KR102627492B1 - Apparatus for cooling electronic components - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자 부품용 냉각 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일면에 따른 전자 부품용 냉각 장치는 서로 일정간격으로 배치되게 형성되는 복수 개의 냉각핀, 복수 개의 냉각핀 중에서 최일측에 배치되는 제1 냉각핀의 선단 일측에 형성되어 냉매가 냉각핀의 사이사이로 통과되게 냉매가 유입되는 유입구, 복수 개의 냉각핀 중에서 최타측에 배치되는 제2 냉각핀의 후단 타측에 형성되고 냉각핀의 사이사이를 통과한 냉매가 유출되는 유출구, 유입구와 복수 개의 냉각핀의 선단 사이에 구비되고 유입구와의 거리가 멀수록 분배공간의 너비가 작아지는 형태를 가지는 분배로 및 복수 개의 냉각핀의 후단과 유출구의 사이에 구비되고 유출구와의 거리가 가까울수록 회수공간의 너비가 커지는 형태를 가지는 회수로로 구성된다.The present invention relates to a cooling device for electronic components, and the cooling device for electronic components according to one aspect of the present invention includes a plurality of cooling fins arranged at regular intervals from each other, and a first cooling device disposed on the first side among the plurality of cooling fins. An inlet formed on one side of the tip of the fin and through which the refrigerant flows through the space between the cooling fins, and an inlet formed on the other side of the rear end of the second cooling fin disposed on the other side among the plurality of cooling fins and passing through the space between the cooling fins. It is provided between the outlet through which the refrigerant flows, the inlet, and the front end of the plurality of cooling fins, and has a distribution path in which the width of the distribution space becomes smaller as the distance from the inlet increases, and is provided between the rear end of the plurality of cooling fins and the outlet. It is composed of a recovery path in which the width of the recovery space increases as the distance from the outlet increases.
Description
본 발명은 전자 부품용 냉각 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자 부품에서 발생하는 열을 제거하기 위한 전자 부품용 냉각 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling device for electronic components, and more specifically, to a cooling device for electronic components for removing heat generated from electronic components.
마이크로 전자 공학(Microelectronics) 산업의 기술 발전과 함께 소형화 및 전력 밀도 설계된 전자 부품에서 열 유속 발생이 계속 증가해왔다.With technological advancements in the microelectronics industry, heat flux generation in electronic components designed for miniaturization and power density has continued to increase.
공기 냉각과 같은 상업용 냉각 방법은 60W/㎠이상의 열방출을 수용할 수 없어, 최근에는 마이크로채널(유압 직경이 10μm에서 200μm인 핀)을 사용한 수랭식 방열판(heat sink)이 많이 이용되고 있다.Commercial cooling methods such as air cooling cannot accommodate heat dissipation of more than 60 W/cm2, so water-cooled heat sinks using microchannels (fins with a hydraulic diameter of 10 μm to 200 μm) have been widely used recently.
그러나, 고압 헤드 요건에 의해 마이크로채널 방열판을 소형 방열 시스템에 적용하기에는 한계가 있으며, 마이크로채널 방열판을 적용함에 따라 열 방출 시스템의 부피가 커지는 문제가 있었다.However, there are limits to applying the microchannel heat sink to a small heat dissipation system due to the high pressure head requirement, and there is a problem that the volume of the heat dissipation system increases as the microchannel heat sink is applied.
미니채널(유압 직경이 200μm에서 3mm인 핀) 방열판은 마이크로채널에 비해 훨씬 더 낮은 압력 강하, 즉 더 낮은 압력 헤드 요건을 가지므로 소형 방열 시스템에서 마이크로채널을 효과적으로 대체할 수 있다. 그러나 더 높은 열 전달 계수를 얻기 위해 핀 모양, 핀 매개변수, 헤더 설계 최적화와 같은 미니채널 방열판의 기하학적 최적화가 필요하다.Minichannel (fins with hydraulic diameters from 200 μm to 3 mm) heat sinks have a much lower pressure drop, i.e. lower pressure head requirements, compared to microchannels, making them an effective replacement for microchannels in compact heat dissipation systems. However, to achieve higher heat transfer coefficients, geometric optimization of the minichannel heat sink is required, such as optimizing fin shape, fin parameters, and header design.
핀 간격 감소, 즉 유압 직경 감소와 같은 핀 매개변수 최적화는 압력 강하를 크게 증가시키는 대신 열 전달 영역을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 압력 강하와 열 성능 사이의 균형을 맞추기 위해 설계 요구 사항에 맞게 핀 간격, 두께 및 높이 매개변수를 적절히 선택하는 것이 필요하다.Optimizing fin parameters, such as reducing fin spacing, i.e. reducing hydraulic diameter, can significantly improve the heat transfer area at the expense of significantly increasing pressure drop. Therefore, it is necessary to appropriately select fin spacing, thickness, and height parameters to suit design requirements to balance pressure drop and thermal performance.
유량 불균일은 방열판 채널을 가로지르는 냉각수의 불균일한 분포로 정의된다. 종래 연구에서는 미니채널 방열판의 입구/출구 구성이 흐름 분포에 상당한 영향을 미칠 수 있으며, 유량 불균일에 의해 방열판 베이스의 기본 온도가 불균일할 수 있다고 제시되고 있다.Flow unevenness is defined as uneven distribution of coolant across the heat sink channels. Previous studies have suggested that the inlet/outlet configuration of a mini-channel heat sink can have a significant impact on flow distribution, and that the basic temperature of the heat sink base can be non-uniform due to flow rate non-uniformity.
따라서, 미니채널 전체에 걸친 흐름 분포를 개선하고 열 및 유압 성능을 향상하기 위해 최적화된 방열판의 개발이 필요하다.Therefore, the development of an optimized heat sink is necessary to improve flow distribution throughout the minichannel and improve thermal and hydraulic performance.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 냉각핀에 균일한 유량이 흐르도록 설계된 너비를 가지는 분배로와 회수로로 구성되어 압력 강하를 줄이고 경량 및 소형으로 제작 가능한 전자 부품용 냉각 장치를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to solve the above problems, and to provide a cooling device for electronic components that is composed of a distribution passage and a recovery passage with a width designed to allow a uniform flow rate to flow through the cooling fins, thereby reducing pressure drop and making it lightweight and compact. It is provided.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects not mentioned can be clearly understood from the description below.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 전자 부품용 냉각 장치는 서로 일정간격으로 배치되게 형성되는 복수 개의 냉각핀, 복수 개의 냉각핀 중에서 최일측에 배치되는 제1 냉각핀의 선단 일측에 형성되어 냉매가 냉각핀의 사이사이로 통과되게 냉매가 유입되는 유입구, 복수 개의 냉각핀 중에서 최타측에 배치되는 제2 냉각핀의 후단 타측에 형성되고 냉각핀의 사이사이를 통과한 냉매가 유출되는 유출구, 유입구와 복수 개의 냉각핀의 선단 사이에 구비되고 유입구와의 거리가 멀수록 분배공간의 너비가 작아지는 형태를 가지는 분배로 및 복수 개의 냉각핀의 후단과 유출구의 사이에 구비되고 유출구와의 거리가 가까울수록 회수공간의 너비가 커지는 형태를 가지는 회수로로 구성된다.In order to achieve the above-described object, a cooling device for electronic components according to one aspect of the present invention includes a plurality of cooling fins arranged at regular intervals from each other, and a tip of a first cooling fin disposed on the furthest side among the plurality of cooling fins. An inlet is formed so that the refrigerant flows through the space between the cooling fins, and an outlet is formed on the other side of the rear end of the second cooling fin disposed on the most extreme side among the plurality of cooling fins and through which the refrigerant that passes through the space between the cooling fins flows out. , a distribution path provided between the inlet and the front end of the plurality of cooling fins and having a shape in which the width of the distribution space becomes smaller as the distance from the inlet increases, and a distribution path provided between the rear end of the plurality of cooling fins and the outlet and the distance from the outlet. It consists of a recovery path in which the width of the recovery space increases as it gets closer.
