KR200320002Y1 - 무전원 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 컴퓨터 중앙처리장치(이하 CPU)에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각하기 위해 고안된 것으로, 종래의 Heatsink(방열판)를 장착한 Fan Cooler의 단점을 보완하여 소형, 무소음, 무전원의 냉각시스템을 제작하기 위해 고안됐다.

이러한 목적을 위해 냉각기내 압축상태에서 액체상태인 냉매를 이용한 냉각기를 구성하고, 냉각기의 냉각면에는 가열된 냉매의 기체가 응축관쪽으로 이동하도록 하는 냉매증기출구와 응축관을 거치면서 발열하여 액체상태로된 냉매를 받는 응축냉매입구가 형성되어 있어서, 냉각기가 가열되면서 기체화된 냉매가 응축관을 거치면서 냉매의 열을 발산시키고, 다시 액체화되어 냉각기로 순환되도록하는 무동력 냉각장치이다.

순환펌프나 압축기를 사용하지 않기 때문에, 따로 전원이 필요 없으며, Fan설치로 인한 컴퓨터내 전력낭비및 소음이 없으며, 방열판을 컴퓨터의 외면에 설치시 컴퓨터내부의 열을 낮출 수 있으며, 냉각기를 내부의 필요공간에 추가 설치시 컴퓨터내부의 열을 밖으로 빼내는 Fan을 필요로 하지 않는 잇점이 있다.

Description

무전원 냉각 시스템{None Electric Power Cooling System}

본 고안은 컴퓨터 중앙처리장치(이하 CPU)에서 발생하는 열을 효과적으로 낮추기위해 고안된 것으로, 종래의 Heatsink(방열판)를 장착한 Fan Cooler의 단점을 보완하여 소형, 무소음, 무전원의 냉각시스템을 제작하기 위해 고안됐다.

종래의 CPU냉각장치를 보면, 공냉식방식을 주로사용하여, Fan을 설치하거나 열전도성이 높은 동이나 알루미늄을 사용하여 CPU에 부착시켜 사용하는 Heatsink가 주를 이루게 된다.

이러한 Heatsink는 한쪽면을 CPU에 완전밀착식으로 접합하여 CPU의 열기를 방열판으로 직접 이동하도록 하였고, 반대쪽은 공기와의 닿는 면적을 최대로 하기위해 냉각면을 요철 모양으로 형성, 제작하여, CPU에서 발생하는 열을 바로 Heatsink에 전달하여 상온으로 냉각이 가능토록 하였다.

차세대 CPU의 연산능력향상에 따라서 CPU의 자체발열량도 높아지고 이러한 추세에 맞추어 Heatsink의 방열판부분에 Fan을 설치하여 Heatsink에 신속하게 공기를 순환시켜 열을 식히는 기능을 높였다.

CPU의 급속한 발달 속도로 인하여 Cooler의 크기가 점점 커져가게 되고, CPU뿐만 아니라 그래픽카드에도 Cooler를 요구하게 되고, 하드디스크 또한 회전속도의 급격한 상승으로 발열량이 높아졌다. 따라서 컴퓨터 본체의 내부온도가 상승하게 되고 이러한 온도를 낮추기 위한 Fan의 대형화로 인하여 컴퓨터 자체의 소음도 증가하게 되었다.

본 고안은 상기에 명기한 컴퓨터 CPU에서 발생하는 열을 효과적으로 낮추기위해 고안된 것으로, 종래의 Heatsink와 Fan Cooler를 장착한 방열기의 단점을 보완하여 소형, 무소음, 무전원, 고효율의 냉각시스템을 제작하기 위해 고안됐다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 냉매를 이용한 냉각방식을 사용하고자 한다. CPU의 방열면에 냉매가 들어있는 냉각기를 부착시키게 된다. 냉각기 안에는 일정량의 냉매가 들어 있어서 CPU의 온도가 일정온도로 상승하게 되면, 냉매는 CPU의 열에 의해 기화하여 냉각기내부의 상부에 있는 냉매증기출구로 빠져나가게 되고, 응축관에서 냉매의 온도가 떨어지면서 다시 액체화되어 냉각기내부의 하부에 있는 응축냉매입구로 다시 유입되는 2싸이클의 순환구조에서 냉매의 기화열을 방출하는 시스템을 이용하였다.

