KR101932702B1 - Module type ultrasonic waves refrigerator - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 유지 및 보수 비용을 줄이는 모듈형 초음파 냉각 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 초음파 냉각 장치는, 진동하는 작동 유체의 파동에너지를 이동시키는 채널들을 구비하는 스택, 상기 스택의 양측에 제1공진부와 제2공진부를 각각 형성하여 배치되는 제1파동 가이드 플레이트와 제2파동 가이드 플레이트, 및 상기 제1파동 가이드 플레이트와 상기 제2파동 가이드 플레이트 중 하나에 구비되어 초음파를 발생시키는 압전소자를 포함하며, 복수로 구비되어 냉각 대상에 저온부로 연결되는 단위 모듈들, 상기 단위 모듈들의 측방에 결합되어 상기 단위 모듈들을 지지하는 프레임, 및 상기 단위 모듈들의 고온부에 연결되는 히트 싱크를 포함한다.It is an object of the present invention to provide a modular ultrasonic cooling apparatus which reduces maintenance and repair costs. A modular ultrasonic cooling apparatus according to an embodiment of the present invention includes a stack having channels for moving wave energy of a vibrating working fluid and a first resonator and a second resonator formed on both sides of the stack, A first wave guide plate, a second wave guide plate, and a piezoelectric element provided in one of the first wave guide plate and the second wave guide plate to generate ultrasonic waves, And a heat sink coupled to the high temperature part of the unit modules.

Description

모듈형 초음파 냉각 장치 {MODULE TYPE ULTRASONIC WAVES REFRIGERATOR}[0001] MODULE TYPE ULTRASONIC WAVES REFRIGERATOR [0002]

본 발명은 모듈형 초음파 냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고주파수(f) 및 단파장(λ)의 초음파를 이용하는 모듈형 초음파 냉각 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a modular ultrasonic cooling apparatus, and more particularly, to a modular ultrasonic cooling apparatus using ultrasonic waves of a high frequency (f) and a short wavelength (?).

냉각기술은 일상생활의 가정이나 자동차에 널리 쓰이는 유용한 기술 분야이며, 다양한 온도 범위에 맞는 여러 가지 냉각기술들이 제안되어 사용되고 있다.Cooling technology is a useful technique widely used in everyday households and automobiles, and various cooling techniques are being proposed and used in various temperature ranges.

일반적으로 압축기를 사용하는 냉각기술이 널리 사용되고 있다. 압축기를 사용하는 냉각 사이클은 증발기에서 냉매가 증발하면서 잠열을 빼앗아 가는 원리를 이용하여 열원의 열을 식혀주고, 응축기에서 냉매가 응축되면서 열을 방출하는 원리로 작동한다.Generally, cooling techniques using compressors are widely used. The refrigeration cycle using the compressor operates by the principle that the heat of the heat source is cooled by the principle that the evaporator evaporates the latent heat while evaporating the refrigerant, and the refrigerant condenses in the condenser and releases heat.

이때, 필요한 작동 유체가 냉매이며, 현재 주로 사용되는 것은 R-12, R-22 등이 있는데, 여기서 R-12는 R-134a로 대체되고 있다. 그러나 이러한 냉매들은 오존층을 파괴하고, 지구온난화 등의 기후변화의 원인을 제공한다.At this time, the necessary working fluid is a refrigerant, and there are R-12, R-22 and the like which are mainly used at present, where R-12 is replaced with R-134a. However, these refrigerants destroy the ozone layer and provide the cause of climate change, such as global warming.

열음향 냉동 및 냉각 기술은 소리의 에너지 또는 열로부터 발생한 소리의 에너지로부터 공기의 압축과 팽창의 과정을 거치면서 온도 구배를 얻어 내어 냉동 및 냉각을 구현한다.Thermoacoustic refrigeration and cooling techniques achieve a temperature gradient through the compression and expansion of air from the energy of sound or the energy of sound generated from heat to achieve refrigeration and cooling.

기존의 냉각 기술은 대부분 압축기를 이용하여 냉매의 압축과 팽창의 과정을 거쳐 냉각을 하게 된다. 따라서 움직이는 부품이 있고, 이로 인하여 베어링 등의 수명이 있으므로 일정기간이 지나면 유지 보수가 필요하다. Most of the conventional cooling technology uses a compressor to cool the refrigerant through compression and expansion processes. Therefore, there is a moving part, and as a result, bearings and the like have a service life, and maintenance is required after a certain period of time.

반면, 열음향 냉동 기술은 음파를 발생시키는 장치, 음파를 통해 공명을 일으키는 공진부, 작동 유체가 진동하는 스택과 채널 및 열교환기 등으로 구성되어 있다.On the other hand, thermoacoustic refrigeration technology consists of a device that generates sound waves, a resonant part that resonates through sound waves, a stack in which the working fluid vibrates, a channel, and a heat exchanger.

음파 발생 장치의 미세한 떨림 이외에는 움직이는 부품이 없으므로 수명이 반영구적이다. 그러므로 열음향 냉동 기술은 높은 내구성이 요구되는 우주용이나, 워크스테이션 등의 전자부품 냉각에 활용될 수 있다. 또한 근래에 제안되어 연구되고 있는 파동 냉각 기술 들은 냉매 대신 작동 유체로 Ar이나 N2로 대체가 가능하므로, 환경오염의 가능성을 줄이는 장점이 있다.Since there are no moving parts other than the minute tremble of the sound wave generator, the service life is semi-permanent. Therefore, thermoacoustic refrigeration technology can be used to cool electronic components such as space, workstations, etc., which require high durability. In addition, the wave cooling technologies that have been proposed and studied recently have the advantage of reducing the possibility of environmental pollution because they can be replaced by Ar or N 2 as a working fluid instead of a refrigerant.

