KR101865271B1 - Ultrasonic cooling apparatus including heat sink fin and cooling fan - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 초음파 진동자에서 발생되는 초음파로 대류 열전달 계수를 향상시키는 냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 측면에 따른 냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치는, 냉각 대상에 부착되는 히트싱크의 일면에 구비되는 냉각핀, 상기 냉각핀에 공기 흐름을 제공하는 냉각팬, 및 상기 냉각핀과 설정된 거리로 이격되고 초음파를 발생시켜 음향흐름(acoustic streaming)을 상기 냉각핀에 작용시키는 초음파 진동자를 포함한다.An object of the present invention is to provide an ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined to improve a convective heat transfer coefficient by an ultrasonic wave generated from an ultrasonic vibrator. An ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined according to an aspect of the present invention includes a cooling fin provided on one surface of a heat sink attached to a cooling object, a cooling fan for providing an air flow to the cooling fin, And an ultrasonic transducer spaced apart from the pin by a predetermined distance and generating an ultrasonic wave to cause an acoustic streaming to be applied to the cooling fin.

Description

냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치 {ULTRASONIC COOLING APPARATUS INCLUDING HEAT SINK FIN AND COOLING FAN}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an ultrasonic cooling apparatus,

본 발명은 초음파 진동자의 초음파를 이용한 냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대류 열전달 계수를 향상시키는 냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a cooling apparatus using ultrasonic waves of an ultrasonic vibrator, and more particularly, to an ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined to improve a convective heat transfer coefficient.

대한민국 등록특허 제1522185호에 열전소자와 초음파 진동자를 이용한 냉각 장치가 개시되어 있다. 등록 특허의 냉각 장치는 흡열면과 발열면을 가지는 열전소자, 흡열면에 의해 냉각되면서 생성되는 응축수를 수증기로 상태 변화시키는 초음파 진동자, 발열면을 냉각시키는 가압팬, 및 흡열면에 형성되는 히트싱크핀을 포함한다.Korean Patent No. 1522185 discloses a cooling device using a thermoelectric element and an ultrasonic vibrator. The cooling device includes a thermoelectric element having a heat absorbing surface and a heat generating surface, an ultrasonic vibrator for changing the state of condensed water generated by cooling by the heat absorbing surface to steam, a pressurizing fan for cooling the heat generating surface, Pin.

초음파 진동자는 응축수를 수증기로 변화 생성 및 배출시킨다. 즉 초음파 진동자는 열전소자의 발열면으로부터 응축수를 제거하고, 가압팬 및 히트싱크핀으로 열전소자의 발열면을 냉각시키고 있다. 즉 초음파 진동자는 응축수를 제거할 뿐 발열면의 냉각 성능에 별다른 도움을 주지 못하고 있다.Ultrasonic transducers generate and discharge condensed water into steam. That is, the ultrasonic vibrator removes the condensed water from the heat generating surface of the thermoelectric element, and cools the heat generating surface of the thermoelectric element with the pressurizing fan and the heat sink pin. In other words, the ultrasonic vibrator only removes condensed water and does not contribute much to the cooling performance of the heating surface.

본 발명의 목적은 초음파 진동자에서 발생되는 초음파에 의한 음향흐름(acoustic streaming)으로 대류 열전달 계수를 향상시켜 냉각 효과를 증대시키는 냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined to enhance a cooling effect by enhancing a convective heat transfer coefficient by acoustic streaming by ultrasonic waves generated from an ultrasonic vibrator.

본 발명의 일 측면에 따른 냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치는, 냉각 대상에 부착되는 히트싱크의 일면에 구비되는 냉각핀, 상기 냉각핀에 공기 흐름을 제공하는 냉각팬, 및 상기 냉각핀과 설정된 거리로 이격되고 초음파를 발생시켜 음향흐름(acoustic streaming)을 상기 냉각핀에 작용시키는 초음파 진동자를 포함한다.An ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined according to an aspect of the present invention includes a cooling fin provided on a surface of a heat sink attached to a cooling object, a cooling fan for providing an air flow to the cooling fin, And an ultrasonic transducer spaced apart from the pin by a predetermined distance and generating an ultrasonic wave to cause an acoustic streaming to be applied to the cooling fin.

