KR20040058310A - 냉각장치에서 ｐｃｍ의 최적화된 사용 - Google Patents

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KR20040058310A
KR20040058310A KR10-2004-7007803A KR20047007803A KR20040058310A KR 20040058310 A KR20040058310 A KR 20040058310A KR 20047007803 A KR20047007803 A KR 20047007803A KR 20040058310 A KR20040058310 A KR 20040058310A
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글라우쉬랄프
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Abstract

본 발명은, 특히, 전기 및 전자부품을 냉각하는 장치에서 상변화 물질의 사용과 관련이 있다.

Description

냉각장치에서 ＰＣＭ의 최적화된 사용{OPTIMISED APPLICATION OF PCMS IN CHILLERS}
산업공정에서, 열피크 또는 열결함은 종종 회피되어야 하는데, 다시 말해, 온도제어가 반드시 필요하다. 이것은 통상 열교환기를 사용하여 달성된다. 가장 간단한 경우로, 열교환기는 단지 열전도판으로 간단히 구성될 수 있으며, 이 열전도판은 주위공기로 열을 방산시키거나, 또는 열전달 매체를 내장한다. 내장된 열전달 매체는 먼저 일 위치 또는 매체로부터 다른 위치 또는 다른 매체로 열을 전달한다.
예를 들어, 마이크로프로세서(중앙처리장치 = CPU) (2) 와 같은 전자부품을 냉각하기 위한 종래기술(도 1)은, 압출된 알루미늄으로 제조된 열싱크이며, 이 열싱크는 지지부 (3) 에 장착된 전자부품으로부터 열을 흡수하여 냉각핀 (1) 을 통해 주위로 방출한다. 냉각핀에서의 대류는 통상적으로 팬에 의해 강화된다.
이러한 유형의 열싱크는, 부품의 수명과 신뢰성을 감소시킬 수 있는 과열을 회피하기 위해, 항상 외부온도는 고온이고 부품은 최대 로드인 최악의 경우에 대해서 설계되어야 한다. CPU 에 대한 최대 작업온도는 설계에 따라 60 ~ 90℃이다.
CPU 의 클록 속도는 더 빨라지고 있기 때문에, CPU가 방출하는 열량은 신형 CPU 의 등장과 함께 폭등하고 있다. 지금까지는 최대 30와트의 피크출력 레벨이 방열되어야 했지만, 앞으로 8 ~ 12 개월 후에는 90와트 까지의 냉각용량이 필요할 것이다. 이러한 출력 레벨은 종래의 냉각 시스템으로는 더 이상 방열될 수 없다.
예를 들어, 원격-제어 미사일(remote-controlled missiles)에서 발생하는 것처럼 극한의 주위 조건에 대한 열 싱크가(여기서, 전자부품에서 방출된 열이, 예를 들어 용해열의 형태로 상변화 물질에 흡수된다), US 4673030A, EP 116503A, US 4446916A 에 기재되어 있다. 이러한 PCM(Phase Change Materials) 열싱크는 에너지가 주위로 방열되는 것을 짧은 기간동안만 대신하는 역할을하며 재사용될 수 없다(또한 재사용되어서도 안된다).
공지의 저장 매체에는, 예를 들어, 현열(sensible heat)을 저장하기 위한 물 또는 돌/콘크리트가 있으며, 용해열(잠열)의 형태로 열을 저장하기 위한 염(鹽), 염 수화물 또는 이들의 혼합물과 같은 상변화 물질(PCMs) 또는 유기화합물(예를 들어, 파라핀)이 있다.
물질이 용해할 때, 즉, 고상으로부터 액상으로 변환될 때, 열이 소비되어, 즉, 흡수되어 이 물질이 액상 상태를 유지하는 한 잠열로서 저장되며, 이러한 잠열은, 응고시, 즉, 액상으로부터 고상으로 변환될 때 다시 방출되는 것으로 알려져 있다.