본 발명에 따르면 냉각핀에 균일한 유량이 흐르도록 설계된 분배로와 회수로로 구성되어 압력 강하를 줄이고 경량 및 소형으로 제작 가능한 전자 부품용 냉각 장치를 제공하는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of providing a cooling device for electronic components that is composed of a distribution passage and a recovery passage designed to allow a uniform flow rate to flow through the cooling fins, thereby reducing pressure drop and being manufactured in a lightweight and small size.
본 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 부품용 냉각 장치를 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 부품용 냉각 장치의 핀 플레이트를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 부품용 냉각 장치의 분배로와 회수로를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 형상 매개변수값에 따른 압력 강하와 헤더 면적을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 설계된 분배로와 회수로를 나타낸 그래프이다.
도 6은 SiC 열 부하의 정상 및 극한 부하 조건에서 본 발명의 실시예에 따른 전자 부품용 냉각 장치의 냉매 체적 유량 변화에 따른 열저항 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 SiC 열 부하의 정상 및 극한 부하 조건에서 본 발명의 실시예에 따른 전자 부품용 냉각 장치의 냉매의 체적 유량 변화에 따른 압력 강하를 나타낸 그래프이다.
도 8은 SiC 열 부하의 정상 및 극한 부하 조건에서 본 발명의 실시예에 따른 전자 부품용 냉각 장치의 냉매의 체적 유량 변화에 따른 최대 기저 온도를 나타낸 그래프이다.
도 9는 SiC 열 부하의 정상 및 극한 부하 조건에서 본 발명의 실시예에 따른 전자 부품용 냉각 장치의 냉매의 체적 유량 변화에 따른 평균 기저 온도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 SiC 열 부하의 정상 및 극한 부하 조건에서 본 발명의 실시예에 따른 전자 부품용 냉각 장치의 냉매의 체적 유량 변화에 따른 유입구와 유출구의 냉매 온도 차이를 나타낸 그래프이다.Figure 1 is an exploded perspective view showing a cooling device for electronic components according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view showing a fin plate of a cooling device for electronic components according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an exemplary diagram illustrating a distribution path and a recovery path of a cooling device for electronic components according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing pressure drop and header area according to shape parameter values.
Figure 5 is a graph showing a distribution path and a recovery path designed according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph showing the change in thermal resistance according to the change in coolant volume flow rate of the cooling device for electronic components according to an embodiment of the present invention under normal and extreme load conditions of SiC heat load.
Figure 7 is a graph showing the pressure drop according to the change in the volumetric flow rate of the refrigerant of the cooling device for electronic components according to an embodiment of the present invention under normal and extreme load conditions of SiC heat load.
Figure 8 is a graph showing the maximum base temperature according to the change in the volumetric flow rate of the refrigerant of the cooling device for electronic components according to an embodiment of the present invention under normal and extreme load conditions of SiC heat load.
Figure 9 is a graph showing the average base temperature according to the change in the volumetric flow rate of the refrigerant of the cooling device for electronic components according to an embodiment of the present invention under normal and extreme load conditions of SiC heat load.
Figure 10 is a graph showing the difference in refrigerant temperature between the inlet and outlet according to the change in the volumetric flow rate of the refrigerant of the cooling device for electronic components according to an embodiment of the present invention under normal and extreme load conditions of SiC heat load.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms, but the present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete, and those skilled in the art It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the present invention is defined only by the claims. Meanwhile, the terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the present invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 부품용 냉각 장치(10)는 SiC 모듈 등과 같이 인쇄회로 기판에 실장되어 동작에 의해 열이 발생하는 전자 부품(20)을 냉각시키기 위한 것으로, 핀 플레이트(110), 커버 플레이트(130) 및 개스킷(120)으로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the cooling device 10 for electronic components according to an embodiment of the present invention is for cooling electronic components 20 that are mounted on a printed circuit board and generate heat during operation, such as a SiC module. , It may be composed of a pin plate 110, a cover plate 130, and a gasket 120.
도 2를 참조하면, 핀 플레이트(110)의 일면에는 냉각핀(111), 유입구(112), 유출구(113), 분배로(114) 및 회수로(115)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2, cooling fins 111, an inlet 112, an outlet 113, a distribution passage 114, and a recovery passage 115 may be formed on one surface of the fin plate 110.
핀 플레이트(110)의 타면에는 전자 부품(20)이 밀착되게 설치될 수 있다.The electronic component 20 may be installed in close contact with the other surface of the pin plate 110.
핀 플레이트(110)는 열전도도가 우수한 알루미늄 재질 등으로 이루어질 수 있다. The fin plate 110 may be made of aluminum, etc., which has excellent thermal conductivity.
냉각핀(111)은 핀 플레이트(110)의 일면에 복수 개가 서로 일정간격으로 배치되게 형성될 수 있다.A plurality of cooling fins 111 may be formed on one surface of the fin plate 110, arranged at regular intervals from each other.
냉각핀(111)의 두께, 간격, 높이, 길이는 전자 부품(20)에서 발생하는 열이나 냉매 등에 따라 결정될 수 있다.The thickness, spacing, height, and length of the cooling fins 111 may be determined depending on the heat or refrigerant generated from the electronic component 20.
냉각핀(111)은 미니 채널 형식에 만족하도록 냉각핀(111)의 간격에 따른 유압 직경이 200내지 3mm일 수 있다.The cooling fin 111 has a hydraulic diameter of 200 according to the spacing of the cooling fin 111 to satisfy the mini channel type. It may be from 3 mm.
유입구(112)는 핀 플레이트(110)의 일면 선단 일측에 형성되어 냉매가 유입될 수 있다. The inlet 112 is formed on one side of the front end of the fin plate 110 through which refrigerant can flow.
유입구(112)는 복수 개의 냉각핀(111) 중에서 최일측에 배치되는 제1 냉각핀(111a)의 선단 일측에 형성되어 냉매가 냉각핀(111)의 사이사이로 통과될 수 있도록 한다.The inlet 112 is formed on one side of the tip of the first cooling fin 111a, which is disposed on the furthest side among the plurality of cooling fins 111, to allow refrigerant to pass between the cooling fins 111.
