KR100296071B1 - Resonant cooling device for electronic equipment - Google Patents
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Abstract
본발명의 유동 공명 냉각 장치는 열발생 부품 및 냉각 유체를 내부에 포함하고 케이스로 둘러싸인 형태의 전자기기에서 열발생 부품으로부터 열을 방열시키기 위한 것으로서, 상기 케이스내의 유체의 유동 고유 주파수와 일치하는 주파수의 구동 신호를 발생시키기 위한 구동기와, 상기 구동 신호에 응답하여 음파를 케이스 내부로 제공하기 위한 음파 진동자를 포함한다.The flow resonance cooling device of the present invention is for dissipating heat from a heat generating component in an electronic device having a heat generating component and a cooling fluid therein and surrounded by a case, the frequency of which matches the flow natural frequency of the fluid in the case. And a sound wave oscillator for providing sound waves into the case in response to the drive signal.
본발명의 공명 냉각 장치는 열발생 부품을 포함하는 컴퓨터, 통신 장비 등의 전자기기에 적용될 때 냉각 성능을 획기적으로 향상시키는 한편 전자기기의 소형화 및 냉각 장치 가동시의 정숙성을 확보할 수 있다. 또한, 공명 냉각 장치는 방열 및 냉각성능이 시스템의 전체적인 성능 및 안전 운행에 큰 영향을 미치는 고전압 전력 변환기, 원자로의 냉각장치 등에 효과적으로 이용될 수 있으며, 냉동공조산업, 화학 공정의 열교환기, 축열조, 실내 냉난방을 위한 라디에이터, 콘벡터의 방열 성능 향상에도 응용될 수 있다.The resonance cooling device of the present invention can significantly improve the cooling performance when applied to electronic devices, such as computers, communication equipment, including heat generating parts, while ensuring the quietness of the miniaturization of electronic devices and operation of the cooling device. In addition, the resonance cooling device can be effectively used in high voltage power converters, reactor cooling devices, etc., where the heat dissipation and cooling performance greatly affect the overall performance and safe operation of the system. It can be applied to improve the heat dissipation performance of radiators and convectors for indoor air conditioning.
Description
고밀도, 고집적화되고 있는 전자기기의 냉각성능의 향상은 지난 수십년간 지속적인 연구개발의 대상이었다. 컴퓨터, 통신 장비와 같이 다수의 열발생 부품을 내부에 포함하는 전자기기의 방열 성능을 향상시키기 위해서는 고온의 열발생 부품으로부터 저온의 냉각유체로의 열전달이 원활히 이루어져야 한다. 소형화된 전자기기 내부의 열 발생 부품을 냉각유체를 이용하여 냉각시키는 경우, 소형화를 위해 냉각유체의 유로가 매우 좁아지게 되고, 이에 따라 냉각유체의 유속이 느려지고, 유동은 냉각효과가 낮은, 와류발생이 없는 안정된 층류 흐름을 보이게 된다. 시공간적으로 와류가 발생되지 않는 층류 유동하에서는 냉각유체의 혼합이 적게 이루어져서 고온의 열발생 부품으로부터 저온의 냉각유체로의 대류에 의한 열전달이 활발히 이루어지지 못한다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 지금까지는 냉각팬이나 펌프를 이용하여 냉각유체의 유속을 증가시키거나 난류 촉진 물질을 삽입함으로써 유동을 층류에서 난류로 천이시킴으로써 냉각유체의 혼합을 증진시키는 방법이 사용되어 왔다. 그러나, 작동의 신뢰도 측면이나, 소음을 발생시키고 전자기기의 부피를 증가시킨다는 면에서 최근의 초 소형화 경량화 추세를 걷고 있는 전자기기의 냉각장치에 적용하기에는 적절하지 않다.Improving the cooling performance of dense, highly integrated electronics has been the subject of continuous research and development over the last few decades. In order to improve the heat dissipation performance of electronic devices including a plurality of heat generating parts such as computers and communication equipment, heat transfer from high temperature heat generating parts to low temperature cooling fluid should be performed smoothly. When cooling the heat generating parts inside the miniaturized electronic device by using the cooling fluid, the flow path of the cooling fluid becomes very narrow for miniaturization, so that the flow velocity of the cooling fluid is slow, and the flow is low in the cooling effect, vortex generation This results in a stable laminar flow without. Under the laminar flow, which does not generate vortex in space and time, the mixing of the cooling fluid is small, so that heat transfer by convection from the hot heat generating component to the low temperature cooling fluid is not actively performed. To overcome this problem, a method of increasing the flow rate of the cooling fluid by using a cooling fan or a pump or inserting a turbulence promoting material has been used to promote the mixing of the cooling fluid by shifting the flow from laminar flow to turbulent flow. However, in terms of reliability of operation or generating noise and increasing the volume of the electronic device, it is not suitable for applying to the cooling device of the electronic device which is undergoing the recent ultra-miniaturization and weight reduction trend.