일례를 들면, 일본특허 제4,046,686호(2007. 11. 30. 등록)는 고주파 열음향 냉각기를 개시하고 있다. 고주파 열음향 냉각기는 비교적 작은 사이즈로 형성되며, 하나 또는 복수의 압전 구동자를 이용하여 대체로 4000Hz와 초음파 주파수 사이의 주파수로 공진자 내에 고주파 음향을 발생시키도록 구성된다.For example, Japanese Patent No. 4,046,686 (Registered on November 30, 2007) discloses a high-frequency thermoacoustic cooler. The high frequency thermoacoustic cooler is formed in a relatively small size and is configured to generate high frequency sound within the resonator at a frequency between approximately 4000 Hz and ultrasonic frequency using one or more piezoelectric drivers.

고주파음과 스택의 상호 작용에 의하여 스택의 양단에 온도 경사가 형성된다. 온도 경사는 스택의 양측에 배치된 한 쌍의 열교환기를 통해서 전달된다. 스택은 연속 기포 재료로 구성되어, 축방향, 방사 방향 및 방위각 방향의 공진 모드를 가능하게 한다.Temperature gradients are formed at both ends of the stack due to the interaction of the high frequency sound and the stack. Temperature gradients are delivered through a pair of heat exchangers disposed on both sides of the stack. The stack is composed of an open cell material, enabling resonant modes in the axial, radial and azimuth directions.

초음파 냉각 장치는 주파수(f)를 높이고 파장(λ)을 낮추어, 공명기 길이를 짧고 스택의 두께를 작게 하는 경우, 냉각 효율을 높일 수 있다. 그러나 상기의 고주파 열음향 냉각기는 스택을 연속 기포 재료로 형성하므로 스택의 두께를 작게 하는데 한계를 가지므로 냉각 효율의 향상에서 한계를 가진다.The ultrasonic cooling apparatus can increase the cooling efficiency by increasing the frequency (f) and lowering the wavelength (?), Shortening the resonator length and reducing the thickness of the stack. However, since the high-frequency thermoacoustic cooler is formed of a continuous bubble material, there is a limitation in improving the cooling efficiency because the thickness of the stack is limited.

또한, 초음파 냉각 장치는 설정된 용량 및 크기를 가지고 하나의 냉각 대상에 설치된다. 따라서 초음파 냉각 장치의 크기가 커지고, 초음파 냉각 장치를 유지하는 유지 및 보수 비용이 증대된다.Further, the ultrasonic cooling apparatus is installed in one cooling object with a set capacity and size. Therefore, the size of the ultrasonic cooling apparatus is increased, and maintenance and repair costs for maintaining the ultrasonic cooling apparatus are increased.

본 발명의 목적은 유지 및 보수 비용을 줄이는 모듈형 초음파 냉각 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a modular ultrasonic cooling apparatus which reduces maintenance and repair costs.

본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 초음파 냉각 장치는, 진동하는 작동 유체의 파동에너지를 이동시키는 채널들을 구비하는 스택, 상기 스택의 양측에 제1공진부와 제2공진부를 각각 형성하여 배치되는 제1파동 가이드 플레이트와 제2파동 가이드 플레이트, 및 상기 제1파동 가이드 플레이트와 상기 제2파동 가이드 플레이트 중 하나에 구비되어 초음파를 발생시키는 압전소자를 포함하며, 복수로 구비되어 냉각 대상에 저온부로 연결되는 단위 모듈들, 상기 단위 모듈들의 측방에 결합되어 상기 단위 모듈들을 지지하는 프레임, 및 상기 단위 모듈들의 고온부에 연결되는 히트 싱크를 포함한다.A modular ultrasonic cooling apparatus according to an embodiment of the present invention includes a stack having channels for moving wave energy of a vibrating working fluid and a first resonator and a second resonator formed on both sides of the stack, A first wave guide plate, a second wave guide plate, and a piezoelectric element provided in one of the first wave guide plate and the second wave guide plate to generate ultrasonic waves, And a heat sink coupled to the high temperature part of the unit modules.

상기 프레임은, 상기 단위 모듈의 측방 외곽에 대응하는 설치구를 복수로 구비할 수 있다.The frame may include a plurality of mounting holes corresponding to the lateral outline of the unit module.

상기 압전소자는 상기 제1파동 가이드 플레이트에 부착되며, 상기 스택은 상기 제1공진부 측에 상기 저온부를 형성하고, 상기 제2공진부 측에 상기 고온부를 형성할 수 있다.The piezoelectric element is attached to the first wave guide plate, and the stack can form the low temperature section on the first resonance section side and the high temperature section on the second resonance section side.

상기 단위 모듈들은 상기 제1파동 가이드 플레이트로 상기 냉각 대상에 직접 연결되고, 상기 제2파동 가이드 플레이트로 상기 히트 싱크에 직접 연결될 수 있다.The unit modules may be directly connected to the cooling object with the first wave guide plate, and may be directly connected to the heat sink with the second wave guide plate.