상기 초음파는 13.3~40kHz의 주파수 범위를 포함할 수 있다.The ultrasonic waves may include a frequency range of 13.3 to 40 kHz.

상기 음향흐름은 상기 냉각핀 주위에서 대류 열전달 계수를 1.2~1.5배 증대시킬 수 있다.The acoustic flow can increase the convective heat transfer coefficient around the cooling fin by 1.2 to 1.5 times.

상기 거리는 8.5~25.5mm 범위를 포함할 수 있다. 상기 초음파는 20kHz이고, 상기 거리는 공진거리 17mm일 수 있다.The distance may include a range of 8.5 to 25.5 mm. The ultrasonic wave may be 20 kHz, and the distance may be a resonance distance of 17 mm.

상기 냉각팬과 상기 초음파 진동자는 상기 냉각핀에 수직 방향으로 향하여 서로 나란하게 배치될 수 있다.The cooling fan and the ultrasonic vibrator may be arranged in parallel to each other in a direction perpendicular to the cooling fin.

상기 냉각팬은 상기 냉각핀에 경사진 각도로 향하고, 상기 초음파 진동자는 상기 냉각핀에 수직 방향으로 향할 수 있다.The cooling fan may be inclined to the cooling fin at an oblique angle, and the ultrasonic vibrator may be oriented perpendicular to the cooling fin.

상기 냉각팬과 상기 초음파 진동자는 상기 냉각핀에 수직 방향으로 향하고, 상기 초음파 진동자는 상기 냉각팬의 회전축의 연장선 상에 설치될 수 있다.The cooling fan and the ultrasonic vibrator may be oriented perpendicularly to the cooling fin, and the ultrasonic vibrator may be installed on an extension of the rotation axis of the cooling fan.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각팬을 구동하여 냉각핀을 대류 작용으로 냉각시키면서 초음파 진동자에서 초음파에 의한 음향흐름을 냉각핀에 작용시키므로 대류 열전달 계수를 더 향상시키는 효과가 있다. 따라서 냉각 대상의 냉각 효율이 더 향상될 수 있다. 초음파 진동자에 의한 냉각 효율 향상은 냉각팬의 구동시간을 줄임으로써 냉각팬의 수명을 연장시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the cooling fan is driven to cool the cooling fin by a convection action, and the acoustic flow by ultrasonic waves is applied to the cooling fin in the ultrasonic vibrator, thereby further improving the convective heat transfer coefficient. Therefore, the cooling efficiency of the object to be cooled can be further improved. The improvement of the cooling efficiency by the ultrasonic vibrator can prolong the life of the cooling fan by reducing the driving time of the cooling fan.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 냉각핀과 초음파 진동자의 거리 관계를 도시한 구성도이다.
도 3은 도 2에서 초음파 진동자에서 발생되는 음향흐름(acoustic streaming)이 냉각핀에 작용하는 상태도이다.
도 4는 냉각핀과 초음파 진동자의 거리 관계에 의한 냉각 성능을 증명하기 위한 실험 장치이다.
도 5는 냉각핀과 초음파 진동자의 거리 변화에 따른 냉각 성능을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치의 구성도이다.1 is a perspective view of an ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a configuration diagram showing a distance relationship between the cooling fin and the ultrasonic vibrator in Fig. 1. Fig.
FIG. 3 is a state diagram in which acoustic streaming generated in the ultrasonic vibrator operates on the cooling fin in FIG.
4 is an experimental apparatus for demonstrating the cooling performance by the distance relationship between the cooling fin and the ultrasonic vibrator.
5 is a graph showing the cooling performance according to the distance change between the cooling fin and the ultrasonic vibrator.
6 is a configuration diagram of an ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined according to a second embodiment of the present invention.
7 is a configuration diagram of an ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined according to a third embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예에 따른 냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치(1)는 냉각 대상(T)에 부착되는 냉각핀(10), 냉각핀(10)에 공기 흐름을 제공하는 냉각팬(20), 및 압전소자(미도시)의 구동에 따라 초음파를 발생시키는 초음파 진동자(30)를 포함한다.1 is a perspective view of an ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined according to a first embodiment of the present invention. 1, an ultrasonic cooling apparatus 1 in which a cooling fin and a cooling fan are combined according to the first embodiment includes a cooling fin 10 attached to a cooling target T, And an ultrasonic vibrator 30 for generating ultrasonic waves in response to driving of a piezoelectric element (not shown).