본발명에서는 초소형화, 경량화되고 있는 전자기기에서 효과적인 방열을 위하여 유동 공명을 이용하는 새로운 냉각장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a new cooling device using the flow resonance for effective heat dissipation in electronic devices that are miniaturized, lightweight.
본발명의 장치는 전자기기 내부의 열발생 부품의 냉각을 촉진시키기 위해 종래의 냉각장치에서처럼 냉각유체의 유속을 증가시키거나 냉각유체를 교환하지 않고, 냉각유체의 유동에 자연적으로 존재하는 유동 불안정성을 이용한다. 본발명의 공명냉각장치는 층류흐름을 나타내는 냉각유체의 유동에 전자기기 내부의 유동 고유 주파수와 동조된 신호를 발생시키는 구동기를 이용하여 음파 진동자를 진동시켜서 전자기기 내부에 유동공명을 일으킴으로써 냉각유체의 혼합을 증진시키고 궁극적으로는 방열을 획기적으로 개선하는 새로운 냉각장치이다.The device of the present invention does not increase the flow rate of the cooling fluid or replace the cooling fluid, as is the case in the conventional cooling system, to promote the cooling of the heat-generating components inside the electronic device, and the flow instability naturally present in the flow of the cooling fluid. I use it. The resonance cooling device of the present invention causes the resonance of the cooling fluid by vibrating the acoustic wave oscillator using a driver that generates a signal synchronized with the natural frequency of the flow inside the electronic device in the flow of the cooling fluid representing the laminar flow. It is a new chiller that enhances mixing and ultimately improves heat dissipation.
본발명의 냉각장치에서는 열발생 부품을 포함하는 전자기기 내부의 유동 고유 주파수를 감지하고 감지된 신호로부터 고유 주파수를 검출하여, 검출된 고유 주파수와 일치하는 주파수의 신호를 발생시킨다. 발생된 신호는 증폭기를 거쳐 음파진동자로 전달되고, 음파진동자에서 발생된 음파는 전자기기의 케이스 내부로 전달된다. 이 음파는 전자기기 내부의 유동 고유 주파수에 동조된 주파수로 진동하므로 유동 공명이 일어나서 냉각 유체의 혼합이 크게 증대된다. 활발한 냉각유체의 혼합은 열발생 부품으로부터 냉각유체로의 열전달을 촉진시켜 냉각성능을 향상시키게 된다.The cooling device of the present invention senses the natural frequency of the flow inside the electronic device including the heat generating component and detects the natural frequency from the detected signal, thereby generating a signal having a frequency matching the detected natural frequency. The generated signal is transmitted to the sound wave vibrator via an amplifier, and the sound wave generated from the sound wave vibrator is transferred into the case of the electronic device. The sound waves oscillate at a frequency tuned to the natural frequency of flow inside the electronic device, resulting in flow resonance, which greatly increases the mixing of the cooling fluid. Active mixing of the cooling fluid promotes heat transfer from the heat generating component to the cooling fluid, thereby improving the cooling performance.
도 1은 본 발명에 따른 전자기기 공명 냉각 장치의 블록도.1 is a block diagram of an electronic device resonance cooling apparatus according to the present invention.
