기 방열기(22)와 유압 펌프(23)에 제어신호를 인가하는 제어부(28)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제어부(28)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 냉매 온도 또는 CPU의 온도를 측정하는 온도센서(도시하지 않음)와 연결되어 온도신호를 인가받아 섭씨나 화씨로 이를 디스플레이부(281)에 표시하고, 정해진 프로그램에 따라 상기온도가 기준 온도 이하면 방열팬을 최저 속도로 운행하고, 기준 온도 이상이면 최대 속도로 운행하는 정숙모드와, 온도에 맞추어 방열팬의 속도를 가변하는 일반모드 및 온도와 관계 없이 항상 최고 속도로 운행하는 급속모드를 사용자가 선택하여 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부(28)은, 1차 위험 온도 이상일 경우, 경음/경광 등으로 사용자에게 이를 알리고, 1차 위험 온도 이상에서 아무런 조치없이 소정시간이 경과되거나 위험한 특정 온도 이상, 즉 2차 위험 온도 이상이면 자동으로 전자장치의 전원이 차단되도록 제어하는 것이 바람직하다.

따라서, 사용자는 전자장치(1) 내부 각 열원들의 온도 상태를 수시로 확인하면서 전자장치 온도 이상을 확인할 수 있고, 상기 제어부(28)에 의해 상기 방열팬(221)과 순환 펌프(23) 등을 제어하여 전자장치 내부 온도가 항상 일정할 수 있게 되는 것이다.

또한, 더욱 바람직하기로는 상기 제어부(28)가 전자부품이 특정 온도 이상으로 온도가 상승되면, 경광이나 경보음을 발생하여 사용자가 신속하게 조치를 취할 수 있도록 경광등이나 부저가 설치될 수도 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전자장치의 수냉식 냉각 시스템는 반드시 개인용 컴퓨터에만 적용되는 것이 아니라, 데스트톱용 서버 컴퓨터에도 적용될 수 있는 것으로서, 특히 하드디스크드라이버나 씨디롬드라이버 등 각종 저장장치들과 직접 접촉하는 다층형 분리식 냉각장치(400)들과, 본 발명의 상기 냉각 순환유닛(10)이 냉각 연동되어 사용될 수 있고, 이러한 경우, 추가 냉매탱크를 접속하여 관로의 길이가 길어짐에 따라 발생하는 압력 저하와 유속 저하를 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 전자장치의 수냉식 냉각 시스템은, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 냉매 순환유닛(10)과 상기 냉매 공급유닛(20)이 1:1로만 연결되는 것이 아니라, 1개의 상기 냉매 공급유닛(20)에 다수개(도면에서는 3개)의 상기 냉매 순환유닛(10)이 직렬 또는 병렬로 연결되도록 다수개의 포트가 형성되는 분배장치(30)가 설치된다.

이러한 상기 분배장치(30)는 매우 다양하게 제작될 수 있는 것으로서, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 분배장치(30)의 일례로 산업용 전자장비(Industrial rack mount PC)에 적용될 수 있는 것이다.

즉, 최상층에 냉매 공급유닛(20)이 설치되고, 다수개의 상기 냉매 순환유닛(10)이 안착되도록 별도 포트(31)가 구비되어 다수개의 층을 이루는 랙 마운트 타입(Rack Mount type)의 도킹 스테이션(32)이 설치되는 것이 가능하다.

여기서, 이러한 도킹 스테이션(32)을 갖는 상기 분배장치는 각 층에 냉매를 강제 순환시키는 중간 순환펌프(33)가 설치되며, 상기 냉매 공급유닛(20)은, 상기 분배장치(30)와 냉매 파이프(34) 등으로 연결되는 것이 가능하다.

이러한, 상기 분배장치(30)는 각 층마다 물차단밸브나 역류방지밸브 등을 설치하여 각 층의 냉매 순환을 선택적으로 단속할 수 있게 한다.

즉, 상기 도킹 스테이션(32)의 각 층에 삽입되어 연결되는 것은, 각각 플로피 디스크 드라이버(35), 하드디스크 드라이버(36), 마더 보드(37), 씨피유(38),파워 서플라이(39) 등을 독립적으로 갖는 슬림화된 하나의 전자장치(1)라고 할 수 있고, 이러한 전자장치(1)는 내부에 상기 냉매 순환유닛(10)이 각각 설치되며, 이러한 다수개의 전자장치가 각 층에 설치된 수냉식 포트(31)와 연결되도록 조립됨으로써 상기 냉매 공급유닛(20)으로부터 냉매를 공급받아 각 층에 설치된 전자장치 각각의 냉매 순환유닛(10)에 비로소 냉매의 순환이 이루어지는 것이다.

