KR20230141282A

KR20230141282A - 전자부품용 침수식 냉각 장치

Info

Publication number: KR20230141282A
Application number: KR1020220040652A
Authority: KR
Inventors: 김대환; 임상덕; 김병석
Original assignee: 주식회사 에이스이앤티
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2023-10-10

Abstract

본 발명은 전자부품용 침수식 냉각 장치에 관한 것으로, 전자부품을 침지 냉각하기 위한 침수식 냉각 장치에 있어서, 내부에 열 전달 유체인 유전성 냉각액이 수용되고, 상부에 증기 공간이 형성된 하우징, 상기 하우징 내부에 배치되어 냉각액에 침지되는 전자부품, 상기 하우징 내부에 장착되며, 냉각액의 온도를 측정하는 온도센서, 상기 하우징 내부에 설치되며, 상기 온도센서에 의해 측정된 냉각액의 온도가 기설정된 값 이상일 경우 동작하여 상기 냉각액을 열교환기로 압송시키는 펌프, 상기 펌프에 의해 압송된 냉각액을 공랭으로 냉각시키는 열교환기, 상기 하우징과 열교환기를 연결하며, 전자부품에서 발생된 열을 흡수하여 온도가 증가된 냉각액을 열교환기로 전달하는 통로인 이송라인, 상기 열교환기와 하우징을 연결하며, 열교환기에서 냉각된 냉각액을 하우징으로 전달하는 통로인 회수라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자부품용 침수식 냉각 장치 {submerged cooling apparatus for electronic components}

본 발명은 전자부품을 냉각액이 수용된 수조에 침수시켜 전자부품을 냉각시키기 위한 전자부품용 침수식 냉각 장치에 관한 것이다.

최근의 컴퓨터 중앙처리장치(CPU) 또는 GPU(Graphic Processing Unit)(이하에서는 CPU와 GPU를 통합하여 컴퓨터 중앙처리장치 또는 CPU라 칭한다.)의 데이터의 처리속도는 매우 빨라졌으나 그에 따라 수반되는 열의 양도 그에 비례해서 높아졌다. 일반적으로 CPU는 상온에 가까울수록 최적의 동작성능을 보여주며 지나치게 온도가 높아질 경우에는 처리속도의 감소 및 처리결과의 오류는 물론이고 심한 경우 컴퓨터의 기능이 정지하여 작업중이던 데이터를 잃을 수 있으며 이러한 현상이 지속되면 고가의 CPU가 고장나거나 파손되는 결과까지 낳을 수 있다.

이러한 위험을 해소하기 위해 지금까지는 CPU의 방열판과 쿨링팬으로 이루어진 공랭식 쿨러세트를 부착해서 쿨링팬을 고속으로 회전시켜 CPU의 온도를 하강시키는 방법을 사용해왔으나, 회전하는 물체의 특성상 높은 성능을 위해서는 빠르게 회전하는 팬의 특성상 회전속도에 비례하는 소음을 유발하는 문제점이 있었다.

대한민국, 공개특허공보, 제10-2022-0005450호

본 발명은 이를 해결하기 위해 도출된 것으로, 전자부품을 유전체(dielectric)인 냉각액에 침수시켜 냉각시킴으로써 냉각효율이 우수한 전자부품용 침수식 냉각 장치를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 상기 회수라인에는 상기 열교환기를 거쳐 냉각된 냉각액에 포함된 오염물질을 제거하기 위한 필터가 장착된 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은 전자부품을 유전체(dielectric)인 냉각액에 침수시켜 냉각시킴으로써 냉각효율이 우수하고 소음이 저감된 현저한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전자부품용 침수식 냉각 장치의 개요도이다.

본 발명에 따른 전자부품용 침수식 냉각 장치(1000)는 하나 이상의 발열 전자부품(200)을 유전성 냉각액(120)에 침지하여 냉각시키기 위한 장치이다.

상기 전자부품(200)은 작동하면 발열이 되어 냉각을 필요로하는 CPU와 같은 발열체이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일례에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자부품용 침수식 냉각 장치(1000)는, 하우징(100), 펌프(300), 열교환기(400), 필터(500), 온도센서(S), 이송라인(L1), 회수라인(L2)를 포함한다.