이러한 방식은 순환펌프나 압축기, 냉각팬등을 이용하지 않으므로 소음이나 전력낭비의 걱정이 없다.

도 1은 본 고안의 무전원 냉각시스템의 동작 원리 계통도

도 2는 본 고안의 무전원 냉각시스템의 사시도

도 3은 본 고안의 무전원 냉각시스템의 분해도

도 4는 본 고안의 무전원 냉각시스템의 절단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 방열판 2 : 응축관

3 : 냉각기 4 : 냉매

5 : 냉매증기출구 6 : 응축냉매입구

7 : CPU

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 고안의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 원리를 간략 설명한 계통도이고, 도 2는 본 고안의 전체외형을 설명한 사시도이고, 도 3은 본고안의 분해사시도이고, 도 4는 본 고안의 절단면도이다.

먼저 본 고안의 구성을 살펴보게 되면,

동이나 알루미늄을 사용하여 냉각기(3)를 제작하게 되는데, 내부가 비어있는 육면체 형상의 용기를 제작을 하게 된다. 크기는 CPU(7)의 크기나 사양에 따라 동일한 크기나 필요시 동일한 크기에서 가감한 크기로 제작하게 되고, CPU(7)와 맞닫는 부분은 정밀가공하여 밀착효과 및 전달율을 극대화하여 부착면적을 최대한 높여준다. 내부에는 CPU의 온도와 발열량에 맞추어 그에 상응하는 냉매(4)를 충진하게되고, 냉각기 본체 부분에 2개의 구멍을 천공하게 되는데, 한쪽은 냉매(4)가 기화되어 응축관(2)으로 이동할 냉매증기출구(5)이고, 한쪽은 응축관(2)을 지나면서 방열판과 실내온의 영향으로 온도 저하되어 액화된 냉매(4)가 냉각기(3)로 유입되는 응축냉매입구(6)가 된다.

응축관(2)은 주로 순동으로 제작하게 되고, 냉매증기출구(5)는 냉각기(3)의 상부내면에 일치하도록 제작한다. 응축냉매입구(6)쪽은 냉각기(3) 내부의 하부에 가깝게, 닿지 않을 만큼만 조립되게 한다.

응축관(2)은 단위면적당 최대한의 발열효과를 낼수 있도록 지그재그형태로 배열을 하게 되고, 발열판을 이용하여 응축관의 발열 부위 전체를 감싸게하고 응축관의 발열을 증대시키고 미관을 고려하여 케이스의 일부나 독립구조로 설계, 제작한다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 고안의 조립과정을 상세히 설명하면,

먼저 냉각기(3)의 본체를 제작하고, 응축냉매입구(6) 및 냉매증기출구(5)를천공한다. 이제 응축관(2)의 양쪽 끝부분을 냉각기(3)에 연결을 하는데, 냉각기(3) 안에서 증발된 냉매가스를 응축관(2)으로 내보내는 냉매증기출구(5)에는 응축관(2) 끝이 냉각기(3)의 안쪽면의 상단과 일치가 되도록 설치하고, 냉각기(3) 안으로 액상 냉매(4)를 보내는 응축냉매입구(6)에는 응축관(2) 끝이 냉각기(3)의 안쪽 하단부에 가까이 오게끔 설치한다. 이러한 제작방식은 냉매가스와 냉매(4)의 비중차를 이용한 것으로 냉매가스가 응축냉매입구(6)로 역류하는 것을 방지하기 위함이다.

다음으로 응축부를 조립해야 하는데, 동, 알루미늄, 철 등으로 이루어진 방열판안에 응축관(2)을 배열하여 고르게 퍼지도록 지그재그형태로 조립한다. 그런 후에 방열판(1)의 한쪽에는 공기와 닿는 면적을 최대화 하기 위하여, 방열면적이 많은 요철형의 방열체를 사용한다.