열 저장 시스템의 열저장은, 열의 이동 또는 흐름을 위해 온도차가 필요하기 때문에, 방출 중에 얻을 수 있는 온도보다 더 높은 온도를 요구한다. 열의 질은 이용할 수 있는 온도에 의존하며, 온도가 높을 수록, 열은 더 잘 방산될 수 있다. 이러한 이유로 인해, 저장 동안에 온도가 가능한 떨어지지 않는 것이 바람직하다.
현열의 저장에 있어서(예를 들어, 물의 가열), 열의 입력은 저장물질의 계속적인 가열과 관련이 있으나(방출은 반대이다), 잠열은 PCM의 상변화 온도에서만 저장되고 방출된다. 따라서, 잠열의 저장은, 온도손실이 저장 시스템과의 열전단 중의 손실에 한정된다는 점에서 현열 저장보다 유리하다.
지금까지 잠열 저장 시스템에 사용된 저장 매체는 통상, 사용에 필요한 온도범위에서 고액 상변화를 갖는 물질, 즉, 사용중 용해하는 물질이다.
따라서, 상기 문헌은 잠열 저장 시스템의 저장 매체로서 파라핀의 사용을 개시하고 있다. 국제특허출원 WO 93/15625 는 PCM-함유 마이크로캡슐을 포함하는 슈솔(shoe sole)을 기재하고 있다. 국제특허출원 WO 93/24241은 이러한 유형의 마이크로캡슐과 결합제(binder)를 포함하는 코팅을 갖는 구조를 기재하고 있다. 여기서 사용된 PCM은 바람직하게 13 ~ 28의 탄소원자를 갖는 파라핀 하이드로카본이다. 유럽특허 EP-B-306 202 는 열 저장 특성을 갖는 섬유를 기재하고 있는데, 여기서 저장 매체는 파라핀 하이드로카본 또는 결정질 플라스틱이며, 저장 물질은 마이크로캡슐의 형태로 섬유기재에 결합된다.
미국 특허 제 5, 728, 316 호는 열에너지의 저장 및 사용을 위해 질산마그네슘 및 질산리튬에 기초한 염혼합물을 소개하고 있다. 여기서 열 저장은 용융점인 75℃ 이상의 용융상태에서 행해진다.
잠열 저장 시스템의 상기의 저장 매체에서, 액체상태로의 변화가 사용중에 발생한다. 이것은, 물질의 손실 및 환경오염을 일으키는 액체의 누설을 방지하기 위해 항상 밀봉 또는 캡슐화가 필요하기 때문에, 잠열 저장 시스템의 저장 매체를 산업용으로 사용하는 경우에는 문제가 발생한다. 특히, 예를 들어, 섬유, 직물 또는 발포체와 같은 가요성 구조체에 사용하는 경우, 이것은 일반적으로 열저장 물질의 미세 캡슐화(microencapsulation)를 요구한다.
게다가, 많은 잠재적으로 적당한 화합물의 증기압이 용해 동안 크게 증가하며, 결과적으로 용융물의 휘발성이 종종 저장 물질의 장기간 사용을 방해한다. 용융성 PCM의 산업적인 사용에 있어서, 많은 물질들의 용융 중 상당한 부피변화로 인해 빈번히 문제가 발생한다.
따라서, 새로운 종류의 상변화 물질이 특별한 관심을 받고 있다. 이러한 물질은 고체-고체 상변화 물질이다. 이러한 물질들은 사용되는 전온도 범위에서 고체상태로 유지되기 때문에, 더이상 캡슐화의 필요가 없다. 따라서, 잠열 저장 시스템의 저장 매체가 용융됨으로써 발생하는 저장 매체의 손실이나 환경오염의 문제가 없게된다. 이러한 상변화 물질은 많은 새로운 분야에서 응용되고 있다.
