Electronic Device Cooling-냉각장치

목차

차 례

1. 전통적인 전자장비의 냉각(팬의 이용)
(1) CABINET COOLER (Electronic Type)원리
(2) 전자 냉각 장치와의 비교
(3) Carbon nanotube 의 성장

2. 자연 방열장치 (CALM 시스템)
(1) CALM 시스템 의 소개
(2) CALM의 원리

3. 열전소자를 이용한 전자장비 냉각
(1) 열전 변환이란
(Peltier 효과 와 See back 효과)
(2) Thermoelectric module
(3) 열전소자 직접냉각식

4. 히트파이프 (Heat Pipes)
(1) 히트파이프의 작동원리
(2) 히트파이프의 종류와 응용분야
(3) 이용목적에 의한 분류

5. 결 론

본문내용

)이
여러개 부착된 응축부에서 자연대류에 의해 열을 방출시키는 구조로 되어있다.
이러한 냉각방법으로 재래식 냉각장치의 부피를 1/10까지도 축소시킨 경우가 있다.
최근 전자부품이 보다 소형화되면서 단위면적당의 소비전력은 증가되어 IC 및 VLSI를 위시한 micro electrics전반에 걸쳐 냉각의 문제가 심각하게 대두되고 있다.
상변화를 이용한 여러형태의 냉각방법들이 개발되어 왔으나,국소적인 온도구배를 가능한
작게하여 열응력을 소산시킬 수 있는 효과적 방법은 아직도 개발의 여지가 남아있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 최근에 개발된 것이 마이크로 히트파이프(micro heat pipe)인데, 외형상의 크기가 작은 바늘정도로 직경이 0.5mm이내이고 길이가 수 cm정도까지도 포함된다.이것은 외부에서 접근하기 어려운 소형 고집적회로의 내부 또는 비디오헤드의 냉각에 사용 될 수 있다. 현재 컴퓨터 냉각용으로 많이 사용되는 마이크로 히트파이프의 개념은 원래의 정의보다는 조금 큰 것으로 실용화되어 있으며 외경이 3mm이내의 크기로서
'miniature히트파이프'라고 분류해야 할 정도의 것이다.
이는 약30cm 내외의 길이로 15W 정도의 열부하를 이송할 수 있으며, 미국과 일본 등에서
노트북 컴퓨터의 CPU냉각 등에 사용되는 것이 상용화되어 있다. 한편, 고출력 통신기기 및
대형전자식 교환기의 냉각에 열사이펀 또는 히트파이프를 적용하는 시스템도 개발되고 있다.
3) 위성체 열제어용
위성체에 각종 전자부품 및 장비, 광학 센서 및 측정장치, 전력발생. 저장 및 공급장치 등의 최적성능을 위한 작동 온도조건을 구성하는 것은 물론, 열응력으로 인한 변형,
파괴로부터 이들을 보호하기 위해 적절한 열제어방법이 사용되어야 한다.
히트파이프는 이러한 열제어 수단으로 가장 많이 사용되어 오고 있다.
실용성 있는 위성체의 경우 히트파이프는 이러한 경우 히트파이프는 열제어 계통의 핵심 요소로서 무중력상태에서 작동하고,소형, 경량이어야 하며, 무엇보다도 그 작동의
내구성과 신뢰성이 요구된다.
< Layout for the dual pump module >
또한, 내부의 각 모듈(module)과 부품들이 보다 밀집되어 제작될 수 있는가 하는 것은 히트파이프가 이러한 조건에서 각 부품의 온도환경을 보장하여 통상 10년 동안의 장기 작동시의 안정성과 신뢰성을 유지해 줄 수 있는 있는가에 의해 최종적으로 좌우된다고 볼 수 있다. 따라서 지상의 용도에서 보다 훨씬 엄격한 제작기술의 기준은 물론 장기운전시 의 성능을 예측할 수 있는 시험평가 방법등이 필요하다. 위성체에 히트파이프를 사용하는 것은 미국과 유럽등 선진국에서 1960년대 말부터 이루어져 왔다.
