KR100526806B1 - Micro-channel protection against heat device using magnetic fluid - Google Patents
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Abstract
본 발명은 밀폐된 마이크로채널에 냉각수와 공기를 삽입하고, 상기 냉각수와 공기의 흐름을 자기장에 의해 조절되는 자성유체에 의하여 조절하여, 최소한의 전력을 이용하여 집적회로모듈에서 발생되는 열을 효과적으로 제거하고 반영구적인 사용이 가능하며, 구조가 단순하여 대량생산이 가능하고 부피의 최소화로 다양한 분야에 적용할 수 있도록 한 것으로, 자력에 의해 움직임이 제어되는 자성유체와, 집적회로모듈에서 발생되는 열을 흡수하여 집적회로모듈을 냉각하는 냉각수와, 상기 집적회로모듈에서 발생되는 열을 공랭하기 위한 공기가 저장되는 에어탱크와, 상기 에어탱크의 일측과 개방되도록 연결되며 상기 자성유체가 유동하는 유압채널과, 상기 에어탱큐의 다른 일측과 개방되도록 연결되며 상기 냉각수가 유동하는 다수의 마이크로채널 및 상기 냉각수의 유동을 안내하며 다수의 마이크로채널을 구획하는 가이드라인으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자성유체를 이용한 마이크로 채널 방열 장치에 관한 것이다.The present invention inserts coolant and air into an enclosed microchannel, and controls the flow of the coolant and air by a magnetic fluid controlled by a magnetic field, effectively removing heat generated from an integrated circuit module using minimal power. It can be used semi-permanently, and its simple structure makes it possible to mass-produce and apply to various fields by minimizing the volume. It can control the magnetic fluid controlled by magnetic force and heat generated from the integrated circuit module. A cooling tank for absorbing and cooling the integrated circuit module, an air tank storing air for cooling the heat generated from the integrated circuit module, a hydraulic channel connected to open to one side of the air tank, and the magnetic fluid flowing; A plurality of micros connected to the other side of the air tank to allow the cooling water to flow; Board and guiding the flow of the cooling water, and relates to the number of microchannel heat radiation device using a magnetic fluid, characterized in that consisting of guidelines defining the microchannel.
Description
본 발명은 자성유체를 이용한 마이크로 채널 방열 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밀폐된 마이크로채널에 냉각수와 공기를 삽입하고, 상기 냉각수와 공기의 흐름을 자기장에 의해 조절되는 자성유체에 의하여 조절함으로써, 최소한의 전력을 이용하여 집적회로모듈에서 발생되는 열을 효과적으로 제거하고 반영구적인 사용이 가능하며, 구조가 단순하여 대량생산이 가능하고 부피의 최소화로 다양한 분야에 적용할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a microchannel heat dissipation apparatus using a magnetic fluid, and more particularly, by inserting cooling water and air into a closed microchannel, and controlling the flow of the cooling water and air by a magnetic fluid controlled by a magnetic field. It can effectively remove heat generated from integrated circuit module and use it semi-permanently using minimum power. Its simple structure makes it possible to mass-produce and apply to various fields with the minimization of volume.
일반적으로, 차량 시스템을 포함한 대부분의 전기, 전자, 기계 시스템의 경우, 시스템 내부의 과도부하(Transient load)에 의하여 열이 발생되며, 이러한 열을 제거하기 위한 방열장치가 설치되어 있다.In general, in most electrical, electronic, and mechanical systems including vehicle systems, heat is generated by a transient load inside the system, and a heat dissipation device is installed to remove such heat.
특히, 전자 시스템의 주요 부품인 중앙연산처리장치(CPU : Central Processing unit)의 경우 높은 클럭주파수(Clock Frequence)로 인하여 많은 양의 열이 발생되며, 이러한 열을 제거하기 위한 방열장치가 필수적으로 설치되어 있다.In particular, the central processing unit (CPU), which is a major component of the electronic system, generates a large amount of heat due to the high clock frequency, and a heat dissipation device is necessary to remove such heat. It is.