상기 압전소자에서 상기 제1공진부 및 상기 스택를 경유하여 상기 제2공진부 끝에 이르는 공명기 길이(L)는 20~40kHz 초음파 파장의 λ/4로 설정될 수 있다.The resonator length L from the piezoelectric element to the end of the second resonator through the first resonator and the stack may be set to lambda / 4 of 20 to 40 kHz ultrasonic wavelength.

상기 스택은 실리콘 웨이퍼로 형성될 수 있다.The stack may be formed of a silicon wafer.

상기 단위 모듈들은 상기 제1파동 가이드 플레이트에 제1히트 파이프로 상기 냉각 대상에 연결되고, 상기 제2파동 가이드 플레이트에 제2히트 파이프로 상기 히트 싱크에 연결될 수 있다.The unit modules may be connected to the cooling object by a first heat pipe on the first wave guide plate and may be connected to the heat sink by a second heat pipe on the second wave guide plate.

상기 냉각 대상은 일면에 제1히트 스프레더를 구비하여 상기 제1히트 파이프에 연결될 수 있다.The cooling object may include a first heat spreader on one surface thereof and may be connected to the first heat pipe.

상기 히트 싱크는 일면에 제2히트 스프레더를 구비하여 상기 제2히트 파이프에 연결될 수 있다.The heat sink may include a second heat spreader on one surface thereof and may be connected to the second heat pipe.

이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 복수의 단위 모듈들을 프레임으로 지지하며, 단위 모듈들의 저온부를 냉각 대상에 연결하고, 고온부를 히트 싱크에 연결하여 냉각 대상을 냉각하므로 단위 모듈을 별도로 수리 및 교체할 수 있게 한다. 따라서 모듈형 초음파 냉각 장치의 유지 및 보수 비용이 줄어들 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, a plurality of unit modules are supported by a frame, a low temperature portion of the unit modules is connected to a cooling object, and a high temperature portion is connected to a heat sink to cool the cooling object. I can do it. Therefore, maintenance and repair costs of the modular ultrasonic cooling apparatus can be reduced.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 모듈형 초음파 냉각 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따른 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 적용되는 단위 모듈의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 모듈형 초음파 냉각 장치의 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 정면도이다.1 is an exploded perspective view of a modular ultrasonic cooling apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in Fig.
Fig. 3 is an exploded perspective view of the unit module applied to Figs. 1 and 2. Fig.
4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in Fig.
5 is an exploded perspective view of a modular ultrasonic cooling apparatus according to a second embodiment of the present invention.
6 is a front view of Fig. 5. Fig.

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 부분을 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 모듈형 초음파 냉각 장치의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1실시예의 모듈형 초음파 냉각 장치(1)는 냉각 대상(T)을 냉각하도록 복수로 구비되는 단위 모듈들(100), 단위 모듈들(100)을 지지하는 프레임(200), 및 단위 모듈들(100)에 연결되는 히트 싱크(300)를 포함한다.FIG. 1 is an exploded perspective view of a modular ultrasonic cooling apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 1 and 2, the modular ultrasonic cooling apparatus 1 according to the first embodiment includes a plurality of unit modules 100, which support the unit modules 100, A frame 200, and a heat sink 300 connected to the unit modules 100.

단위 모듈들(100)은 측방, 즉 외측면으로 프레임(200)에 결합된다. 프레임(200)은 설치된 복수의 단위 모듈들(100)로 냉각 대상(T)을 냉각시킬 수 있도록 구성된다. 일례로써, 프레임(200)은 단위 모듈(100)의 측방 외곽에 대응하는 설치구(201)를 복수로 구비한다. 따라서 복수의 단위 모듈들(100)은 프레임(200)의 설치구(201)에 설치된다.The unit modules 100 are coupled to the frame 200 laterally, i.e., outwardly. The frame 200 is configured to cool the cooling object T by a plurality of unit modules 100 installed. For example, the frame 200 includes a plurality of mounting holes 201 corresponding to the lateral outline of the unit module 100. Accordingly, the plurality of unit modules 100 are installed in the mounting hole 201 of the frame 200.

이때, 단위 모듈들(100)은 프레임(200)의 설치구(201)에서 상하 방향으로 돌출되어, 하방으로 냉각 대상(T)에 연결되고, 상방으로 히트 싱크(300)에 연결된다.At this time, the unit modules 100 are vertically protruded from the mounting hole 201 of the frame 200, connected to the cooling object T downward, and connected to the heat sink 300 upward.

단위 모듈들(100)은 설치구(201)에서 하방으로 동일하게 돌출되어 냉각 대상(T)에 직접 연결되어 냉각 대상(T)으로부터 높은 온도의 열을 흡수한다. 또한 단위 모듈들(100)은 설치구(201)에서 상방으로 동일하게 돌출되어 히트 싱크(300)에 직접 연결되어 높은 온도의 열을 히트 싱크(300)로 방출한다.The unit modules 100 protrude downward from the mounting hole 201 and are directly connected to the cooling object T to absorb heat of a high temperature from the cooling object T. The unit modules 100 protrude upward from the mounting hole 201 and are directly connected to the heat sink 300 to discharge the heat of high temperature to the heat sink 300.