도 2는 유동 고유 주파수의 변화가 적은 전자기기에 사용되는 공명 냉각 장치의 블록도.2 is a block diagram of a resonant cooling device used in electronic devices with little change in the flow natural frequency.
도 3은 진동 주파수 20KHz에서 열발생 부품의 온도 변화를 도시한 도면.3 is a view showing a temperature change of a heat generating component at a vibration frequency of 20 KHz.
도 4는 진동 주파수 50KHz에서 열발생 부품의 온도 변화를 도시한 도면.4 is a diagram showing a temperature change of a heat generating component at a vibration frequency of 50 KHz.
도 5는 진동 주파수 100KHz에서 열발생 부품의 온도 변화를 도시한 도면.5 is a diagram showing a temperature change of a heat generating component at a vibration frequency of 100 KHz.
도 6은 진폭이 15V일 때 진동 주파수에 따른 열발생 부품의 온도변화율을 나타낸 도면.6 is a view showing the temperature change rate of the heat generating component according to the vibration frequency when the amplitude is 15V.
도 7은 진동 주파수가 50Hz일 때 가진 진폭에 따른 열발생 부품의 온도 변화율을 나타낸 도면.7 is a view showing the temperature change rate of the heat generating component according to the amplitude when the vibration frequency is 50Hz.
도 8은 진동 주파수와 가진 진폭에 따른 최적 공명 냉각도.8 is an optimum resonance cooling according to amplitude with vibration frequency.
도 9는 본 발명에 따른 전자기기 공명 냉각 장치를 개인용 컴퓨터에 장착한 경우의 블록도.Fig. 9 is a block diagram in the case of mounting the electronic resonance resonance apparatus of the present invention on a personal computer.
도 10은 진동 주파수 30Hz에서 컴퓨터 CPU 표면의 온도 변화를 나타낸 도면.10 is a diagram showing the temperature change of the computer CPU surface at the vibration frequency 30Hz.
도 11은 진동 주파수 40Hz에서 컴퓨터 CPU 표면의 온도 변화를 나타낸 도면.11 is a diagram showing a temperature change of a computer CPU surface at a vibration frequency of 40 Hz.
도 12는 진동 주파수 200Hz에서 컴퓨터 CPU 표면의 온도 변화를 나타낸 도면.Fig. 12 shows the temperature change of the computer CPU surface at the vibration frequency of 200 Hz.
도 13은 가진 진폭이 5V일 때 진동 주파수에 따른 컴퓨터 CPU 표면의 온도 변화율을 나타낸 도면.Fig. 13 shows the rate of change of the temperature of the computer CPU surface according to the vibration frequency when the excitation amplitude is 5V.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10, 30 : 유동 공명 냉각 장치10, 30: flow resonance cooling device
11, 31 : 신호 입력기11, 31: signal input
12, 32 : 주파수 검출기12, 32: frequency detector
13, 33 : 신호 처리기13, 33: signal processor
14, 21, 34 : 신호 발진기14, 21, 34: signal oscillator
15, 22, 35 : 증폭기15, 22, 35: amplifier
16, 23, 36 : 음파 진동자16, 23, 36: sound wave oscillator
20, 40 : 구동기20, 40: driver
도 1은 본 발명에 따른 전자기기 공명 냉각 장치(10)의 블록도로서 열발생 부품이 있는 전자기기 케이스 내부의 냉각 유체로부터의 유동 신호를 입력받기 위한 신호 입력기(11), 구동 신호를 발생시키기 위한 구동기(20) 및 구동기에서 발생된 구동 신호에 응답하여 음파를 발생하여 전자기기 케이스 내부로 전달하기 위한 음파진동자(16)를 포함하는 공명 냉각 장치(10)를 도시하고 있다. 구동기(20)는 입력된 유동 신호로부터 유동 고유 주파수를 검출해 내기 위한 주파수 검출기(12), 검출된 유동 고유 주파수를 나타내는 주파수 신호를 제공하기 위한 신호 처리기(13), 신호 처리기(13)로부터의 주파수 신호에 응답하여 구동 신호를 발진시키기 위한 신호 발진기(14), 발진된 신호를 증폭시키기 위한 증폭기(15)를 포함한다.1 is a block diagram of an electronic resonance resonator device 10 according to the present invention to generate a signal input unit 11, a drive signal for receiving a flow signal from the cooling fluid inside the electronic device case having a heat generating component A resonance cooling apparatus 10 including a driver 20 and a sound wave oscillator 16 for generating a sound wave in response to a drive signal generated by the driver and transmitting the sound wave into an electronic device case is illustrated. The driver 20 includes a frequency detector 12 for detecting the flow natural frequency from the input flow signal, a signal processor 13 for providing a frequency signal representing the detected flow natural frequency, and a signal processor 13 from the signal processor 13. A signal oscillator 14 for oscillating the drive signal in response to the frequency signal, and an amplifier 15 for amplifying the oscillated signal.