도 3은 종래의 방열장치에 대한 분해사시도로서, 중앙연산처리장치 또는 마이크로프로세서(Micro Processor) 등의 집적회로모듈(7)의 상층부에 방열구(8)를 설치하여, 상기 집적회로모듈(7)에서 발생되는 열을 방열구(8)가 흡수하고, 상기 방열구(8)로 흡수된 열은 공기중으로 방출되어 확산된다.3 is an exploded perspective view of a conventional heat dissipation device, in which a heat dissipation port 8 is provided on an upper layer of an integrated circuit module 7 such as a central processing unit or a microprocessor, and the integrated circuit module 7 is provided. Heat generated by the heat sink 8 is absorbed, the heat absorbed by the heat sink 8 is released into the air diffuses.
그리고 상기 방열구(8)의 표면적이 클수록 방출되는 열의 양이 많아지게 되므로, 표면적을 최대화하기 위하여 집적회로모듈(7)에 밀착되는 본체의 상부에 일측이 일체로 형성되는 다수의 방열판을 설치하여 구성한다.And the larger the surface area of the heat dissipation opening (8), the greater the amount of heat released, so to maximize the surface area is installed by installing a plurality of heat sinks in which one side is integrally formed on the upper part of the body in close contact with the integrated circuit module (7) do.
즉, 상기 방열구(8)가 공기와 접촉하는 면적을 최대화하여 공기중으로 확산되는 열의 양을 증가시킨 것이다.That is, the heat dissipation port 8 is maximized the area in contact with the air to increase the amount of heat diffused into the air.
또한, 상기 열의 확산을 활발히 하기 위하여, 상기 방열구(8)의 상부에 팬(Fan)을 설치하여 구성할 수도 있다.Further, in order to actively spread the heat, a fan may be provided on the upper portion of the heat dissipation port 8.
그러나 상기와 같은 방열장치는 방열구(8)의 면적을 최대화함으로 인해 부피가 커지게 되어, 상기 방열구(8)가 설치되는 제품의 크기가 커지게 되고, 공기중으로 확산되는 열량의 한계와 방열구(8)의 하측에 설치된 집적회로모듈(6)로부터 계속적으로 열을 흡수함으로 인하여 방열구(8)의 온도가 상승되며, 그로 인해 집적회로모듈(7)와 방열구(8)의 온도차가 줄어들게 되어, 집적회로모듈(7)로부터 방열구(8)로 전달되는 열량이 줄어들게 되며, 그로 인해 집적회로모듈(7)의 내부온도가 상승되며 결과적으로 집적회로모듈(7)이 과열되어 소손되는 문제점이 있었다.However, the heat dissipation device as described above is bulky due to maximizing the area of the heat dissipation opening 8, and thus the size of the product in which the heat dissipation opening 8 is installed is increased, and the limit of the amount of heat diffused into the air and the heat dissipation opening 8 By continuously absorbing heat from the integrated circuit module 6 installed at the lower side of the heat sink, the temperature of the heat dissipation opening 8 is increased, thereby reducing the temperature difference between the integrated circuit module 7 and the heat dissipation opening 8. Since the amount of heat transferred from the module 7 to the heat dissipation port 8 is reduced, the internal temperature of the integrated circuit module 7 is increased, and as a result, the integrated circuit module 7 is overheated and burned out.
또한, 상기 방열구(8)의 상부에 팬을 설치하게 되면 제품의 부피는 오히려 더욱 커지게 되고, 집적회로모듈(7)에서 발생되는 열이 적을 경우에는 팬을 구동하기 위해 공급되는 전력의 낭비를 초래하는 문제점이 있었다.In addition, if the fan is installed on the upper portion of the heat dissipation port 8, the volume of the product becomes larger, and when the heat generated from the integrated circuit module 7 is less, waste of power supplied to drive the fan is eliminated. There was a problem that brought about.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 밀폐된 마이크로채널에 냉각수와 공기를 삽입하고, 상기 냉각수와 공기의 흐름을 자기장에 의해 조절되는 자성유체에 의하여 조절함으로써, 방열장치의 부피를 최소화 하고, 최소한의 전력을 이용하여 집적회로모듈에서 발생되는 열을 효과적으로 제거하기 위한 자성유체를 이용한 마이크로 채널 방열 장치를 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, by inserting a coolant and air in a closed microchannel, by controlling the flow of the coolant and air by a magnetic fluid controlled by a magnetic field, heat radiation The present invention provides a microchannel heat dissipation device using magnetic fluid to minimize the volume of the device and to effectively remove heat generated from the integrated circuit module using a minimum amount of power.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자성유체를 이용한 마이크로 채널 방열 장치는, 자력에 의해 움직임이 제어되는 자성유체와, 집적회로모듈에서 발생되는 열을 흡수하여 집적회로모듈을 냉각하는 냉각수와, 상기 집적회로모듈에서 발생되는 열을 공랭하기 위한 공기가 저장되는 에어탱크와, 상기 에어탱크의 일측과 개방되도록 연결되며 상기 자성유체가 유동하는 유압채널과, 상기 에어탱큐의 다른 일측과 개방되도록 연결되며 상기 냉각수가 유동하는 다수의 마이크로채널 및 상기 냉각수의 유동을 안내하며 다수의 마이크로채널을 구획하는 가이드라인으로 구성되는 것을 특징으로 한다.Micro-channel heat dissipation device using a magnetic fluid according to the present invention for achieving the above object, the magnetic fluid is controlled by the magnetic force, the coolant to absorb the heat generated from the integrated circuit module to cool the integrated circuit module, An air tank in which air for air cooling the heat generated by the integrated circuit module is stored, connected to open with one side of the air tank, and connected to a hydraulic channel through which the magnetic fluid flows, and open with the other side of the air tank And guide the flow of the microchannels through which the coolant flows and the coolant and partition the plurality of microchannels.
