KR20140010422A - 열 관리 시스템 - Google Patents

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KR20140010422A
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Abstract

열 관리 시스템 및 관련된 열 전도성 철 함유 입자에 대한 다양한 실시예가 개시된다. 캐리어 유체는 전자석이 입자를 끌어당기는 자기장을 생성할 때 열 전도성 철 함유 입자의 적어도 일부를 정렬하도록 구성된다. 타겟 구성 요소를 선택적으로 단열시키고 열적으로 연결시키는 방법이 개시된다. 시스템의 일 실시예는 타겟 구성 요소에 인접한 제 1 표면을 가진 제 1 구성 요소, 및 제 1 표면과 타겟 구성 요소 사이의 전자석을 포함한다. 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소와 제 2 구성 요소 사이의 열 경계 역할을 하는 갭을 생성하도록 제 1 구성 요소에서 이격된다. 갭 내에 배치된 캐리어 유체는 입자를 포함하며 전자석이 입자를 밀어내는 자기장을 생성할 때 입자의 적어도 일부를 밀어낸다.

Description

열 관리 시스템{THERMAL MANAGEMENT SYSTEM}
전자 구성 요소는 상하 타겟 온도 사이의 원하는 온도 범위 내에서 동작하도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 게임 시스템에 대한 하나의 입력 장치는 깊이 카메라(depth camera)이다. 깊이 카메라는 일반적으로 조명(illumination light)으로 물체를 조명하기 위해 광원을 가진 조명 시스템을 포함한다. 효율적인 동작을 위해, 광원은 원하는 온도 범위 내에 유지되어야 한다.
전자 구성 요소에서 원하는 온도 범위를 유지하기 위한 일부 접근 방식은 냉각 팬 또는 열전 냉각기(thermoelectric cooler(TEC))와 같은 열 관리 장치를 활용하는 것을 포함한다. 그러나, 이러한 열 관리 장치는 값비쌀 수 있으며, 게임 시스템과 같은 특정 전자 시스템에서는 바람직하지 않은 큰 패키징 공간을 필요로 할 수 있다. 더욱이, 원하는 온도 범위를 유지하기 위한 이러한 접근 방식 및 다른 접근 방식은 가열 또는 냉각 효과를 전자 구성 요소에 제공할 수 있지만, 이러한 구성 요소를 단열시키는 데에는 덜 효과적일 수 있다.
타겟 구성 요소를 선택적으로 단열시키고 열적으로 연결하는 열 관리 시스템에 대한 다양한 실시예가 개시된다. 일 실시예에서, 열 관리 시스템은 타겟 구성 요소에 인접한 제 1 표면을 갖는 제 1 구성 요소를 포함한다. 전자석이 제 1 표면과 타겟 구성 요소 사이에 위치된다. 제 2 구성 요소는 제1 구성 요소에서 이격되어 제 1 구성 요소와 제 2 구성 요소 사이에 갭을 생성하며, 이 갭은 이들 구성 요소 사이의 열 경계 역할을 한다. 캐리어 유체(carrier fluid)가 갭 내에 배치되며 다수의 열 전도성 철 함유 입자를 포함한다.
전자석이 열 전도성 철 함유 입자를 끌어당기는 자기장을 생성할 때, 캐리어 유체는 갭의 중심 영역을 가로질러 입자의 적어도 일부를 정렬하도록 구성된다. 반대로, 전자석이 입자를 밀어내는 자기장을 생성할 때, 캐리어 유체는 갭의 중심 영역으로부터 입자의 적어도 일부를 밀어내도록 구성된다. 이러한 방식으로, 열 관리 시스템은 선택적으로 열적으로 연결하고 제 1 구성 요소와 제 2 구성 요소를 단열시키도록 동작한다.
이러한 요약은 상세한 설명에서 아래에 더 설명되는 단순화된 형태의 개념의 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이러한 요약은 청구된 발명 대상의 중요한 특징 또는 필수적인 특징을 식별하도록 의도된 것이 아니며, 청구된 발명 대상의 범위를 제한하는 데 사용되도록 의도된 것도 아니다. 더욱이, 청구된 발명 대상은 본 발명의 일부 부분에서 언급된 일부 또는 모든 결점을 해결하는 구현으로 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 컴퓨팅 장치, 및 열 관리 시스템을 포함하는 관련된 깊이 카메라를 포함하는 게임 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 깊이 카메라 및 컴퓨팅 장치의 구성 요소를 도시한 도 1의 깊이 카메라 및 컴퓨팅 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 열 관리 시스템의 구성 요소를 도시한 도 2의 열 관리 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 스페이서에 의해 분리되는 제 1 열 전도성 구성 요소와 제 2 열 전도성 구성 요소, 및 제 1 전도성 구성 요소에 인접한 자석을 도시한 도 3의 열 관리 시스템의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제 1 구성 요소와 제 2 구성 요소 사이의 갭의 중심 영역을 가로질러 열 전도성 입자를 정렬하도록 동작하는 열 관리 시스템을 도시한 도 4의 라인 5 및 6을 따라 취해진 구성 요소 스택(stack)의 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제 1 구성 요소와 제 2 구성 요소 사이의 갭의 중심 영역으로부터 열 전도성 입자를 밀어내도록 동작하는 열 관리 시스템을 도시한 도 4의 라인 5 및 6을 따라 취해진 도 4의 구성 요소 스택의 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 타겟 구성 요소를 단열시키고 열적으로 연결하는 방법에 대한 흐름도를 도시한다.