유출구(113)는 핀 플레이트(110)의 일면 후단 타측에 형성되어 냉각핀(111)의 사이사이를 통과한 냉매가 외부로 유출될 수 있다.The outlet 113 is formed on the other side of the rear end of one side of the fin plate 110, so that the refrigerant that has passed between the cooling fins 111 can flow out.
유출구(113)는 복수 개의 냉각핀(111) 중에서 최타측에 배치되는 제2 냉각핀(111c)의 후단 타측에 형성될 수 있다.The outlet 113 may be formed on the other side of the rear end of the second cooling fin 111c, which is disposed on the other side among the plurality of cooling fins 111.
분배로(114)는 유입구(112)와 냉각핀(111)의 선단 사이에 형성되고 유입구(112)와의 거리가 멀수록 너비가 작아지는 형태를 가질 수 있다.The distribution passage 114 is formed between the inlet 112 and the tip of the cooling fin 111, and may have a width that becomes smaller as the distance from the inlet 112 increases.
회수로(115)는 냉각핀(111)의 후단과 유출구(113)의 사이에 형성되고 유출구(113)와의 거리가 가까울수록 너비가 커지는 형태를 가질 수 있다.The recovery path 115 is formed between the rear end of the cooling fin 111 and the outlet 113, and may have a width that increases as the distance from the outlet 113 becomes shorter.
핀 플레이트(110)의 일면에 복수 개의 냉각핀(111)과 유입구(112)와 유출구(113)와 분배로(114)와 회수로(115)를 포함하는 히트싱크 복수 개가 병렬로 연속 설치될 수 있다.On one side of the fin plate 110, a plurality of heat sinks including a plurality of cooling fins 111, an inlet 112, an outlet 113, a distribution passage 114, and a recovery passage 115 may be installed in parallel and successively. there is.
히트싱크가 병렬로 배치할 때, 어느 한 히트싱크의 분배로(114)와 이웃하는 다른 한 히트싱크의 회수로(115)가 인접하게 배치됨으로써 공간을 절약할 수 있다.When heat sinks are arranged in parallel, space can be saved by arranging the distribution path 114 of one heat sink and the recovery path 115 of the other adjacent heat sink adjacent to each other.
각 히트싱크의 유입구(112)는 핀 플레이트(110)의 일면 선단 타측에 형성된 주유입구(116)에 유입분배로(117)를 매개로 연통하고, 각 히트싱크의 유출구(113)는 핀 플레이트(110)의 일면 후단 타측에 형성된 주유출구(118)에 유출분배로(119)를 매개로 연통할 수 있다.The inlet 112 of each heat sink communicates with the main inlet 116 formed on the other side of the tip of one side of the fin plate 110 via the inflow distribution path 117, and the outlet 113 of each heat sink is connected to the fin plate ( It can communicate with the main outlet 118 formed on the other side of the rear end of one side of 110 through the outflow distribution path 119.
커버 플레이트(130)는 핀 플레이트(110)의 일면에 설치되어 냉각핀(111), 냉각핀(111) 간에 냉매가 통과하는 공간, 분배로(114) 및 회수로(115)가 외부로 노출되지 않게 은폐시킬 수 있다.The cover plate 130 is installed on one side of the fin plate 110 so that the cooling fins 111, the space through which the refrigerant passes between the cooling fins 111, the distribution path 114, and the recovery path 115 are not exposed to the outside. It can be concealed.
개스킷(120)은 핀 플레이트(110)와 커버 플레이트(130)의 사이에 설치되어 냉매의 누출을 방지할 수 있다.The gasket 120 is installed between the fin plate 110 and the cover plate 130 to prevent leakage of refrigerant.
도 3을 참조하면, 분배로(114)는 냉각핀(111)의 배치에 따른 경계에 대응되게 너비가 계단 형태로 작아지는 형태를 가지고, 회수로(115)는 냉각핀의 배치에 따른 경계에 대응되게 너비가 계단 형태로 커지는 형태를 가질 수 있다.Referring to FIG. 3, the distribution passage 114 has a shape in which the width becomes smaller in a step shape corresponding to the boundary according to the arrangement of the cooling fins 111, and the recovery passage 115 has a shape corresponding to the boundary according to the arrangement of the cooling fins. Correspondingly, the width may be increased in the form of steps.
여기서, 냉각핀(111)의 배치에 따른 경계는 각 냉각핀의 일측면 또는 타측면을 길이방향을 따라 직선으로 연장한 연장선과 대응될 수 있다.Here, the boundary according to the arrangement of the cooling fins 111 may correspond to an extension line extending in a straight line along the longitudinal direction of one side or the other side of each cooling fin.
즉, 분배로(114)는 냉각핀(111)의 일측면에 대한 연장선에서, 이와 이웃하는 다른 냉각핀(111)의 일측면에 대한 연장선까지 이르는 동일한 길이를 가질 수 있다. That is, the distribution path 114 may have the same length extending from an extension line on one side of the cooling fin 111 to an extension line on one side of another cooling fin 111 adjacent to it.
그리고 분배로(114)는 최일측에 위치한 냉각핀에서 최타측에 위치한 냉각핀을 향한 방향을 따라 단계적으로 너비가 작아지는 형태를 가질 수 있다.Additionally, the distribution path 114 may have a width that gradually decreases along the direction from the cooling fin located on the furthest side to the cooling fin located on the othermost side.
또한, 회수로(115)는 냉각핀(111)의 타측면에 대한 연장선에서, 이와 이웃하는 다른 냉각핀(111)의 타측면에 대한 연장선까지 이르는 동일한 길이를 가질 수 있다In addition, the recovery passage 115 may have the same length extending from the extension line on the other side of the cooling fin 111 to the extension line on the other side of the other cooling fin 111 adjacent to it.
회수로(115)는 최일측에 위치한 냉각핀에서 최타측에 위치한 냉각핀을 향한 방향을 따라, 단계적으로 너비가 커지는 형태를 가질 수 있다The recovery path 115 may have a shape in which the width gradually increases along the direction from the cooling fin located on the most extreme side to the cooling fin located on the othermost side.
분배로(114)는 냉각핀(111)의 선단에 각각 구비되는 복수 개의 단위분배로(114a)로 구성될 수 있다.The distribution passage 114 may be composed of a plurality of unit distribution passages 114a each provided at the tip of the cooling fin 111.
최일측에 위치한 냉각핀(111a)에 대응되는 단위분배로(114a)는 기설정된 초기너비를 가지는 것일 수 있다.The unit distribution path 114a corresponding to the cooling fin 111a located on the extreme side may have a preset initial width.
최일측에 위치한 냉각핀(111a)을 제외한 각 냉각핀(111b)에 대응되는 단위분배로(114a)는 최일측에 위치한 냉각핀에서 멀리 떨어질수록 초기너비에서 단계적으로 작아지는 너비를 가지는 것일 수 있다.The unit distribution path 114a corresponding to each cooling fin 111b except for the cooling fin 111a located on the extreme side may have a width that gradually decreases from the initial width as it moves away from the cooling fin located on the extrememost side. .