이하에서 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 자성유체를 이용한 마이크로 채널 방열 장치에 대한 개념도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 자성유체를 이용한 마이크로 채널 방열 장치의 구동 원리에 대한 개념도로서, 집적회로모듈(7)의 상측에 설치되며 가이드라인(6)에 의해 구획되는 마이크로채널(5)에 냉각수(2)를 삽입하고, 공기가 저장되는 에어탱크(3)의 일측에는 상기 마이크로채널(5)이 개방되도록 연결되며, 상기 에어탱크(3)의 다른 일측에는 자기장에 의해 조절되는 자성유체(1)가 유동하는 유압채널(4)이 개방되도록 연결된다.1 is a conceptual diagram of a microchannel heat dissipation apparatus using a magnetic fluid according to the present invention, and FIGS. 2A and 2B are conceptual views of a driving principle of a microchannel heat dissipation apparatus using a magnetic fluid according to the present invention. The cooling channel 2 is inserted into the microchannel 5 which is installed at the upper side of 7) and is divided by the guideline 6, and the microchannel 5 is opened at one side of the air tank 3 in which air is stored. The other side of the air tank 3 is connected so as to open the hydraulic channel 4 through which the magnetic fluid 1 controlled by the magnetic field flows.
즉, 상기 자성유체(1)가 외부자기장에 의하여 좌우로 유동되면 에어탱크(3) 내부에 저장되어 마이크로채널(5)에 공급되는 공기의 양이 변화되며, 상기 공급되는 공기의 양에 의하여 냉각수(2)가 마이크로채널(5) 내에서 좌우로 유동되도록 한다.That is, when the magnetic fluid 1 flows left and right by an external magnetic field, the amount of air stored in the air tank 3 and supplied to the microchannel 5 is changed, and the coolant is changed by the amount of the supplied air. (2) is allowed to flow left and right in the microchannel (5).
따라서 집적회로모듈(7)의 발열량이 적을 경우에는 마이크로채널(5)에 공기를 공급하여 방열방식을 공랭식으로 하고, 상기 집적회로모듈(7)의 발열량이 많을 경우에는 마이크로채널(5)에 냉각수(2)를 공급하여 방열방식을 수랭식으로 할 수 있어, 마이크로채널(5)의 발열량에 따라 방열방식을 조절할 수 있는 것이다.Therefore, when the amount of heat generated by the integrated circuit module 7 is low, air is supplied to the microchannel 5 to form a heat dissipation method. When the amount of heat generated by the integrated circuit module 7 is high, cooling water is supplied to the microchannel 5. By supplying (2), the heat dissipation method can be made water-cooled, and the heat dissipation method can be adjusted according to the amount of heat generated by the microchannel 5.
상기 자성유체(1)는 액체 속에 자성분말을 콜로이드 모양으로 안정, 분산시킨 다음 침전이나 응집이 생기지 않도록 계면활성제를 첨가한 유체로써, 상기 자성분말은 초미립자 분말이며 초미립자 특유의 브라운운동을 하기 때문에, 외부에서 자기장, 중력, 원심력 등이 가해져도 유체속의 자성입자의 농도는 일정하게 유지되고 자성유체의 특징을 유지하게 된다.The magnetic fluid (1) is a fluid in which the magnetic powder is stabilized and dispersed in a colloidal shape in a liquid, and then a surfactant is added to prevent precipitation or agglomeration. Even if magnetic field, gravity, centrifugal force, etc. are applied from outside, the concentration of magnetic particles in the fluid is kept constant and the characteristics of the magnetic fluid are maintained.