신호 입력기(11)는 전자기기 케이스(17) 내의 열발생 부품(18) 근처에 설치되어 유동 신호 즉 유동에 의해 발생하는 신호를 입력받는다. 신호 입력기(11)는 유동의 속도, 온도, 압력, 농도의 시간상 변화를 측정할 수 있는 속도 센서, 온도 센서, 압력 센서, 농도 센서 중 하나 이상으로 구성될 수 있다.The signal input unit 11 is installed near the heat generating component 18 in the electronic device case 17 and receives a flow signal, that is, a signal generated by the flow. The signal input unit 11 may be composed of one or more of a speed sensor, a temperature sensor, a pressure sensor, and a concentration sensor capable of measuring a time change in the speed, temperature, pressure, and concentration of a flow.
신호 입력기(11)에서 측정된 시간에 따라 변하는 유동 신호는 주파수 검출기(12)로 전달되고, 주파수 검출기(12)에서는 FFT(Fast Fourier Transform)을 이용한 주파수 분석방법을 통해 유동 신호의 주파수 성분 중 주(dominant)성분인 유동 고유 주파수를 검출한다.The flow signal that changes with time measured by the signal input unit 11 is transmitted to the frequency detector 12, and the frequency detector 12 uses a frequency analysis method using a fast fourier transform (FFT) to perform the main component of the frequency component of the flow signal. Detects the flow natural frequency as the dominant component.
주파수 검출기(12)에서 검출된 신호는 신호 처리기(13)로 전달되고, 신호 처리기(13)는 검출된 주파수를 신호 발진기에 알려주기 위한 주파수 신호를 제공한다. 주파수 신호는 검출된 주파수를 특정하여 신호 발진기에 알려주기 위한 신호로서 신호 발진기의 입력의 형태에 맞는 임의의 신호일 수 있다.The signal detected at the frequency detector 12 is transferred to the signal processor 13, which provides a frequency signal for informing the signal oscillator of the detected frequency. The frequency signal is a signal for specifying the detected frequency and informing the signal oscillator, which may be any signal suitable for the type of input of the signal oscillator.
신호 발진기(14)는 신호 처리기(13)로부터의 주파수 신호에 응답하여 진동 신호를 발진시킨다. 신호 발진기(14)는 검출된 유동 고유 주파수와 같은 주파수를 갖는 사인파 신호 혹은 톱니파 신호 등 임의의 형태의 진동 신호를 발생시킬 수 있으나, 장치의 소음을 최소화하기 위하여 사인파를 발생시키는 것이 바람직하다. 진동 신호는 증폭기(15)에서 증폭되어 음파 진동자(16)로 전달된다.The signal oscillator 14 oscillates the vibration signal in response to the frequency signal from the signal processor 13. The signal oscillator 14 may generate any type of vibration signal such as a sine wave signal or a sawtooth signal having a frequency equal to the detected flow natural frequency, but it is preferable to generate a sine wave to minimize noise of the device. The vibration signal is amplified by the amplifier 15 and transmitted to the acoustic wave oscillator 16.