본 발명의 양태는 이제 위에 나열된 예시된 실시예를 참조하여 예로서 설명될 것이다. 도 1은 게임 콘솔과 같은 컴퓨팅 장치(12) 및 본 발명의 실시예에 따른 열 관리 시스템이 활용될 수 있는 관련된 깊이 카메라(20)를 포함하는 게임 시스템(10)의 예를 개략적으로 도시한다. 깊이 카메라(20)는 사람(28)과 같은 객체를 조명하는 광을 방출하며 광 센서에서 반사된 조명 광을 감지한다. 깊이 카메라(20) 또는 컴퓨팅 장치(12) 내의 이미징 시스템은 캡처되는 반사된 광에 기초하여 객체 이미지를 생성하도록 구성된다. 객체 이미지는 조명된 객체의 그래픽 표현(32)을 디스플레이(36)에 제공하는 데 사용될 수 있다.
도 2는 도 1의 깊이 카메라(20) 및 컴퓨팅 장치(12)의 구성 요소를 개략적으로 도시한다. 하나의 예에서, 깊이 카메라(20)는 제어기(40), 메모리(50) 및 전력 공급 장치(60)를 포함한다. 깊이 카메라(20)는 또한 조명 시스템(18) 내에 배치되는 광원(14)을 포함한다. 아래에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 깊이 카메라(20)는 광원(14)과 같은 타겟 구성 요소(30)를 선택적으로 단열시키고 열적으로 연결하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 열 관리 시스템(100)을 추가로 포함한다. 조명 시스템(18)은 도 1의 사람(28)과 같은 객체를 조명하기 위해 광원(14)을 제어할 수 있다. 일부 예에서, 조명 광은 3차원 정보를 결정하기 위해 분석되는 간섭 패턴을 제공하는 데 사용되는 구조화된 광일 수 있다. 다른 일부 예에서, 조명 광은 3차원 정보를 결정하기 위해 비행 시간 측정(time-of-flight measurement)을 위한 기초를 제공하는 데 사용되는 펄스화된 광일 수 있다.
일례에서, 광원(14)은 하나 이상의 파장에서 광의 펄스를 방출하도록 제어되는 발광 레이저 다이오드(16)의 어레이를 포함할 수 있다. 발광 레이저 다이오드(16)는 열을 발생하며 발광 다이오드(16)의 동작 온도를 변화시키는 것은 또한 방출되는 광의 방출 파장을 변화시킨다는 것이 이해될 것이다. 레이저 다이오드의 동작 온도를 증가시키는 것은 이에 대응하여 방출되는 광의 파장을 증가시킨다. 반대로, 레이저 다이오드의 동작 온도를 감소시키는 것은 이에 대응하여 방출되는 광의 파장을 감소시킨다. 참조 및 예만을 위해, 표준 측면(standard edge) 방출 Fabret-Perot 레이저의 동작 온도의 이론상 섭씨 30도 조절은 방출되는 광의 10 nm의 파장 시프트를 생성할 수 있다.
도 2를 계속 참조하면, 컴퓨팅 장치(12)는 제어기(72), 메모리(74), 및 관련된 대용량 저장 장치(76) 및 전력 공급 장치(78)를 포함한다. 컴퓨팅 장치(12)는 깊이 카메라로부터 3차원 정보를 수신하기 위해 깊이 카메라(20)에 동작 가능하게 연결된다. 다른 예에서, 깊이 카메라(20)는 제어기 또는 메모리를 포함하지 않을 수 있으며, 컴퓨팅 장치(12)의 제어기(72) 및 메모리(74)가 깊이 카메라 및 열 관리 시스템(100)을 제어하는 데 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 열 관리 시스템(100)은 전력 공급 장치, 제어기, 대용량 저장소 및/또는 메모리 중 하나 이상을 제공하는 다른 전자 장치에 내장되거나 동작 가능하게 연결될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 설명된 열 관리 시스템(100)의 실시예는 단지 예시적이며, 다른 동작 상황에서의 다른 적절한 실시예가 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다.