여기서, 각 냉각핀에 대응되는 단위분배로는 각 냉각핀의 선단에 구비되는 단위분배로를 의미한다.Here, the unit distribution path corresponding to each cooling fin refers to a unit distribution path provided at the tip of each cooling fin.
최일측에 위치한 제1 냉각핀(111a)에서 최타측에 위치한 제2 냉각핀(111c)으로 향하는 방향을 따라 제1 냉각핀(111a) 이후의 k번째 냉각핀(111b)에 대응되는 단위분배로는 k에 기설정된 초기값(예를 들어 1)을 차감한 값을 냉각핀의 총 개수(N)에 기설정된 초기값(예를 들어 1)을 차감한 값으로 나눠 기설정된 형상 파라미터값에 따라 지수승하여 기설정된 초기값(예를 들어 1)에 차감한 값을 초기너비에 곱한 값에 기초한 너비()를 가지는 것일 수 있다.Unit distribution corresponding to the kth cooling fin (111b) after the first cooling fin (111a) along the direction from the first cooling fin (111a) located on the farthest side to the second cooling fin (111c) located on the othermost side. is calculated by dividing the value obtained by subtracting the preset initial value (e.g. 1) from k by the value obtained by subtracting the preset initial value (e.g. 1) from the total number of cooling fins (N) according to the preset shape parameter value. Width based on the value multiplied by the initial width by subtracting the value from the preset initial value (e.g. 1) by multiplying the exponent ) may have.
최일측에 위치한 제1 냉각핀(111a)에서 최타측에 위치한 제2 냉각핀(111c)으로 향하는 방향을 따라 제1 냉각핀(111a) 이후의 k번째 냉각핀(111b)에 대응되는 단위분배로, 즉 최일측에서 k+1번째에 위치한 냉각핀(111b)에 대응되는 단위분배로는 아래의 수학식에 의해 산출되는 너비()를 가지는 것일 수 있다.Unit distribution corresponding to the kth cooling fin (111b) after the first cooling fin (111a) along the direction from the first cooling fin (111a) located on the farthest side to the second cooling fin (111c) located on the othermost side. That is, the unit distribution corresponding to the cooling fin (111b) located at the k+1th position on the extreme side is the width calculated by the equation below ( ) may have.
여기서, 은 제1 냉각핀 이후의 k번째 냉각핀에 대응되는 단위분배로의 너비이고, N은 각 유입구와 유출구 사이에 형성된 냉각핀의 수이며, 은 제1 냉각핀에 대응되는 단위분배로의 너비이고, 은 제2 냉각핀에 대응되는 단위분배로의 너비이며, n는 형상 매개변수값을 의미하는 것일 수 있다.here, is the width of the unit distribution channel corresponding to the kth cooling fin after the first cooling fin, N is the number of cooling fins formed between each inlet and outlet, is the width of the unit distribution channel corresponding to the first cooling fin, is the width of the unit distribution channel corresponding to the second cooling fin, and n may mean a shape parameter value.
제1 냉각핀(111a)에 대응되는 단위분배로의 너비()는 기설정된 초기너비(예를 들어 10mm)로 고정되는 것일 수 있다.Width of the unit distribution channel corresponding to the first cooling fin (111a) ( ) may be fixed to a preset initial width (for example, 10 mm).
제2 냉각핀(111c)에 대응되는 단위분배로의 너비()는 기설정된 기본값(예를 들어 0.1mm)으로 초기화되는 것일 수 있다.Width of the unit distribution channel corresponding to the second cooling fin (111c) ( ) may be initialized to a preset default value (for example, 0.1 mm).
제2 냉각핀(111c)에 대응되는 단위분배로의 너비()는 기설정된 기본값으로 초기화된 이후 사용자의 입력에 따라 다른 값으로 업데이트 되는 것일 수 있다.Width of the unit distribution channel corresponding to the second cooling fin (111c) ( ) may be initialized to a preset default value and then updated to a different value depending on the user's input.
형상 매개변수값 n=1이면 냉각핀은 선형으로 형성되고, n<1이면 냉각핀은 오목 형상으로 형성되고, n>1이면 냉각핀은 볼록 형상으로 형성될 수 있다.If the shape parameter value n = 1, the cooling fins may be formed linearly, if n < 1, the cooling fins may be formed in a concave shape, and if n > 1, the cooling fins may be formed in a convex shape.
도 4를 참조하면, n을 1.0미만으로 줄이면 압력 강하(Pressure drop in headers)가 증가하고 헤더 면적(Area of headers)은 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 또한, n을 1.0보다 큰 값으로 하면 압력 강하는 줄어드나 헤더의 크기가 증가하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that when n is reduced to less than 1.0, the pressure drop in headers increases and the area of headers decreases. Additionally, if n is set to a value greater than 1.0, it can be seen that the pressure drop decreases but the size of the header increases.
헤더의 크기 증가는 방열판의 크기 증가로 이어지므로, 본 발명에서는 압력 강하를 최소화하되 방열판의 경량화 및 소형화를 위해 형상 매개변수값 n을 1로 설정하도록 한다.Since an increase in the size of the header leads to an increase in the size of the heat sink, in the present invention, the shape parameter value n is set to 1 to minimize the pressure drop and make the heat sink lighter and more compact.
n=1을 상기한 수학식 1에 적용함에 따라 최일측에 위치한 제1 냉각핀에서 최타측에 위치한 제2 냉각핀을 향하는 방향으로 각 냉각핀에 대응되는 단위분배로의 너비가 단계적으로 작아지도록 설계할 수 있다.By applying n = 1 to Equation 1 above, the width of the unit distribution path corresponding to each cooling fin is gradually reduced in the direction from the first cooling fin located on the most extreme side to the second cooling fin located on the othermost side. It can be designed.
회수로(115)는 냉각핀(111)의 후단에 각각 구비되는 복수 개의 단위회수로(115a)로 구성되는 것일 수 있다.The recovery passage 115 may be composed of a plurality of unit recovery passages 115a each provided at the rear end of the cooling fin 111.
각 냉각핀(111)에 대응되는 단위회수로(115a)는 인접한 냉각핀의 압력 강하가 동일하다는 가정에 의한 방정식에 각 냉각핀(111)에 대응되는 단위분배로(114a)의 너비를 대입함에 따라 산출되는 너비를 가지는 것일 수 있다.The unit recovery passage 115a corresponding to each cooling fin 111 is obtained by substituting the width of the unit distribution passage 114a corresponding to each cooling fin 111 into an equation based on the assumption that the pressure drops of adjacent cooling fins are the same. It may have a width calculated according to the width.
