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강제대류에서 펠티에 소자를 이용한 내부터널 구조를 가지는 히트싱크에 관한 연구
A Study on the Heat Sink with internal structure using Peltier Module in the Forced Convection 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.15 no.6, 2014년, pp.3410 - 3415  

이민 (부경대학교 대학원 기계공학과) ,  김태완 (부경대학교 기계공학과)

초록
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전자 장비에서 발생하는 열은 장비의 성능을 저하시킨다. 이러한 장비의 열을 외부로 방출하기 위한 방법으로 히트싱크가 사용된다. 본 연구에서는 내부터널의 형상을 가지는 히트싱크에 대한 냉각 및 히팅성능을 강제대류 상태에서 열전달 특성에 대하여 고찰하였다. 또한, 시간에 따른 히트싱크의 열전달 특성 및 온도분포의 변화에 따른 실험을 수행하였다. 냉각실험에서 전압이 10V일 때, A형상이 B형상 보다 온도가 낮게 나타났고, 가장 좋은 냉각효과를 나타내었다. 히팅실험에서 전압이 13V일 때, 온도가 A형상이 B형상 보다 높게 나타났고, A형상이 효율이 더 좋은 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The heat generated by electronic devices can result in performance degradation. Therefore, a heat sink has been used to release the operating heat into the air outside. This study addressed a methodology for a heat sink with an inner tunnel. Under forced convection conditions, the heat transfer char...

주제어

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문제 정의

  • 강제대류 상태에서 냉각핀 형상이 있는 히트싱크를 열에 대한 영향을 해석하였다[12,13]. Pin-fin 형태의 히트싱크에서 냉각 핀의 높이, 냉각 핀의 지름, 냉각 핀의 간격이 열전달에 어떠한 영향을 주는지를 연구하였다[14]. 지금까지의 연구는 평판 형태의 히트싱크와 전자 장비의 열을 외부로 방출하기 위해 강제대류를 이용한 히트싱크에 관한 연구는 많이 수행 되었다.
  • 열을 외부로 방출하기 위한 방법으로 평판에 냉각핀이 부착된 형태의 히트싱크를 연구하였다[9,10]. 또한, 여러 가지 형태의 히트싱크 형상을 디자인하고, 제작된 히트싱크로 발생하는 열의 특성을 해석과 실험을 통하여 외부로 빠르게 방출할 수 있는 방법들을 연구하였다[11]. 강제대류 상태에서 냉각핀 형상이 있는 히트싱크를 열에 대한 영향을 해석하였다[12,13].
  • 또한 히트싱크는 강제대류 상태에서 열전달 특성이 다르게 나타나므로 강제대류 상태에서 내부터널 구조를 가지는 히트싱크에 대한 냉각 및 히팅 성능 연구하였고, 시간에 따른 히트싱크의 열전달 특성 및 온도분포의 변화에 따른 실험을 수행하였다. 본 논문에서는 강제대류 상태에서 히트싱크의 형상이 온도분포의 변화에 어떠한 영향을 미치는지를 조사하였다.
  • 본 연구는 펠티에 소자를 이용하여 강제 대류 상태에서 A형상과 B형상 히트싱크의 형상에 따른 냉각 및 히팅 성능을 확인 할 수 있었다.
  • 본 연구에서는 내부터널을 가지는 히트싱크에 대한 연구를 수행하였다. 또한 히트싱크는 강제대류 상태에서 열전달 특성이 다르게 나타나므로 강제대류 상태에서 내부터널 구조를 가지는 히트싱크에 대한 냉각 및 히팅 성능 연구하였고, 시간에 따른 히트싱크의 열전달 특성 및 온도분포의 변화에 따른 실험을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전자 장비에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 Thermoelectric devices는 어떤 형태로 나눌 수 있는가? 이러한 전자 장비에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 방법으로 Thermoelectric devices(TE)를 사용해 오고 있다[1-3]. Thermoelectric devices(TE) 는 열전냉각기 (thermoelectric coolers)와 열전발전기(thermoelectric generators)의 형태로 나눌 수 있다. 열전냉각기는 전기를 열에너지로 바꾸는 펠티에 효과(Peltier effect)이고[4-6], 열전발전기는 열에너지를 전기로 바꾸는 제벡효과 (Seebeck effect)다[7].
펠티에 효과란 무엇인가? 열전냉각기는 전기를 열에너지로 바꾸는 펠티에 효과(Peltier effect)이고[4-6], 열전발전기는 열에너지를 전기로 바꾸는 제벡효과 (Seebeck effect)다[7]. 펠티에 효과는 서로 다른 도체의 양끝을 접합하고, 한 쪽 회로에 직류 전압을 보내면 한쪽 면에서는 냉각, 다른 한쪽면에서는 가열이 일어나는 현상을 말한다[8]. 따라서 전자 장비에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 것이 중요하다.
히트싱크는 무엇을 위해 사용되는가? 전자 장비에서 발생하는 열은 장비의 성능을 저하시킨다. 이러한 장비의 열을 외부로 방출하기 위한 방법으로 히트싱크가 사용된다. 본 연구에서는 내부터널의 형상을 가지는 히트싱크에 대한 냉각 및 히팅성능을 강제대류 상태에서 열전달 특성에 대하여 고찰하였다.
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참고문헌 (15)