깊이 카메라(20) 내의 조명 시스템(18)의 효율적인 동작을 위해, 발광 다이오드 레이저(16)의 파장 시프트를 최소화하는 것이 바람직하다. 이러한 파장 시프트를 최소화하기 위한 하나의 접근 방식은 원하는 온도 범위 내에서 발광 레이저 다이오드(16)의 동작 온도를 유지하는 것일 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 타겟 구성 요소(30) 및 열 관리 시스템(100)의 구성 요소의 개략적 표현이 제공된다. 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 일례에서, 타겟 구성 요소(30)는 광원(14) 내에서 하나 이상의 발광 레이저 다이오드(16)일 수 있다.
일례에서, 열 관리 시스템(100)은 타겟 구성 요소(30)에 인접한 제 1 표면(206)을 포함하는 제 1 구성 요소(202)를 포함할 수 있다. 제 1 전자석(210)이 제 1 표면(206)과 타겟 구성 요소(30) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 전자석(210)은 강자성 코어를 둘러싸는 코일로 구성될 수 있다. 일례에서, 제 1 전자석(210)은 도넛 형상을 가질 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 구성 요소(202)의 제 1 표면(206)은 타겟 구성 요소(30)에 인접할 수 있지만, 타겟 구성 요소와 접촉하지 않을 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 표면(206)의 적어도 일부는 타겟 구성 요소(30)에 인접하고 접촉할 수 있다. 예를 들면, 제 1 전자석(210)의 폭이 제 1 구성 요소(202)의 폭보다 작을 수 있으며, 제 1 구성 요소 및 제 1 표면(206)의 외주(outer periphery)가 타겟 구성 요소(30)와 접촉하도록 연장될 수 있다.
도 3을 계속 참조하면, 제 2 구성 요소(214)는 갭(220)을 형성하도록 제 1 구성 요소(202)에서 이격될 수 있다. 아래에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 갭(220)은 제 1 구성 요소(202)와 제 2 구성 요소(214) 사이의 열 경계의 역할을 한다. 제 2 구성 요소(214)는 히트 싱크(270)에 인접한 제 2 표면(208)을 포함한다.
히트 싱크(270)는 제 2 구성 요소(214)의 온도를 낮추기 위해 동작하여, 제 2 구성 요소(214)와 타겟 구성 요소(30) 사이의 더욱 큰 온도차를 생성할 수 있다. 이러한 방식으로, 아래에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 히트 싱크(270)는 타겟 구성 요소(30)로부터의 열 전달을 선택적으로 향상시킬 수 있다. 다른 예에서, 기존의 히트 싱크(274)가 열 관리 시스템(100)이 이용되는 전자 구성 요소에 존재할 수 있다. 본 실시예에서, 기존의 히트 싱크(274)가 히트 싱크(270)에 더하여 또는 대신에 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 자석(310)은 제 2 표면(208)과 히트 싱크(270) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 자석(310)은 영구 자석 또는 제 2 전자석일 수 있다. 일례에서, 제 2 자석(310)은 영구 자석일 수 있으며, 제어기(40)는 아래에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 선택적으로 제 1 전자석(210)을 제어하도록 구성된다. 다른 예에서, 제 2 자석(310)은 또한 전력 공급 장치(60)에 전기적으로 연결되는 제 2 전자석이며, 제어기(40)는 아래에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 제 1 전자석(210) 및 제 2 전자석을 선택적으로 제어하도록 구성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 구성 요소(214)의 제 2 표면(208)은 히트 싱크(270)에 인접할 수 있지만, 히트 싱크(270)와 접촉하지 않을 수 있다. 다른 실시예에서, 제 2 구성 요소(214)의 제 2 표면(208)의 적어도 일부는 히트 싱크(270)에 인접하고 접촉할 수 있다. 예를 들면, 제 2 전자석(310)의 폭이 제 2 구성 요소(214)의 폭보다 작을 수 있으며, 제 1 구성 요소 및 제 2 표면(208)의 외주가 히트 싱크(270)와 접촉하도록 연장될 수 있다.
제 1 구성 요소(202) 및 제 2 구성 요소(214)는 제 1 구성 요소 및 제 2 구성 요소의 제 2 열 전도도보다 낮은 제 1 열 전도도를 갖는 물질로 형성되는 스페이서(224)에 의해 분리될 수 있다. 스페이서(24)에 이용될 수 있는 물질의 예는 유리, 자기(porcelain), 플라스틱 및 탄성 물질을 포함한다. 도 3 및 4에 도시된 예에서, 스페이서(224)는 탄성 물질로 형성된 오링(O-ring)일 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 일례에서, 제 1 구성 요소(202) 및 제 2 구성 요소(214)는 서로 대향하여 위치된 링 형상의 판을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 구성 요소(202) 및 제 2 구성 요소(214)는 탄성 오링을 포함할 수 있는 스페이서(224)에 의해 분리되며 스페이서(224)를 오버랩할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 제 1 전자석(210)은 마찬가지로 제 1 구성 요소(202) 및 제 2 구성 요소(214)의 직경보다 작은 직경을 갖는 링 형상의 판을 포함할 수 있다.