본 실시예에서 단위 모듈들(100)은 설치구(201)에 완충재(미도시)를 개재하여 억지끼움으로 결합될 수 있다. 도시하지 않았으나 단위 모듈들은 프레임의 설치구 주위에 구비되는 록킹 부재(미도시)에 의하여 록킹 및 언록킹 될 수 있다.In this embodiment, the unit modules 100 can be coupled to the mounting hole 201 through a cushioning member (not shown). Although not shown, the unit modules can be locked and unlocked by a locking member (not shown) provided around the installation hole of the frame.

도 3은 도 1 및 도 2에 적용되는 단위 모듈의 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따른 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 단위 모듈(100)은 채널들(31)을 구비하는 스택(30), 스택(30)의 양측에 배치되는 제1파동 가이드 플레이트(10)와 제2파동 가이드 플레이트(20), 및 초음파를 발생시키는 압전소자(40)를 포함한다.FIG. 3 is an exploded perspective view of the unit module applied to FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV of FIG. 3 and 4, the unit module 100 includes a stack 30 having channels 31, a first wave guide plate 10 disposed on both sides of the stack 30, A plate 20, and a piezoelectric element 40 for generating ultrasonic waves.

채널들(31)은 진동하는 작동 유체의 파동에너지를 스택(30)의 양면에 배치되는 제1, 제2파동 가이드 플레이트(10, 20) 측으로 이동시킨다. 작동 유체는 압축 가능한 유체로써, Ar이나 N2일 수 있다. 종래의 냉각 장치에 사용되는 냉매가 오존층 파괴하는데 비하여, 아르곤이나 질소는 환경 오염을 방지할 수 있다.The channels 31 move the wave energy of the vibrating working fluid toward the first and second wave guide plates 10 and 20 disposed on both sides of the stack 30. The working fluid is a compressible fluid, which may be Ar or N 2 . Compared with the conventional refrigerant used in the cooling apparatus, the ozone layer is destroyed, and argon and nitrogen can prevent environmental pollution.

제1파동 가이드 플레이트(10)는 채널들(31)에 연결되는 제1공진부(11)를 구비하여, 스택(30)의 일측에 배치된다. 제2파동 가이드 플레이트(20)는 채널들(31)에 연결되는 제2공진부(21)를 구비하여, 스택(30)의 다른 일측에 배치되어, 제1파동 가이드 플레이트(10)에 접합된다.The first wave guide plate 10 has a first resonance part 11 connected to the channels 31 and is arranged on one side of the stack 30. The second wave guide plate 20 is provided on the other side of the stack 30 and is joined to the first wave guide plate 10 with a second resonance part 21 connected to the channels 31 .

압전소자(40)는 제1파동 가이드 플레이트(10) 또는 제2파동 가이드 플레이트(20)의 일측에 구비된다. 제1실시예에서 압전소자(40)는 제1파동 가이드 플레이트(10)에 부착되어 초음파를 발생시킨다.The piezoelectric element 40 is provided on one side of the first wave guide plate 10 or the second wave guide plate 20. In the first embodiment, the piezoelectric element 40 is attached to the first wave guide plate 10 to generate ultrasonic waves.

압전소자(40)에서 발생된 초음파의 파동에너지는 제1파동 가이드 플레이트(10)의 제1공진부(11)로 전달되어, 채널(31), 제2공진부(21) 및 제2파동 가이드 플레이트(20) 사이에서 작동 유체를 통하여 이동된다.The wave energy of the ultrasonic wave generated in the piezoelectric element 40 is transmitted to the first resonance part 11 of the first wave guide plate 10 and is transmitted through the channel 31, the second resonance part 21, And is moved through the working fluid between the plates (20).

따라서 스택(30)은 제1파동 가이드 플레이트(10)의 제1공진부(11) 측에 저온부(콜드 열교환기)를 형성하고, 제2파동 가이드 플레이트(20)의 제2공진부(21) 측에 고온부(핫 열교환기)를 형성한다. 즉 일 실시예의 단위 모듈(100)은 저온부를 통하여 제1공진부(11)에서 주위 열을 흡수하고, 고온부를 통하여 제2공진부(21)로 열을 방출한다.Therefore, the stack 30 has a low temperature portion (a cold heat exchanger) on the first resonance portion 11 side of the first wave guide plate 10 and a second resonance portion 21 of the second wave guide plate 20, (Hot heat exchanger) is formed on the side of the heat exchanger. That is, the unit module 100 of the embodiment absorbs the ambient heat in the first resonance part 11 through the low temperature part and emits heat to the second resonance part 21 through the high temperature part.

작동 유체 및 파동에너지가, 고온부(제2공진부(21))에서 저온부(제1공진부(11))로 이동하는 경우 팽창하여 열을 흡수하게 되고, 저온부(제1공진부(11))에서 고온부(제2공진부(21))로 이동하는 경우 수축하여 열을 방출한다.When the working fluid and the wave energy move from the high temperature section (second resonance section 21) to the low temperature section (first resonance section 11) (Second resonator 21), it shrinks and releases heat.

즉 일 실시예의 단위 모듈(100)은 저온부인 제1공진부(11) 및 제1파동 가이드 플레이트(10)에서 열을 흡수하여, 고온부인 제2공진부(21) 및 제2파동 가이드 플레이트(20)로 열을 방출한다.That is, the unit module 100 of the embodiment absorbs heat in the first resonance part 11 and the first wave guide plate 10 which are the low temperature parts, and the second resonance part 21 and the second wave guide plate 20).

