[논문]히트싱크의 핀 배열에 따른 냉각특성에 관한 실험적 연구

윤성운; 김재열; 고가진

doi:10.14775/ksmpe.2018.17.1.138

히트싱크의 핀 배열에 따른 냉각특성에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on Cooling Characteristic according to Fin Array of Aluminum Heat Sink 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.17 no.1, 2018년, pp.138 - 143

윤성운 (조선대학교 기계공학과) , 김재열 (조선대학교 기계시스템.미래자동차공학부) , 고가진 (조선대학교 일반대학원 기계시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In general, the operating temperature of electronic equipment is closely related to product life and reliability, and it is recognized that effectively cooling the parts is an important problem. In this paper, an experimental study on the cooling characteristic according to the pin array of the heat sink is conducted. The experiment on the heat sink was based on the natural convection and temperature distribution changes. The experimental results indicate that the pin array of the heat sink has an effect on the thermoelectric module's cooling characteristic.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 방열판의 냉각핀 배열방식에 따라 냉각성능을 검증하기 위해 일반적인 압출 구조의 핀 형태 히트싱크가 자연대류 상태에서 핀 배열 방식에 따라 열전소자의 냉각 성능을 공급 전압 별로 비교 실험을 수행 하였다. 즉 시간에 따른 히트싱크의 열전달 특성 및 온도 분포의 변화 실험을 수행 하였다.

제안 방법

본 연구에서는 열전소자의 성능과 히트싱크 핀 배열 상태에 따른 열전소자의 냉각 및 히트싱크의 방열성능을 실험적으로 분석하여 아래와 같이 결론을 내릴 수 있었다.
실험 인가 전압은 4/6/8/10/12V 로 바꾸고 수집 시간은 1sec 간격으로 90초 동안 온도변화를 수집하였다.
즉 시간에 따른 히트싱크의 열전달 특성 및 온도 분포의 변화 실험을 수행 하였다. 자연대류에서 히트싱크의 핀 형상이 열전소자 냉각 성능에 어떠한 영향을 미치는지 비교분석 하였다.
본 논문에서는 방열판의 냉각핀 배열방식에 따라 냉각성능을 검증하기 위해 일반적인 압출 구조의 핀 형태 히트싱크가 자연대류 상태에서 핀 배열 방식에 따라 열전소자의 냉각 성능을 공급 전압 별로 비교 실험을 수행 하였다. 즉 시간에 따른 히트싱크의 열전달 특성 및 온도 분포의 변화 실험을 수행 하였다. 자연대류에서 히트싱크의 핀 형상이 열전소자 냉각 성능에 어떠한 영향을 미치는지 비교분석 하였다.

대상 데이터

Fig. 1은 본 연구에서 비교대상인 알루미늄 히트싱크의 외관 사진이며 핀의 배열 방식을 확인 할 수 있다 히트싱크의 기계물성은 Table 1과 같이 나타났으며 가지의 히트싱크 재원과 동일하다.
실험에 적용하는 열전소자는 F사 TEC-12706모델이며 재원은 Table 2와 같다 히트싱크와 열전소자의 열전도율을 높이기 위하여 방열 컴파운드를 도포하였다. 온도를 계측하고자 열전대 (K-type,0.
온도를 계측하고자 열전대 (K-type,0.12 [mm] )를 Fig. 2 와 같이 히트싱크 표면 4개소 히트싱크 냉각핀 부분 6개소 열전소자 냉각면 6개소에 설치하였다.
자연대류 상태에서 열전소자에 전압을 인가하여 열전대를 설치한 개소에 온도 데이터를 수집 하였다. 실험 인가 전압은 4/6/8/10/12V 로 바꾸고 수집 시간은 1sec 간격으로 90초 동안 온도변화를 수집하였다.

데이터처리

가지 핀 배열의 형상에 대해서 실험을 하고 ,수집한 결과를 평균값으로 계산하여 각각 비교분석 및 성능을 확인 하였다.