제 1 구성 요소(202) 및 제 2 구성 요소(214)는 비철 물질로 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 1 구성 요소(202) 및 제 2 구성 요소(214)는 또한 스페이서(24)의 제 1 열 전도도보다 높은 제 2 열 전도도를 갖는 물질로 형성된다. 제 1 구성 요소(202) 및 제 2 구성 요소(214)에 이용될 수 있는 비철 물질의 예는 알루미늄, 아연 및 구리를 포함한다.
도 3을 계속 참조하면, 제 1 전자석(210)은 제 1 구성 요소(202)를 통해 갭(220)으로 전달하는 자기장을 생성하도록 제 1 전자석을 선택적으로 활성화시키기 위해 전력 공급 장치(60)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전력 공급 장치(60)는 전력 공급 장치로부터의 전류를 제 1 전자석에 제공함으로써 제 1 전자석(210)을 선택적으로 제어하도록 구성되는 제어기(40)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 아래에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 제어기(40)는 타겟 구성 요소(30)에 동작 가능하게 연결되는 온도 센서(70)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 메모리(50)는 제 1 전자석(210)을 활성화시키고 본 명세서에서 설명된 기능을 제공하기 위해 전력 공급 장치(60)를 선택적으로 제어하도록 제어기(40)에 의해 저장되고 실행되는 프로그램 논리 명령어를 포함한다.
이제 도 5 및 6을 참조하면, 다수의 열 전도성 철 함유 입자(246)를 포함하는 캐리어 유체(240)가 제 1 구성 요소(202)와 제 2 구성 요소(214) 사이에 갭(220)과 함께 배치된다. 일례에서, 캐리어 유체(240)는 기본 유체 및 기본 유체 내에서 떠도는 열 전도성 철의 나노입자를 포함하는 콜로이드 용액을 포함할 수 있다. 나노입자의 각각은 대략 1 내지 100 나노미터의 직경을 가질 수 있으며, 산화물, 탄화물, 또는 철 , 자철광 또는 적철광과 같은 금속을 포함하지만 이에 제한되지 않는 물질로 형성될 수 있다.
나노입자가 떠돌 수 있는 기본 유체는 물, 에틸렌 글리콜 또는 다른 유체를 포함하며, 이의 일부는 물 또는 에틸렌 글리콜보다 낮은 열 전도도를 가질 수 있다. 기본 유체의 열전도도는 열 전도성 철의 나노입자의 열전도도 보다 작다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 에틸렌 글리콜은 대략 0.25 W/mK의 열 전도도를 가질 수 있는 반면에, 철은 대략 80 W/mK의 열 전도도를 가질 수 있다. 아래에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 캐리어 유체(240)는 제 1 전자석(210) 및/또는 제 2 자석(310)이 입자를 끌어당기는 자기장을 생성할 때 갭(220)의 중심 영역(226)을 가로질러 열 전도성 철 함유 입자(246)를 정렬하도록 구성된다. 캐리어 유체(240)는 또한 제 1 전자석(210) 및/또는 제 2 자석(310)이 입자를 밀어내는 자기장을 생성할 때 갭(220)의 중심 영역(226)으로부터 입자를 밀어내도록 구성된다.
갭(220)의 중심 영역(226)을 가로질러 열 전도성 철 함유 입자(246)를 정렬하는 것은 캐리어 유체(240)를 통해 갭을 가로질러 열 전달을 향상시키는 반면에 갭의 중심 영역으로부터 입자를 밀어내는 것은 캐리어 유체(240)를 통해 갭을 가로질러 열 전달을 억제할 것이라는 것이 이해될 것이다. 또한, 갭(220)의 중심 영역(226)은 제 1 전자석(210)에 실질적으로 대향하여 위치될 수 있으며 제 1 전자석의 가장자리(212 및 216)를 넘어서 횡 방향으로 연장될 수 있는 것이 이해될 것이다. 다른 예에서, 갭(220)의 중심 영역(226)은 제 1 전자석(210)의 가장자리(212 및 216)를 넘어 횡 방향으로 연장될 수 없다.
또한, 도 3을 참조하면, 제 1 구성 요소(202) 및 제 2 구성 요소(214)는 캐리어 유체(240)가 실질적으로 갭(220) 내에서 움직이지 않도록 유체 밀봉된(fluidically sealed) 공간을 형성하기 위해 스페이서(224)와 협력한다. 이러한 방식으로, 캐리어 유체(240)를 통해 제 1 구성 요소(202)에서 타겟 구성 요소(30)로의 열 전달은 전도 열 전달을 포함한다.
이제 도 3을 참조하면, 타겟 구성 요소(30)의 온도는 타겟 구성 요소의 동작 또는 비동작의 지속 시간, 및 타겟 구성 요소와 이의 주변 사이의 온도의 차를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 동작 조건 및 매개 변수에 따라 증가하거나 감소할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 상술한 바와 같이, 일례에서, 타겟 구성 요소(30)는 깊이 카메라(20) 내의 하나 이상의 발광 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 레이저 다이오드(16)가 동작될 때, 레이저 다이오드의 온도의 변화는 방출된 광의 방출 파장이 시프트하도록 할 것이다.