US 5831831A, JP 10135381A 및 SU 570131A은 군사용이 아닌 분야에서 서로 유사한 PCM 열싱크의 사용을 서술하고 있다. 이들 발명의 공통된 특징은 종래의 열싱크(예를 들어, 냉각핀 및 냉각팬을 구비한)를 사용하지 않는다는 것이다.
상술한 PCM 열싱크는 불규칙한 출력 프로파일을 갖는 부품의 피크 출력을 흡수하는데 적합하지 않는데, 그 이유는 이들은 PCM의 최적 방출을 보장하지 못하거나 또는 베이스 로드를 흡수하기 때문이다.
DE 100 27 803(도 2)은 상변화 물질(PCM)에 의해 전기부품 또는 전자부품의 출력 피크를 완충하는 것을 제안하며, 일정하지 않은 출력 프로파일을 가지며 열을 발생하는 전기 및 전자부품(2)의 냉각장치는 기본적으로 열전도 유닛(1) 및 상변화 물질(PCM)을 함유하는 열흡수 유닛(4)으로 구성된다.
본 발명은 냉각장치에서 상변화 물질의 사용에 관한 것이다.
도 1 은 마이크로프로세서와 같은 전자부품을 냉각하기 위한 종래기술의 개략도.
도 2 는 상변화 물질(PCM)에 의해 전기부품 또는 전자부품의 출력 피크를 완충하는 것을 제안하는 종래기술의 개략도.
도 3 은 본 발명에 따른 컴퓨터용 CPU의 냉각장치의 개략도.
본 발명의 목적은 열 발생 부품을 더욱 효과적으로 냉각하는 것이며 더 나아가 온도피크를 고르게 하는 것이다.
이러한 목적은, 본질적으로 청구항 1에 따라 1이상의 상변화 물질(PCM)을 포함하는 열흡수 유닛(4) 및 열방산 유닛(1)으로 이루어진, 비균일 출력 프로파일을 갖는 열 발생 부품을 냉각하는 장치에 의해 달성된다.
본 발명은, PCM의 상변화 온도(TPC)가 냉각장치의 주위온도에 대응하도록 1이상의 PCM이 냉각장치에 배치되고, 상기 상변화 온도는 온도구배에 따라 완충될 열발생 유닛(2)의 온도라는 점에 특징이 있다.
본 발명은 바람직하게 상이한 상변화 온도(TPC)를 갖는 2이상의 PCM을 갖는 점에 특징이 있다. 이 PCM들은, 각각의 경우에 더 높은 TPC를 갖는 PCM이 냉각장치에서 상대적으로 고온인 영역에 배치되도록 서로에 대해 배치된다. 각각의 경우에 TPC는, 열발생 부품(2)의 과열이 발생하는 열발생 부품의 임계 최대온도 아래에 있다. 이 임계 최대온도는 열발생 부품이 초과하지 않아야 되는 온도이다.
본 발명은, 특히, 예를 들어, 테스크탑 또는 랩탑 컴퓨터내 또는 서버내의 머더보드와 그래픽 카드 상의 메모리 칩 또는 마이크로프로세서(MPU=마이크로프로세싱 유닛), 파워 서플라이, 하드 디스크 및 작동중 열을 방출하는 다른 전자부품과 같은 비균일 출력 프로파일을 갖는 전기 및 전자부품을 냉각하는 장치에 관한 것이다.
그러나, 열피크를 고르게 하기 위해 PCM을 이용한 이러한 유형의 냉각은 컴퓨터에서만 되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 시스템은, 과열이 잠재적인 결함을 발생시킬 수 있기 때문에 열피크가 고르게 되어야 하며 출력이 변동하는 모든 장치에 사용될 수 있다. 일반성을 제한하지 않는 본 발명 시스템의 사용예를 들면, 이동통신용 파워 회로 및 파워 스위칭 회로, 이동 전화기 및 고정 송신기용 송신회로, 산업용 전자공학 및 자동차의 전자기계 작동기용 제어회로, 위성통신 및 레이더 분야의 고주파 회로, 작동기용 단일보드 컴퓨터 및 가정기기 및 산업 전자공학적 제어유닛이 있다. 본 발명에 따른 냉각장치는, 예를 들어, 엘리베이터, 변전소 또는 내연기관용 모터에도 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 냉각장치는 예를 들어, 열싱크이다. 종래의 열싱크는PCM의 사용을 통해 개량될 수 있다.