보다 구체적으로 설명하면, 제1파동 가이드 플레이트(10)는 제1공진부(11)의 외곽에 제1단차(12)를 구비하여, 스택(30)의 두께 방향에서 스택(30)의 두께 일부를 수용한다.More specifically, the first wave guide plate 10 is provided with a first step 12 on the outer periphery of the first resonance part 11, so that a part of the thickness of the stack 30 in the thickness direction of the stack 30 Lt; / RTI >

제2파동 가이드 플레이트(20)는 제1단차(12)에 대응하도록 제2공진부(21)의 외곽에 제2단차(22)를 구비하여, 스택(30)의 두께 방향에서 스택(30)의 다른 측 두께의 일부를 수용한다.The second wave guide plate 20 is provided with the second step 22 on the outer periphery of the second resonating part 21 so as to correspond to the first step 12 so that the stack 30, Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI >

즉 제1파동 가이드 플레이트(10)와 제2파동 가이드 플레이트(20)는 서로 접합되어, 제1단차(12)와 제2단차(22)의 사이에 배치되는 스택(30)을 수용한다. 따라서 스택(30)은 제1, 제2단차(12, 22)에 의하여 설치되어, 양측으로 제1, 제2공진부(11, 21)에 노출된다. 그리고 채널들(31)은 스택(30)의 노출된 부분에서 진동하는 작동 유체 및 파동에너지를 제1, 제2공진부(11, 21)로 상호 이동시킬 수 있다.That is, the first wave guide plate 10 and the second wave guide plate 20 are bonded to each other to receive the stack 30 disposed between the first step 12 and the second step 22. Therefore, the stack 30 is installed by the first and second steps 12 and 22, and is exposed to the first and second resonance parts 11 and 21 on both sides. And the channels 31 may move the working fluid and the wave energy vibrating in the exposed portion of the stack 30 to the first and second resonator units 11 and 21.

일례로써, 스택(30)은 실리콘 웨이퍼로 형성된다. 실리콘 웨이퍼는 525㎛의 얇은 두께를 가진다.By way of example, the stack 30 is formed of a silicon wafer. The silicon wafer has a thickness of 525 占 퐉.

일 실시예의 단위 모듈(100)은 압전소자(40)에서 제1공진부(11) 및 스택(30)를 경유하여 제2공진부(21) 끝에 이르는 공명기 길이(L)를 형성한다. 공명기 길이(L)는 20~40kHz 초음파에 대하여 파장 길이(λ)의 1/4(λ/4)로 설정된다.The unit module 100 of the embodiment forms the resonator length L to the end of the second resonator 21 via the first resonator 11 and the stack 30 in the piezoelectric element 40. The resonator length (L) is set to 1/4 (? / 4) of the wavelength length (?) With respect to 20 to 40 kHz ultrasonic waves.

일례로써, 제1, 제2파동 가이드 플레이트(10, 20)에 형성되는 제1, 제2공진부(11, 21)는 두께 방향으로 1.3 내지 2.0mm로 설정된다. 따라서 단위 모듈(100)은 작동 유체 및 파동에너지가 이동하는 공명기 길이(L)를 짧게 설정하여 전체적으로 슬림(slim)화 될 수 있다.For example, the first and second resonator units 11 and 21 formed on the first and second wave guide plates 10 and 20 are set to 1.3 to 2.0 mm in the thickness direction. Accordingly, the unit module 100 can be slim as a whole by setting the resonator length L to which the working fluid and the wave energy move, to be short.

비교례로써, 음파를 이용할 경우, 수학식 1에 의하여 파장 길이(λ)가 결정된다.As a comparative example, when a sound wave is used, the wavelength length (?) Is determined by Equation (1).

v = fλ (수학식 1)v = f? (1)

여기서, v는 음속 340m/s이고, f는 작동 주파수(일례, 100Hz)이다. 이 경우, 파장 길이(λ)는 3.4m가 된다.Where v is the sound velocity of 340 m / s and f is the operating frequency (example, 100 Hz). In this case, the wavelength length? Is 3.4 m.

공명기 길이(L)는 수학식 2와 같다.The resonator length (L) is shown in Equation (2).

L = λ/4 (수학식 2)L =? / 4 (Equation 2)

여기서, 공명기 길이(L)은 850.0mm로 상당히 길어진다. 즉 음파를 적용할 경우 공명기 길이(L)가 길 것이 요구된다.Here, the resonator length L is considerably long as 850.0 mm. That is, it is required that the resonator length (L) is long when a sound wave is applied.

그러나 고주파를 이용할 경우, 주파수(f)가 1kHz인 경우, 수학식 1에 의하여, 파장 길이(λ)는 0.34m가 된다. 따라서 수학식 2에 의하여 공명기 길이(L)는 85.0mm가 된다.However, when the high frequency is used, when the frequency f is 1 kHz, the wavelength length? Is 0.34 m according to the equation (1). Therefore, the resonator length L is 85.0 mm according to the equation (2).

이와 같이, 작동 주파수가 낮을수록 이에 반비례하여 단위 모듈(100)의 크기가 커지며, 작동 주파수가 높을수록 단위 모듈(100)의 크기가 작아질 수 있다.As the operating frequency is low, the size of the unit module 100 increases in inverse proportion to the operating frequency, and the size of the unit module 100 decreases as the operating frequency increases.