먼저, 하우징(100)은 본 발명의 외관을 구성하는 것으로, 전자부품(200)이 수용되는 내부 공간을 제공하는 요소이다.

본 발명에서 상기 하우징은 육면체형상으로 마련되나, 이는 본 발명에 한정되지 아니한다.

상기 하우징은 내부가 밀폐되어 있으며, 내부에는 냉각액(120)이 수용되고, 상부에는 하우징 내부를 대기압 이하의 정압으로 유지하기 위한 증기공간(140)이 형성된다.

여기서, 상기 냉각액은 유전체(dielectric)이며, 전자부품에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 열전달 유체이다.

상기 냉각액은 전자부품에서 발생되는 열을 흡수하는 것으로, 전자부품 작동시 전자부품에서는 열이 발생하고, 전자부품에서 발생된 열은 냉각액과 열교환된다.

즉, 상기 냉각액은 전자부품에서 발생된 열을 흡수하므로 전자부품의 전력, 발열도, 작동시간 등이 증가함에 따라 냉각액의 온도가 증가하게 된다.

더욱 상세하게, 본 발명에서의 냉각액은 유전상수가 2.5미만이며, 플루오르카본(fluorocarbon)을 포함한다.

이때, 상기 플루오르카본은 저비점 플루오르카본, 고비점 플루오르카본을 포함하며, 상기 저비점 플루오르카본, 고비점 플루오르카본은 7:3 혼합 중량비로 구성된다.

상기 플루오르카본의 비점이 높으면 점성이 높아져서 펌프에 의한 냉각액의 순환이 비효율적이며, 플루오르카본의 비점이 낮으면 냉각액이 증발하고, 습기가 발생하므로 경제적으로 비효율적이며 안정성이 떨어지는 문제점이 있으므로, 상기의 혼합 중량비로 구성된 플루오르카본은 적절한 비점을 가지게 되어 냉각액의 순환과 전자부품의 냉각효율을 극대화하는 효과를 가진다.

이때, 상기 저비점 플루오르카본의 비점은 40℃ 내지 100℃이며, 상기 저비점 플루오르카본은 노나플루오르부탄(ethoxy-nonafluorobutane(C4F9OC2H5)) 이성질체 및 1,1,1,2,2,4,5,5,5-NONAFLUORO-4-(TRIFLUOROMETHYL)-3-PENTANONE군을 포함하는 화합물 중 하나 이상을 포함한다.

상기 고비점 플루오르카본의 비점은 115℃ 내지 155℃이며, 상기 고비점 플루오르카본은 과불화화합물(PERFLUORO COMPOUNDSM C5~18), 1-프로펜,1,1,2,3,3,3-헥사플루오로-산화(1-Propene, 1,1,2,3,3,3-hexafluoro-, oxidized 중 하나 이상을 포함한다.

덧붙여, 상기 냉각액의 다른 실시례로서, 상기 냉각액은 미네랄 오일을 더 포함할 수 있으며, 상기 미네랄 오일은 플루오르카본에 비해 비교적 저렴하여 경제성이 향상되는 효과를 가지는 것으로, 상기 미네랄 오일은 플루오르카본에 비해 50% 미만으로 혼합되어 사용되는 것이 바람직하다.

상기 냉각액의 온도가 기설정된 값 이상으로 증가하게 되면, 상기 냉각액은 열 교환기(400)로 압송되어 충분히 냉각된 다음 하우징(100) 내부로 다시 주입되도록 마련된다.

이를 위해, 하우징 내부에는 냉각액의 온도를 측정하기 위한 온도센서(S)가 장착된다.

상기 온도센서(S)에서 냉각액의 온도가 기 설정된 값 이상으로 상승 되었음이 감지되면 펌프 및 열교환기가 작동하게 되고, 상기 온도센서에서 상기 냉각액의 온도가 기 설정된 값 미만으로 하강 되었음이 감지되면, 상기 펌프 및 열교환기는 정지하도록 마련된다.