열발생 부품으로부터 열싱크로의 열전달은 방해되지 않아야 하는데, 즉, 열은 먼저 열방산 유닛(예를 들어 열싱크)을 통해 흘러야 하며, PCM으로 흘러서는 안된다. 열싱크의 설계로 인해 냉각핀을 통해 열이 방산될 수 있기 전에 PCM이 먼저 열을 흡수해야 된다면 상기 의미의 방해가 일어나며, 이는 주어진 열싱크의 성능을 저하시킨다.
PCM이 출력피크만을 흡수하는 것을 보장하기 위해서는, 열방산 유닛의 전통적인 냉각성능이 가급적 손상되지 않도록 하고 또한 열방산 유닛이 각 PCM의 상변화 온도(TPC)를 초과하는 경우에만 PCM으로의 상당한 열흐름이 발생하도록 PCM을 냉각장치에 배치하는 것이 바람직하다. 그 이전에, 주위의 통상적인 온도증가 동안에 소량의 열만이 PCM으로 흐르게 된다. 그러나, TPC에 도달하게 되면, 열방산 유닛을 통해 계속 냉각이 이루어지며(즉, 열의 방산), 추가로 PCM으로의 열흐름이 증가한다.
열발생 부품의 임계 최대온도에 도달하는 경우, 본 발명에 따른 냉각장치는, 열방생 유닛과 열방산 유닛의 반대편 단부 사이에 형성된 온도구배를 갖는다. 특히 적당한 PCM은, 그 상변화 온도(TPC)가 적당한 방법으로 열발생 유닛의 임계 최대온도 아래에 있는 것이라는 것을 알게 되었다. 따라서, 본 발명에 따라 사용되는 PCM은, 그 TPC가 규정된 임계 온도구배와 가능한 정확하게 일치하게, 즉, 상변화가 거의 동시에 그리고/또는 이 온도구배 바로 아래에서 발생하도록 선택되어 냉각장치에 배치되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 데스크탑 컴퓨터의 CPU 용 팬을 갖는 상업적으로 구입가능한 열싱크에서, CPU/열싱크 계면으로부터 냉각핀의 반대쪽 단부까지 20 ~ 40℃의 상당한 온도구배가 발생한다. 열발생 유닛에 가장 가까운 PCM 에 대해 적당한 TPC는, 예를 들어, 마이크로프로세서의 경우에 열발생 부품의 임계 최대온도 보다 약 10 ~ 15℃ 낮은 것이다. 더 멀리 배치된 PCM은 더 낮은 TPC를 갖는다. 냉각장치내의 온도구배로 인해, 2이상의 PCM을 갖는 본 발명에 따른 장치의 상이한 TPC는 바람직하게도 대략 동시에 도달되며, 이것은, 냉각장치의 성능이 현저하게 증가하며 PCM의 상승효과(booster effect)가 분명해지는 것을 의미한다.
더우기, PCM으로의 상당한 열흐름은 유리하게 가능한 최고온도에서 시작해야 한다. 이러한 방법에서, 본 발명에 따른 냉각장치는 거의 자신의 임계 최대 온도구배까지는 실질적으로 종래의 방법으로 작동하여, 종래의 냉각성능을 최대한 보장한다. TPC에 도달할 때에만, PCM에 의한 열흡수로 인해 냉각성능이 커지게 된다. 이것은 냉각장치의 성능을 갑자기 증가시키고, PCM의 상승효과가 분명해진다. 이결과, 열발생 부품이 과열되지 않는다.