즉, 외부에서 자기장을 형성하여 조절하게 되면, 상기 자기장의 변화에 따라 자성유체(1)가 유압채널(4)내에서 유동하게 되며, 상기 자기장의 형성은 영구자석을 이용할 수도 있으나, 자성유체(1)의 전기적인 제어를 위하여 전자석을 이용할 수도 있으며, 바람직하게는 전기적인 제어와 부피의 최소화를 동시에 만족할 수 있는 피씨비(PCB : Printed Circuit Board)의 패턴을 이용하여 자기장을 형성할 수도 있다.That is, when the external magnetic field is formed and adjusted, the magnetic fluid 1 flows in the hydraulic channel 4 according to the change of the magnetic field, and the magnetic field may be formed using a permanent magnet. Electromagnets may be used for the electrical control of 1). Preferably, the magnetic field may be formed using a pattern of a printed circuit board (PCB) that satisfies both electrical control and volume minimization.
여기서, 상기 피씨비의 패턴을 이용하여 자기장을 형성하는 것은, 공지의 기술로 당업자의 요구에 따라 다양하게 변형가능하며, 특정한 형태로 제한하지 않음은 당연하다.Here, the magnetic field is formed using the pattern of the PC, it is known in the art can be variously modified according to the needs of those skilled in the art, it is natural that it is not limited to a specific form.
또한, 상기와 같이 형성된 자기장에 의해 자성유체(1)를 제어하는 방법도 널리 알려진 공지의 기술임을 명시한다.In addition, the method of controlling the magnetic fluid 1 by the magnetic field formed as described above is also a well-known technique.
상기 에어탱크(3)는 내부에 공기가 저장되며 유압채널(4) 및 마이크로채널(6)과 개방되어 연결되되, 전체적으로 밀폐형으로 구성하여 에어탱크(3)내의 공기 양을 일정하게 유지하여 내부압력의 변화가 발생하지 않도록 한다.The air tank 3 has air stored therein and is connected to the hydraulic channel 4 and the micro channel 6 openly, and is formed in a hermetic shape as a whole to maintain a constant amount of air in the air tank 3 to maintain internal pressure. Do not cause a change.
따라서 집적회로모듈(7)에 전원이 인가되어 구동되며, 그에 따라 집적회로모듈(7)에 열이 발생되기 시작하면, 도 2a에 나타난 바와 같이 자성유체(1)가 유압채널(4)을 따라 좌측으로 이동되며, 그에 따라 유압채널(4) 내부에 있던 공기가 에어탱크(3)로 공급된다.Accordingly, when the integrated circuit module 7 is powered and driven, and thus heat is generated in the integrated circuit module 7, the magnetic fluid 1 follows the hydraulic channel 4 as shown in FIG. 2A. It is moved to the left, so that the air inside the hydraulic channel 4 is supplied to the air tank 3.
상기한 바와 같이 에어탱크(3)는 밀폐되어 있고 내부의 공기압이 일정하게 유지되므로, 유압채널(4)로부터 공급된 공기의 양만큼 마이크로채널(5)로 공급되고, 그에 따라 냉각수(2)가 마이크로채널(5)을 따라 좌측으로 이동하게 되며, 집적회로모듈(7)은 마이크로채널(5)에 공급된 공기에 의하여 공랭식으로 방열하게 된다.As described above, since the air tank 3 is hermetically sealed and the air pressure therein is kept constant, the amount of air supplied from the hydraulic channel 4 is supplied to the microchannel 5 so that the coolant 2 is supplied. The left side is moved along the microchannel 5, and the integrated circuit module 7 is radiated by air cooling by air supplied to the microchannel 5.