냉각핀(10)은 히트싱크(11)의 일면에 구비된다. 히트싱크(11)는 냉각 대상(T)의 방열면에 부착되어, 냉각 대상(T)으로부터 전도되는 고온의 열을 냉각핀(10)으로 전도하여 냉각핀(10)에서 대류 작용으로 방열한다. 일례를 들면, 냉각 대상(T)은 중앙처리장치(CPU)와 같은 전자 부품일 수 있다.The cooling fin 10 is provided on one side of the heat sink 11. The heat sink 11 is attached to the heat radiating surface of the cooling object T and conducts heat of high temperature conducted from the cooling object T to the cooling fin 10 to radiate heat in the cooling fin 10 in a convection action. For example, the cooling object T may be an electronic component such as a central processing unit (CPU).

냉각팬(20)은 구동되어 냉각핀(10)에 공기 흐름을 제공하여, 대류 작용으로 냉각핀(10)의 열을 공기 중으로 방열하게 한다. 따라서 냉각팬(20)은 냉각핀(10)에 대하여, 설정된 간격과 각도로 설치되어 냉각핀(10)의 표면에 공기 흐름을 형성한다.The cooling fan 20 is driven to provide an air flow to the cooling fin 10, which conveys the heat of the cooling fin 10 into the air in a convection action. Therefore, the cooling fan 20 is installed at an interval and an angle with respect to the cooling fin 10 to form an air flow on the surface of the cooling fin 10.

도 2는 도 1에서 냉각핀과 초음파 진동자의 거리 관계를 도시한 구성도이고, 도 3은 도 2에서 초음파 진동자에서 발생되는 음향흐름(acoustic streaming)이 냉각핀에 작용하는 상태도이다.FIG. 2 is a view showing a distance relationship between a cooling fin and an ultrasonic vibrator in FIG. 1, and FIG. 3 is a state diagram in which an acoustic streaming generated in the ultrasonic vibrator acts on a cooling fin in FIG.

도 2 및 도 3을 참조하면, 초음파 진동자(30)는 냉각핀(10)의 전도 작용에 의한 방열 작용과 냉각팬(20)의 공기 흐름에 의한 대류 작용에 의한 방열 작용에 더하여, 냉각핀(10)을 대류 작용으로 방열시킨다.2 and 3, the ultrasonic transducer 30 includes a cooling fin 10 and a cooling fan 20 in addition to the heat radiating function by the conduction action of the cooling fin 10 and the heat radiating function by the convection action by the air flow of the cooling fan 20 10) with a convection action.

즉 초음파 진동자(30)는 압전소자에서 초음파를 발생시켜 가이드로 안내하여 음향흐름(acoustic streaming)(AS)을 형성한다. 따라서 초음파 진동자(30)는 음향흐름(acoustic streaming)(AS)에 의한 대류 방열 작용을 냉각팬(20)에 의한 대류 방열 작용에 더한다. 따라서 냉각핀(10)은 2가지의 대류 방열 작용으로 냉각된다.That is, the ultrasonic transducer 30 generates ultrasonic waves from the piezoelectric elements and guides them to the guide to form an acoustic streaming AS. Therefore, the ultrasonic vibrator 30 adds the convection heat radiation effect by the acoustic streaming AS to the convection heat radiation effect by the cooling fan 20. Accordingly, the cooling fin 10 is cooled by two convection heat radiation functions.