본 발명에 따른 방법으로 PCM을 사용함으로써, 극한의 열피크가 방산될 필요없이 완충되기 때문에 냉각성능이 더 작은 냉각장치를 사용할 수 있다.
열발생 부품에 의해 결정되는 임계 최대온도에 따라, 모든 공지의 PCM이 본 발명에 따른 장치에 적합하다.
사용하기 적합한 PCM 은, 캡슐화된 물질, 고체-고체 PCM, 매트릭스형 PCM, 공동내의 고체-액체 PCM 또는 이들을 혼용한 것이다. 고체-고체 또는 고체-액체 PCM에 적당한 매트릭스는 특히, 중합체, 흑연, 예를 들어 팽창흑연(expanded graphite)(예를 들어, SGL의 시그리(Sigri) λ), 또는 다공성 무기물질(예를 들어, 실리카 젤 및 제올라이트(zeolite))이다. 본 발명에 따라 사용된 1이상의 PCM 은 바람직하게 고체/고체 PCM이다.
다양한 PCM이 본 발명에 따른 장치에 사용가능하다. 원리적으로 상변화 온도가 -100℃ ~ 150℃ 인 PCM을 사용할 수 있다. 전기 및 전자부품에서의 사용을 위해서는, 온도범위가 주위온도로부터 95℃ 까지인 PCM이 바람직하다. 여기서 PCM은 파라핀(C20-C45), 무기염류, 염수화물 및 이들의 혼합물, 카르복실산 또는 당알코올(Sugar alcohol)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 비제한적인선택이 표 1 에 도시되어 있다.
[표 1]
상변화 물질 용융점[℃] 용융 엔탈피[J/g] 군
헤네이코산(Heneicosane) 40 213 파라핀
도코산(Docosane) 44 252 파라핀
트리코산(Tricosane) 48 234 파라핀
티오황산나트륨 5수화물(Sodium thiosulfate pentahydrate) 48 210 염수화물
미리스틴산(Myristic acid) 52 190 카르복실산
테트라코산(Tetracosane) 53 255 파라핀
헥사코산(Hexacosane) 56 250 파라핀
초산나트륨 3수화물(Sodium acetate trihydrate) 58 265 염수화물
노나코산(Nonacosane) 63 239 파라핀
수산화나트륨 1수화물(Sodium hydroxidemonohydrate) 64 272 염수화물
스테아린산(stearic acid) 69 200 카르복실산
질산리튬, 질산마그테슘 6수화물의 혼합물 75 180 염수화물
인산나트륨 12수화물(Trisodium phosphate dodecahydrate) 75 216 염수화물
질산마그네슘 6수화물(Magnesium nitrate hexahydrate) 89 160 염수화물
자일리톨(Xylitol) 93 - 95 270 당알코올
또한, 예를 들어, 적당한 고체-고체 PCM은, 선택적으로 상이한 알킬기를 갖는 디-n-알킬암모늄염, 및 그 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 전기 및 전자부품의 사용에 특히 적합한 PCM은, TPC가 주위온도 ~ 95℃인 것으로, 예를 들어, 디헥실암모늄 브로마이드, 디옥틸암모늄 브로마이드, 디옥틸암모늄 클로라이드, 디옥틸암모늄 아세테이트, 디옥틸암모튬 니트레이트, 디옥틸암모늄 포메이트, 디데실암모늄 클로라이드, 디데실아모늄 클로레이트, 디도데실암모늄 클로레이트, 디도데실암모늄 포메이트, 디데실암모늄 브로마이드, 디데실암모늄 니트레이트, 디데실암모늄 아세테이트, 디도데실암모늄 아세테이트, 디도데실암모늄 설페이트, 디도데실암모늄 클로라이드, 디부틸암모늄 2-니트로벤조에이트, 디도데실암모늄 프로피오네이트, 디데실암모늄 포메이트, 디도데실암모늄 니트레이트 및 디도데실암모늄 브로마이드가 있다
바람직한 실시예에서, PCM은 실제의 열저장 물질에 더하여 1종 이상의 보조제를 포함한다. 열저장 물질 및 1이상의 보조제는 혼합물의 형태이며, 바람직하게는 밀접하게 결합한 혼합물의 형태이다.