음파 진동자(16)는 증폭된 구동 신호에 따라 유동 공명 주파수의 음파를 발생시키는 역할을 하고, 용이하게 음파를 발생시킬 수 있는 음향 스피커 또는 모터와 결합된 피스톤, 캠, 멤브레인(진동막), 플랩(부채) 등으로 구현될 수 있다. 발생된 음파는 전자기기 케이스(17) 내부에서 유동 공명을 일으켜 열발생 부품(18)을 냉각시킨다. 음파 진동자(16)는 전자기기의 상부면 뿐 아니라, 발생된 음파가 케이스의 내부로 향하도록 하여 케이스의 측면에 설치될 수 있고, 혹은 소형의 음파진동자를 케이스 내부의 열발생 부품이 있는 부분에 설치할 수도 있다.The acoustic wave oscillator 16 serves to generate sound waves of the flow resonance frequency in accordance with the amplified drive signal, and pistons, cams, membranes (vibration membranes) and flaps combined with acoustic speakers or motors that can easily generate sound waves. (Debt) or the like. The generated sound waves cause flow resonance inside the electronic device case 17 to cool the heat generating parts 18. The sound wave vibrator 16 may be installed on the side of the case as well as the upper surface of the electronic device so that the generated sound waves are directed to the inside of the case, or a small sound wave vibrator may be installed at a portion having heat generating parts inside the case. You can also install.
도 2는 유동 고유 주파수의 변화가 적은 전자기기를 위한 공명 냉각 장치(30)의 블록도이다. 도 1의 냉각 장치와 달리 도 2의 냉각 장치는 신호 입력기, 주파수 검출기, 신호 처리기를 포함하지 않고 간단하게 신호 발진기(21) 및 증폭기(22)만으로 구성된다. 열발생이 시간에 따라 큰 변화가 없는 전자기기의 경우 전자기기 케이스(24) 내부의 유동고유주파수는 크게 변하지 않는다. 따라서, 이러한 경우는 유동 고유 주파수를 미리 측정하여 이에 동조된 주파수로 신호 발진기(21)가 구동 신호를 발진시키도록 미리 설정함으로써 도 1의 신호 입력기(11), 신호 검출기(12), 신호 처리기(13)를 생략한 간략화된 공명 냉각 장치(20)를 구성할 수 있다. 미리 설정된 공명 주파수로 발진된 구동 신호는 증폭기(22)를 거쳐 음파 진동자(23)로 전달되어 전자기기 케이스(24) 내부로 음파를 전달한다. 도 1에서와 마찬가지로 전자기기 케이스 내부에서 공명이 발생하여 열발생 부품(25)으로부터 케이스의 방열부(26)로의 방열이 개선된다.2 is a block diagram of a resonance cooling apparatus 30 for an electronic device having a small change in the flow natural frequency. Unlike the cooling apparatus of FIG. 1, the cooling apparatus of FIG. 2 does not include a signal input unit, a frequency detector, and a signal processor, and is simply composed of only the signal oscillator 21 and the amplifier 22. In the case of an electronic device in which heat generation does not change significantly with time, the flow intrinsic frequency inside the electronic device case 24 does not change significantly. Therefore, in this case, the signal input device 11, the signal detector 12, and the signal processor (FIG. 1) of FIG. 1 are measured in advance by measuring the flow natural frequency in advance and setting the signal oscillator 21 to oscillate the drive signal at a frequency tuned thereto. The simplified resonance cooling apparatus 20 can be configured to omit 13). The driving signal oscillated at the preset resonance frequency is transmitted to the acoustic wave oscillator 23 through the amplifier 22 to transmit sound waves into the electronic device case 24. As in FIG. 1, resonance occurs inside the electronic device case, thereby improving heat dissipation from the heat generating part 25 to the heat dissipation part 26 of the case.