음향흐름(AS)은 초음파 진동자(30)의 중심에서 빽빽한 음향흐름 구조를 형성하여 냉각핀(10)에 이르고, 냉각핀(10)에 작용한 후 초음파 진동자(30)의 외곽에서 성긴 음향흐름 구조로 돌아온다. 이러한 음향흐름(AS)은 냉각핀(10) 주위의 대류 열전달 계수를 증대시킨다.The acoustic flow AS forms a dense acoustic flow structure at the center of the ultrasonic transducer 30 to reach the cooling fin 10 and acts on the cooling fins 10 to form a coarse acoustic flow structure at the periphery of the ultrasonic transducer 30. [ . This acoustic flow AS increases the convective heat transfer coefficient around the cooling fin 10. [

이를 위하여, 초음파 진동자(30)는 냉각핀(10)과 설정된 거리(D)로 이격된다. 즉 거리(D)는 서로 마주하는 초음파 진동자(30)의 단부와 냉각핀(10)의 단부 사이에 설정된다.For this purpose, the ultrasonic transducer 30 is spaced apart from the cooling fin 10 by a predetermined distance D. The distance D is set between the end of the ultrasonic vibrator 30 facing each other and the end of the cooling fin 10. [

초음파 진동자(30)에서 발생되는 초음파에 의한 음향흐름(AS)는 거리(D) 내에서 열전달 계수를 증대시켜, 냉각핀(10)이 대류 작용에 의하여 방열되는 작용을 돕는다. 거리(D)는 공진거리로 설정되며, 초음파 파장의 정수배로 설정되므로 음향흐름(AS)을 효과적으로 형성할 수 있다.The acoustic flow AS generated by the ultrasonic waves generated in the ultrasonic transducer 30 increases the heat transfer coefficient within the distance D and helps the cooling fin 10 to be radiated by the convection action. The distance D is set to a resonance distance and is set to an integer multiple of the ultrasonic wave wavelength, so that the acoustic flow AS can be effectively formed.

예를 들면, 음향흐름(AS)은 대류 열전달 계수를 1.2~1.5배 정도 향상시켜 준다. 따라서 냉각핀(10)은 냉각팬(20)에 의한 주위의 대류 작용과 이에 1.2~1.5배 더해지는 음향흐름AS)에 의하여 증대된 대류 열전달 계수의 대류 작용에 의하여, 효과적으로 방열될 수 있다.For example, the acoustic flow (AS) improves the convective heat transfer coefficient by 1.2 to 1.5 times. Thus, the cooling fins 10 can be effectively dissipated by the convection action of the increased convection heat transfer coefficient by the surrounding convection action by the cooling fan 20 and the acoustic flow AS which is added 1.2 to 1.5 times.

또한 초음파 진동자(30)에 의하여 발생되는 초음파는 13.3~40kHz의 주파수 범위를 포함한다. 또한 초음파 진동자(30)의 거리(D)는 8.5 ~ 25.5mm 범위 내에서 가변될 수 있다. 일례로써, 초음파 진동자(30)의 초음파가 20kHz인 경우, 거리(D)는 공진거리인 17mm일 수 있다.The ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducer 30 include a frequency range of 13.3 to 40 kHz. Further, the distance D of the ultrasonic transducer 30 can be varied within a range of 8.5 to 25.5 mm. For example, when the ultrasonic wave of the ultrasonic vibrator 30 is 20 kHz, the distance D may be 17 mm, which is the resonance distance.

다시 도 1을 참조하면, 냉각팬(20)과 초음파 진동자(30)는 냉각핀(10)에 수직 방향으로 향하여 서로 나란하게 배치된다. 따라서 냉각핀(10)은 냉각팬(20)에 의하여 공급되는 공기 흐름에 의한 대류 작용과, 초음파 진동자(30)에 의하여 공급되는 음향흐름(AS)에 의한 대류 작용에 의하여 방열된다.Referring again to FIG. 1, the cooling fan 20 and the ultrasonic transducer 30 are arranged in parallel to each other in a direction perpendicular to the cooling fin 10. Therefore, the cooling fin 10 is dissipated by the convection action by the air flow supplied by the cooling fan 20 and by the convection action by the acoustic flow AS supplied by the ultrasonic vibrator 30.

냉각핀(10)은 일측에서 냉각팬(20)의 대류 작용에 더 크게 영향을 받고, 다른 측에서 초음파 진동자(30)의 음향흐름(AS)의 대류 작용에 더 크게 영향을 받아서 방열될 수 있다. 즉 냉각핀(10)은 냉각팬(20)과 초음파 진동자(30)의 위치에 따른 방열 편차를 가질 수 있다.The cooling fins 10 are more affected by the convection action of the cooling fan 20 at one side and can be more effectively affected by the convection action of the acoustic flow AS of the ultrasonic vibrator 30 at the other side . That is, the cooling fin 10 may have a heat dissipation deviation depending on the position of the cooling fan 20 and the ultrasonic vibrator 30.