각 냉각핀(111)에 대응되는 단위회수로(115a)는 기설정된 핀 높이와 각 단위회수로의 너비를 곱함에 따른 값을 핀 높이와 각 단위회수로의 너비를 합한 값으로 나눔에 따른 유압직경이 각 단위회수로와 대응되는 냉각핀의 선단에 구비된 단위분배로의 너비에 따른 분배로 유압강하값과 기설정된 회수로 단면적을 기설정된 포아죄유수에 나누고 제곱근을 취함에 따른 값에 대응되는 너비를 가지는 것일 수 있다.The unit recovery passage 115a corresponding to each cooling fin 111 has a hydraulic pressure obtained by dividing the value obtained by multiplying the preset fin height and the width of each unit recovery passage by the sum of the fin height and the width of each unit recovery passage. Distribution according to the width of the unit distribution channel provided at the tip of the cooling fin whose diameter corresponds to each unit recovery channel. The hydraulic pressure drop value and the preset number of times correspond to the value obtained by dividing the cross-sectional area by the preset Poissine flow number and taking the square root. It may have a width that is
즉, 단위회수로(115a)는 인접한 냉각핀의 유압 강하가 동일하다는 가정에 의한 방정식에 각 냉각핀(111)의 선단에 형성되는 단위분배로(114a)의 너비를 대입하여 산출되는 값에 대응되는 너비를 가지고 형성됨으로써, 복수 개의 냉각핀(111)에서 냉매가 균일한 유량으로 흐르도록 한다.That is, the unit recovery passage 115a corresponds to the value calculated by substituting the width of the unit distribution passage 114a formed at the tip of each cooling fin 111 into an equation based on the assumption that the hydraulic pressure drops of adjacent cooling fins are the same. By being formed with a width that is 111, the refrigerant flows at a uniform flow rate through the plurality of cooling fins 111.
이에 따라, 냉매의 흐름 분포를 개선하고 열 및 유압 성능을 향상할 수 있다. Accordingly, the flow distribution of the refrigerant can be improved and thermal and hydraulic performance can be improved.
이하, 본 발명의 실시예들에 있어서 인접한 냉각핀의 압력 강하가 동일하도록 하는 단위회수로 너비 산출이 어떻게 이뤄지는지 더 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, in embodiments of the present invention, it will be described in more detail how the width is calculated at a unit number of times to ensure that the pressure drops of adjacent cooling fins are the same.
병렬로 배치된 냉각핀 사이를 통과하는 유체 유량은 병렬로 연결된 저항을 통과하는 전류와 유사하며, 냉각핀에서 압력 강하와 마찰력에 의한 흐름 저항은 전기 회로의 전위 강하 및 전기 저항과 비슷하다.The fluid flow rate passing between cooling fins arranged in parallel is similar to the current passing through a resistor connected in parallel, and the flow resistance due to pressure drop and friction force in the cooling fins is similar to the potential drop and electrical resistance in an electric circuit.
옴의 법칙을 이용하면 압력 강하를 아래와 같이 나타낼 수 있다.Using Ohm's law, the pressure drop can be expressed as follows.
여기서 는 압력 강하, 은 마찰력에 의한 흐름저항(resistance to flow), 는 유체 유량을 의미한다.here is the pressure drop, Resistance to flow due to friction, means the fluid flow rate.
또한, 인접한 냉각핀(k번째 냉각핀과 k+1번째 냉각핀)의 압력 강하가 동일하다는 가정에 의해 아래와 같은 수학식을 얻을 수 있다.Additionally, the following equation can be obtained by assuming that the pressure drops of adjacent cooling fins (kth cooling fin and k+1th cooling fin) are the same.
여기서 는 k+1번째 냉각핀에 대응되는 단위분배로의 압력 강하를 의미하고, 는 k+1번째 냉각핀의 압력 강하를 의미하며, 은 k번째 냉각핀에 대응되는 단위회수로의 압력 강하를 의미하고, 는 k번째 냉각핀의 압력 강하를 의미한다.here means the pressure drop in the unit distribution corresponding to the k+1th cooling fin, means the pressure drop of the k+1th cooling fin, means the pressure drop in the unit recovery path corresponding to the kth cooling fin, means the pressure drop of the kth cooling fin.
k+1번째 냉각핀에 대응되는 단위분배로의 압력 강하()는 완전발달유동 조건(fully developed flow condition)의 가정 하에 아래의 수학식으로 나타낼 수 있다.Pressure drop in the unit distribution corresponding to the k+1th cooling fin ( ) can be expressed by the equation below under the assumption of a fully developed flow condition.
여기서 는 마찰계수이며, 는 레이놀즈 수이고, 은 k+1번째 단위분배로의 포아죄유수이며, 는 동적점성도이고, 는 k+1번째 냉각핀에 대응되는 단위분배로의 유압 직경(hydraulic diameter)이며, 는 유체의 평균 속도이고, 는 단위분배로의 길이이다.here is the friction coefficient, is the Reynolds number, is the Pois sin coefficient for the k+1th unit distribution, is the dynamic viscosity, is the hydraulic diameter of the unit distribution corresponding to the k+1th cooling fin, is the average velocity of the fluid, is the length of the unit distribution.
k+1번째 단위분배로의 포아죄유수는 아래의 수학식을 이용해 산출될 수 있다.Pois sin coefficient for k+1th unit distribution can be calculated using the equation below.
여기서, 은 냉각핀의 높이와 너비의 비에 따른 종횡비로, k+1번째 단위분배로에 대응하여 항상 1보다 작은 것일 수 있다.here, is the aspect ratio according to the ratio of the height and width of the cooling fin, and may always be smaller than 1 corresponding to the k+1th unit distribution path.
단위분배로의 길이()는 k+1번째 냉각핀의 일측에서 k+2번째 냉각핀의 일측까지의 거리로 냉각핀의 두께와 냉각핀의 간격을 합함에 따른 값을 가질 수 있다. Length of unit distribution ( ) is the distance from one side of the k+1th cooling fin to one side of the k+2th cooling fin, and can have a value that is the sum of the thickness of the cooling fin and the spacing between the cooling fins.
k+1번째 냉각핀에 대응되는 단위분배로의 유압 직경()은 아래의 수학식으로 나타낼 수 있다.Hydraulic diameter of the unit distribution corresponding to the k+1th cooling fin ( ) can be expressed by the equation below.
여기서, 는 k+1번째 냉각핀에 대응되는 단위분배로의 너비이고, 는 냉각핀의 높이이다.here, is the width of the unit distribution channel corresponding to the k+1th cooling fin, is the height of the cooling fin.
k번째 냉각핀에 대응되는 단위회수로의 압력 강하()는 완전발달유동 조건의 가정하에 아래의 수학식으로 나타낼 수 있다.Pressure drop in the unit recovery path corresponding to the kth cooling fin ( ) can be expressed in the equation below under the assumption of fully developed flow conditions.
여기서 는 마찰계수이고, 는 레이놀즈 수이며, 는 동적점성도이고, 는 k번째 냉각핀에 대응되는 단위회수로의 유압 직경이며, 는 유체의 평균 속도이고, 는 단위회수로의 길이이다.here is the friction coefficient, is the Reynolds number, is the dynamic viscosity, is the hydraulic diameter of the unit recovery channel corresponding to the kth cooling fin, is the average velocity of the fluid, is the length of the unit recovery path.
단위회수로의 길이()는 k번째 냉각핀의 타측에서 k+1번째 냉각핀의 타측까지의 거리를 의미하는 것으로 냉각핀의 두께와 냉각핀의 간격을 합함에 따른 값을 가질 수 있다.Length of unit recovery path ( ) means the distance from the other side of the kth cooling fin to the other side of the k+1th cooling fin, and can have a value that is the sum of the thickness of the cooling fin and the spacing between the cooling fins.