도 1 및 도 2에 도시된 공명 냉각 장치를 이용하여 전자기기 내부로 유동 고유주파수와 동조된 음파를 발생시키면 열발생 부품(18, 25)으로부터 케이스의 방열부(19, 26)로의 방열이 획기적으로 촉진된다. 본 발명의 공명 냉각 장치에서 유동 고유 주파수가 전자기기의 기계적인 공진 주파수보다 매우 낮으므로 구조물의 안전에 영향을 주지 않으며, 종래의 팬을 사용한 냉각장치보다 소음이 적으며, 팬의 장착공간이 필요 없으므로 기기가 소형화될 수 있다.When the sound wave synchronized with the flow natural frequency is generated inside the electronic device by using the resonance cooling device shown in FIGS. 1 and 2, heat radiation from the heat generating parts 18 and 25 to the heat dissipating parts 19 and 26 of the case is remarkable. Is promoted. In the resonant cooling device of the present invention, the flow natural frequency is much lower than the mechanical resonance frequency of the electronic device, and thus does not affect the safety of the structure, and has less noise than the conventional cooling device using a fan, and requires a fan mounting space. As a result, the device can be miniaturized.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼 단일 열발생 부품을 포함하는 전자기기에 장착한 경우 진동 주파수가 20Hz인 음파로 가진할 경우 열발생 부품의 온도변화를 나타낸다. 음파 가진 이전에 약 88도였던 열발생 부품의 온도가 가진 후 약 10분 내에 약 10도 감소한 것을 알 수 있다. 음파 가진을 멈추면 열발생 부품의 온도는 이전의 온도로 다시 상승한다.3 illustrates a temperature change of a heat generating part when it is excited with a sound wave having a vibration frequency of 20 Hz when mounted to an electronic device including a single heat generating part as shown in FIGS. 1 and 2. It can be seen that the temperature of the heat generating component, which was about 88 degrees before, with the sonic excitation, decreased about 10 degrees within about 10 minutes after the excitation. When the sonic excitation is stopped, the temperature of the heat generating component rises back to the previous temperature.
도 4는 도 3과 동일한 전자기기에 대해 진동 주파수 50Hz의 음파 가진시 열발생 부품의 온도 변화를 나타내는 그래프로서, 가진 후 10분 이내 온도가 70도 이하로 감소하는 것을 도시하고 있다. 역시 가진을 멈추면 원래의 온도로 되돌아가는 것을 알 수 있다.FIG. 4 is a graph illustrating a temperature change of a heat generating component when a sound wave is excited at an oscillation frequency of 50 Hz for the same electronic device as in FIG. If you stop the excitation again, you will notice that it returns to its original temperature.
도 5는 도 3과 동일한 가전기기에 대해 진동 주파수 100Hz의 음파 가진에 의한 열발생 부품의 온도변화를 보이는 그래프로서, 온도 변화가 거의 없다는 것을 알 수 있다. 도 3 내지 도 5의 그래프에서 유동 공진을 유발시켜 열발생 부품의 온도 감소를 촉진시킬 수 있는 최적의 주파수가 존재한다는 것을 알 수 있다.FIG. 5 is a graph showing a temperature change of a heat generating component due to sound wave excitation of a vibration frequency of 100 Hz for the same household appliance as in FIG. 3, and it can be seen that there is little temperature change. It can be seen from the graphs of FIGS. 3 to 5 that there is an optimal frequency that can cause a flow resonance to promote a temperature reduction of the heat generating component.
도 6은 가진 진폭(vibrating amplitude)을 15V로 고정한 상태에서 주파수를 변화시켜가며 열발생 부품의 온도변화율을 측정하여 도시한 것이다. 50Hz 근처의 진동 주파수에서 열발생 부품의 온도가 최대 폭(12%)으로 감소한다는 것을 나타낸다.FIG. 6 shows the measurement of the temperature change rate of the heat generating component while changing the frequency while fixing the vibration amplitude at 15V. At oscillation frequencies around 50 Hz, the temperature of the heat generating components decreases to the maximum width (12%).
또한 가진진폭의 영향을 알아보기 위해 진동 주파수를 50Hz로 고정시키고 진폭을 변화시킨 경우 열발생 부품의 온도 변화율을 도 7에 도시하였다. 가진진폭 16V 근처에서 열발생 부품의 온도가 최대 15% 감소하는 것을 도시하고 있다.In addition, in order to examine the influence of the excitation amplitude, when the vibration frequency is fixed at 50 Hz and the amplitude is changed, the temperature change rate of the heat generating component is shown in FIG. 7. It shows a decrease of up to 15% in the temperature of the heat generating components near the excitation amplitude of 16V.