여기서, 상기 냉매 공급유닛(20)의 순환펌프 용량을 늘려서 전체 전자장치에 공급되는 냉매를 일괄적으로 흐르게 할 수도 있으나, 바람직하기로는, 상기 도킹 스테이션(32)의 각 층에는 중간 순환펌프(33)가 설치되어 냉매의 중간 압력을 조절함으로써 다수개의 전자장치(1) 내부에 설치된 냉매 순환유닛(10)이 다수개가 연결되더라도 상기 냉매 공급유닛(20)의 순환펌프에 무리를 주지 않으면서 각 층의 냉매 순환이 원활하도록 하며, 상기 냉매 공급유닛(20)의 펌프가 고장나더라도 전자장치(1) 전체가 멈추는 것을 방지할 수 있다.

이러한 도킹 스테이션(32)은, 최상층에 상기 냉매 공급유닛(20)이 설치되어 열교환기의 원활한 방열을 돕고, 냉매 탱크의 순환이 상하로 이루어지도록 유도하는 것이 바람직하다.

한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 수평으로 누워서 적층되는 수평식 상기 슬림화된 전자장치(1)를 수용하는 분배장치(30)는, 메인 파이프(301) 및 플랙시블 연결관(303)을 더 포함하여 이루어지는 구성으로서, 상기 메인 파이프(301)은, 슬림화된 전자장치가 상기 도킹 스테이션(32)으로부터 인출될 때, 상기 냉매 공급유닛(20)과 냉매 순환유닛(10)간의 연결이 유지되도록 수직으로 형성되는 것이고, 상기 플랙시블 연결관(303)은, 양단부에 상기 메인 파이프(301)와 슬림화된 전자장치(1)의 냉매 순환유닛(10) 간의 작동 중 연결 및 착탈이 가능하도록 셔트 오프 밸브(31)가 구비되고, 상기 슬림화된 전자장치(1)의 소정 거리 인출이 가능하도록 충분한 길이로 제작되며, 개별 펌프(33)와 연결되는 것이다.

여기서, 상기 개별 펌프(33)는, 1개의 펌프만을 사용할 수도 있으나, 상기 플랙시블 연결관(303)에 설치되거나, 슬림화된 전자장치(1)의 냉매 순환유닛(10)에 고정되는 한 쌍의 푸쉬(Push)펌프와 풀(Pull)펌프로 이루어지는 듀얼(Dual) 구조인 것이 바람직하고, 이러한 개별 펌프(33)는 각 층마다 장착될 수 있다.

한편, 상기 슬림화된 전자장치(1)는 다수개의 전자장치(1)가 수평으로 누워서 적층 되는 수평식이 아니라, 도 11에 도시된 바와 같이, 수직으로 세워져서 슬롯에 꼽히는 카드식 방식으로도 제작될 수 있다.

따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 본 발명의 냉매의 순환과정을 설명하면, 상기 냉매 공급유닛(20)에 내장된 냉매탱크(24)에 수용된 저온의 냉매가 상기 순환펌프(23)에 의해 상기 외부순환라인(21)을 따라 상기 냉매 순환유닛(10)의 내부순환라인(12)을 통과하면서 상기 메인보드와, 각종 드라이브 등 열원에 설치된 열교환기(11)에 도착하고, 열원에서 열을 빼앗아 다시 내부순환라인(12)을 통과하여 상기 외부순환라인(21)을 따라 상기 냉매 공급유닛(20)으로 돌아온다.

이어서, 상기 냉매 공급유닛(20)에 내장된 방열기(22)를 통과하면서 공기 중으로 열을 발산한 다음, 저온의 냉매가 다시 상기 냉매탱크(24)로 순환되어 수용되는 것이다,

이때, 상기 제어부(28)는 상기 센서(16)를 통해 감지된 열원의 온도에 따라 제어신호를 상기 방열팬(221) 및 순환펌프(23)에 인가하여 상기 방열팬(221) 및 순환펌프(23)의 회전속도를 빠르게 혹은 느리게 제어하거나 작동 개수 및 작동 시간을 제어하여 상기 전자장치(1) 내부 열원의 온도를 제어할 수 있는 것이다.