도 4는 냉각핀과 초음파 진동자의 거리 관계에 의한 냉각 성능을 증명하기 위한 실험 장치이고, 도 5는 냉각핀과 초음파 진동자의 거리 변화에 따른 냉각 성능을 도시한 그래프이다.FIG. 4 is an experimental apparatus for demonstrating the cooling performance by the distance relation between the cooling fin and the ultrasonic vibrator, and FIG. 5 is a graph showing the cooling performance according to the distance change between the cooling fin and the ultrasonic vibrator.

도 4 및 도 5를 참조하면, 냉각 성능 실험 장치는 전원에 연결되는 히터(41)를 배치하고, 히터(41)의 일면에 초음파 진동자(30)를 대향하여 설치하며, 초음파 진동자(30)의 반대측에서 히터(41)에 데이터 수집부(42)를 구비한다.4 and 5, a cooling performance test apparatus includes a heater 41 connected to a power source, an ultrasonic transducer 30 disposed on a surface of a heater 41, And the data collector 42 is provided on the heater 41 on the opposite side.

냉각 성능 실험 장치는 히터(41)와 초음파 진동자(30) 사이의 거리(D)를 변화시키면서, 초음파에 의하여 음향흐름(AS)이 형성되는 경우, 데이터 수집부(42)를 통하여 획득되는 경과시간 및 온도와 같은 테이터들로부터 히터(41)의 냉각 효과를 확인할 수 있게 한다.The cooling performance test apparatus can measure the elapsed time obtained through the data collecting section 42 when the acoustic flow AS is formed by ultrasonic waves while changing the distance D between the heater 41 and the ultrasonic transducer 30 And the cooling effect of the heater 41 from data such as temperature.

실험예로써, 초음파 진동자(30)가 20 kHz급 초음파를 발생하여 공기 중에서 대류 현상을 도와줄 때, 히터(41)의 냉각 효과가 향상된다. 이때, 온도 변이 곡선(L1, L2, L3)은 거리(D)가 8.5mm, 17mm 및 25.5mm 일 때, 160℃에서, 경과 시간이 4600, 4500, 3600초 이후에 119, 115, 117℃ 정도로 각각 냉각되는 것을 나타내고 있다.As an experimental example, when the ultrasonic vibrator 30 generates ultrasonic waves of 20 kHz level to help convection in the air, the cooling effect of the heater 41 is improved. At this time, when the distance D is 8.5 mm, 17 mm and 25.5 mm, the temperature variation curves L1, L2 and L3 show the elapsed times at 160 ° C, 4600, 4500 and 3600 seconds after, 119, Respectively.

온도 변이 곡선(L2)에 나타나는 바와 같이, 거리(D)가 공진거리인 17mm 일 때, 가장 큰 약 45℃의 냉각 효과가 나타났다. 즉 20kHz의 초음파에서는 거리(D)가 공진거리 17mm인 경우, 대류 열전달 계수를 가장 크게 향상시키는 것을 알 수 있다.As shown in the temperature variation curve (L2), when the distance (D) is the resonance distance of 17 mm, the cooling effect of about 45 캜 is the largest. That is, in the ultrasonic wave of 20 kHz, the convection heat transfer coefficient is maximally improved when the distance D is equal to the resonance distance of 17 mm.

온도 변이 곡선(L4)은 거리(D)가 34mm로 공진거리 17mm보다 큰 경우, 냉각 효과가 45℃보다 더 작다는 것을 보여준다. 즉 온도 변이 곡선(L4)는 160℃에서 138℃로 약 22℃정도 냉각된 것을 보여준다.The temperature variation curve L4 shows that the cooling effect is smaller than 45 DEG C when the distance D is 34 mm and the resonance distance is larger than 17 mm. That is, the temperature variation curve (L4) shows that the temperature was cooled from 160 占 폚 to 138 占 폚 by about 22 占 폚.