성능/효과

3. 종합적으로 비교 할 때 TEC-12706인 열전소자가 Sample 2 보다 Sample 1 을 적용할 때 냉각효과가 더 좋다는 것을 확인 할 수 있었다.
4/6/8/10/12V 일 때 Sample2 보다 1을 적용 시 열전소자 냉각면의 온도는 각 3.16 ℃, 2.28℃ , 1.54℃ , 0.42℃ , 0.69 ℃ 낮은 것으로 확인 할 수 있었다.
8은 전압의 증가에 따른 히트싱크별 히트싱크 표면 부분의 온도변화 비교 그래프를 나타내었다. Sample 1과 2를 비교해 보면 평균적으로 전압이 증가 할수록 온도는 올라가고 8V 까지 모두 최고 온도 27℃까지 증가하는 것을 알 수 있고, 10V부터 Sample 2번 온도가 급상승 하는 것을 확인 할 수 있다. Fig.
Sample 2 보다 Sample 1 적용하는 열전소자 냉각면 온도가 더 낮은 온도를 얻을 수 있는 것을 보인다 전압이 4/6/8/10/12V 일 때의 Sample 2와 Sample 1 의 온도 차이는 각 3.16℃, 2.28℃, 1.54℃, 0.42℃, 0.69℃ 로 확인 할 수 있었다.
69℃ 로 확인 할 수 있었다. 즉 보다 을 적용할 때 더 좋은 냉각효과 Sample 2보다 1를 얻을 수 있는 것을 확인하였다. 따라서 자연대류에서 히트싱크의 냉각핀 배열방식은 열전소자의 냉각성능에 영향을 미친 것으로 판단된다.

후속연구

위의 결과는 제품의 열을 외부로 전달하기 위해서 히트싱크의 핀 배열 설계 할 때 참고 자료로 활용될 것으로 보이며 향후 추가적으로 열유동 ,해석과 같이 수행하면 더 정확한 결과를 검증할 수 있다고 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전자장비에서 발생하는 열을 외부로 방출시키는 것이 중요한 이유는 무엇인가	일반적으로 전자장비에서 발생하는 열은 장비의 성능을 저하시키거나 고장을 일으킨다 여기서 발 .생하는 열을 외부로 방출하는 것이 중요하다 전자 .
	냉각효과의 결정적인 요인은 무엇인가	이 모듈은 보통 방열판과 결합하여 열전달 프로세스를 진행한다 그래서 냉각효과의 결정적인 요인 .은 방열판이다 현재 가장 보편화된 방열판은 베이 .스로부터 전달된 열을 전열면적 확장용 핀 을 (Fin) 통해 대기로 방출하는 알루미늄 압출식 평행핀 형상의 히트싱크 이다 (Heat Sink) [3,4].
	전자 .장비에서 발생하는 열을 외부로 효율적이게 방출하기 위해서 어떠한 것을 사용하는가	생하는 열을 외부로 방출하는 것이 중요하다 전자 .장비에서 발생하는 열을 외부로 효율적인 방출하기 위해 열전소자를 이용하여 한쪽에 발생하는 열을 흡수하고 한쪽에 열을 배출하는 냉각모듈은 열전냉각모듈(Thermoelectric Cooling Module)을 사용한다. 이 모듈은 보통 방열판과 결합하여 열전달 프로세스를 진행한다 그래서 냉각효과의 결정적인 요인 .

참고문헌 (8)

Chun, H. W., Moon, S. F., "Application Trends Thermoelectric Materials", ETRI, Vol. 30, No. 1, pp.144-153, 2015.
Gao, J. Ch., "Reliability Evaluation of Thermoelectric ModuleBy Non-Contact Air Coupled Ultrasonic Testing Method", 2015.
Lee, M., Kim, T. W., "A Study on the Heat Sink with internal structure using Peltier Module In the Natural and Forced Convection", Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Vol. 15, No. 7, pp. 4072-4080, 2014.
Jun, T. S., Kang, H. K., "Investigation of Natural Convective Heat Flow Characteristics of Heat Sink", Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 37, No. 1, pp. 27-33, 2013.

원문보기 상세보기
Yu, S. H., Lee, K. S., Yook, S. J., "Natural convection around a radial heat sink", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 53, pp. 2935-2938, 2010.

상세보기
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.

상세보기
Cho, Y. T., Lee, Ch. H., "Performance Evaluation of Heat Radiant for 50W LED by the CNT Thermal Interface Material", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 13 No. 6, pp. 23-29, 2014.
Kwon, H. H., "Development of Hybrid Composite Die for the Production of the Supercapacitor", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 14, No. 1, pp. 105-110, 2015.

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