최근 대형 디스플레이 장치를 기반으로 한 고화질TV 제품군의 출시가 증가하고 있다. 하지만, 에너지 소비는 낮고 두께가 얇은 디자인에 대한 요구사항과 맞물려 대형 디스플레이(display)의 기술적 완성도를 저하시키는 이슈들이 대두 되고 있는 실정이다. 실제로 디스플레이 대형화로 인한 소비전력 증가와 고발열원 부품 수 증가에 따른 주변 부품의 열변형 등 기능상 치명적인 문제점이 발생하고 있다. 또한, 디자인 ...
최근 대형 디스플레이 장치를 기반으로 한 고화질TV 제품군의 출시가 증가하고 있다. 하지만, 에너지 소비는 낮고 두께가 얇은 디자인에 대한 요구사항과 맞물려 대형 디스플레이(display)의 기술적 완성도를 저하시키는 이슈들이 대두 되고 있는 실정이다. 실제로 디스플레이 대형화로 인한 소비전력 증가와 고발열원 부품 수 증가에 따른 주변 부품의 열변형 등 기능상 치명적인 문제점이 발생하고 있다. 또한, 디자인 슬림(Slim)화에 따른 기존 냉각장치의 적용한계도 이러한 문제점을 해결 하는데 걸림돌로 작용하게 되었다. 감성품질 확보와 소비전력 저감을 위한 무소음 무동력 냉각장치의 요구 또한 높아져서 기존의 히트 파이프(heat pipe)나 서모 사이폰(thermo syphon)을 방열 솔루션(solution)으로 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 수직으로 설치되는(중력의 효과를 이용한) 대형 디스플레이의 특성을 고려하여, 대량의 열수송이 가능하고 별도의 동력원이 필요 없는 자연 순환식 열전달 기기로서 루프 서모 사이폰 (Loop Thermo Syphon, LTS)을 대형 TV에 적용하기 위한 실험적 연구를 진행하였다. 또한 증발기 내부에 윅 구조물(wick structure)을 추가하여, 수직으로 설치된 증발기 내부 전체 면에 작동유체가 안정적으로 공급될 수 있도록 고안하였다. 이는 미세 메쉬(mesh)구조를 통한 모세관 압력을 이용한 것으로 기존 루프 히트 파이프(Loop Heat Pipe)에 적용되는 소결(sintered) 타입의 윅에서 단초를 얻었다. 기존의 루프 서모 사이폰 연구에서는 증발부가 원통형이거나 설치 시 통상 바닥에 수평으로 설치되었다. 하지만 대형 TV에 적용하기 위해서는 증발면의 형상이 평판형이고 수직으로 설치되어야 하는 특징이 있다. 본 연구에서는 이러한 특징을 이용하여 시스템을 구상 및 설계하였고 실제 60인치급 대형 TV에 루프 서모 사이폰을 적용하기 위한 기초 연구로서 본 실험을 진행하였다. 루프 서모 사이폰의 구동성능은 작동유체의 특성, 충진율, 응축부 냉각방식, 냉각성능 등 변수가 많지만, 본 실험에서는 작동유체의 충진율, 응축부 냉각방식 및 냉각성능의 변화에 따른 증발부 및 주요 부분에서의 온도 분포 변화를 살펴보았다. 본 연구를 통하여 다음의 결과를 도출하였다. 첫째, 증발기 내부에 설치된 윅 구조물은 증발기 상부로의 작동유체 공급을 도와주지만 기상 작동유체의 증가에 의한 증발부 내부 압력이 급격히 상승할 경우에는 모세관압력을 통한 증발부 상부로의 작동유체 공급에 한계가 있었다. 둘째, 작동유체 충진율이 높을수록, 시스템 온도는 상승하고 각 부위에서의 온도 진동(fluctuation)도 함께 증가한 반면, 작동유체 충진율이 낮은 경우, 시스템 온도는 상대적으로 낮아지고 시스템의 열평형도달 시간이 단축되었으며 증발기 최상부로 작동유체 공급이 원활하지 못하여 드라이 아웃(dry-out)이 발생하였다. 셋째, 응축부 자연대류 냉각방식의 경우, 강제대류 냉각에 비해 온도 진동(fluctuation) 상대적으로 컸으며 이러한 현상은 동일한 시스템에서 응축기의 성능을 향상 시킨 경우에도 동일하게 관찰되었다. 넷째, 입열량이 증가할수록 시스템의 열저항은 감소하지만, 그 감소폭은 둔화되는 경향을 보였다. 다만, 응축부 자연대류 냉각의 경우, 작동유체 충진율에 따른 열저항의 차이는 없었다.