한편, 상기 슬림화된 전자장치(1)의 높이는, 도 12에 도시된 바와 같이, 가장 얇은 단위인 1U(Unit)를 기준으로 1U 보다 각각 2배, 4배의 높이를 지닌 2U, 4U 등으로 규격화하여 관리할 수 있다.

이러한 높이 규격화는 단지 슬림화된 전자장치(1)에만 적용되는 것이 아니라, 상기 도킹 스테이션(32)에 고정된 냉매 공급유닛(20)과는 별도로, 냉매 공급유닛을 슬림화하여 예비 냉매 공급유닛(201)을 만들고, 이를 도킹 스테이션(32)에 꼽아 사용할 수 있다.

즉, 이러한 예비 냉매 공급유닛(201)은, 상기 도킹 스테이션(32)의 포트에 삽입되어 셔트 오프 밸브에 의해 상기 분배장치(30)와 일체화된 주 냉매 공급유닛(20)과 착탈식으로 연결되어 주 냉매 공급유닛(20)의 냉각능력을 돕는 것이다.

또한, 이러한 상기 예비 냉매 공급유닛(201)은, 반드시 공랭식이 아닌 냉동기식으로 제작하여 냉각능력을 보다 강화할 수 있다.

즉, 상기 냉동기식 예비 냉매 공급유닛(202)은, 압축기 및 팽창기를 구비하여 냉각사이클에 따라 작동되는 것이다.

이러한 냉동기식 예비 냉매 공급유닛(202)은, 상술된 바와 같이 방열팬으로열을 방출하는 공랭식과는 달리, 압축기의 펌핑 속도에 따라 압축되는 냉매가 팽창기에서 팽창할 때, 흡수하는 잠열을 이용하는 기존 냉장고의 원리를 응용한 것으로서, 냉각능력을 크게 향상시킬 수 있다.

이러한, 공랭식 예비 냉매 공급유닛(201)이나 냉동기식 예비 냉매 공급유닛(202)은, 냉각 부하의 감소를 위해 적어도 2개 이상 설치되어 제어부(28)에 의해 교대로 작동되도록 제어되는 것이 바람직하다.

또한, 회로에 치명적인 결로 현상을 방지하기 위하여 상기 제어부(28)는 외부의 기온과 습도를 감지하는 온도 센서(도시하지 않음) 및 습도 센서(도시하지 않음)를 구비하여 이슬이 생기기 직전의 온도를 계절 및 습도에 따라 계산하여 이슬이 생기지 않는 범위 내에서 최저 온도로 유지되도록 상기 냉매 공급유닛(20)이나 예비 냉매 공급유닛(201)(202)에 제어신호를 인가하는 것이 바람직하다.

또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 냉동기식 예비 냉매 공급유닛(202)의 설치위치는, 도킹 스테이션(32) 내부의 상단 또는 하단 등에 설치되거나, 도킹 스테이션(32)의 상단에 안착 설치되거나 도킹 스테이션(32)의 측면에 설치되거나 실외에 설치되어 연결되는 것도 모두 가능하다.

한편, 이러한 냉동기식 예비 냉매 공급유닛(202)은 반드시 예비 냉매 공급유닛에만 장착되는 것이 아니라, 도 13에 도시된 바와 같이, 상술된 공랭식 냉매 공급유닛(20)을 대신하여 적용되거나, 냉동기 구조를 모듈화하여 주 냉매탱크(204) 및/또는 전자장치(1)에 차가운 물을 공급하기 위한 냉동기 칠러(Chiller)(203)를 설치하여, 계층화되어 적층된 슬림화 전자장치(1)에 각각 공급하도록 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 전자장치의 수냉식 냉각 시스템은, 냉매가 하나의 상태 즉, 액체상태로 순환하면서 발열체를 냉각시키는 1상식(one-phase type) 냉각 시스템만이 아니라, 이러한 1상식 냉각 시스템의 냉각능력을 도울 수 있는 2상식(two-phase type) 냉각 시스템이 부가되어 1상식 냉각을 보조하는 방식의 복합식 냉각 시스템을 구성하는 것이 가능한 것이다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.