미국에서는 NASA, 유럽에서는 EPA를 중심으로 1970년대 초부터, 그리고 일본에서도 1980년대 초부터 NASDA등의 우주개발 및 위성체 관련 연구개발 \기관을 중심으로
그간 각종 히트파이프의 설계, 제작, 시험 등 개발에 관한 기술이 상당히 많이 축적되어 왔다.
진공 및 무중력장(또는 미소 중력장)이라는 우주의 특수환경에 적합하도록 고려하는 측면 에서 히트파이프를 개발하는 것은 국내의 여건과 비교해서 상대적으로 수월한 셈이다.
적용실례를 보면 위성체 외부 구조물이나 태양전지판에서 태양을보는 부분과 그 반대편에 서의 온도차는 115℃ 정도에 이를 수 있는데, 히트파이프를 사용하여 등온화를 이루는 경우는 온도차를 10℃정도로 낮추어 열응력을 최소화 할 수 있음이 보고되어 있다.
위성체에서 열제어의 주요대상은 문헌들에서도 언급되고 있는바 적재된 전자장치의 발열 부이다.
히트파이프는 통상TWT등 고발열장치를 부착하는 sandwich panel의 사이에 삽입되어 열 을 소산시키거나 방열부(radiator)쪽으로 이송시키는 역할을 해 오고 있다. (그림참조)
< Heat Pipes Move the Heat to the Rear of the Board >
VCHP(Variable Conductance Heat Pipe)를 OBP(On-Board Precessor)의 온도제어에
사용하는 경우 10에서 30W의 출력에서 17±3℃의 최적온도범위로 지할 수 있었음이
알려져 있다. 위성체 내부의 전력변환장치, 정류기 등에서KW의 많은 폐열을 내는 경우에 도 열의 이송과 방출에 물을 작동유체로하는 히트파이프가 사용되었다.
70년대 초 개발된 저온용 히트파이프의 열이송성능은 대개 1인치의 직선길이당 3W정도 였으나, 80년대 space shuttle이 개발된 후는 그 성능이 1인치당 30W정도로 향상되었다.
히트파이프가 열원과 열침을 격리시킬 수 있는 특성도 위성체나 우주선에의 적용에 유리 한 장점이다. 선체내부의 열은 body mounted radiator혹은 별도의 deployed radiator를 통해 우주공간으로 방출되며, 이러한 방열기의 방열성능을 증가시키기 위해서 히트파이프 가 적용된다. 방열기는 보통 강도를 고려하여 제작되므로 honeycomb형태의 panel로
되어 sandwich형으로 히트파이프를 내장하는 것이 보통이다. 히트파이프의 열이송
성능을 증진시키기 위해 많은 모세관 구조물의 형태가 우주용으로 제안되어 왔는데, artery형의 wick외에도 slab wick, monogroove channel, eye-drop형 그루브 등이
기존의 단순 윅이나 그루브 등 보다 증진된 성능을 보이고 있다.
5. 결 론
전자장비는 성능이 개선됨에 따라 더 많은 단위면적당 열발산을 요구하게 되고, 이것은 장비의 고집적화, 고밀도화에 따른 필연적인 결과이다. 따라서, 여러 가지의 새로운 열소산방법을 요구하게 되었다. 이에반해, 냉각장치는 더욱더 Compact한 크기가 요구됨에 따라, 자연대류에서 강제대류로, 강제대류 또한 상변화를 이용한 Heat Pump의 사용은 필연적인 결과이다. 최근의 상황은 MEMS를 이용한 미소난류유동 채널이나, Micro Pump 등을 이용한 냉각장치등도 각광을 받고 있으나, 수업시간에 다루었던 내용이기 때문에 생략한다.

키워드

Electronic,   Device,   Cooling,   냉각 장치,   냉각장치,   Device Cooling