최근 대형 디스플레이 장치를 기반으로 한 고화질TV 제품군의 출시가 증가하고 있다. 하지만, 에너지 소비는 낮고 두께가 얇은 디자인에 대한 요구사항과 맞물려 대형 디스플레이(display)의 기술적 완성도를 저하시키는 이슈들이 대두 되고 있는 실정이다. 실제로 디스플레이 대형화로 인한 소비전력 증가와 고발열원 부품 수 증가에 따른 주변 부품의 열변형 등 기능상 치명적인 문제점이 발생하고 있다. 또한, 디자인 슬림(Slim)화에 따른 기존 냉각장치의 적용한계도 이러한 문제점을 해결 하는데 걸림돌로 작용하게 되었다. 감성품질 확보와 소비전력 저감을 위한 무소음 무동력 냉각장치의 요구 또한 높아져서 기존의 히트 파이프(heat pipe)나 서모 사이폰(thermo syphon)을 방열 솔루션(solution)으로 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 수직으로 설치되는(중력의 효과를 이용한) 대형 디스플레이의 특성을 고려하여, 대량의 열수송이 가능하고 별도의 동력원이 필요 없는 자연 순환식 열전달 기기로서 루프 서모 사이폰 (Loop Thermo Syphon, LTS)을 대형 TV에 적용하기 위한 실험적 연구를 진행하였다. 또한 증발기 내부에 윅 구조물(wick structure)을 추가하여, 수직으로 설치된 증발기 내부 전체 면에 작동유체가 안정적으로 공급될 수 있도록 고안하였다. 이는 미세 메쉬(mesh)구조를 통한 모세관 압력을 이용한 것으로 기존 루프 히트 파이프(Loop Heat Pipe)에 적용되는 소결(sintered) 타입의 윅에서 단초를 얻었다. 기존의 루프 서모 사이폰 연구에서는 증발부가 원통형이거나 설치 시 통상 바닥에 수평으로 설치되었다. 하지만 대형 TV에 적용하기 위해서는 증발면의 형상이 평판형이고 수직으로 설치되어야 하는 특징이 있다. 본 연구에서는 이러한 특징을 이용하여 시스템을 구상 및 설계하였고 실제 60인치급 대형 TV에 루프 서모 사이폰을 적용하기 위한 기초 연구로서 본 실험을 진행하였다. 루프 서모 사이폰의 구동성능은 작동유체의 특성, 충진율, 응축부 냉각방식, 냉각성능 등 변수가 많지만, 본 실험에서는 작동유체의 충진율, 응축부 냉각방식 및 냉각성능의 변화에 따른 증발부 및 주요 부분에서의 온도 분포 변화를 살펴보았다. 본 연구를 통하여 다음의 결과를 도출하였다. 첫째, 증발기 내부에 설치된 윅 구조물은 증발기 상부로의 작동유체 공급을 도와주지만 기상 작동유체의 증가에 의한 증발부 내부 압력이 급격히 상승할 경우에는 모세관압력을 통한 증발부 상부로의 작동유체 공급에 한계가 있었다. 둘째, 작동유체 충진율이 높을수록, 시스템 온도는 상승하고 각 부위에서의 온도 진동(fluctuation)도 함께 증가한 반면, 작동유체 충진율이 낮은 경우, 시스템 온도는 상대적으로 낮아지고 시스템의 열평형 도달 시간이 단축되었으며 증발기 최상부로 작동유체 공급이 원활하지 못하여 드라이 아웃(dry-out)이 발생하였다. 셋째, 응축부 자연대류 냉각방식의 경우, 강제대류 냉각에 비해 온도 진동(fluctuation) 상대적으로 컸으며 이러한 현상은 동일한 시스템에서 응축기의 성능을 향상 시킨 경우에도 동일하게 관찰되었다. 넷째, 입열량이 증가할수록 시스템의 열저항은 감소하지만, 그 감소폭은 둔화되는 경향을 보였다. 다만, 응축부 자연대류 냉각의 경우, 작동유체 충진율에 따른 열저항의 차이는 없었다.
주제어
#디스플레이 평판형 루프 서모사이폰 열저항 충진량 냉각성능 large display flat evaporator loop therm syphon thermal resistence working fluid charging ratio condensing performance
학위논문 정보
저자
이정섭
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
기계공학과
지도교수
이진호
발행연도
2015
총페이지
vii, 51장
키워드
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