일 실시예의 단위 모듈(100)은 작동 주파수를 높여서 공명기 길이(L)를 짧게 하므로 전체적으로 컴팩트 하게 설계될 수 있다. 공명기 길이(L)를 짧게 하기 위하여, 스택(30)은 실리콘 웨이퍼를 이용하여 반도체 제조 공정으로 제작될 수 있다.The unit module 100 of the embodiment increases the operating frequency to shorten the resonator length L, so that the unit module 100 can be designed to be compact as a whole. In order to shorten the resonator length L, the stack 30 may be fabricated in a semiconductor manufacturing process using a silicon wafer.

일례를 들면, 제1, 제2파동 가이드 플레이트(10, 20)는 각각 6mm 두께로 형성된다. 그리고 압접소자(40)가 제1파동 가이드 플레이트(10)에 부착된다. 따라서 일 실시예의 단위 모듈(100)은 제1, 제2파동 가이드 플레이트(10, 20)의 합 두께인 12mm로 형성된다.For example, the first and second wave guide plates 10 and 20 are each formed to a thickness of 6 mm. And the pressure contact element 40 is attached to the first wave guide plate 10. Therefore, the unit module 100 of the embodiment is formed with a total thickness of 12 mm of the first and second wave guide plates 10 and 20.

일 실시예의 단위 모듈(100)은 두께가 얇기 때문에 20-40kHz의 초음파를 이용하여, 냉각 대상(T)인 반도체 칩이나 CPU(Central Processing Unit)의 능동형 냉각(Active Cooling)에 사용될 수 있다.Since the unit module 100 of the embodiment is thin, it can be used for active cooling of a semiconductor chip or a CPU (Central Processing Unit) that is a cooling target T by using ultrasonic waves of 20-40 kHz.

즉 압접소자(40)에서 발생되는 초음파의 주파수(f)가 10kHz인 경우, 수학식 1에 의하여, 파장 길이(λ)는 17mm가 된다. 따라서 수학식 2에 의하여 공명기 길이(L= λ/4)는 4.25mm가 된다.That is, when the frequency f of the ultrasonic wave generated in the pressure-bonding element 40 is 10 kHz, the wavelength length? Is 17 mm according to the equation (1). Therefore, the resonator length (L =? / 4) is 4.25 mm according to Equation (2).

또한, 압접소자(40)에서 발생되는 초음파의 주파수(f)가 20kHz인 경우, 수학식 1에 의하여, 파장 길이(λ)는 8.5mm가 된다. 따라서 수학식 2에 의하여 공명기 길이(L= λ/4)는 2.12mm가 된다.Further, when the frequency f of the ultrasonic wave generated in the pressure-bonding element 40 is 20 kHz, the wavelength length? Is 8.5 mm according to the equation (1). Therefore, the resonator length (L =? / 4) is 2.12 mm according to Equation (2).

일 실시예의 단위 모듈(100)에서, 압전소자(40)는 제1파동 가이드 플레이트(10)에 부착되며, 스택(30)은 제1공진부(11) 측에 저온부를 형성하고, 제2공진부(21) 측에 고온부를 형성한다.In the unit module 100 of one embodiment, the piezoelectric element 40 is attached to the first wave guide plate 10, the stack 30 forms a low temperature portion on the first resonance portion 11 side, And the high temperature portion is formed on the side of the portion (21).

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 단위 모듈들(100)은 제1파동 가이드 플레이트(10)로 냉각 대상(T)에 직접 연결되고, 제2파동 가이드 플레이트(20)로 히트 싱크(300)에 직접 연결된다.1 and 2, the unit modules 100 are directly connected to the cooling object T by the first wave guide plate 10 and the heat sink 300 is connected to the second wave guide plate 20, Lt; / RTI >

따라서 제1실시예의 모듈형 초음파 냉각 장치(1)는 고온의 냉각 대상(T)에서 발생되는 열을 단위 모듈들(100)에서 저온부의 제1파동 가이드 플레이트(10)로 직접 흡수하여, 고온부의 제2파동 가이드 플레이트(20)로 전달하며, 제2파동 가이드 플레이트(20)에서 히트 싱크(300)로 직접 방출할 수 있다.Therefore, the modular ultrasonic cooling apparatus 1 of the first embodiment directly absorbs the heat generated from the high temperature cooling object T to the first wave guide plate 10 of the low temperature portion in the unit modules 100, To the second wave guide plate 20 and directly to the heat sink 300 from the second wave guide plate 20.

또한, 제1실시예의 모듈형 초음파 냉각 장치(1)는 프레임(200)에 복수의 단위 모듈(100)을 구비하므로 단위 모듈들(100) 중 고장인 것을 선택적으로 수리 및 교체할 수 있게 한다. 단위 모듈(100)의 선택적 분리 및 교환은 모듈형 초음파 냉각 장치(1) 전체에 대하여, 유지 및 보수 비용을 줄일 수 있다.The module-type ultrasonic cooling apparatus 1 according to the first embodiment includes a plurality of unit modules 100 in the frame 200, so that a failure among the unit modules 100 can be selectively repaired and replaced. The selective separation and exchange of the unit module 100 can reduce maintenance and repair costs for the entire modular ultrasonic cooling apparatus 1. [