예컨대, 본 발명의 실시예에서는 상기 방열기, 냉매탱크 및 순환펌프가 상기 냉매 공급유닛에 내장되는 것으로 국한되어 있으나 이 중에서 냉매탱크 등 특정 부품은 상기 냉매 순환유닛에 내장하는 것도 가능하고, 이외에도 냉매 순환유닛과 외장부가 별도 구비된 다양한 방식의 수냉식 전자장치 냉각시스템이 사용될 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.

이상에서와 같이 본 발명의 전자장치의 수냉식 냉각 시스템에 의하면, 전자장치 내부에 설치된 수냉식 부품들을 전자장치 외부로 별도 설치하여 전자장치 내부의 부품을 간소화함으로써 조립 및 수리작업을 편리하게 하고, 전자장치 내부의 온도를 낮출 수 있으며, 전자장치 내부의 소음과 진동을 줄일 수 있게 하고, 기존의 공냉식 전자장치를 손쉽게 수냉식으로 개조하여 사용함으로써 수냉식 냉각 시스템의 상품성을 향상시키며, 활용도를 높일 수 있게 하여 제품의 판매를 확대시킬 수 있고, 방열팬이나 순환펌프에서 발생하는 소음/진동 및 전자파에 의해 전자장치 내부 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있게 하며, 다수개의 전자장치를 직렬 또는 병렬로 연결 가능하여 소형 전자장치는 물론, 다수개 전자장치가 랙 타입으로 착탈되는 대형 전자장치를 수냉식으로 운영 가능하게 하는 효과를 갖는 것이다.

Claims

전자장치 내부의 열원에 접촉되는 열교환기 및 상기 열교환기에 냉매를 순환시키는 전자장치 내부의 내부순환라인을 구비하여 이루어지는 냉매 순환유닛;

상기 냉매 순환유닛의 내부순환라인과 연결되어 냉매를 전자장치 외부로 순환시키도록 전자장치의 외부로 연장되는 외부순환라인과, 상기 외부순환라인에 연결되어 냉매의 열을 대기 중으로 방출하는 방열기와, 상기 외부순환라인에 연결되어 냉매의 순환을 위한 냉매의 유압을 형성하는 순환펌프와, 상기 냉매가 저장되는 냉매 탱크 및 상기 방열기, 순환펌프, 냉매 탱크를 보호하는 외장형 케이스를 구비하여 이루어지는 냉매 공급유닛; 및

상기 순환펌프에 제어신호를 인가하여 상기 순환펌프를 제어하는 제어부;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 냉매 순환유닛은, 상기 내부순환라인이 상기 기존 전자장치의 내부 슬롯에 조립되는 슬롯조립체에 고정되고, 상기 슬롯조립체 및 상기 내부순환라인의 입구 및 출구에는 상기 외부순환라인과 착탈가능하게 연결되도록 각각 셔트 오프 밸브(Shut off valve)를 설치하며, 상기 셔트 오프 밸브의 하방에 라인 착탈시 유출되는 소량의 유출수로부터 회로를 보호하도록 상기 유출수를 수용하는 물받이접시를 설치하고, 상기 물받이접시 내부에 흡수 및 건조를 돕는 스폰지가 설치되며, 상기 냉매 공급유닛의 동력을 얻기 위하여 전자장치 전원부와 연결되는 커넥터가 포함되어 이루어져 별도의 전원부가 필요치 않는 것을 특징으로 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 냉매 순환유닛은, 상기 열교환기가 CPU, 비디오 칩, 하드디스크 드라이브 등의 열원에 부착되고, 상기 열교환기와 열교환기는 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템.
제 3항에 있어서,

상기 하드디스크 드라이브에 부착되는 열교환기는, 다수개의 하드디스크 드라이브 또는 다수개의 열원이 적층형상으로 수납되도록 격층으로 형성된 프레임;

상기 프레임에 적층 수납된 하드디스크 드라이브의 저면과 각각 접촉되어 열을 식히는 냉각판; 및

상기 냉각판과 냉각판 사이에 냉매가 흐르도록 서로 직렬 및/또는 병렬 연결시키는 연결관;

을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 냉매 공급유닛은, 상기 방열기가 방열팬 및 상기 방열팬에 의해 열을 발산시키는 냉각루버핀을 포함하여 이루어지며,