상기 마이크로채널(5)에서 발생하는 열량이 많아지게 되면, 마이크로채널(5)에 공급된 공기의 온도도 상승하여 방열이 원활하지 못하게 되므로, 상기 자성유체(1)을 우측으로 이동시켜 마이크로채널(5)에 공급된 공기를 에어탱크(3)로 이동시키면 냉각수(2)가 마이크로채널(5)에 공급되며, 집적회로모듈(7)은 마이크로채널(5)에 공급된 냉각수(2)에 의하여 수랭식으로 방열하게 된다.When the amount of heat generated in the microchannel 5 increases, the temperature of the air supplied to the microchannel 5 also increases, so that heat dissipation is not smooth. Therefore, the magnetic fluid 1 is moved to the right to the microchannel ( When the air supplied to 5) is moved to the air tank 3, the coolant 2 is supplied to the microchannel 5, and the integrated circuit module 7 is provided by the coolant 2 supplied to the microchannel 5. Heat dissipation by water cooling.
이때, 상기 온도가 상승된 공기가 에어탱크(3)로 공급되면 에어탱크(3)의 온도가 상승하게 되는데, 상기 에어탱크(3)의 상부면적을 최대화하여 공기중으로 방열하도록 하여, 마이크로채널(5)로부터 이동된 공기의 온도를 하강시킨다.At this time, when the air whose temperature is raised is supplied to the air tank 3, the temperature of the air tank 3 is increased. The upper surface of the air tank 3 is maximized to radiate the air into the air, and the microchannel ( The temperature of the air moved from 5) is lowered.
이후, 마이크로채널(5)에 공급된 냉각수(2)의 온도가 상승하면, 온도가 하가된 에어탱크(3)의 공기를 다시 마이크로채널(5)로 공급하여, 가열된 냉각수(2)를 방열하며, 상기와 같은 동작을 반복하여 집적회로모둘(7)로부터 발생되는 열을 방열할 수 있다.Then, when the temperature of the coolant 2 supplied to the microchannel 5 rises, the air of the air tank 3 at which the temperature is lowered is supplied to the microchannel 5 again to dissipate the heated coolant 2. In addition, the above operation may be repeated to dissipate heat generated from the integrated circuit module 7.
그리고 상기 마이크로채널(5)을 가이드라인(6)으로 구획함으로써, 에어탱크(3)내의 공기와 냉각수(2)의 교환이 빠르게 진행되도록 하며, 마이크로채널(5)에서 가열된 공기와 냉각수(2)가 저장탱크에서 용이하게 방열할 수 있도록 한다.By partitioning the microchannel 5 into the guideline 6, the exchange of air and the coolant 2 in the air tank 3 proceeds quickly, and the air and the coolant 2 heated in the microchannel 5 are accelerated. Should be easily dissipated from the storage tank.
상기 본 발명은 당업자의 요구에 따라 기본 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.The present invention may be modified in various ways without departing from the basic concept according to the needs of those skilled in the art.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 마이크로채널에 냉각수와 공기를 삽입하고 그 구조를 밀폐형으로 제작하여 반영구적인 사용이 가능하며, 구조가 단순하여 대량생산이 가능하고 부피의 최소화로 다양한 분야에 적용할 수 있으며, 상기 냉각수와 공기의 흐름을 자기장에 의해 조절되는 자성유체에 의하여 조절하여 최소한의 전력으로 집적회로모듈에서 발생되는 열을 제거하도록 하는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, the cooling water and the air are inserted into the microchannel, and the structure thereof is hermetically manufactured to be semi-permanently used. The structure is simple, mass production is possible, and the volume is minimized to be applied to various fields. The cooling water and the flow of air may be controlled by a magnetic fluid controlled by a magnetic field to remove heat generated from an integrated circuit module with minimal power.
도 1은 본 발명에 의한 자성유체를 이용한 마이크로 채널 방열 장치에 대한 개념도.1 is a conceptual diagram of a microchannel heat dissipation device using a magnetic fluid according to the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 자성유체를 이용한 마이크로 채널 방열 장치의 구동 원리에 대한 개념도.2A and 2B are conceptual views illustrating a driving principle of a microchannel heat dissipation device using a magnetic fluid according to the present invention.
도 3은 종래의 방열장치에 대한 분해사시도.Figure 3 is an exploded perspective view of a conventional heat dissipation device.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on main parts of drawing
1 : 자성유체 2 : 냉각수1: magnetic fluid 2: cooling water
3 : 에어탱크 4 : 유압채널3: air tank 4: hydraulic channel
5 : 마이크로채널 6 : 가이드라인5: Microchannel 6: Guidelines
7 : 집적회로모듈7: integrated circuit module
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |