KR20060050829A

KR20060050829A - 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치

Info

Publication number: KR20060050829A
Application number: KR1020050080108A
Authority: KR
Inventors: 이종규; 최인오; 류채현; 박진형; 김정래; 김재호
Original assignee: (주)위트
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2006-05-19
Also published as: KR20060050828A; WO2006025688A1; WO2006025689A1

Abstract

본 발명은 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치에 관한 것으로서, 열전소자와 냉각부 및 방열부 등으로 구성된 공랭키트부를 일 측에 가지는 덕트를 상기 컴퓨터의 후면과 우측면 둘레에 장착시켜, 상기 덕트의 풍도를 따라 유입되는 공기를 상기 냉각부에서 냉각시켜 컴퓨터 내부로 이송시켜 내부의 온도를 냉각시키는 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 컴퓨터의 내부온도를 효율적으로 냉각시키기 위하여, 열전소자의 펠티어 효과를 이용하는 냉각부 및 방열부를 구성하는 것을 특징으로 한다.

열전소자, 펠티에 효과, 컴퓨터 냉각장치, 쿨러, 방열판, 방열팬, PWM, 컴퓨터전용 에어콘, 컴퓨터용 에어콘

Description

열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치{Cooling Device For Computer Using Thermoelectric Element, Air-cooling Kit And Duct}

도 1은 본 발명에 따른 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치가 장착된 컴퓨터의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 컴퓨터의 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 컴퓨터의 좌측면도.

도 4는 본 발명에 따른 컴퓨터의 우측면도.

도 5는 본 발명에 따른 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치가 장착된 컴퓨터의 풍도를 나타내는 평면도.

*도 6은 본 발명에 따른 냉각장치의 제어 흐름도.

도 7은 종래의 컴퓨터의 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 컴퓨터 50 : 백패널부

55 : 슬롯부 60 : 가이드부

100 : 단열재 110 : 내부 단열재

150 : 덕트 200 : 공랭키트부

210 : 온도센서부 230 : 방열부

240 : 냉각부 250 : 열전소자

260 : 제어부 290 : 하우징

본 발명은 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치에 관한 것으로서, 열전소자와 냉각부 및 방열부 등으로 구성된 공랭키트부가 일 측에 위치하는 덕트를 상기 컴퓨터의 후면과 우측면 둘레에 장착시켜, 상기 덕트의 풍도를 따라 유입되는 공기를 상기 냉각부에서 냉각시킨 후 컴퓨터 내부로 이송시켜 내부의 온도를 냉각시키는 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 가정용 또는 산업용으로 사용되는 컴퓨터는 수많은 반도체와 기타 주변기기의 조합으로 구성되어 작동되며, 이런 여러 부품의 작동으로 인해 발생하는 열을 외부로 방출시키기 위한 팬 등과 같은 대기 순환을 이용한 쿨링 시스템 등이 적용되고 있다.

특히, CPU, 그래픽 카드 및 전원공급장치 등과 같은 발열이 상대적으로 많이 발생하는 부품은 독립적으로 방열판과 팬의 조합인 쿨링장치를 가지고 있으며, 그 외의 부속들은 방열판 등과 같은 쿨링장치가 장착되어 있기도 하다.

또한, 컴퓨터를 모듈화하는 개념의 VME(Versa Module Eurocard)가 적용된 컴퓨터 랙(RACK) 시스템 또한, 상술한 발열에 대한 대처방법으로 쿨링 팬 등이 장착되어 사용되어 진다.

상기와 같은 VME가 적용된 시스템의 구조를 VME 랙 시스템이라고 하며 도 7에서와 같이, VME 랙 시스템의 일반적인 구조는 내부에 각종 보드들을 장착할 수 있는 복수의 슬롯부(55)을 가지는 백패널부(50)와, 좌측면 및 우측면 각각에 상기 슬롯부(55)와 대응하여 개방되어 형성된 복수개의 가이드부(60)가 구성된다.

한편, 상기 상술한 VME 랙 시스템에 CPU 보드 및 I/O 보드 등이 추가로 장착되면 일반적인 컴퓨터 시스템과 동일시되기 때문에 이하, 본 명세서 전반에 걸쳐 상기 VME 랙 시스템을 별도로 구분하지 않고 컴퓨터라고 칭하기로 하여 설명하기로 한다.

한편, 상술한 발열문제를 해결하기 위해 복수로 구성된 쿨링 팬(70)이 좌측면에 장착되어 있으며, 상기 쿨링 팬(70)의 구동으로 상기 컴퓨터(10) 내부에서 발생하는 열을 외부로 이송시키지만, 이와 같이 쿨링 팬(70)의 구동에만 의존하는 쿨링 시스템은 전적으로 상기 컴퓨터(10)의 외부 공기의 온도에 의존한다는 문제점이 있으며, 급변하는 해당 기술의 발전과 컴퓨터의 소형화, 산업용 특수 구조용 컴퓨터 등의 요구에 따른 보다 효율적인 냉각 시스템의 필요성이 더욱 대두 되고 있다.

이에, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 열전소자의 펠티어 효과 를 이용하는 공랭키트부를 일 측에 가지는 덕트를 컴퓨터의 후면과 우측면 둘레에 장착시켜, 상기 덕트의 풍도를 따라 유입되는 공기를 상기 냉각부에서 냉각시켜 컴퓨터 내부로 이송시켜 내부의 온도를 냉각시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 외부 온도가 매우 낮아 컴퓨터의 내부의 온도를 상승시켜야 하는 환경에서도 사용할 수 있도록, 펠티어 효과를 이용하여 컴퓨터의 내부에 온도를 상승시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에는 각종 보드 및 에드온 카드들을 장착할 수 있는 복수의 슬롯부을 가지는 백패널부와 좌측면 및 우측면 중 어느 하나 이상에 상기 슬롯부와 대응되도록 개방되어 형성된 복수개의 가이드부가 형성된 컴퓨터를 냉각하는 장치에 있어서, 상기 컴퓨터의 후면에서부터 우측면까지의 둘레를 따라 공기가 유입되도록 풍도(風道)를 가지며 단열재로 피복 처리된 덕트와; 상기 컴퓨터의 내부 및 외부 온도를 감지하는 온도감지센서와, 연결된 전극의 입력상태에 따라 흡열동작을 하는 흡열측과 방열동작을 하는 방열측으로 구성되는 열전소자와, 덕트의 외부에 위치하며 상기 열전소자의 방열측에 접합 되고 길이방향으로 복수의 돌기부를 가지는 방열판과 상기 방열판의 온도를 냉각시켜 주기 위해 하나 또는 복수로 구성된 방열팬으로 구성되는 방열부와, 덕트 내부에 위치하며 상기 열전소자의 흡열측에 접합 되고 길이방향으로 복수의 돌기부를 가지는 냉각판으로 구성되는 냉각부와, 상기 온도감지센서에서 측정된 온도와 미리 설정된 온도범위를 비교하여 상기 열전소자와 냉각부 및 방열부의 동작을 제어하는 제어부와, 상기 방열부 및 상기 제어부를 보호하기 위한 하우징으로 구성된 공랭키트부를 상기 덕트 일 측에 관통하도록 장착시켜, 상기 덕트의 풍도를 따라 유입되는 공기가 상기 냉각부에서 냉각된 다음, 컴퓨터 내부의 보드 및 에드온 카드들 사이로 이송되도록 하여 상기 컴퓨터 내부의 온도를 냉각시키는 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치를 제공한다.

또한, 상기 열전소자에 입력되는 전극(+, -)의 극성을 서로 변경하여 상기 냉각부에서 열이 발생하도록 하여 컴퓨터의 사용환경상 필요에 따라, 상기 컴퓨터 내부의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 각 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치가 장착된 컴퓨터의 사시도이며, 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치가 장착된 컴퓨터의 평면도 및 좌측면도, 우측면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 풍도를 나타내는 평면도이다.

또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 상기 VME 랙 시스템을 별도로 구분하지 않고 컴퓨터라고 칭하기로 하여 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 5 각각에서와 같이, 본 발명에 따른 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치는 크게, 컴퓨터(10)의 후면에서부터 우측면까지의 둘레를 따라 공기가 유입되도록 풍도(風道)를 가지며, 단열재(100)로 피복 처리된 덕트(150)와; 외부공기를 냉각시키는 공랭키트부(200)로 구성되며, 상기 공랭키트부(200)는 온도감지센서(210), 냉각부(240), 열전소자(250), 방열부(230) 및 제어부(260)로 구성된다.