상기 냉매 탱크는 사용자가 육안으로 냉매의 양과 펌프의 작동상태 및 물흐름을 확인할 수 있도록 투명 재질의 투명 케이스의 상면에 투명창이 설치되며, 안정된 작동을 위해 입수구측에 입수펌프 및 출수구측에 출수펌프가 각각 설치되고, 눕히거나 세워서 설치하여도 펌프의 작동이 가능하도록 하기 위하여 상기 입수펌프의 토출구와 상기 출수펌프의 토출구 중 어느 하나가 항상 상방을 향하도록 상기 입수펌프의 토출구와 출수펌프의 토출구 방향이 서로 직각으로 교차 형성되며, 냉매의 주입구도 직각으로 두면에 마련하여 설치공간에 융통성을 주고, 항상 내부 기체층에 접하도록 일측 모서리부에 압력밸브가 설치되어 만일에 발생할 수 있는 펌프케이스 내부의 압력상승에 대비하고, 냉매탱크 본체와 뚜껑부가 서로 오링을 사이에 두고 초음파 융착되어 구조가 견고하며 제작이 용이한 것을 특징으로 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 냉매 온도 또는 CPU의 온도를 측정하는 온도센서와 연결되어 온도신호를 인가받아 이를 디스플레이부에 섭씨나 화씨로 표시하고,

정해진 프로그램에 따라 상기 온도가 기준 온도 이하면 방열팬 및 펌프를 최저 속도로 운행하는 정숙모드와, 온도에 맞추어 방열팬 및 펌프의 속도를 가변하는 일반모드 및 온도와 관계없이 최고 속도로 운행하는 급속모드를 사용자가 선택하여 제어할 수 있으며,

위험 온도 이상일 경우, 경음/경광 등으로 사용자에게 이를 알리고, 위험 온도 이상 아무런 조치없이 소정시간이 경과되거나 특정 온도 이상의 온도에 도달하면 자동으로 전자장치의 전원이 차단되도록 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템.
제 1항에 있어서,

1개의 상기 냉매 공급유닛에 다수개의 상기 냉매 순환유닛이 직렬 및/또는 병렬로 연결되도록 다수개의 포트가 형성되는 분배장치;

를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템.
제 7항에 있어서,

상기 분배장치는, 다수개의 상기 슬림화된 전자장치의 냉매 순환유닛이 안착되도록 별도 포트가 구비되어 다수개의 층을 이루는 랙 마운트 타입(Rack Mount type)의 도킹 스테이션으로 이루어지고, 각 층에 냉매를 강제 순환시키는 중간 순환펌프가 설치되며, 상기 냉매 공급유닛은, 상기 분배장치와 일체형으로 고정되는 것을 특징으로 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템.
제 8항에 있어서,

상기 냉매 공급유닛은, 상기 도킹 스테이션의 포트에 삽입되어 셔트 오프 밸브에 의해 상기 분배장치와 일체화된 주 냉매 공급유닛과 연결되는 예비 냉매 공급유닛을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템.
제 8항에 있어서,

상기 분배장치는, 슬림화된 전자장치가 상기 도킹 스테이션으로부터 인출될 때, 상기 냉매 공급유닛과 냉매 순환유닛간의 연결이 유지되도록 수직으로 형성된 메인 파이프; 및

양단부에 상기 메인 파이프와 슬림화된 전자장치의 냉매 순환유닛 간의 작동 중 연결 및 착탈이 가능하도록 셔트 오프 밸브가 구비되고, 상기 슬림화된 전자장치의 소정 거리 인출이 가능하도록 충분한 길이로 제작되며, 개별 펌프와 연결되는 플랙시블 연결관;을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템.
제 10항에 있어서,

상기 개별 펌프는 상기 플랙시블 연결관에 설치되거나, 슬림화된 전자장치의 냉매 순환유닛에 고정되는 한 쌍의 푸쉬(Push)펌프와 풀(Pull)펌프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템.
제 9항에 있어서,

상기 예비 냉매 공급유닛은, 압축기 및 팽창기를 구비하여 냉각사이클에 따라 작동되는 냉동기식 예비 냉매 공급유닛을 포함하여 이루어지고,

상기 예비 냉매 공급유닛은, 적어도 2개 이상 설치되어 제어부에 의해 교대로 작동되도록 제어되며,

상기 제어부는 온도 센서 및 습도 센서를 구비하여 이슬이 생기기 직전의 온도를 계절 및 습도에 따라 계산하여 이슬이 생기지 않는 범위 내에서 최저 온도로 유지되도록 상기 예비 냉매 공급유닛에 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 전자장치의 수냉식 냉각 시스템.