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문제 정의
- 그리고, 현재 컴퓨터 시스템의 CPU 냉각팬은 CPU 온도변화에 대해 그 회전수(RPM) 가 자동 조정되는 점을 고려할 때, Table 2에서의 회전수 결과는, 냉각팬 속도를 고정한 상태에서 측정한 결과로 볼 수 있어 그 측정값이 유동적일 수 있다는 문제점이 지적되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 문제점들을 최소화하면서 컴퓨터 냉각시스템의 효율을 향상하기 위한 방안으로, 외부공기를 이용하되 외부공기의 통로가 되는 공기 유입관을 압력차가 생성되게 한 구조&를 채택하고, CPU 냉각팬 및 파워 서플라이 냉각팬 등 2개만을 이용한 상태에서 기존의 외부공기 이용식의 경우와 비교시험을 행함으로써 컴퓨터 냉각시스템의 효율향상에 대하여 조사해 보고자 한다.
제안 방법
- Table 2에 각각 나타내었다. 특히, Table 2는 CPU 온도와 케이스 내부의 온도를 측정한 것으로서, 온도 측정 오차값을 최소화하기 위하여 후면부에 슬롯 브래킷으로 온도센서 케이블만 넣어 공기저항을 최소화 한 다음 CPU와 방열판 사이 및 케이스 내부에 2개의 온도센서를 장착하였으며, 사용한 소프트웨어는 CPU 에 부하를 거는 "CPU Stability Test 6.0”을 사용했다 사용된 냉각팬 수는 파워 서플라이의 냉각팬 1개, 케이스 전면부 흡기면 및 후면부 배기면에 각 1개(80mm 팬洛, 그리고, CPU 냉각팬 1개 등 모두 4개의 냉각팬을 장착하여 시험하였다. 그러나, 이러한 기존의 외부공기 이용식의 경우는 CPU와 방열판 사이에 온도센서를 장착하여 실험함으로써, CPU 자체온도 측정이라기보다는 CPU 표면과 방열판 사이의 온도 측정방식으로 해석될 수 있는 소지가 있으며, 또한, 모두 4개의 냉각팬을 사용함으로써 비경제적일 뿐만 아니라, 환경적 문제점도 야기될 수 있다.
- 공기 유입관 선정을 위한 모의 온도 측정 실험으로는, 실제 사양인 CPU팬을 사용하여 Fig. 2(c)처럼 CPU부를 표시하였으며, 그 실험 온도를 고온으로 유지하기 위하여 전열제품을 이용하여 CPU부를 가열하였다. 그리고, 온도변화에 대한 편차가 거의 없는 범위에서 CPU부 냉각팬에 전원을 공급, 구동함으로써 실험하였다.
- 2(b)의 공기 유입관의 중간 연결소재는 내열성 및 내한성이 우수(+25 0℃ ~-80℃)하며, 탄성과 내압성 및 내후성이 우수한 반영구적 실리콘 호스를 선정하였다. 그리고 이러한 실리콘 호스의 적합한 길이 및 직경의 채택을 위해서 먼저실리콘 호스 직경을 16(p, 12(p, 10(p, 8 cp별로 50cm로부터 길이를 1cm 단위로 짧게 하면서, 각각의 길이마다 측정한 온도를 평균한 결과 가장 작은 온도편차를 보였던 42cm, 10(p로 선정하였으며, 시험기간 내내 온도측정에 더욱더 정확성을 기하기 위하여 Fig. 3의 MBL(Microcomputer Based Laboratory)을 이용하였다 그리고, 본 실험에서는 CPU 냉각팬 부착면의 맥놀이 현상으로 인한 소음과 유체흐름의 방해성분을 차단하기 위하여 Fig. 4에서와 같이 CPU 냉각팬과 공기 유입관 사이에 일정길이의 고정핀을 부착하였다.