이하에서 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다. 편의상, 제1, 제2실시예를 비교하여 서로 동일한 구성을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.A second embodiment of the present invention will be described below. For the sake of convenience, the first embodiment and the second embodiment are compared with each other to omit the same configuration, and different configurations will be described.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 모듈형 초음파 냉각 장치의 분해 사시도이고, 도 6은 도 5의 정면도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 제2실시예의 모듈형 초음파 냉각 장치(2)에서, 단위 모듈들(100)은 제1파동 가이드 플레이트(10) 및 제1히트 파이프(HP1)로 냉각 대상(T)에 연결되고, 제2파동 가이드 플레이트(20) 및 제2히트 파이프(HP2)로 히트 싱크(300)에 연결된다.FIG. 5 is an exploded perspective view of a modular ultrasonic cooling apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a front view of FIG. 5 and 6, in the modular ultrasonic cooling apparatus 2 of the second embodiment, the unit modules 100 are cooled by the first wave guide plate 10 and the first heat pipe HP1 T and connected to the heat sink 300 by a second wave guide plate 20 and a second heat pipe HP2.

제1히트 파이프(HP1)는 냉각 대상(T)에서 발생되는 높은 온도의 열을 단위 모듈(100)에서 저온부의 제1파동 가이드 플레이트(10)로 전달한다. 단위 모듈(100)은 제1공진부(11), 스택(30)과 채널(31) 및 제2공진부(21)를 통하여 저온부에서 고온부로 열을 전달한다. 제2히트 파이프(HP2)는 단위 모듈(100)에서 고온부의 제2파동 가이드 플레이트(20)에서 히트 싱크(300)로 열을 전달한다.The first heat pipe HP1 transfers the high temperature heat generated in the cooling object T from the unit module 100 to the first wave guide plate 10 at the low temperature portion. The unit module 100 transfers heat from the low temperature portion to the high temperature portion through the first resonance portion 11, the stack 30, the channel 31, and the second resonance portion 21. The second heat pipe HP2 transfers heat from the second wave guide plate 20 of the high temperature part to the heat sink 300 in the unit module 100. [

냉각 대상(T)은 일면에 제1히트 스프레더(heat spreader)(HS1)를 더 구비하여 제1히트 파이프(heat pipe)(HP1)에 연결된다. 제1히트 스프레더(HS1)는 냉각 대상(T)에서 발생되는 열을 신속하게 확산시킨다. 제1히트 파이프(HP1)는 확산된 열을 단위 모듈(100)에서 저온부의 제1파동 가이드 플레이트(10)로 전달한다.The cooling object T further includes a first heat spreader HS1 on one side thereof and is connected to a first heat pipe HP1. The first heat spreader HS1 quickly diffuses the heat generated in the cooling object T. The first heat pipe HP1 transfers the diffused heat from the unit module 100 to the first wave guide plate 10 at the low temperature portion.

히트 싱크(300)는 일면에 제2히트 스프레더(HS2)를 더 구비하여 제2히트 파이프(HP2)에 연결된다. 제2히트 파이프(HP2)는 단위 모듈(100), 즉 고온부의 제2파동 가이드 플레이트(20)에서 제2히트 스프레더(HS2)로 열을 전달한다. 제2히트 스프레더(HS2)는 전달되는 열을 확산시켜 히트 싱크(300)로 전달한다. 히트 싱크(300)는 전달된 열을 신속하게 방출한다.The heat sink 300 further includes a second heat spreader HS2 on one side thereof and is connected to the second heat pipe HP2. The second heat pipe HP2 transfers heat from the unit module 100, that is, the second wave guide plate 20 of the high temperature portion to the second heat spreader HS2. The second heat spreader HS2 spreads the transmitted heat and transfers it to the heat sink 300. [ The heat sink 300 rapidly discharges the transferred heat.

또한, 제2실시예의 모듈형 초음파 냉각 장치(2)는 프레임(200)에 복수의 단위 모듈(100)을 구비하고, 단위 모듈들(100)을 제1, 제2히트 파이프(HP1, HP2)와 제1, 제2히트 스프레더(HS1, HS2)로 히트 싱크(300)에 연결하므로 단위 모듈(100)을 더 쉽게 분리, 수리 및 교체할 수 있게 한다. 단위 모듈(100)의 선택적 분리 및 교환은 모듈형 초음파 냉각 장치(2) 전체에 대하여 유지 및 보수 비용을 더 줄일 수 있다.The modular ultrasonic cooling apparatus 2 of the second embodiment has a plurality of unit modules 100 in the frame 200 and the unit modules 100 are connected to the first and second heat pipes HP1 and HP2, And the first and second heat spreaders HS1 and HS2 to the heat sink 300, the unit module 100 can be more easily separated, repaired and replaced. The selective separation and replacement of the unit module 100 can further reduce maintenance and repair costs for the entire modular ultrasonic cooling apparatus 2. [

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 변형하여 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, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

1, 2: 모듈형 초음파 냉각 장치 10, 20: 제1, 제2파동 가이드 플레이트
11, 21: 제1, 제2공진부 12, 22: 제1, 제2단차
30: 스택 31: 채널
40: 압전소자 100: 단위 모듈
200: 프레임 201: 설치구
300: 히트 싱크 HP1, HP2: 제1, 제2히트 파이프
HS1, HS2: 제1, 제2히트 스프레더 L: 공명기 길이
T: 냉각 대상1, 2: Modular ultrasonic cooling apparatus 10, 20: First and second wave guide plates
11, 21: first and second resonance parts 12, 22: first and second steps
30: Stack 31: Channel
40: piezoelectric element 100: unit module
200: Frame 201: Installation area
300: heat sink HP1, HP2: first and second heat pipes
HS1, HS2: First and second heat spreaders L: Resonator length
T: Cooling object