즉, 단위회수로의 길이()와 단위분배로의 길이()는 냉각핀의 두께와 냉각핀의 간격을 합함에 따른 값으로, 동일한 값을 가지는 것일 수 있다.That is, the length of the unit recovery path ( ) and the length of the unit distribution ( ) is a value obtained by adding the thickness of the cooling fin and the spacing between the cooling fins, and may have the same value.
k번째 냉각핀에 대응되는 단위회수로의 유압 직경()은 아래의 수학식으로 나타낼 수 있다.Hydraulic diameter of the unit recovery path corresponding to the kth cooling fin ( ) can be expressed by the equation below.
여기서, 는 k번째 냉각핀에 대응되는 단위회수로의 너비이고, 는 냉각핀의 높이이다.here, is the width of the unit recovery path corresponding to the kth cooling fin, is the height of the cooling fin.
k번째 냉각핀의 압력 강하()는 아래의 수학식에 의해 산출될 수 있다.Pressure drop of the kth cooling fin ( ) can be calculated by the equation below.
여기서, 는 마찰계수이고, 는 레이놀즈 수이며, 는 동적점성도이고, 는 k번째 냉각핀의 유압 직경이며, 는 유체의 평균 속도이고, 는 냉각핀의 길이이고, 는 하겐바흐 인수이고, 는 밀도이다.here, is the friction coefficient, is the Reynolds number, is the dynamic viscosity, is the hydraulic diameter of the kth cooling fin, is the average velocity of the fluid, is the length of the cooling fin, is the Hagenbach factor, is the density.
냉각핀의 매개변수는 사용자에 의해 미리 설정되며, 냉각핀의 유압 직경, 길이가 동일하므로 가 되어 수학식3에서 와 를 제거할 수 있다.The parameters of the cooling fins are preset by the user, and the hydraulic diameter and length of the cooling fins are the same. In Equation 3, and can be removed.
수학식 3에서 와 를 제거하며, 항에 수학식 4를 에 수학식 7을 대입하고, 양변에서 동일한 값을 가지는 상수(, , )를 제거하며, 양변의 유속(, )을 각각 수직 단면적에 대한 유량의 비(,)로 치환함에 따라 아래와 같은 식을 얻을 수 있다.In equation 3: and removes, Add equation 4 to the term Substitute Equation 7 into and enter a constant with the same value on both sides ( , , ) is removed, and the flow velocity on both sides ( , ) is the ratio of flow rate to vertical cross-sectional area ( , ), the following equation can be obtained.
여기서, 은 k+1번째 냉각핀에 대응되는 단위분배로의 수직 단면적이고, 는 k+1번째 냉각핀에 대응되는 단위분배로의 유량이며, 는 k번째 냉각핀에 대응되는 단위회수로의 수직 단면적이고, 는 k번째 냉각핀에 대응되는 단위회수로의 유량이다.here, is the vertical cross-sectional area of the unit distribution corresponding to the k+1th cooling fin, is the flow rate to the unit distribution corresponding to the k+1th cooling fin, is the vertical cross-sectional area of the unit recovery channel corresponding to the k-th cooling fin, is the flow rate of the unit recovery path corresponding to the kth cooling fin.
가 N개의 냉각핀을 포함하는 히트싱크로 들어가는 총 유량인 경우, 각 냉각핀의 사이에 형성된 유로에 균일한 유량이 통과한다는 조건을 적용하여 아래와 같이 추론할 수 있다. If is the total flow rate entering the heat sink including N cooling fins, it can be deduced as follows by applying the condition that a uniform flow rate passes through the flow path formed between each cooling fin.
냉각핀 사이에 형성된 각 유로의 유량= Flow rate of each flow path formed between cooling fins =
k번째 냉각핀에 대응되는 단위회수로의 유량 Flow rate in unit recovery path corresponding to kth cooling fin
k+1번째 냉각핀에 대응되는 단위분배로의 유량 Flow rate to unit distribution corresponding to k+1th cooling fin
추론한, 단위회수로의 유량()과 단위분배로의 유량()을 수학식9에 적용하면 아래와 같이 정리할 수 있다.Inferred, flow rate to unit recovery ( ) and the flow rate to the unit distribution ( ) can be summarized as follows by applying Equation 9.
k+1번째 단위분배로의 유압직경()은 수학식 1에서 산출되는 k+1번째 단위분배로의 너비()를 수학식 5에 적용함에 따라 산출될 수 있다.Hydraulic diameter of the k+1th unit distribution ( ) is the width of the k+1th unit distribution calculated in Equation 1 ( ) can be calculated by applying Equation 5.
수학식 11에서 k는 변수이고, , , , 는 핀 매개변수에 따라 정해지는 상수이므로, k번째 단위회수로의 유압직경()은 상기 수학식 11에 k+1번째 단위분배로의 유압직경()을 대입함에 따라 산출될 수 있다.In Equation 11, k is a variable, , , , is a constant determined according to the pin parameters, so the hydraulic diameter of the kth unit number of times ( ) is the hydraulic diameter of the k+1th unit distribution in Equation 11 ( ) can be calculated by substituting.
k번째 단위회수로의 너비()는 수학식 8에 k번째 단위회수로의 유압직경()과 기설정된 냉각핀의 높이()를 대입함에 따라 산출될 수 있다.Width of the kth unit recovery path ( ) is the hydraulic diameter of the kth unit recovery channel in Equation 8 ( ) and the height of the preset cooling fins ( ) can be calculated by substituting.
단위회수로의 너비는 인접한 냉각핀의 유압 강하가 동일하다는 가정에 의한 방정식으로부터 산출되는 값을 가짐으로써, 복수 개의 냉각핀에 균일한 유량의 냉매가 흐르도록 한다.The width of the unit recovery path has a value calculated from an equation assuming that the hydraulic pressure drops of adjacent cooling fins are the same, thereby allowing a uniform flow rate of refrigerant to flow through the plurality of cooling fins.
즉, 상기한 구성에 따라 복수 개의 냉각판에 흐르는 냉매의 흐름 분포를 개선하여 열 및 유압 성능을 향상시킬 수 있다.That is, according to the above-described configuration, thermal and hydraulic performance can be improved by improving the flow distribution of the refrigerant flowing through the plurality of cooling plates.
도 5를 참조하면 본 발명의 실시예에 의해 설계된 분배로는 냉각핀의 경계에 대응하여 계단식으로 너비가 감소하고 회수로는 냉각핀의 경계에 대응하여 계단식으로 너비가 증가할 수 있다. Referring to FIG. 5, the distribution path designed according to an embodiment of the present invention may decrease in width in a stepwise manner corresponding to the boundary of the cooling fins, and the width of the recovery path may increase in a stepwise manner in response to the boundary of the cooling fins.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전자 부품용 냉각 장치의 성능을 확인하기 위한 실험을 수행하였다.Hereinafter, an experiment was performed to confirm the performance of the cooling device for electronic components according to an embodiment of the present invention.