- 2(c)처럼 CPU부를 표시하였으며, 그 실험 온도를 고온으로 유지하기 위하여 전열제품을 이용하여 CPU부를 가열하였다. 그리고, 온도변화에 대한 편차가 거의 없는 범위에서 CPU부 냉각팬에 전원을 공급, 구동함으로써 실험하였다. 아울러, 외부공기 온도는 25℃ 를 유지하였으며, 외기부와 CPU부 사이에 열원 교란 현상이 발생되지 않게 단열 처리한 후, CPU 부와 외기 부에 대하여 PT 센서를 활용한 MBL 온도를 측정하였다.
- 본 실험에 사용된 컴퓨터 사양은, Table 1의 기존 외부 공기 이용 시스템과 동일한 것을 채택하였고, Fig. 2(a)의 실험 장치를 이용하여 CPU 자체와 내부온도 측정 및 CPU 냉각팬의 회전수를 측정하였다. 특히, 측정의 정확성을 기하기 위하여 Fig.
- 총 측정시간은 CPU부의 온도 강하가발생되지 않는 시간단위인 15분 간격으로 하였으며, 측정방법은 실리콘 호스 각 직경별 길이 편차를 lcm로 교체하며, 각각의 규격에 대해 1초 단위로 20회 측정하여 그 평균값을 취하였다. 아울러, 매회 측정 시 환기를 시켜 CPU부 온도를 외기부와 동일하게 낮추고 적정 온도가 되었을 때를 확인하여 재측정하였다.
- 그리고, 온도변화에 대한 편차가 거의 없는 범위에서 CPU부 냉각팬에 전원을 공급, 구동함으로써 실험하였다. 아울러, 외부공기 온도는 25℃ 를 유지하였으며, 외기부와 CPU부 사이에 열원 교란 현상이 발생되지 않게 단열 처리한 후, CPU 부와 외기 부에 대하여 PT 센서를 활용한 MBL 온도를 측정하였다. 총 측정시간은 CPU부의 온도 강하가발생되지 않는 시간단위인 15분 간격으로 하였으며, 측정방법은 실리콘 호스 각 직경별 길이 편차를 lcm로 교체하며, 각각의 규격에 대해 1초 단위로 20회 측정하여 그 평균값을 취하였다.
- 2 (e)의 ②에서 압력이 감소하면 속도가 증가해야 하며, ③의 위치에서는 압력이 다시 올라가고 속도는 감소해야 할 것이다. 이와 같이 본 실험에서는 단면적이 다른 관 (벤츄리관 등)을 흐르는 공기는 속도가 증가하면 압력이 감소하고, 속도가 감소하면 압력이 증가하는 베르누이의 원리ED를 이용하였다.
- 6에 나타내었다. 즉, 실험 시작과 동시에 컴퓨터 부팅 후 Speed Fan과 Windows 작업관리자로 10분간 예열(CPU부하율 약 2%)한 후, Prime 95 S/W로 부하율 100%상태의 부하를 걸어 기존의 실험방법에 사용된 시간 배분을 적용하여 1 시간 측정 후, 약 1시간 정도 컴퓨터 케이스를 떼어내어 자연 냉각 시킨 후 반복하여 측정하였으며, 이것을 총 15회 측정하여 그 평균값으로 나타낸 결과이다. 즉, Fig.
- 아울러, 외부공기 온도는 25℃ 를 유지하였으며, 외기부와 CPU부 사이에 열원 교란 현상이 발생되지 않게 단열 처리한 후, CPU 부와 외기 부에 대하여 PT 센서를 활용한 MBL 온도를 측정하였다. 총 측정시간은 CPU부의 온도 강하가발생되지 않는 시간단위인 15분 간격으로 하였으며, 측정방법은 실리콘 호스 각 직경별 길이 편차를 lcm로 교체하며, 각각의 규격에 대해 1초 단위로 20회 측정하여 그 평균값을 취하였다. 아울러, 매회 측정 시 환기를 시켜 CPU부 온도를 외기부와 동일하게 낮추고 적정 온도가 되었을 때를 확인하여 재측정하였다.