한편, 본 발명은 컴퓨터의 내부온도를 효율적으로 냉각하기 위하여, 컴퓨터 케이스의 각 내면에 내부 단열재(110)를 피복시켜 외부온도가 내입되는 것을 차단할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

도1 내지 도 2 각각에서와 같이, 상기 덕트(150)는 상기 컴퓨터(10)의 후면에서부터 우측면까지의 둘레를 따라 형성되어 외부 공기가 상기 컴퓨터(10)의 우측면에 형성된 가이드부(60)로 유입되도록 풍도(風道)를 가진다.

또한, 상기 덕트(150)로 유입되는 외부공기는 상기 덕트(150)의 일측면에 관통되어 형성된 상기 공랭키트부(200)를 지나게 되며, 이때 외부공기가 냉각되어 상기 컴퓨터(10)의 내부로 유입된다.

특히, 도 5에서는 상기 덕트(150)로 유입되는 외부 공기의 흐름(a)과 상기 공랭키트부(200)의 방열부(230)에서의 공기 흐름(b)을 나타낸다.

상기 내부 단열재(110)와 단열재(100)는 각각 컴퓨터(10)과 덕트(150)의 내부 측면을 따라 피복 시켜 외부와의 열전달을 차단하도록 구성하는 것이 바람직하다.

특히, 도 4에서와 같이 상기 덕트(150)에 피복된 단열재(100) 중 상기 컴퓨 터(10) 우측면에 형성되는 가이드부(60)에 접하는 단열재(100)는 냉각 효율을 보다 높히기 위하여 단열재(100)의 유무를 선택적으로 취할 수 있으며, 특히, 단열재(100)가 구성되는 경우에 있어서, 작은 통기공을 복수로 가지는 단열재(100)를 선택하여, 덕트에서 가이드부를 거쳐 컴퓨터 내부로 이어지는 공기의 흐름에 지장이 없도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 공랭키트부(200)는 보다 상세하게는 컴퓨터(10)의 내부 및 외부 온도를 감지하는 온도감지센서(210)와, 상기 덕트(150) 외부에 위치하는 방열부(230)와, 상기 덕트(150) 내부에 위치하는 냉각부(240)와, 상기 방열부(230)에 결합되는 방열측과 상기 냉각부(240)에 결합되는 흡열측을 포함하여 연결된 전극의 입력상태에 따라 흡열동작 및 방열동작을 수행하는 열전소자(250)와, 상기 온도감지센서(210)에서 측정된 온도와 미리 설정된 온도범위를 비교하여 상기 열전소자(210)와 냉각부(240) 및 방열부(230)의 동작을 제어하는 제어부(260)로 구성된다.

상기 온도감지센서(210)는 컴퓨터(10)의 내부 온도 및 외부 온도를 감지하여 후술할 제어부(260)로 전달하는 역할을 한다. 상기 온도감지센서(210)의 위치 선정과 개수는 사용하는 컴퓨터(10)의 종류에 맞게 구성하는 것이 바람직하다.

상기의 열전소자(250)는 상기 덕트(150)를 이동하게 되는 공기를 보다 효율적으로 냉각시키기 위한 것으로, 열전소자(250)라 함은 열과 전기의 상호작용으로 나타나는 각종 효과를 이용한 소자의 총칭이다.

특히, 본 발명에서의 열전소자(250)는 2종류의 금속 끝을 접속시켜, 전류를 흘려보내면, 전류 방향에 따라 한쪽 단자는 흡열 동작을 하고, 다른 쪽 단자는 발 열 동작을 일으키는 현상인 펠티에 효과를 이용한 소자인 펠티에 소자를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 냉각부(240)는 덕트(150)의 내부에 형성되고, 외부에서 덕트(150) 내부로 이송되는 공기를 냉각시키는 기능을 담당하기 위하여 상기 열전소자(250)의 흡열측에 접합된다.