  1. Y. Pan, B. Lin, J. Chen, "Performance analysis and parametric optimal design of an irreversible multi-couple thermoelectric refrigerator under various operating conditions", Appl. Energy, Vol. 84, pp. 882-892, 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2007.02.008 

  2. Y.G. Gurevich, G.N. Logvinov, "Physics of thermoelectric cooling", Semicond Sci. Technol. Vol. 20, pp. 57-64, 2005. DOI: http://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/20/12/R01 

  3. M. Chen, L.A. Rosendahl, T. Condra, "A three-dimensional numerical model of thermoelectric generators in fluid power systems", Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 54, pp. 345-355, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.08.024 

  4. W.H. Chen, C.Y. Liao, C.I. Hung, "A numerical study on the performance of miniature thermoelectric cooler affected by thomson effect", Appl. Energy, Vol. 89, pp. 464-473, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.08.022 

  5. K.H. Lee, O.J. Kim, "Analysis on the performance of the thermoelectric microcooler", Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 50, pp. 1982-1992, 2007. 

  6. J. Luo, L. Chen, F. Sun, C. Wu, "Optimum allocation of heat transfer surface area for cooling load and COP optimization of a thermoelectric refrigerator", Energy Convers Manage, Vol. 44, pp. 3197-3206, 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.09.037 

  7. D. Champier, J.P. Bedecarrats, M. Rivaletto, F. Strub, "Thermoelectric power generation from biomass cook stoves", Energy, Vol. 35, pp. 935-942, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2009.07.015 

  8. D.R. Lee, "Investigation of optimal cooling performance using peltier module and heat sink", Journal of the korea society for power system engineering, Vol. 10, No. 4, pp. 65-70, 2006. 

  9. S.H. Yu, K.S. Lee, S.J. Yook, "Natural convection around a radial heat sink", Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 53, pp. 2935-2938, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.02.032 

  10. R. Arularasan, R. Velraj, "Modeling and simulation of a parallel plate heat sink using computational fluid dynamics", Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol. 51, pp. 415-419, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s00170-008-1867-9 

  11. B.S. Seo, K. J. Lee, J.K. Yang, Y. S. Cho, D.H. Park, "Development and characterization of optimum heat sink for 30W chip on board LED down-light", Transactions on electrical and electronic materials, Vol. 13, No. 6, pp. 292-296, 2012. 

  12. P. Teertstra, M.M. Yovanovich, J. R. Culham, "Analytical forced convection modeling plate fin heat sinks", J. Electronics Manufacturing, Vol. 10, No. 4, pp. 253-261, 2000. DOI: http://dx.doi.org/10.1142/S0960313100000320 

  13. C.T. Chen, H.I. Chen, "Multi-objective optimization design of plate-fin heat sinks using a direction-based genetic algorithm", Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, Vol. 44, pp. 257-265, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jtice.2012.11.012 

  14. K.T. Chiang, C.C. Chou, N.M. Liu, "Application of response surface methodology in describing the thermal performances of pin-fin heat sinks", International Journal of Thermal Sciences, Vol. 48, pp. 1196-1205, 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2008.10.009 

  15. Y.A. Cengel, "Heat Transfer A Practical Approach 2nd edition", McGraw-Hill, Boston, 2003. 

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