한편, 상기 하우징 내부에는 펌프(300)가 설치된다.

상기 펌프(300)는 냉각액을 열교환기로 압송하기 위한 요소이며, 동시에 하우징 내부에 수용된 냉각액이 유동되어 대류현상이 원활하도록 한다.

이어서, 상기 하우징에는 하우징(100)과 열교환기(400)를 연결하여 냉각액을 순환하기 위한 이송라인(L1) 및 회수라인(L2)이 설치된다.

상기 이송라인(L1)은 하우징 내부에서 데워진 냉각액을 열교환기로 이송하기 위한 통로이고, 상기 회수라인(L2)은 열교환기에서 냉각된 냉각액을 하우징 내부로 이송하기 위한 통로이다.

상기 이송라인 및 회수라인에는 각 라인을 개폐하기 위한 밸브(B)가 장착된다.

이어서, 상기 열교환기(400)는 냉각액을 냉각시키기 위한 요소이다.

상기 열교환기(400)는, 응축기 및 공기 냉각기를 포함하는 공랭식 응축기(air-cooled condenser)인 것으로, 상기 냉각액은 열교환기에 의해 공랭식으로 냉각된다.

상기 열교환기(400)를 거쳐 냉각된 냉각액은 회수라인(L2)을 통해 하우징(100)으로 이송된다.

상기 열교환기에서 냉각액이 냉각되는 과정에서, 공기 냉각기를 사용하게 되므로 외부 공기에 포함된 이물질이 냉각액과 함께 섞이게 된다.

이를 해결하기 위해 본 발명의 회수라인(L2)에는 상기 열교환기(400)를 거쳐 냉각된 냉각액에 포함된 오염물질, 금속입자, 수분 등을 제거하는 필터(500)가 장착된다.

냉각액에 공기 중의 수분이 포함되면 쇼트(short)가 발생할 수 있으므로, 상기 냉각액은 필터를 거쳐 정화된 뒤 다시 하우징 내부로 주입된다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1000: 전자부품용 침수식 냉각장치
100: 하우징
120: 냉각액
140: 증기공간
200: 전자부품
300: 펌프
400: 열교환기
500: 필터
B: 밸브
L1: 이송라인
L2: 회수라인
S: 온도센서

Claims

전자부품을 침지 냉각하기 위한 침수식 냉각 장치에 있어서,
밀폐된 내부 공간부를 포함하며 상부에 증기 공간이 형성된 하우징;
상기 하우징 내부에 수용되는 열 전달 유체인 것으로, 저비점 플루오르카본과 고비점 플루오르카본을 포함하는 유전성 냉각액;
상기 하우징 내부에 배치되어 냉각액에 침지되는 전자부품;
상기 하우징 내부에 장착되며, 냉각액의 온도를 측정하는 온도센서;
상기 하우징 내부에 설치되며, 상기 온도센서에 의해 측정된 냉각액의 온도가 기설정된 값 이상일 경우 동작하여 상기 냉각액을 열교환기로 압송시키는 펌프;
상기 펌프에 의해 압송된 냉각액을 공랭으로 냉각시키는 열교환기;
상기 하우징과 열교환기를 연결하며, 전자부품에서 발생된 열을 흡수하여 온도가 증가된 냉각액을 열교환기로 전달하는 통로인 이송라인;
상기 열교환기와 하우징을 연결하며, 열교환기에서 냉각된 냉각액을 하우징으로 전달하는 통로인 회수라인;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품용 침수식 냉각 장치.
제 1항에 있어서,
상기 회수라인에는 상기 열교환기를 거쳐 냉각된 냉각액에 포함된 오염물질을 제거하기 위한 필터가 장착된 것을 특징으로 하는 전자부품용 침수식 냉각 장치.
제 1항에 있어서,
상기 냉각액은, 비점이 40℃ 내지 100℃인 저비점 플루오르카본과, 비점이 115℃ 내지 155℃인 고비점 플루오르카본이 7:3 혼합 중량비로 구성된 플루오르카본을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품용 침수식 냉각 장치.