또한 상술한 바와 같이, 파장 시프트를 최소화하기 위해 타겟 동작 온도 범위 내에서 레이저 다이오드(16)를 동작하는 것이 바람직하다. 타겟 동작 온도 범위는 제 1 임계 온도와 제 2 임계 온도 사이에 있을 수 있다. 일례에서, 제 1 임계 온도는 대략 섭씨 42.1 도이며, 제 2 임계 온도는 대략 섭씨 41.9 도이다. 다른 온도는 타겟 구성 요소(30) 및 이의 동작 조건의 특정 요구 사항에 따라 제 1 및 2 임계 온도에 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 추가적으로, 일부 실시예에서, 제 1 및 2 임계 온도는 동일할 수 있다. 아래에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 열 관리 시스템(100)은 타겟 동작 온도 범위 내에서 레이저 다이오드를 유지하기 위해 레이저 다이오드(16)를 선택적으로 단열시키고 열적으로 연결할 수 있다.
이제 도 7을 참조하며 도 5 및 6에 예시된 실시예를 참조하면, 레이저 다이오드(16)와 같이 열을 생성하는 타겟 구성 요소를 선택적으로 단열시키고 열적으로 연결하는 방법에 대한 흐름도가 제공된다. 이러한 방법은 메모리(50)에 저장된 명령어의 형태의 제어 알고리즘을 포함할 수 있다. 이러한 명령어는 제어기(40)에 의해 실행되고, 도 3, 5 및 6에 예시되고 상술한 하드웨어 및 구성 요소에 의해 수행될 수 있다. 방법은 또한 어떤 다른 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 구성 요소에 의해 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일괄하여 328에 표시된 단계(314 및 324)로 시작하며 제 2 자석(310)이 제 2 전자석인 예시적인 일 실시예에서, 방법(328)은 열 전도성 철 함유 입자를 끌어당기고 밀어내기 위해 제 1 전자석(210) 및/또는 제 2 전자석을 제어하는 단계를 포함한다. 특히, 단계(314)에서, 방법은 캐리어 유체(240) 내의 열 전도성 철 함유 입자(246)를 끌어당겨, 갭(220)의 중심 영역(226)을 가로질러 입자의 적어도 일부를 정렬하는 자기장을 생성하기 위해 제 1 전자석(210) 및/또는 제 2 자석을 제어하는 단계를 포함한다. 단계(324)에서, 방법은 또한 캐리어 유체(240) 내의 열 전도성 철 함유 입자(246)를 밀어내어, 갭(220)의 중심 영역(226)으로부터 입자의 적어도 일부를 밀어내는 자기장을 생성하기 위해 제 1 전자석(210) 및/또는 제 2 자석을 제어하는 단계를 포함한다. 상술한 바와 같이, 설명된 방식으로 열 전도성 철 함유 입자(246)를 정렬하는 것은 갭을 가로질러 타겟 구성 요소(30)에서 히트 싱크(270)로의 열 전달을 향상시키는 반면에, 설명된 방식으로 입자를 밀어내는 것은 캐리어 유체(240)를 통해 갭을 가로질러 열 전달을 억제할 것이다.
일례에서, 제 1 전자석(210) 및/또는 제 2 자석을 통한 전류 흐름은 가능한 가장 강력한 자기장을 생성하기 위해 전자석의 최대 정격(maximum rating)에 있을 수 있다. 다른 예에서, 전류 흐름은 전자석에 의해 생성되는 자기장의 강도를 변화시키도록 제 1 전자석(210) 및/또는 제 2 전자석의 최대 정격보다 적은 값으로 변조될 수 있다. 제 1 전자석(210) 및/또는 제 2 자석을 통한 전류 흐름은 또한 자기장의 부재를 생성하기 위해 제거될 수 있다.
단계(304)로 시작하는 다른 예시적인 실시예에서, 방법(302)은 타겟 구성 요소(30)의 실제 온도를 감지하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 온도 센서(70)가 타겟 구성 요소(30)의 실제 온도를 결정하고 이러한 정보를 제어기(40)에 전달할 수 있다. 다음 단계(308)에서, 타겟 구성 요소의 실제 온도가 제 1 임계 온도와 비교된다. 제 1 임계 온도는 예를 들어 메모리(50)에 저장되고 제어기(40)에 의해 액세스될 수 있다. 그 다음, 단계(312)에서, 타겟 구성 요소의 실제 온도가 제 1 임계 온도 이상인지 판단된다. 타겟 구성 요소의 실제 온도가 제 1 임계 온도 이상이면, 단계(314)에서 방법(300)은 상술한 바와 같이 캐리어 유체(240) 내에서 열 전도성 철 함유 입자(246)를 끌어당기는 자기장을 생성하기 위해 제 1 전자석(210) 및/또는 제 2 자석을 제어하는 단계를 포함한다. 단계(314)에 이어서, 방법(300)은 타겟 구성 요소(30)의 실제 온도를 다시 감지하기 위해 단계(304)로 복귀한다.