온도 변이 곡선(L1)은 거리(D)가 8.5mm로 공진거리 17mm보다 작은 경우, 냉각 효과가 45℃보다 더 작다는 것을 보여준다. 즉 온도 변이 곡선(L1)는 160℃에서 119℃로 약 41℃정도 냉각된 것을 보여준다.The temperature variation curve L1 shows that when the distance D is 8.5 mm and the resonance distance is less than 17 mm, the cooling effect is smaller than 45 ° C. That is, the temperature variation curve (L1) shows that it is cooled to about 41 ° C from 160 ° C to 119 ° C.

온도 변이 곡선(L3)은 거리(D)가 25.5mm로 공진거리 17mm보다 큰 경우, 냉각 효과가 45℃보다 더 작다는 것을 보여준다. 즉 온도 변이 곡선(L3)은 160℃에서 118℃로 약 42℃정도 냉각된 것을 보여준다.The temperature variation curve L3 shows that the cooling effect is smaller than 45 DEG C when the distance D is 25.5 mm and the resonance distance is larger than 17 mm. That is, the temperature variation curve (L3) shows that the temperature was cooled from 160 占 폚 to 118 占 폚 to about 42 占 폚.

즉 온도 변이 곡선(L1, L2, L3, L4)은 초음파 진동자(30)의 초음파에 의한 음향흐름(AS)에 의한 냉각 효과 증가를 위하여, 적절한 공진(D), 즉 공진거리가 필요하다는 것을 보여준다. That is, the temperature variation curves L1, L2, L3 and L4 show that a proper resonance D, that is, a resonance distance is required for increasing the cooling effect by the acoustic flow AS by the ultrasonic waves of the ultrasonic vibrator 30 .

또한 온도 변이 곡선(L5)는 초음파 진동자(30)가 구동되지 않아 초음파가 작용하지 않은 상태에서 공기 대류 작용만으로 히터(41)를 냉각하는 것을 보여준다. 즉 온도 변이 곡선(L5)을 온도 변이 곡선(L1, L2, L3, L4)와 비교할 때, 초음파 진동자(30)에 의한 음향흐름(AS)에 의한 냉각 효과가 확인된다.Also, the temperature variation curve L5 shows that the ultrasonic vibrator 30 is not driven, and the heater 41 is cooled only by air convection in a state in which ultrasonic waves are not applied. That is, when the temperature variation curve L5 is compared with the temperature variation curves L1, L2, L3 and L4, the cooling effect by the acoustic flow AS by the ultrasonic vibrator 30 is confirmed.

이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 제1실시예 및 기 설명된 실시예와 비교하여 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described. The description of the same configuration as that of the first embodiment and the previously described embodiments will be omitted and different configurations will be described.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치의 구성도이다. 도 6을 참조하면, 초음파 냉각 장치(2)에서, 냉각팬(220)은 냉각핀(10)에 경사진 각도(θ)로 향하여 배치되고, 초음파 진동자(30)는 냉각핀(10)에 수직 방향으로 향하여 배치된다.6 is a configuration diagram of an ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined according to a second embodiment of the present invention. 6, the cooling fan 220 is disposed at an inclined angle? To the cooling fin 10, and the ultrasonic vibrator 30 is perpendicular to the cooling fin 10 Direction.

따라서 냉각핀(10)은 냉각팬(220)에 의한 대류 작용에 의하여 방열 작용하고, 초음파 진동자(30)의 초음파로 발생되는 음향흐름(AS)에 의한 대류 열전달 계수의 향상에 의하여 추가 방열 작용한다.Accordingly, the cooling fin 10 dissipates heat by the convection action of the cooling fan 220 and further heat-dissipates by improving the convective heat transfer coefficient by the acoustic flow AS generated by the ultrasonic wave of the ultrasonic vibrator 30 .

초음파 진동자(30)가 냉각핀(10)의 중앙에서 수직 방향으로 향하여 배치되어 거리(D)를 공진거리로 유지하므로 냉각핀(10)의 전체 영역에 대하여 균일한 음향흐름(AS)을 작용시킬 수 있다.Since the ultrasonic transducer 30 is disposed in the vertical direction at the center of the cooling fin 10 and maintains the distance D at the resonance distance so as to apply a uniform acoustic flow AS to the entire area of the cooling fin 10 .

따라서 음향흐름(AS)에 의한 대류 열전달 계수의 향상은 제1실시예에 비하여, 냉각핀(10)의 전체 영역에서 균일하게 구현될 수 있다. 즉 도시하지 않았으나 복수의 냉각팬(220)에 의한 대류 작용의 방열 작용이 균일한 경우, 음향흐름(AS)에 의하여 추가로 형성되는 방열 작용이 또한 균일하게 되므로 냉각 대상(T)의 대류 냉각이 균일하게 될 수 있다.The improvement of the convective heat transfer coefficient by the acoustic flow AS can be uniformly realized in the entire region of the cooling fin 10 as compared with the first embodiment. That is, when the heat radiating action of the convection action by the plurality of cooling fans 220 is uniform, the heat radiating action further formed by the acoustic flow AS becomes uniform, so that the convection cooling of the cooling object T Can be made uniform.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치의 구성도이다. 도 7을 참조하면, 초음파 냉각 장치(3)에서, 냉각팬(320)과 초음파 진동자(30)는 냉각핀(10)에 수직 방향으로 향하여 배치된다. 또한 초음파 진동자(30)는 냉각팬(320)의 회전축(331)의 연장선 상에 설치된다.7 is a configuration diagram of an ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, in the ultrasonic cooling apparatus 3, the cooling fan 320 and the ultrasonic vibrator 30 are arranged in a direction perpendicular to the cooling fin 10. Further, the ultrasonic transducer 30 is installed on an extension of the rotation axis 331 of the cooling fan 320.

따라서 냉각핀(10)은 냉각팬(320)에 의한 대류 작용에 의하여 방열 작용하고, 초음파 진동자(30)의 초음파로 발생되는 음향흐름(AS)에 의한 대류 열전달 계수의 향상에 의하여 추가 방열 작용한다.Accordingly, the cooling fin 10 dissipates heat by the convection action of the cooling fan 320 and further heat-dissipates by improving the convective heat transfer coefficient by the acoustic flow AS generated by the ultrasonic wave of the ultrasonic vibrator 30 .

냉각팬(320)이 냉각핀(10)에 수직 방향으로 향하여 배치되므로 냉각팬(320)에서 발생되는 공기 흐름은 냉각핀(10)에 균일하게 작용한다. 초음파 진동자(30)가 냉각팬(320)의 회전축(321)의 연장선 상에 설치되어 거리(D)를 공진거리로 유지하므로 냉각핀(10)의 전체 영역에 대하여 균일한 음향흐름(AS)을 작용시킬 수 있다.Since the cooling fan 320 is disposed in the vertical direction to the cooling fin 10, the air flow generated by the cooling fan 320 uniformly acts on the cooling fin 10. [ The ultrasonic vibrator 30 is installed on the extension line of the rotation axis 321 of the cooling fan 320 to keep the distance D at the resonance distance so that a uniform acoustic flow AS is applied to the entire area of the cooling fin 10 .

따라서 음향흐름(AS)에 의한 대류 열전달 계수의 향상은 냉각핀(10)의 전체 영역에서 균일하게 구현될 수 있다. 즉 하나의 냉각팬(320)에 의한 대류 작용의 방열 작용이 균일하고, 음향흐름(AS)에 의하여 추가로 형성되는 방열 작용이 또한 균일하게 되므로 냉각 대상(T)의 대류 냉각이 더욱 균일하게 될 수 있다.The improvement of the convection heat transfer coefficient by the acoustic flow AS can be uniformly realized in the entire region of the cooling fin 10. [ That is, since the heat radiating action of the convection action by one cooling fan 320 is uniform and the heat radiating action further formed by the acoustic flow AS is made uniform, the convection cooling of the cooling object T becomes more uniform .

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. And it goes without saying that they belong to the scope of the present invention.