또한, 상기 냉각부(240)는 보다 효율적인 공기 순환을 위하여, 공기의 면접촉을 이용하는 복수의 돌기부를 가지는 냉각판으로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 방열부(230)는 컴퓨터의 외부에 형성되고, 상기 열전소자(250)의 방열측이 접합되어, 열전소자(250)의 발열을 내림으로서, 보다 효율적인 열전소자의(250)의 동작을 보장하도록 하며, 공기의 면접촉을 이용하는 방열판(236)과 강제 대류를 발생시키는 방열팬(235)으로 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 방열팬(235)의 설치 개수는 컴퓨터(10)의 사용환경에 적합하도록 복수개로 구성할 수도 있다.

한편, 상술한 냉각부(240), 열전소자(250) 및 방열부(230)는 전기적으로 상호 연결되어 제어부(260)의 제어신호에 의하여 동작이 제어되며, 온도감지센서(210)는 상기 제어부(260)로 감지 신호를 보내도록 구성된다.

상기 제어부(260)는 도 6에서 보는 것과 같이, 상기 온도감지센서(210)에서 검출되는 온도에 따라 열전소자(250)의 구동을 제어하는데, 상기 열전소자(250)의 온도 제어방법은 일반적인 내부온도와 외부온도차를 이용하는 자동절환의 온·오프제어를 사용하거나 일반적인 PWM제어를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열전소자(250)에 입력되는 두 전극(+, -)을 각각 변경하면 상기 냉각부(240)에서는 열이 발생하게 되고 상기 컴퓨터(10)의 내부 온도가 상승하게 된다.

이는 상기 컴퓨터(10)의 사용환경상 외부 온도가 매우 낮아 상기 컴퓨터의 정상 작동을 위하여 상기 컴퓨터(10)의 내부의 온도를 상승시켜야 하는 경우 상기 열전소자(250)의 두 전극(+, -)을 변경함으로서 가능하다.

이하, 제어부(260)에 있어서, 자동절환의 온·오프제어방법에 따른 냉각방법을 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.

먼저, 컴퓨터(10)의 내부 및 외부온도를 온도감지센서(210)에서 감지하는 온도 측정단계와, 상기 온도 측정단계에서 감지된 내부온도와 외부온도를 비교하는 제 1 비교단계로 이루어진다.

만약, 제 1 비교단계에서 내부온도가 외부온도보다 높다면, 열전소자(250) 및 냉각부(240), 방열부(230)를 작동시켜 컴퓨터 내부 온도를 냉각시키거나, 상기 제 1 비교단계에서 내부온도가 외부온도보다 낮다면, 후술할 제 2 비교단계에서 한번 더 조건분기를 하도록 한다.

이는 컴퓨터의 내부 온도와 외부온도의 차이가 크지 않도록 하여, 공기 중의 수증기가 응결하여 컴퓨터 케이스 외면 및 내면 각각의 표면에 이슬이 생기는 것을 방지한다.

상기 제 2 비교단계는 내부온도와 외부온도의 온도차인 T1 과 미리 설정된 온도값인 T2를 다시 비교하는데, 상기 T2는 현재 평균 습도에 따라 변경이 가능하다.

만약, 제 2 비교단계에서 내부온도와 외부온도의 온도차인 T1 이 설정된 온도값인 T2 보다 크다면, 열전소자(250) 및 냉각부(240), 방열부(230)를 정지시키거나, 상기 제 2 비교단계에서 내부온도와 외부온도의 온도차인 T1 이 설정된 온도값인 T2 보다 작다면, 열전소자(250) 및 냉각부(240), 방열부(230)를 작동시켜 컴퓨터 내부 온도를 냉각시킨다.

특히, 상기 온·오프제어방법에 따른 냉각방법은 컴퓨터의 내부 및 외부 온도차가 평균습도와 대응하여 결로현상이 생기는 문제를 해결할 수 있는 구성으로 이루어져 있다.