- 현대인들의 필수품이 되어 버린 컴퓨터는 사양의 고급화, 각종 비주얼 활동의 증가 및 고속화 사용 등으로 컴퓨터 내부기기에 발열이 생성되고 있는바, 이러한 냉각시스템의 효율 향상 방안의 일환으로 외부공기를 이용하되 그 통로가 되는 공기 유입관을 압력차가 생성되게 한 구조를 채택하고 CPU 냉각팬및 파워 서플라이의 냉각팬 등 2개 만을 이용한 상태에서 컴퓨터 냉각시스템의 효율향상에 대하여 시험해 본 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 2(d)의 구조 C를 선택하여 압력차가 잘 이루어지게 하였을 뿐만 아니라, 유체의 흐름에 방해성분을 최소화하기 위해 노력하였으며, 그 직경은 일반적인 냉각팬의 직경에 적합한 외기쪽 &, CPU쪽 6(로 정하였다. 또한, Fig. 2(b)의 공기 유입관의 중간 연결소재는 내열성 및 내한성이 우수(+25 0℃ ~-80℃)하며, 탄성과 내압성 및 내후성이 우수한 반영구적 실리콘 호스를 선정하였다. 그리고 이러한 실리콘 호스의 적합한 길이 및 직경의 채택을 위해서 먼저실리콘 호스 직경을 16(p, 12(p, 10(p, 8 cp별로 50cm로부터 길이를 1cm 단위로 짧게 하면서, 각각의 길이마다 측정한 온도를 평균한 결과 가장 작은 온도편차를 보였던 42cm, 10(p로 선정하였으며, 시험기간 내내 온도측정에 더욱더 정확성을 기하기 위하여 Fig.
성능/효과
- 1) CPU 자체의 온도 차이는 기존의 경우에 비하여 약 5℃, 내부온도 차이는 약 2.5℃ 정도 낮게 나타났다.
- 2) 회전수측정시험 결과에서도 실험 초기에는 미소한 차이가 나타났으나, 1시간 경과후의 결과는 회전수가 약 250정도 작게 나타났다.
- 3) CPU 팬과 전원공급 장치 배출 냉각팬 만을 장착한 상태에서 CPU방열판의 온도측정을 한 결과에서도 기존의 경우에 비하여, 약 7 ℃정도 낮게 나타났다.
- 상기와 같은 결과로 보아, 본 연구를 위한 실험 장치의 경우가 기존의 외부공기 이용식의 경우에 비하여, 컴퓨터 냉각시스템의 효율향상에 기여할 수 있을 것으로 사료되었다.
- 본 실험의 경우가 기존의 경우에 비하여 약 7 ℃ 정도 CPU 방열판 온도가 낮게 나타났다. 이러한 결과로부터 CPU 팬과 전원 공급 장치의 배출 냉각팬만을 이용한 최소 냉각팬 사용의 본 실험의 경우가 기존의 경우에 비하여 CPU 냉각 방열판의 온도를 감소시킬 수 있는 가능성이 있다고 판단되어졌다.
- 즉, 실험 시작과 동시에 컴퓨터 부팅 후 Speed Fan과 Windows 작업관리자로 10분간 예열(CPU부하율 약 2%)한 후, Prime 95 S/W로 부하율 100%상태의 부하를 걸어 기존의 실험방법에 사용된 시간 배분을 적용하여 1 시간 측정 후, 약 1시간 정도 컴퓨터 케이스를 떼어내어 자연 냉각 시킨 후 반복하여 측정하였으며, 이것을 총 15회 측정하여 그 평균값으로 나타낸 결과이다. 즉, Fig. 6의 결과에서 알 수 있듯이 본 실험의 경우가 기존의 외부공기 이용식의 경우에 비해 CPU 자체 온도인 경우는 약 5℃, 내부온도인 경우는 약 2.5℃ 정도 낮게 나타났음을 알 수 있다.
후속연구
- 이와 같은 결과는, 본 실험의 경우 공기유입관 장치를 새로 개발, 장착함으로써, 유입되는 내부 공기의 압력차에 의한 유속의 증가에 기인한 것으로 사료되어지며, 따라서, 본 실험의 경우가 기존의 경우에 비해 컴퓨터 시스템의 냉각효율 향상에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
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