보조제는 바람직하게 양호한 열전도율을 갖는 물질 또는 조제물, 특히 금속분말 또는 금속 입자(metal granules)(예를 들어, 알루미늄 또는 구리) 또는 흑연이다. 이러한 보조제는 양호한 열전달을 보장한다.
더욱 바람직한 실시예에서, 실제의 열저장 물질에 더하여 PCM에 존재하는 1종 이상의 보조제는 결합제, 특히 중합체 결합제(polymeric binder)일 수 있다. 이러한 경우, 열저장 물질의 입자들은 바람직하게 결합제에서 미세하게 분할된 형태로 존재한다. 특히, PCM이 그 상태로 유지되어야 한다면, 이러한 유형의 결합제가 사용되어야 한다. 또한, 결합제는 사용중 밀접한 접촉, 즉, 열저장 매체와 열방산 유닛의 표면간에 양호한 젖음성을 보장한다. 예를 들어, 전자부품을 냉각하기 위해 잠열 저장시스템이 정확한 끼워맞춤으로 설치될 수 있다. 결합제는 접촉면에서 공기를 제거하여, 열저장 물질과 부품간의 밀접한 접촉을 보장한다. 따라서, 이러한 유형의 매체는 전자부품을 냉각하는 장치에 바람직하게 사용된다.
본 발명에 따른 중합체 결합제는 용도에 적합하면 어떤 결합제도 가능하다. 여기서 중합체 결합제는 바람직하게 경화성 중합체 또는 중합체 전구체이며, 특히 폴리우레탄, 니트릴 고무, 클로로프렌, 폴리비닐 클로라이드, 실리콘, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 및 폴리아크릴레이트로 구성된 군으로부터 선택된다. 사용되는 폴리머 결합제는 특히 실리콘이 바람직하다. 이러한 중합체 결합제에 열저장 물질을 결합시키기 위한 적당한 방법들은 당업자에게 잘 알려져 있다. 당업자는 이러한 유형의 혼합물을 안정화시키는 적당한, 필수 첨가제를 발견하는데 어려움이 없을 것이다.
무기 액체-고체 PCM에 대해서, 예를 들어, 붕사 또는 다양한 금속산화물 등의 핵제(Nucleating Agent)가 추가로 사용되는 것이 바람직하다.
전체 물질, 즉, PCM 및 적당한 보조제는 소성욕조형(loose bed)이거나 또는 몰딩형(moulding)으로 존재하는 것이 바람직하다. 여기서 몰딩이란 용어는, 특히, 예를 들어, 펠렛화(pelleting), 타블렛팅(tabletting), 롤 압밀(roll compaction) 또는 압출 등의 압밀방법에 의해 생산될 수 있는 모든 구조를 의미한다. 여기서 몰딩은, 예를 들어, 구형, 입방형 또는 주사위꼴형 등의 매우 다양한 공간형태를 채택할 수 있다.
몰딩에 관하여, PCM은 단일 형상으로 가압될 수 있으며, 분쇄(예를 들어, 그라인딩)후 가압되거나 또는 보조제와의 혼합물로 가압될 수 있다. 몰딩은 문제없이 다양한 방법으로 저장되고, 운반되고 그리고 사용될 수 있다. 예를 들어, 몰딩은 전자부품에 직접 삽입될 수 있다. 몰딩은 냉각핀의 표면과 밀접하게 접촉하도록 냉각핀 사이에 설치된다. 몰딩의 두께는, 냉각핀과 몰딩 사이에 마찰 결합이 형성되도록 선택된다. 몰딩은 또한, 냉각된 열교환기가 연결되어 적층체로 형성하기 전에 냉각핀/열교환기 사이에 삽입될 수 있다.