Claims (9)

진동하는 작동 유체의 파동에너지를 이동시키는 채널들을 구비하는 스택, 상기 스택의 양측에 제1공진부와 제2공진부를 각각 형성하여 배치되는 제1파동 가이드 플레이트와 제2파동 가이드 플레이트, 및 상기 제1파동 가이드 플레이트와 상기 제2파동 가이드 플레이트 중 하나에 구비되어 초음파를 발생시키는 압전소자를 포함하며, 복수로 구비되어 냉각 대상에 저온부로 연결되는 단위 모듈들;
상기 단위 모듈들의 측방에 결합되어 상기 단위 모듈들을 지지하는 프레임; 및
상기 단위 모듈들의 고온부에 연결되는 히트 싱크
를 포함하며,
상기 제1공진부는 상기 채널들에 직접 연결되고,
상기 제2공진부는 상기 채널들에 직접 연결되며,
상기 제1파동 가이드 플레이트와 상기 제2파동 가이드 플레이트는
상기 제1공진부의 외곽에 구비되는 제1단차와
제1단차에 대응하도록 상기 제2공진부의 외곽에 구비되는 제2단차에
상기 스택을 설치하여 서로 직접 접합되고,
상기 스택은 실리콘 웨이퍼로 형성되는 모듈형 초음파 냉각 장치.A first waveguide plate and a second waveguide plate disposed on both sides of the stack with a first resonator and a second resonator respectively, Unit modules including a plurality of piezoelectric elements provided in one of the first wave guide plate and the second wave guide plate to generate ultrasonic waves and connected to the low temperature part of the cooling object;
A frame coupled to a side of the unit modules to support the unit modules; And
A heat sink connected to the high temperature part of the unit modules;
/ RTI >
The first resonant portion is directly connected to the channels,
The second resonant portion is directly connected to the channels,
The first wave guide plate and the second wave guide plate
A first step provided on an outer periphery of the first resonance part,
A second step provided on the outer periphery of the second resonance part to correspond to the first step
By installing the stack, Bonded,
Wherein the stack is formed of a silicon wafer. 제1항에 있어서,
상기 프레임은,
상기 단위 모듈의 측방 외곽에 대응하는 설치구를 복수로 구비하는 모듈형 초음파 냉각 장치.The method according to claim 1,
The frame includes:
And a plurality of mounting holes corresponding to the lateral outline of the unit module. 제1항에 있어서,
상기 압전소자는
상기 제1파동 가이드 플레이트에 부착되며,
상기 스택은
상기 제1공진부 측에 상기 저온부를 형성하고,
상기 제2공진부 측에 상기 고온부를 형성하는 모듈형 초음파 냉각 장치.The method according to claim 1,
The piezoelectric element
A second wave guide plate attached to the first wave guide plate,
The stack
The low temperature section is formed on the side of the first resonance section,
And the high temperature section is formed on the side of the second resonance section. 제3항에 있어서,
상기 단위 모듈들은
상기 제1파동 가이드 플레이트로 상기 냉각 대상에 직접 연결되고,
상기 제2파동 가이드 플레이트로 상기 히트 싱크에 직접 연결되는 모듈형 초음파 냉각 장치.The method of claim 3,
The unit modules
The first wave guide plate is directly connected to the cooling object,
And the second wave guide plate is directly connected to the heat sink. 제1항에 있어서,
상기 압전소자에서 상기 제1공진부 및 상기 스택를 경유하여 상기 제2공진부 끝에 이르는 공명기 길이(L)는
20~40kHz 초음파 파장의 λ/4로 설정되는 모듈형 초음파 냉각 장치.The method according to claim 1,
The resonator length (L) from the piezoelectric element to the end of the second resonator via the first resonator and the stack is
Modular ultrasonic cooling device set at? / 4 of 20 to 40 kHz ultrasonic wavelength. 삭제delete 제3항에 있어서,
상기 단위 모듈들은
상기 제1파동 가이드 플레이트에 제1히트 파이프로 상기 냉각 대상에 연결되고,
상기 제2파동 가이드 플레이트에 제2히트 파이프로 상기 히트 싱크에 연결되는 모듈형 초음파 냉각 장치.The method of claim 3,
The unit modules
The first wave guide plate is connected to the cooling object with a first heat pipe,
And the second wave guide plate is connected to the heat sink by a second heat pipe. 제7항에 있어서,
상기 냉각 대상은
일면에 제1히트 스프레더를 구비하여 상기 제1히트 파이프에 연결되는 모듈형 초음파 냉각 장치.8. The method of claim 7,
The cooling object
And a first heat spreader provided on the first surface and connected to the first heat pipe. 제7항에 있어서,
상기 히트 싱크는
일면에 제2히트 스프레더를 구비하여 상기 제2히트 파이프에 연결되는 모듈형 초음파 냉각 장치.8. The method of claim 7,
The heat sink
And a second heat spreader provided on the first surface and connected to the second heat pipe.
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