이제 도 3 및 5를 참조하면, 열 전도성 철 함유 입자(246)를 끌어당기고 갭(220)의 중심 영역(226)을 가로질러 입자를 정렬하는 것은 타겟 구성 요소(30)를 히트 싱크(270)에 열적으로 연결하고 타겟 구성 요소(30)에서 히트 싱크(270)로의 열 전달을 향상시킨다. 이러한 향상된 열 전달은 도 4에서 캐리어 유체(240), 제 2 구성 요소(214) 및 제 2 전자석을 통해 연장하는 점선 화살표에 의해 개략적으로 나타낸다. 타겟 구성 요소(30)에서 히트 싱크(270)로 전달되는 열의 적어도 일부는 제 1 전자석(210) 및 제 2 전자석을 통과할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 다른 예에서, 타겟 구성 요소(30)에서 히트 싱크(270)로 전달되는 열의 적어도 일부는 제 1 전자석(210) 및 제 2 전자석을 통과할 수 없다.
도 7 및 단계(312)로 돌아가면, 타겟 구성 요소의 실제 온도가 제 1 임계 온도보다 높지 않으면, 단계(316)에서 타겟 구성 요소의 실제 온도가 제 2 임계 온도와 비교된다. 제 2 임계 온도는 또한 메모리(50)에 저장되며 제어기(40)에 의해 액세스될 수 있다. 그 다음, 단계(320)에서 방법은 실제 온도가 제 2 임계 온도보다 낮은지를 판단한다. 실제 온도가 제 2 임계 온도보다 낮지 않으면, 방법은 타겟 구성 요소(30)의 실제 온도를 다시 감지하기 위해 단계(304)로 복귀한다. 타겟 구성 요소(30)의 실제 온도가 제 2 임계 온도보다 낮으면, 이제 도 6을 참조하여, 단계(324)에서 방법은 캐리어 유체(240) 내의 열 전도성 철 함유 입자(246)를 밀어내어, 갭(220)의 중심 영역(226)으로부터 입자의 적어도 일부를 밀어내는 자기장을 생성하기 위해 제 1 전자석(210) 및/또는 제 2 자석을 제어하는 단계를 포함한다. 단계(324)에 이어서, 방법은 타겟 구성 요소(30)의 실제 온도를 다시 감지하기 위해 단계(304)로 복귀한다.
이제 도 3 및 도 6을 참조하면, 열 전도성 철 함유 입자(246)를 밀어내며 갭(220)의 중심 영역(226)으로부터 입자의 적어도 일부를 밀어내는 것은 히트 싱크(270)로부터 타겟 구성 요소(30)를 열적으로 격리하며 타겟 구성 요소(30)에서 히트 싱크(270)로의 열 전달을 억제한다는 것이 이해될 것이다. 캐리어 유체(240)에 대해 상술한 바와 같이, 기본 유체의 열 전도도는 기본 유체 내에 떠도는 열 전도성 철 함유 입자의 열 전도도보다 작다. 따라서, 갭(220)의 중심 영역(226)에서 입자를 밀어내는 것은 주로 갭의 중심 영역 내에 기본 유체만을 남겨 갭을 가로지르는 열 전달을 억제하는 역할을 한다. 이러한 억제된 열 전달은 도 6에서 제 1 구성 요소(202)로만 연장하는 점선 화살표에 의해 개략적으로 나타낸다.
갭(220)을 가로지르는 열 전달을 억제하고, 히트 싱크(270)로부터 타겟 구성 요소(30)를 열적으로 격리함으로써, 타겟 구성 요소(30)의 온도는 타겟 구성 요소에 의해 생성된 열, 또는 주변 환경 내의 다른 열 소스로부터 타겟 구성 요소로 전달되는 열 때문에 상승할 수 있다. 도 3을 참조하면, 일 실시예에서 보조 히터(280)는 원할 시에 추가 열 전달을 타겟 구성 요소(30)에 제공하는 데 활용될 수 있다. 하나의 예시적인 이용 케이스에서, 레이저 다이오드(16)를 포함하는 깊이 카메라(20)가 레이저 다이오드의 원하는 동작 온도 범위 아래에서 주위 온도 환경을 통해 이송하고/하거나 이용될 수 있다. 이러한 예에서, 타겟 구성 요소(30)는 상술한 바와 같이 히트 싱크(270)로부터 열적으로 격리될 수 있으며, 보조 히터(280)가 레이저 다이오드(16)를 가열하며 레이저 다이오드의 온도를 원하는 동작 온도 범위 내로 상승시키는 데 필요한 시간을 줄이기 위해 활용될 수 있다.