본 발명에 따른 냉각장치의 열방산 유닛(1)이 표면적을 증가시키는 구조를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 열방산 유닛(1)은 특히 냉각핀을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 유형의 구조는 종래의 냉각성능에 긍정적인 영향을 가지며, 본 발명에 따른 장치의 냉각성능을 전체기간 동안 더욱 효과적으로 만든다. 열방산 유닛(1)은, 냉각성능을 후원하기 위해 열발생 유닛(2)의 반대측에 팬을 갖는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명은 본질적으로 본 발명에 따른 냉각장치 및 열발생 유닛(2)으로 구성된 구성품(Z)과 관련이 있다. 열방산 유닛(1) 및 열흡수 유닛(4)과 열발생 유닛(2)은, 열발생 유닛(2)과 열방산 유닛(1)간의 열흐름이 직접적인 접촉으로 발생하도록 서로에 대해 배치된다.
열발생 유닛(2)은 전기 또는 전자부품인 것이 바람직하며, 특히 컴퓨터의 MPU(microprocessing unit), 특히 CPU(central processing unit), 또는 메모리 칩인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 장치는 컴퓨터용 CPU를 냉각하는 일반적인 예를 가지고 아래에서 더욱 상세히 설명할 것이다.
본 발명에 따른 장치에 있어서(도 3), 열은 먼저 열싱크를 통해 흐르고 이어서 PCM을 통해 흐르도록, 즉, 지지부(3)상의 CPU(2)로부터 PCM(4a, 4b)으로의 상당한 열흐름이, 대응하는 열싱크 영역이 인접한 PCM의 상변화 온도(TPC)를 초과하는 경우에만 발생하도록, PCM(4a, 4b)이 열싱크(1)내에 또는 그 위에 배치된다. 이러한 방법에서, PCM이 출력 피크만을 흡수하는 것을 보장한다. 고출력 컴퓨터에서는, 60 - 90℃의 온도(T1)가 열싱크의 하부에서 얻어진다. 냉각핀은 열구배가 커서, CPU로부터 더 먼 영역에서의 온도(T3)가 CPU 근처에서의 온도(T2) 보다 낮다. 반대측 단부에 있는 고성능 팬으로 인해, T3는 40 - 50℃, T2는 50 - 70℃에 도달한다.
만약, PCM1(4a)의 상변화 온도가 열싱크에서 CPU의 임계 최대온도에서의 온도구배에 따라 CPU 근처에 존재하는 온도(T2max)에 대응하고, PCM2(4b)의 상변화 온도가 열싱크에서 보다 먼 영역에서의 온도(T3max)에 대응하는, 상기 두 물질의 상변화는 CPU의 임계 최대온도(T1max)에 도달하자마자 또는 그 아래에서 거의 동시에 발생하는데, 즉, PCM의 후원 기능이 특히 효과적으로 시작된다. PCM의 열저장 기능이 늦게 시작될수록, 즉 열싱크 온도가 더 높을 수록, 본 발명에 따른 장치의 통상적인 냉각성능 및 전체적인 냉각성능이 더 커지게 된다.
이렇게 하여, 전체 상변화 물질이 열싱크의 냉각중에 거의 동시에 방출되기 때문에, PCM의 방출도 마찬가지로 더욱 효과적이다. 더 큰 종래의 냉각성능으로 인해 PCM의 방출이 더 빨라진다.
[표 2]: 도면에서 식별기호의 설명
식별기호 설명
1 냉각핀
2 중앙처리장치(CPU)
3 지지부
4, 4a, 4b 상변화 물질(PCM)
Z 전체 부품
T1 CPU 근처에서의 온도
T2 중앙영역에서 냉각핀의 온도
T3 CPU로부터 더 먼 영역에서 냉각핀의 온도
실시예
최대출력 90W의 프로세서에 대해, 주위온도 30℃에서 0.61 K/W의 냉각성능을 갖는 도 3 에 도시된 열싱크가 설계된다. 85℃의 최대 작업온도(T1max)로부터 출발하여, 냉각핀의 중앙부 온도(T2max)는 65℃이고 상부에서의 온도(T3max)는 45℃이다. 사용된 상변화 물질은 65℃의 TPC를 갖는 디도데실암모늄 클로라이드 (PCM1), 및 49℃의 TPC를 갖는 디데실암모늄 클로라이드(PCM2)이다.