다음으로 상기와 같이 조립된 본 고안의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

컴퓨터를 동작하게 되면 CPU(7)에서 열이 발생하게 되고, CPU(7)에서 열이 발생하게 되면, CPU(7)의 발열온도에 의해 냉각기(3)에 열이 가해지게 된다. 이러한 상황이 지속되면, CPU(7)의 온도상승에 따라 냉각기(3)의 온도가 즉시 상승하여 냉각기(3) 내의 냉매(4)의 온도가 상승하게 되고, 일정온도가 되면 냉매(4)는 기화하여 CPU(7)를 냉각한 열을 함유한 상태로 팽창하면서 냉각기(3)의 냉매증기출구 (5)을 통해서 응축관(2)쪽으로 이동하게 된다.

응축관(2)으로 들어온 고온의 기체는 응축관(2)을 타고 이동하면서 응축관(2)을 감싸고 있는 방열판(1)에 열을 빼앗기면서 급격히 온도가 하락하게 된다. 온도가 떨어진 냉매기체는 압력과 온도에 상응하는 조건이 되면, 다시 액체로 변하게 되고, 냉매증기출구(5)를 통해 올라오는 기체의 압력과 기체와 액체의 비중차에 의해 응축냉매입구(6)로 흐르게 된다.

이로써 방열판(1)의 공기중 노출면적에 의해 냉매(4)는 외부온도의 영향으로 액화되어 기화전의 상태로 순환하는 2사이클의 무동력 냉각장치이다.

다시금 냉각기(3)로 유입된 액체화된 냉매(4)는 기화시 기화열로 CPU(7)를 냉각하기 때문에 CPU(7)의 온도 상승을 억제하는 역할을 하게 된다.

CPU(7)의 온도가 상승하게 되면 냉매(4)의 기화속도가 증가하고, 압력또한 증가하여 순환이 빨라지게 되고, CPU(7)의 온도가 낮으면 기화속도가 늦어져, 응축관(2)의 압력은 낮아져 순환이 느려지게 된다.

이처럼 어떠한 조절장치 없이 CPU(7)의 온도변화에 의해 자동으로 순환속도가 조절되므로 따로 전원선이나 순환펌프, 압축기 등을 설치할 필요가 없다.

냉매(4)는 기존에 사용하는 냉매 중 어느 것을 사용하여도 가능하다. 그러나 오존층파괴 문제 및 지구의 온난화 효과와 각 냉매의 특성을 고려하여 HCFC냉매계열과 HFC계열의 냉매를 주로 사용하게 된다.

이상 살펴본 바와같이 본 고안은 CPU를 냉각시킴에 있어서 순환펌프나 압축기, 냉각팬등을 사용하지 않기 때문에, 냉각시스템에 전원을 필요로 하지않게 되어, 컴퓨터내의 전력낭비나 소음이 전혀 없으며, 기존의 냉각시스템에서 처럼 냉각기에서 발생하는 열이 컴퓨터 내부에 머물지 않아서 컴퓨터 내부의 온도에 영향을 미치지 않게 되어 컴퓨터 내부의 열을 밖으로 빼내는 팬 또한 설치할 필요가 없게 된다.

팬 방식의 한계를 극복하는 장치로서 미래의 고성능 CPU 냉각장치로서는 좀더 적합한 무동력 장치이다.

기기의 파손등으로 인한 냉매의 누설시, 상온에서 자연증발, 즉 기화하므로 장비에 손상을 주지 않는다.

Claims (2)

1. 냉각기의 상부면에 접하여 냉매증기출구가 형성되고, 냉매증기출구에서 연장되어, 방열판 내의 응축관과 연결되며, 응축관의 말단부에서 연장 형성된 응축냉매입구는 냉각기의 상부면을 관통하여, 냉각기의 하부면에 인접하도록 형성되는 냉각기로, CPU의 발열로 인해 냉각기 내의 냉매가 기화하여 냉매증기출구를 통하여 응축관으로 이동하였다가 응축관에서 냉각, 액화하여 응축냉매입구를 통해 다시 냉각기로 유입되는 순환을 반복하는 것을 특징으로 하는 무전원의 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서,

   냉각기의 상부면을 관통하여 냉각기의 내부로 삽입되는 응축냉매입구는 냉각기의 하부면에 최대한 근접하도록 삽입하여, 액체냉매 안에 잠기도록 구성하므로, 냉각기가 가열되어 생기는 기체냉매가 응축냉매입구로의 역류를 방지하는 것을 특징으로 하는 무전원의 냉각장치.