다른 예에서, 캐리어 유체(240)는 전체 유체가 제 1 전자석(210) 및 제 2 전자석에 의해 생성되는 자기장에 응답하여 이동하는 자성 유체(ferrofluid)를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 자성 액체가 갭(220)의 중심 영역(226)에서 밀어내어지고 위치 이동되면, 중심 영역은 히트 싱크(270)로부터 타겟 구성 요소(30)를 열적으로 격리하며 타겟 구성 요소(30)에서 히트 싱크(270)로의 열 전달을 억제하는 공기 또는 진공에 의해 채워진다.
다른 예에서, 캐리어 유체(240)는 공기를 포함할 수 있으며, 열 전도성 철 함유 입자는 쇠가루(iron filings)를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 쇠가루가 갭(220)의 중심 영역(226)에서 밀려나고 위치 이동되면, 중심 영역은 히트 싱크(270)로부터 타겟 구성 요소(30)를 열적으로 격리하며 타겟 구성 요소(30)에서 히트 싱크(270)로의 열 전달을 억제하는 공기에 의해 채워진다.
상술한 예시적인 실시예는 설명을 위해서만 제공되며 설명된 열 관리 시스템 및 관련된 방법 및 프로세스는 본 발명의 범위 내에서 어떤 적절한 타겟 구성 요소 및/또는 어떤 적절한 동작 환경에서 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 타겟 구성 요소의 다른 예는 전자 회로, 장치 및 구성 요소, 및 광전자 회로, 장치 및 구성 요소를 포함한다. 다른 예의 동작 환경은 모바일 컴퓨팅 장치, 클라이언트 컴퓨팅 장치, 서버 컴퓨팅 장치, 디스플레이 장치, 및 원하는 온도 범위 내에서 동작하는 구성 요소를 포함하는 다른 전자 장치를 포함한다. 이러한 예에서, 상술한 구성 요소 및/또는 프로세스 중 하나 이상은 동작 환경에서 호스트 전자 시스템에 존재하거나 호스트 전자 시스템에 의해 제공될 수 있다.
본 명세서에 설명된 구성 및/또는 접근 방식은 본질상 예시적이며 이러한 특정 실시예 또는 예는 다수의 변형이 가능하기 때문에 제한적인 관점에서 고려되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에 설명된 특정 방법은 임의 개수의 처리 단계 중 하나 이상을 나타낼 수 있다. 따라서, 예시된 여러 동작은 예시된 순서로, 다른 순서로, 또는 병렬로 수행되거나, 일부 경우에는 생략될 수 있다. 마찬가지로, 상술한 프로세스의 순서는 변경될 수 있다.
본 발명의 발명 대상은 본 명세서에 개시된 다양한 프로세스, 시스템 및 구성 및 다른 특징, 기능, 동작, 및/또는 특성의 모든 신규한 및 비자명한 조합 및 하위 조합뿐만 아니라 이의 일부 및 모든 균등물을 포함한다.

Claims (10)

  1. 타겟 구성 요소(target component)를 선택적으로 단열(thermally isolating)시키고 열적으로 연결(thermally connecting)하는 열 관리 시스템으로서,
    상기 타겟 구성 요소에 인접한 제 1 표면을 갖는 제 1 구성 요소,
    상기 제 1 표면과 상기 타겟 구성 요소 사이의 제 1 전자석,
    상기 제 1 구성 요소에서 이격된 제 2 구성 요소,
    상기 제 1 구성 요소와 상기 제 2 구성 요소 사이에서 열 경계 역할을 하는 갭,
    상기 갭 내에 배치되고 다수의 열 전도성 철 함유 입자를 포함하는 캐리어 유체(carrier fluid)를 포함하되, 상기 캐리어 유체는 상기 제 1 전자석이 열 전도성 철 함유 입자를 끌어당기는 자기장을 생성할 때 상기 갭의 중심 영역을 가로질러 상기 열 전도성 철 함유 입자의 적어도 일부를 정렬하며 상기 제 1 전자석이 상기 입자를 밀어내는 자기장을 생성할 때에는 상기 갭의 중심 영역으로부터 상기 입자의 적어도 일부를 밀어내도록 구성되며, 상기 캐리어 유체 및 상기 제 1 전자석은 상기 타겟 구성 요소를 선택적으로 열적으로 연결시키고 단열시키도록 동작하는
    열 관리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 구성 요소에 인접한 제 2 전자석,
    상기 제 1 전자석 및 상기 제 2 전자석에 전력을 공급하도록 구성된 전력 공급 장치, 및
    상기 전력 공급 장치에 동작 가능하게 연결되고, 상기 열 전도성 철 함유 입자의 적어도 일부를 끌어당기며 상기 갭의 상기 중심 영역을 가로질러 상기 입자를 정렬하거나, 상기 열 전도성 철 함유 입자의 적어도 일부를 밀어내며 상기 갭의 중심 영역으로부터 상기 입자를 몰아내기 위해 상기 제 1 전자석 및 상기 제 2 전자석을 선택적으로 제어하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는
    열 관리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 갭의 중심 영역을 가로질러 상기 열 전도성 철 함유 입자를 정렬하거나 상기 갭의 중심 영역으로부터 상기 열 전도성 철 함유 입자를 밀어내는 자기장을 형성하도록 상기 제 1 전자석을 활성화시키기 위해 상기 전력 공급 장치를 선택적으로 제어하도록 상기 제어기에 의해 실행되는 명령어를 더 포함하는
    열 관리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구성 요소 및 상기 제 2 구성 요소는 비철 물질로 구성되고, 상기 시스템은 상기 제 1 구성 요소와 상기 제 2 구성 요소 사이의 스페이서를 더 포함하며, 상기 스페이서는 상기 제 1 구성 요소 및 상기 제 2 구성 요소의 제 2 열 전도도보다 낮은 제 1 열 전도도를 갖는
    열 관리 시스템.