도 8은 진동 주파수와 가진지폭에 대한 온도변화율의 분포를 도시한 도면이다. 도면에서 최적의 온도 감소율을 얻을 수 있는 영역 즉 진동 주파수와 가진진폭의 값은 각각의 전자기기의 특성에 따라 결정된다.8 is a diagram showing the distribution of temperature change rate with respect to vibration frequency and excitation width. In the drawing, the area where the optimum temperature reduction rate can be obtained, that is, the vibration frequency and the value of the excitation amplitude is determined according to the characteristics of each electronic device.
도 9는 본 발명의 공명 냉각 장치를 개인용 컴퓨터에 장착한 경우의 블럭도이다. 종래의 컴퓨터에서 중앙 처리 장치(CPU)의 윗면이나 케이스에 장착되었던 팬 대신 음파 진동자(36)를 케이스의 일측면에 설치하여 케이스의 내부로 음파를 전달한다. 또는 소형 음파 진동자를 케이스 내부에 설치하는 것도 가능하다. 도 1의 신호 입력기로서 작동하는 속도 센서(31)는 열이 많이 발생하는 CPU 근처에 설치된다. 속도센서(31)에서는 유동 신호를 주파수 검출기(32)로 전달되어 유동 고유 주파수가 검출되고, 검출된 신호는 신호 처리기(33)로 전달되고, 이에 응답하여 신호 처리기(33)는 주파수 신호를 제공한다. 신호 발진기(34)에서 발진된 진동 신호는 증폭기(35)에서 증폭되어 음파 진동자(36)로 전달된다. 음파 진동자(36)에서 발생된 음파에 의해 유발되는 유동 공명은 막대한 열이 발생하는 CPU를 효과적으로 냉각시킨다. 이와 같은 본 발명의 냉각 장치는 개인형 컴퓨터 이외에도 휴대용 컴퓨터, 대형 컴퓨터, 통신 장비의 방열에도 효과적으로 이용될 수 있다.9 is a block diagram when the resonance cooling apparatus of the present invention is attached to a personal computer. In the conventional computer, the sound wave vibrator 36 is installed on one side of the case instead of the fan mounted on the top or the case of the central processing unit (CPU) to transmit sound waves to the inside of the case. Alternatively, a small acoustic wave oscillator may be installed inside the case. The speed sensor 31, which acts as the signal input of FIG. 1, is installed near the CPU which generates a lot of heat. In the speed sensor 31, the flow signal is transmitted to the frequency detector 32 to detect the flow natural frequency, and the detected signal is transmitted to the signal processor 33, and in response, the signal processor 33 provides the frequency signal. do. The vibration signal oscillated by the signal oscillator 34 is amplified by the amplifier 35 and transmitted to the acoustic wave oscillator 36. Flow resonance caused by the sound waves generated in the sound wave oscillator 36 effectively cools the CPU that generates a great amount of heat. The cooling device of the present invention can be effectively used for heat dissipation of portable computers, large computers, and communication equipment in addition to personal computers.
도 10는 개인용 컴퓨터에서 진동 주파수 30Hz로 가진시 CPU 표면의 온도 변화를 나타내는 그래프이다. 외부 공기의 온도는 약 25도이다. CPU의 팬이 제거된 상태에서 72도였던 CPU 표면의 온도는 음파 가진 후 약 5분 내에 약 40도로 감소하였다.10 is a graph showing the temperature change of the surface of the CPU at the vibration frequency of 30Hz in the personal computer. The temperature of the outside air is about 25 degrees. The temperature on the CPU's surface, which was 72 degrees with the CPU fan removed, decreased to about 40 degrees within about five minutes of sound waves.
도 11은 개인용 컴퓨터에서 진동 주파수 40Hz로 가진시 CPU 표면의 온도 변화를 나타내는 그래프로서 CPU 표면의 온도가 음파 가진 후 약 37도까지 감소하는 것을 보여주고 있다. 동일한 컴퓨터에서 팬을 장착한 경우 실험결과는 약 40-45도로서 본발명의 냉각 장치의 성능이 더 우수하다는 것을 알 수 있다.FIG. 11 is a graph showing the temperature change of the CPU surface when the vibration frequency is 40Hz in the personal computer, and shows that the temperature of the CPU surface decreases to about 37 degrees after the sound wave excitation. When the fan is mounted on the same computer, the experimental result is about 40-45 degrees, which shows that the cooling device of the present invention performs better.