적당한 PCM과 함께, 열싱크는 2이상의 PCM의 사용을 통해 온도구배에 더욱 정확하게 일치될 수 있다.

Claims (18)

  1. 본질적으로 열방산 유닛(1), 및 상변화 온도(TPC)를 갖는 1이상의 상변화 물질(PCM)을 포함하는 열흡수 유닛(4)으로 구성되며, 상기 PCM은 온도구배에 따른 자신의 TPC에 따라 냉각장치에 배치되는 열발생 부품의 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열흡수 유닛(4)은 상이한 TPC를 갖는 2이상의 PCM을 포함하며, 상기 PCM은 온도구배에 따른 자신의 TPC에 따라 냉각장치에 서로에 대해 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 TPC는 각각의 경우에 열발생 부품(2)의 임계 최대온도 보다 작은 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PCM은, 그 상변화가 냉각장치의 온도구배에 따라서 열발생 부품(2)의 임계 최대온도와 일치하는 온도에서 그리고/또는 거의 동시에 발생하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PCM은, 열발생 부품으로부터 열방산 유닛(1)으로의 열흐름이 중단되지 않으며 열방산 유닛(1)의 온도가 PCM의 상변화 온도(TPC)를 초과하는 경우에만 PCM으로의 상당한 열흐름이 발생하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, PCM을 포함하는 유닛(4)은 PCM이 배치되는 1이상의 공동으로 구성되며, 상기 공동은 열방산 유닛(1)에 위치하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 1이상의 PCM은 고체/고체 PCM인 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 1이상의 PCM은 캡슐화된 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 1이상의 PCM에 1이상의 보조제이 제공되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 보조제는 양호한 열전도성을 갖는 물질, 특히 금속분말, 금속 입자 또는 흑연, 및/또는 결합제, 특히 중합체 결합제인 것을 특징으로하는 냉각장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, PCM 및 보조제는 가압형태(pressed form)인 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 열방산 유닛(1)은 표면적이 증가하는 구조, 특히 냉각핀을 갖는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 열방산 유닛(1)은 추가적인 냉각용 팬을 갖는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  14. 본질적으로 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 냉각장치 및 열발생 부품(2)으로 구성된 구성품(Z)으로서, 두 구조 유닛(1, 4)과 부품(2)은, 열발생 부품(2)과 열방산 유닛(1) 사이의 열흐름이 직접 접촉으로 발생하도록 서로에 대해 배치되는 것을 특징으로 하는 구성품(Z).
  15. 제 14 항에 있어서, 부품(2)은 전기 또는 전자부품, 특히 컴퓨터의 메모리칩 또는 MPU(마이크로프로세싱 유닛)인 것을 특징으로 하는 구성품(Z).
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 따른 구성품을 포함하는 컴퓨터.
  17. 컴퓨터 및 전자 데이타 프로세싱 시스템에서 사용되는 제 1 항 내지 제 13 항에 따른 장치 또는 제 12 항 또는 제 13 항에 따른 구성품의 용도.
  18. 이동통신용 파워 회로 및 파워 스위칭 회로, 이동 전화기 및 고정 송신기용 송신회로, 산업용 전자공학 및 자동차의 전자기계 작동기용 제어회로, 위성통신 및 레이더 분야의 고주파 회로, 작동기용 단일보드 컴퓨터 및 가정기기 및 산업 전자공학적 제어유닛에서 사용되는 제 1 항 내지 제 13 항에 따른 장치 또는 제 14 항 또는 제 15 항에 따른 구성품의 용도.
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