각각 복수 개의 냉각핀으로 구성되며 병렬로 배치되는 히트싱크는 동일한 동작특성을 가지므로, 단일 SiC 열 부하에 대한 하나의 히트싱크에 대해 실험을 수행하였다.Since heat sinks each composed of a plurality of cooling fins and arranged in parallel have the same operating characteristics, experiments were performed on one heat sink for a single SiC heat load.
단일 SiC 열 부하의 정상(900W) 및 극한 부하(1300W) 조건 각각에서 냉매의 체적 유량(Volumetric Flow Rate)을 변화하며 열저항(), 압력 강하(Pressure Drop, ), 최대 기저 온도(Max. Base Temperature), 평균 기저 온도(Avg. Base Temperature), 유입구와 유출구의 온도 차이()를 확인하였다.The thermal resistance ( ), Pressure Drop, ), Max. Base Temperature, average base temperature (Avg. Base Temperature), temperature difference between inlet and outlet ( ) was confirmed.
도 6을 참조하면 SiC 열 부하의 정상 및 극한 부하 조건 각각에서 냉매의 체적 유량이 1.5LPM에서 3.0LPM으로 증가함에 따라 열저항이 0.0117[K/W]에서 0.0108[k/W]로 감소한 것을 확인할 수 있었다.Referring to Figure 6, it can be seen that the thermal resistance decreased from 0.0117 [K/W] to 0.0108 [k/W] as the volumetric flow rate of the refrigerant increased from 1.5 LPM to 3.0 LPM in each of the normal and extreme load conditions of SiC heat load. I was able to.
또한, 도 7을 참조하면 SiC 열 부하의 정상 및 극한 부하 조건에서 냉매의 체적 유량이 1.5LPM일 때의 압력 강하가 0.017bar로 가장 작고 냉매의 체적 유량이 3.0LPM로 변하며 0.053bar로 상승하는 것을 확인할 수 있었다.In addition, referring to FIG. 7, under normal and extreme load conditions of SiC heat load, the pressure drop is the smallest at 0.017 bar when the volume flow rate of the refrigerant is 1.5 LPM, and increases to 0.053 bar when the volume flow rate of the refrigerant changes to 3.0 LPM. I was able to confirm.
즉, 정상 및 극한 부하 조건에서 모두, 기존의 상용 방열판(1.5LPM일 때의 압력 강하가 0.3bar)에 비해 현저히 낮은 압력 강하가 발생함을 확인할 수 있었다.In other words, it was confirmed that a significantly lower pressure drop occurred compared to existing commercial heat sinks (pressure drop of 0.3 bar at 1.5 LPM) under both normal and extreme load conditions.
도 8을 참조하면 최대 기저 온도는 1300W에서 냉매의 체적 유량이 1.5LPM일 때 74.76℃이고 3.0LPM일 때 65.25℃이며, 900W에서 냉매의 체적 유량이 1.5LPM일 때 63.45℃이고 3.0LPM일 때 57.35℃인 것을 확인할 수 있었다.Referring to Figure 8, the maximum basal temperature is 74.76°C when the volumetric flow rate of the refrigerant is 1.5 LPM at 1300W and 65.25°C when the volumetric flow rate of the refrigerant is 3.0LPM, and at 900W, it is 63.45°C when the volumetric flow rate of the refrigerant is 1.5LPM and 57.35°C when the volumetric flow rate of the refrigerant is 1.5LPM. It was confirmed that it was ℃.
또한, 도 9를 참조하면 평균 기저 온도는 1300W에서 냉매의 체적 유량이 1.5LPM일 때 61.85℃이고, 3.0LPM일 때 57.05℃이며, 900W에서 냉매의 체적 유량이 1.5LPM일 때 55.05℃이고, 3.0LPM일 때 51.75℃인 것을 확인할 수 있었다.Additionally, referring to Figure 9, the average base temperature is 61.85°C when the volumetric flow rate of the refrigerant is 1.5 LPM at 1300W, 57.05°C when the volumetric flow rate of the refrigerant is 3.0 LPM, and 55.05°C when the volumetric flow rate of the refrigerant is 1.5 LPM at 900W, 3.0 It was confirmed that the temperature was 51.75℃ in LPM.
즉, 최대 기저 온도와 평균 기저 온도 모두, SiC 모듈의 성능을 위한 임계치인 90℃보다 낮은 것을 확인할 수 있었다.In other words, it was confirmed that both the maximum base temperature and the average base temperature were lower than 90°C, which is the threshold for SiC module performance.
도 10을 참조하면, 냉매 온도 차이는 1300W에서 냉매의 체적 유량이 1.5LPM일 때 12.16℃이고, 3.0LPM일 때 5.77℃이며, 900W에서 냉매의 체적 유량이 1.5LPM일 때 8.29℃이고, 3.0LPM일 때 3.95℃인 것을 확인할 수 있었다. Referring to Figure 10, the refrigerant temperature difference is 12.16°C when the volumetric flow rate of the refrigerant is 1.5LPM at 1300W, 5.77°C when the volumetric flow rate of the refrigerant is 3.0LPM, and 8.29°C when the volumetric flow rate of the refrigerant is 1.5LPM at 900W, 3.0LPM It was confirmed that the temperature was 3.95℃.
즉, 본 발명에 따르면 적은 양의 냉매로도 유입구에서 유출로의 냉매 온도 상승을 최소화하면서 낮은 기저 온도를 효율적으로 유지할 수 있다.That is, according to the present invention, a low base temperature can be efficiently maintained while minimizing the increase in refrigerant temperature from the inlet to the outlet even with a small amount of refrigerant.