그러나, 진동 주파수가 200Hz인 경우는 도 12에 도시된 바와 같이 컴퓨터 CPU 표면의 온도는 하강하지 않았다.However, when the oscillation frequency is 200 Hz, the temperature of the computer CPU surface did not drop as shown in FIG.
도 13은 가진진폭이 5V일 때 진동 주파수에 따른 컴퓨터 CPU 표면의 온도변화율을 나타낸다. 45Hz의 음파를 가진하는 경우 CPU의 표면 온도가 약 50%까지 감소하는 것을 도시하고 있다. 이와 같이 본발명의 공명 냉각 장치에서는 전자기기의 크기 내지 형태 등에 따라 달하지는 유동 고유 주파수를 정확히 측정하여 최적의 진동 주파수의 음파를 가하여야 한다.Fig. 13 shows the rate of change of the temperature of the computer CPU surface according to the vibration frequency when the excitation amplitude is 5V. In the case of sound waves of 45 Hz, the surface temperature of the CPU is reduced by about 50%. As described above, in the resonance cooling apparatus of the present invention, it is necessary to accurately measure the flow natural frequency reaching the size or shape of the electronic device and to apply sound waves of the optimum vibration frequency.
본발명의 공명 냉각 장치는 열발생 부품을 포함하는 컴퓨터, 통신 장비 등의 전자기기에 적용될 때 냉각 성능을 획기적으로 향상시키는 한편 전자기기의 소형화 및 냉각 장치 가동시의 정숙성을 확보할 수 있다. 또한, 공명 냉각 장치는 방열 및 냉각성능이 시스템의 전체적인 성능 및 안전 운행에 큰 영향을 미치는 고전압 전력 변환기, 원자로의 냉각장치 등에 효과적으로 이용될 수 있으며, 냉동공조산업, 화학공정의 열교환기, 축열조, 실내 냉난방을 위한 라디에이터, 콘벡터의 방열 성능 향상에도 응용될 수 있다.The resonance cooling device of the present invention can significantly improve the cooling performance when applied to electronic devices, such as computers, communication equipment, including heat generating parts, while ensuring the quietness of the miniaturization of electronic devices and operation of the cooling device. In addition, the resonance cooling device can be effectively used in high voltage power converters, reactor cooling devices, etc., where the heat dissipation and cooling performance greatly affect the overall performance and safe operation of the system. It can be applied to improve the heat dissipation performance of radiators and convectors for indoor air conditioning.
전자기기의 냉각 성능을 향상시킴으로써 기기의 소형화 및 경량화를 가능하게 하고, 냉각 장치 설치가 어려웠던 휴대용 컴퓨터, 통신기기 등의 기기의 좁은 공간 및 밀폐된 공간의 냉각에 유효하게 사용될 수 있다. 진동 주파수의 조정에 의해 냉각성능을 용이하게 최적화할 수 있다. 또한 다수의 열발생 부품을 포함하는 전자기기를 냉각하기 위해 다수의 팬을 사용할 필요 없이 하나의 공명 냉각 장치로 동시에 냉각시킬 수 있으므로 기기가 단순해지고 소음도 줄어든다.By improving the cooling performance of the electronic device, it is possible to reduce the size and weight of the device, and can be effectively used for cooling a narrow space and an enclosed space of a device such as a portable computer, a communication device, etc., in which a cooling device is difficult to install. By adjusting the vibration frequency, the cooling performance can be easily optimized. It also simplifies the device and reduces noise by allowing simultaneous cooling with one resonant cooling unit without the need to use multiple fans to cool electronics containing multiple heat generating components.
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| KR20030016745A (en) * | 2001-08-21 | 2003-03-03 | 한국과학기술연구원 | Resonant vibrator |
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- 1999-06-23 KR KR1019990023630A patent/KR100296071B1/en not_active IP Right Cessation
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