이 냉각방법의 구성은, 기본적으로 변화하는 평균습도에 따라 상기 설정된 온도값 T2를 이에 대응시켜 유기적으로 변동시키는 것으로 우리나라 여름철의 외부 평균습도이며 전자제품의 구동 한계습도인 80%에서는 상기 T2는 3 ~ 4℃가 된다. 다만, 상기의 T2는 컴퓨터의 사용환경, 특히, 습도에 맞게 적절히 변경될 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 내부온도와 외부온도의 온도차인 T1을 측정하는 법은 온도에 따른 전기저항의 변동 값의 차이로 측정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부(260)에서는 상기 열전소자(250)를 이용한 PWM제어로 구동할 수 있으며, 그에 따른 냉각방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 온도감지센서(210)에서 컴퓨터(10) 내부의 온도를 감지하고, 상 기 감지된 온도가 미리정해 놓은 설정온도 보다 높은지를 판단하는 온도 측정단계와 상기 온도 측정단계에서 감지된 온도가 설정온도 보다 높다면 측정온도에 따른 한계 설정온도까지 열전소자(250)의 출력을 동작시키고, 방열부(230)을 동작시켜 컴퓨터 내부를 냉각시킨다.

또한, 상기 냉각단계에서 컴퓨터(10) 내부의 온도가 한계 설정온도에 이르게 되면 열전소자(250) 및 방열팬(235)의 동작을 정지시킨다.

상기 설정 온도와 감지된 온도를 비교하여 열전소자(250)의 출력을 작동시키는 방법은 일반적인 PWM제어법을 쓰는 것이 바람직하다.

상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시한 예에 한정하여 상술하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않고 다양하게 변경 또는 수정될 수 있음은 당업자에 자명하다 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치는 열전소자의 펠티어 효과를 이용하는 공랭키트부가 일측에 위치하는 덕트를 컴퓨터의 후면과 우측면 둘레에 장착시켜, 상기 덕트의 풍도를 따라 유입되는 공기를 냉각시킨 후 컴퓨터의 내부로 이송시켜 컴퓨터 내부를 냉각시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 열전소자를 이용한 컴퓨터의 냉각장치는 외부 온도가 매우 낮아 컴퓨터 내부의 온도를 상승시켜야 하는 환경에서도 사용할 수 있도록, 펠티어 효과를 이용하여 컴퓨터의 내부에 온도를 상승시키는 효과가 있다.

Claims

내부에는 각종 보드 및 에드온 카드들을 장착할 수 있는 복수의 슬롯부을 가지는 백패널부와, 좌측면 및 우측면 중 어느 하나 이상에 상기 슬롯부와 대응되도록 개방되어 형성된 복수개의 가이드부가 형성된 컴퓨터를 냉각하는 냉각장치에 있어서,

상기 컴퓨터의 후면에서부터 우측면까지의 둘레를 따라 공기가 유입되도록 풍도(風道)를 가지며, 단열재로 피복 처리된 덕트와;

상기 컴퓨터의 내부 및 외부 온도를 감지하는 온도감지센서와, 연결된 전극의 입력상태에 따라 흡열동작을 하는 흡열측과 방열동작을 하는 방열측으로 구성되는 열전소자와, 상기 덕트 외부에 위치하며 상기 열전소자의 방열측에 접합 되고 길이방향으로 복수의 돌기부를 가지는 방열판과 상기 방열판의 온도를 냉각시켜 주기 위해 하나 또는 복수로 구성된 방열팬으로 구성되는 방열부와, 상기 덕트 내부에 위치하며 상기 열전소자의 흡열측에 접합되고 길이방향으로 복수의 돌기부를 가지는 냉각판으로 구성되는 냉각부와, 상기 온도감지센서에서 측정된 온도와 미리 설정된 온도범위를 비교하여 상기 열전소자와 냉각부 및 방열부의 동작을 제어하는 제어부와, 상기 방열부 및 상기 제어부를 보호하기 위한 하우징으로 구성된 공랭키트부;

를 상기 덕트 일 측에 관통하도록 장착시켜 상기 덕트의 풍도를 따라 유입되는 공기가 상기 냉각부에서 냉각된 다음, 컴퓨터 내부의 보드 및 에드온 카드들 사 이로 이송되도록 하여 상기 컴퓨터 내부의 온도를 냉각시키는 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치.
제 1항에 있어서,

상기 열전소자에 입력되는 전극(+, -)의 극성을 서로 변경하여 상기 냉각부에서 열이 발생하도록 하여 컴퓨터의 사용환경상 필요에 따라, 상기 컴퓨터 내부의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 열전소자와 공랭키트 및 덕트를 이용한 컴퓨터의 냉각장치.