  5. 열을 생성하는 타겟 구성 요소를 선택적으로 단열시키고 열적으로 연결하는 방법으로서,
    캐리어 유체내에서 열 전도성 철 함유 입자를 끌어당기며 상기 타겟 구성 요소와 히트 싱크 사이의 갭의 중심 영역을 가로질러 상기 입자의 적어도 일부를 정렬하도록 제 1 전자석를 제어하되, 상기 히트 싱크는 상기 타겟 구성 요소에서 상기 히트 싱크로의 열 전달을 향상시키기 위해 상기 타겟 구성 요소에서 상기 갭을 가로질러 이격되는 단계, 및
    상기 열 전도성 철 함유 입자를 밀어내고, 상기 타겟 구성 요소에서 상기 히트 싱크로의 열 전달을 억제하기 위해 상기 타겟 구성 요소와 상기 히트 싱크 사이의 상기 갭의 중심 영역에서 상기 입자의 적어도 일부를 몰아내도록 상기 제 1 전자석를 제어하는 단계를 포함하는
    방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 타겟 구성 요소의 실제 온도를 감지하는 단계,
    상기 타겟 구성 요소의 상기 실제 온도를 제 1 임계 온도와 비교하는 단계, 및
    상기 실제 온도가 상기 제 1 임계 온도보다 높으면, 상기 열 전도성 철 함유 입자의 적어도 일부를 끌어당기고 상기 타겟 구성 요소에서 상기 히트 싱크로의 열 전달을 향상시키도록 상기 제 1 전자석을 제어하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 타겟 구성 요소의 상기 실제 온도를 제 2 임계 온도와 비교하는 단계, 및
    상기 실제 온도가 상기 제 2 임계 온도보다 낮으면, 상기 열 전도성 철 함유 입자의 적어도 일부를 밀어내고 상기 타겟 구성 요소에서 상기 히트 싱크로의 열 전달을 억제하도록 상기 제 1 전자석을 제어하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    열 전도성 철 함유 입자를 끌어당기도록 제 1 전자석을 제어하는 단계는 상기 캐리어 유체내에서 상기 열 전도성 철 함유 입자를 끌어당기며 상기 타겟 구성 요소와 상기 히트 싱크 사이의 상기 갭의 상기 중심 영역을 가로질러 상기 입자의 적어도 일부를 정렬하기 위해 영구 자석과 조합하여 상기 히트 싱크에 인접한 제 1 전자석를 제어하되, 상기 히트 싱크는 상기 타겟 구성 요소에서 상기 히트 싱크로의 열 전달을 향상시키기 위해 상기 타겟 구성 요소로부터 상기 갭을 가로질러 이격되는 단계를 더 포함하며,
    상기 열 전도성 철 함유 입자를 밀어내기 위해 제 1 전자석을 제어하는 단계는 상기 열 전도성 철 함유 입자를 밀어내며 상기 타겟 구성 요소에서 상기 히트 싱크로의 열 전달을 억제하기 위해 상기 타겟 구성 요소와 상기 히트 싱크 사이의 상기 갭의 상기 중심 영역에서 상기 입자의 적어도 일부를 밀어내기 위해 상기 영구 자석과 조합하여 상기 제 1 전자석를 제어하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    제 2 전자석은 상기 히트 싱크에 인접하며, 상기 방법은 상기 실제 온도가 상기 제 1 임계 온도보다 높으면, 상기 열 전도성 철 함유 입자의 적어도 일부를 끌어당기며 상기 타겟 구성 요소에서 상기 히트 싱크로의 열 전달을 향상시키도록 상기 제 1 전자석 및 상기 제 2 전자석을 제어하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 실제 온도가 제 2 임계 온도보다 낮으면, 상기 열 전도성 철 함유 입자의 적어도 일부를 밀어내며 상기 타겟 구성 요소 및 상기 제 1 구성 요소에서 상기 제 2 구성 요소로의 열 전달을 억제하도록 상기 제 1 전자석 및 상기 제 2 전자석을 제어하는 단계를 더 포함하는
    방법.
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