본 발명에 따르면 냉각핀의 압력 강하와 면적을 고려하여 냉각핀에 냉매를 분배하는 분배로가 각 냉각핀에 대응하여 단계적으로 너비가 감소하도록, 냉각핀을 통과한 냉매를 회수하는 회수로가 각 냉각핀에 대응하여 단계적으로 너비가 증가하도록 설계함으로써, 압력 강하를 감소하되 초소형 및 경량화된 전자 부품용 냉각 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, taking into account the pressure drop and area of the cooling fins, the distribution passages for distributing the refrigerant to the cooling fins gradually decrease in width corresponding to each cooling fin, and each recovery passage for recovering the refrigerant that has passed through the cooling fins is provided. By designing the width to gradually increase in response to the cooling fins, it is possible to provide a cooling device for electronic components that reduces pressure drop and is ultra-small and lightweight.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
10 : 전자 부품용 냉각 장치
110 : 핀 플레이트
111 : 냉각핀
112 : 유입구
113 : 유출구
114 : 분배로
115 : 회수로
116 : 주유입구
117 : 유입분배로
118 : 주유출구
119 : 유출분배로10: Cooling device for electronic components
110: pin plate
111: Cooling fin
112: inlet
113: outlet
114: distribution road
115: recovery path
116: Fuel inlet
117: Inflow distribution path
118: Fuel outlet
119: Outflow distribution channel
Claims (5)
상기 복수 개의 냉각핀 중에서 최일측에 배치되는 제1 냉각핀의 선단 일측에 형성되어 냉매가 상기 냉각핀의 사이사이로 통과되게 냉매가 유입되는 유입구;
상기 복수 개의 냉각핀 중에서 최타측에 배치되는 제2 냉각핀의 후단 타측에 형성되고 상기 냉각핀의 사이사이를 통과한 냉매가 유출되는 유출구;
상기 유입구와 상기 복수 개의 냉각핀의 선단 사이에 구비되고 상기 유입구와의 거리가 멀수록 분배공간의 너비가 작아지는 형태를 가지는 분배로; 및
상기 복수 개의 냉각핀의 후단과 상기 유출구의 사이에 구비되고 상기 유출구와의 거리가 가까울수록 회수공간의 너비가 커지는 형태를 가지는 회수로;로 구성되고,
상기 분배로는
상기 냉각핀의 선단에 각각 구비되는 복수 개의 단위분배로로 구성되고,
상기 제1 냉각핀에 대응되는 단위분배로는 기설정된 초기너비를 가지며,
상기 제1 냉각핀을 제외한 각 냉각핀에 대응되는 단위분배로는 대응되는 냉각핀이 상기 제1 냉각핀에서 멀리 떨어질수록 상기 초기너비에서 단계적으로 작아지는 너비를 가지는 것이며,
상기 회수로는
상기 냉각핀의 후단에 각각 구비되는 복수 개의 단위회수로로 구성되고,
각 냉각핀에 대응되는 단위회수로는
기설정된 냉각핀 높이와 각 단위회수로의 너비를 곱함에 따른 값을 상기 냉각핀 높이와 각 단위회수로의 너비를 합한 값으로 나눔에 따른 유압직경이 각 단위회수로와 대응되는 냉각핀의 선단에 구비된 단위분배로의 너비에 따른 분배로 유압강하값과 기설정된 회수로 단면적을 기설정된 포아죄유수에 나누고 제곱근을 취함에 따른 값에 대응되는 너비를 가지는 것
인 전자 부품용 냉각 장치.A plurality of cooling fins arranged at regular intervals from each other;
an inlet formed on one side of the tip of a first cooling fin disposed at the farthest side among the plurality of cooling fins, through which the refrigerant flows through to allow the refrigerant to pass between the cooling fins;
an outlet formed on the other side of the rear end of a second cooling fin disposed on the other side among the plurality of cooling fins and through which refrigerant passing between the cooling fins flows out;
a distribution path provided between the inlet and the tip of the plurality of cooling fins and having a width of the distribution space that becomes smaller as the distance from the inlet increases; and
A recovery passage is provided between the rear end of the plurality of cooling fins and the outlet and has a shape in which the width of the recovery space increases as the distance from the outlet becomes closer,
With the above distribution,
It consists of a plurality of unit distribution channels each provided at the tip of the cooling fin,
The unit distribution channel corresponding to the first cooling fin has a preset initial width,
The unit distribution corresponding to each cooling fin except the first cooling fin has a width that gradually decreases from the initial width as the corresponding cooling fin moves away from the first cooling fin,
With the above number of times
It consists of a plurality of unit recovery channels each provided at a rear end of the cooling fin,
The unit frequency corresponding to each cooling fin is
The hydraulic diameter obtained by multiplying the preset cooling fin height and the width of each unit recovery passage and dividing it by the sum of the cooling fin height and the width of each unit recovery passage is the tip of the cooling fin corresponding to each unit recovery passage. Distribution according to the width of the unit distribution channel provided in the unit distribution channel has a width corresponding to the value obtained by dividing the cross-sectional area by the hydraulic pressure drop value and the preset number of times and taking the square root.
Cooling device for electronic components.
상기 복수 개의 냉각핀 중에서 최일측에 배치되는 제1 냉각핀의 선단 일측에 형성되어 냉매가 상기 냉각핀의 사이사이로 통과되게 냉매가 유입되는 유입구;
상기 복수 개의 냉각핀 중에서 최타측에 배치되는 제2 냉각핀의 후단 타측에 형성되고 상기 냉각핀의 사이사이를 통과한 냉매가 유출되는 유출구;
상기 유입구와 상기 복수 개의 냉각핀의 선단 사이에 구비되고 상기 유입구와의 거리가 멀수록 분배공간의 너비가 작아지는 형태를 가지는 분배로; 및
상기 복수 개의 냉각핀의 후단과 상기 유출구의 사이에 구비되고 상기 유출구와의 거리가 가까울수록 회수공간의 너비가 커지는 형태를 가지는 회수로;로 구성되고,
상기 분배로는
상기 냉각핀의 선단에 각각 구비되는 복수 개의 단위분배로로 구성되고,
상기 제1 냉각핀에 대응되는 단위분배로는 기설정된 초기너비를 가지며,
상기 제1 냉각핀을 제외한 각 냉각핀에 대응되는 단위분배로는 대응되는 냉각핀이 상기 제1 냉각핀에서 멀리 떨어질수록 상기 초기너비에서 단계적으로 작아지는 너비를 가지는 것이며,
상기 회수로는
상기 냉각핀의 배치에 따른 경계에 대응되게 너비가 계단 형태로 커지는 형태를 가지는 것이고,
상기 제1 냉각핀에서 상기 제2 냉각핀으로 향하는 방향을 따라 상기 제1 냉각핀 이후의 k번째 냉각핀에 대응되는 단위분배로는
k에 기설정된 초기값을 차감한 값을 냉각핀의 총 개수에 기설정된 초기값을 차감한 값으로 나눠 기설정된 형상 파라미터값에 따라 지수승하여 기설정된 초기값에 차감한 값을 상기 초기너비에 곱한 값에 기초한 너비를 가지는 것
인 전자 부품용 냉각 장치.A plurality of cooling fins arranged at regular intervals from each other;
an inlet formed on one side of the tip of a first cooling fin disposed at the farthest side among the plurality of cooling fins, through which the refrigerant flows through to allow the refrigerant to pass between the cooling fins;
an outlet formed on the other side of the rear end of a second cooling fin disposed on the other side among the plurality of cooling fins and through which refrigerant passing between the cooling fins flows out;
a distribution path provided between the inlet and the tip of the plurality of cooling fins and having a width of the distribution space that becomes smaller as the distance from the inlet increases; and
A recovery passage is provided between the rear end of the plurality of cooling fins and the outlet and has a shape in which the width of the recovery space increases as the distance from the outlet becomes closer,
With the above distribution,
It consists of a plurality of unit distribution channels each provided at the tip of the cooling fin,
The unit distribution channel corresponding to the first cooling fin has a preset initial width,
The unit distribution corresponding to each cooling fin except the first cooling fin has a width that gradually decreases from the initial width as the corresponding cooling fin moves away from the first cooling fin,
With the above number of times
It has a shape where the width increases in a step shape corresponding to the boundary according to the arrangement of the cooling fins,
The unit distribution corresponding to the kth cooling fin after the first cooling fin along the direction from the first cooling fin to the second cooling fin is
The value obtained by subtracting the preset initial value from k is divided by the total number of cooling fins minus the preset initial value, multiplied by an exponent according to the preset shape parameter value, and the value subtracted from the preset initial value is added to the initial width. Having a width based on the multiplied value
Cooling device for electronic components.
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