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유한요소법과 최적설계기법을 활용한 히트싱크 콜드 플레이트 최적 설계
Optimized Design of a Cold Plate Heat Sink using FEM and Optimization 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.23 no.7, 2014년, pp.419 - 424  

홍석무 (삼성전자 글로벌기술센터 DFx그룹) ,  서형준 (삼성전자 생활가전사업부 에어컨전문기술 Lab.) ,  김종문 (삼성전자 생활가전사업부 에어컨전문기술 Lab.) ,  심재원 (삼성전자 글로벌기술센터 DFx그룹) ,  황지훈

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to improve efficiency, an outdoor unit using a refrigerant cooling method is designed into many air conditioner systems. The heat exchanger is composed of a Cu tube and an plate. The optimal design for the cold plate is very important because the efficiency of the heat transfer depends on t...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이에 본 연구에서는 IPM 냉각에 사용되는 냉매냉각 방식의 히트싱크 형상제작을 위해 프레스 성형 공정 최적설계를 수행했다. 일반적으로 냉매냉각을 위한 콜드 플레이트 제작은 두 개의 플레이트를 독립적으로 만든 후 스크류로 체결하는 방식을 생각할 수 있으나, 많은 공수와 공정으로 인해 비용 상승이 예상된다.

가설 설정

  • 4와 같다. 펀치는 STD11을 사용했으며, 해석 시 강체(rigid body)로 설정했고 쿨롱 마찰계수는 0.03으로 가정했다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
정속 압축기 대신 고효율 인버터 압축기를 사용한 인버터 에어컨으로 대체되고 있는 이유 최근 고효율화를 추구하는 시장 변화에 대응하기 위해, 에어컨 업계에서는 정속 압축기 대신 고효율 인버터 압축기를 사용한 인버터 에어컨으로 대체하고 있다. 또한 대용량 제품이 요구되고 있어 용량이 큰 인버터 압축기의 사용과 더불어, 고속운전 기술을 적용하여 요구 최대부하에 대응하고 있다.
스프링백의 발생 원인은 무엇인가 따라서 스크류 체결방식의 공정을 최소화 하면서 냉각 효율을 극대화할 수 있는 프레스 성형기술을 제안했다. 프레스 성형공정을 통해 구리튜브가 콜드 플레이트에 압착 삽입되고 제하했을 때 일반적으로 소성 변형 후 남아있는 잔류응력으로 인해 스프링백(springback)이 발생하게 되는데, 이처럼 스프링백이 발생하면 압착삽입 되었던 구리튜브가 이탈되거나 접촉면적이 줄어들어 열 전달효율이 감소할 수 있기 때문에 스프링백을 고려한 프레스 금형 설계가 필요하다. 프레스 금형 설계는 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS/CAE를 활용하였으며, 스프링백 및 튜브와 금형의 탈착 여부 해석은 ABAQUS/Explicit을 이용했다[9].
인버터 파워 모듈의 수치해석을 통한 냉각성능 평가와 성능을 향상시키기 위한 연구가 진행되는 이유는 무엇인가 시장요구의 고효율화, 대용량화에 따라 인버터 압축기 소자의 발열량 또한 계속해서 증가하고 있다. 기존 공냉식 냉각 시스템은 인버터 파워 모듈(IPM)에 가공된 알루미늄 핀을 부착하여 냉각하는데, 이를 고용량 IPM에 적용할 경우 파워모듈의 냉각이 충분하지 않을 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 주로 수치해석을 통한 냉각성능 평가와 이를 토대로 성능을 향상시키기 위한 선행연구들이 있었다.
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참고문헌 (12)

  1. J. Kim, S. Kim, J. Kim, 2010, Thermal Optimization of a Straight Fin Heat Sink with Bypass Flow, Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 34, No. 2, pp. 179-184. 

  2. S. H. Jee, H. S. Lee, J. D. Chun, S. H. Kang, E. C. Jeon, 2012, Proc. Kor. Soc. Prec. Eng., Spring Conf., Kor. Soc. Prec. Eng., Seoul, Korea, pp. 1065-1066. 

  3. J. Kim, S. Ha, Y. Kwon, 2011, A Study on Cooling Performance of Aluminum Heat Sink with Pulsating Heat Pipe, J. Kor. Soc. Marine Eng., Vol. 35, No. 8, pp. 1016-1021. 

  4. S. Yu, K. Lee, S. Yook, 2011, Optimum Design of a Radial Heat Sink under Natural Convection, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 54, No. 11, pp. 2499-2505. 

  5. D. Park, E. Seo, Y. Park, 2013, Proc. Kor. Soc. Mech. Eng., Autumn Conf., Kor. Soc. Prec. Eng., Seoul, Korea, pp. 1726-1729. 

  6. S. Jee, S. Lee, D. Kim, E. Jeon, 2013, Proc. Soc. CAD/CAM Conf., Soc. CAD/CAM Eng., Seoul, Korea, pp. 579-581. 

  7. K. H. Do, T. H. Kim, Y. S. Han, B. Choi, M. B. Kim, 2012, Experimental Investigation of Variations in Inclination Angle of Natural Convective Heat Sink with Plate Fins, Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 36, No. 6, pp. 571-578. 

  8. J. G. Eom, J. M. Cho, S. W. Jung, M. S. Joun, 2012, Proc. Kor. Soc. for Tech. of Plast., Autumn Conf., Kor. Soc. Tech. Plast., Seoul, Korea, pp. 152-155. 

  9. ABAQUS User's Manual, Version 6.10, Dassault Systemes Simulia Corp., Providence, RI, USA (2010). 

  10. PIAnO User's Manual, Version 3.3, PIDOTECH Inc., KOREA (2011). 

  11. S. Yoon, D. Choi, 2011, Proc. Kor. Soc. Mech. Eng., Spring Conf., Koc. Soc. Mech. Eng., Seoul, Korea, pp. 246-247. 

  12. B. L. Choi, S. M. Hong, S. Y. Ryu, K. B. Kang, D. H. Choi, 2011, Proc. Kor. Soc. of Manuf. Tech. Eng., Autumn Conf., Kor. Soc. Manuf. Tech. Eng., Seoul, Korea, p. 79. 

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