1, 2, 3: 냉각 장치 10: 냉각핀
11: 히트싱크 20, 220, 320: 냉각팬
30: 초음파 진동자 41: 히터
42: 데이터 수집부 321: 회전축
AS: 음향흐름(acoustic streaming) D: 거리
L1, L2, L3, L4, L5: 온도 변이 곡선 T: 냉각 대상
θ: 각도1, 2, 3: cooling device 10: cooling pin
11: Heatsink 20, 220, 320: Cooling fan
30: ultrasonic vibrator 41: heater
42: Data collecting unit 321:
AS: acoustic streaming D: distance
L1, L2, L3, L4, L5: Temperature variation curve T: Cooling object
θ: angle

Claims (8)

냉각 대상에 부착되는 히트싱크의 일면에 구비되는 냉각핀;
상기 냉각핀에 공기 흐름을 제공하는 냉각팬; 및
상기 냉각핀과 설정된 거리로 이격되고 초음파를 발생시켜 음향흐름(acoustic streaming)을 상기 냉각핀에 작용시키는 초음파 진동자
를 포함하며,
상기 음향흐름은
상기 초음파 진동자의 중심에서 빽빽한 구조를 형성하여 상기 냉각핀에 이르고, 상기 냉각핀에 작용한 후 상기 초음파 진동자의 외곽에서 성긴 구조로 돌아오고,
상기 초음파 진동자는
상기 냉각핀과 설정된 거리로 이격되고,
상기 거리는
공진거리로 설정되는 냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치.
A cooling fin provided on one surface of a heat sink attached to a cooling object;
A cooling fan for providing air flow to the cooling fin; And
An ultrasonic transducer spaced apart from the cooling fin by a predetermined distance and generating ultrasonic waves to apply acoustic streaming to the cooling fin,
/ RTI >
The acoustic flow
The ultrasonic vibrator is formed with a dense structure at the center of the ultrasonic vibrator to reach the cooling fin and return to the coarse structure at the outer periphery of the ultrasonic vibrator after acting on the cooling fin,
The ultrasonic transducer
Spaced a predetermined distance from the cooling fin,
The distance
An ultrasonic cooling apparatus comprising a cooling fan and a cooling fan, the cooling fan being set at a resonance distance.
제1항에 있어서,
상기 초음파는
13.3~40kHz의 주파수 범위를 포함하는
냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치.
The method according to claim 1,
The ultrasonic waves
Including the frequency range of 13.3-40 kHz
An ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined.
제1항에 있어서,
상기 음향흐름은
상기 냉각핀 주위에서 대류 열전달 계수를 1.2~1.5배 증대시키는
냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치.
The method according to claim 1,
The acoustic flow
Increasing the convective heat transfer coefficient around the cooling fin by 1.2 to 1.5 times
An ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined.
제1항에 있어서,
상기 거리는 8.5~25.5mm 범위를 포함하는
냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치.
The method according to claim 1,
The distance may range from 8.5 to 25.5 mm
An ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined.
제4항에 있어서,
상기 초음파는 20kHz이고,
상기 거리는 공진거리 17mm인
냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치.
5. The method of claim 4,
The ultrasonic wave is 20 kHz,
The distance is set to a resonance distance of 17 mm
An ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined.
제1항에 있어서,
상기 냉각팬과 상기 초음파 진동자는
상기 냉각핀에 수직 방향으로 향하여 서로 나란하게 배치되는
냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치.
The method according to claim 1,
The cooling fan and the ultrasonic vibrator
And are arranged parallel to each other in a direction perpendicular to the cooling fins
An ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined.
제1항에 있어서,
상기 냉각팬은 상기 냉각핀에 경사진 각도로 향하고,
상기 초음파 진동자는 상기 냉각핀에 수직 방향으로 향하는
냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the cooling fan is inclined at an angle to the cooling fin,
Wherein the ultrasonic vibrator is arranged in a direction perpendicular to the cooling fin
An ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined.
제1항에 있어서,
상기 냉각팬과 상기 초음파 진동자는 상기 냉각핀에 수직 방향으로 향하고,
상기 초음파 진동자는 상기 냉각팬의 회전축의 연장선 상에 설치되는
냉각핀과 냉각팬을 조합한 초음파 냉각 장치.The method according to claim 1,
Wherein the cooling fan and the ultrasonic vibrator are oriented in a direction perpendicular to the cooling fin,
The ultrasonic transducer is installed on an extension of the rotation axis of the cooling fan
An ultrasonic cooling apparatus in which a cooling fin and a cooling fan are combined.
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