보고서 정보
주관연구기관 |
한국과학기술원 Korea Advanced Institute of Science and Technology |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2011-03 |
과제시작연도 |
2010 |
주관부처 |
교육과학기술부 Ministry of Education and Science Technology(MEST) |
등록번호 |
TRKO201300013188 |
과제고유번호 |
1345126119 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2013-07-29
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키워드 |
공기 냉각 기술.액체 냉각 기술.MEMS 기반 측정 기술.열교환기.열성능 최적화.온도 센서.유량 센서.Air-cooling system.Liquid-cooling system.MEMS technique.Microchannel heat sink.Electrokinetic pump.Micro heat exchanger.Thermal optimization.Temperature sensor.Flow meter.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201300013188 |
초록
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연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 차세대 전자 장치 냉각을 위한 측정 및 최적 설계 기술을 개발하였다. 세부적으로는, 공기 냉각 시스템에 사용되는 Heat Sink의 최적 설계 기술, 액체 냉각 시스템에 사용되는 Electrokinetic Pump의 최적 설계 기술, 냉각 시스템의 열성능을 평가하는데 필요한 온도와 유량의 측정 기술을 개발하였다.
연구결과
본 과제에서는 차세대 전자 장치 냉각 시스템에 필수적인 아래의 세 가지 핵심 요소 기술 및 최적 설계 기술을 개발하였다.
1) 공기 냉각 기술: Heat S
연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 차세대 전자 장치 냉각을 위한 측정 및 최적 설계 기술을 개발하였다. 세부적으로는, 공기 냉각 시스템에 사용되는 Heat Sink의 최적 설계 기술, 액체 냉각 시스템에 사용되는 Electrokinetic Pump의 최적 설계 기술, 냉각 시스템의 열성능을 평가하는데 필요한 온도와 유량의 측정 기술을 개발하였다.
연구결과
본 과제에서는 차세대 전자 장치 냉각 시스템에 필수적인 아래의 세 가지 핵심 요소 기술 및 최적 설계 기술을 개발하였다.
1) 공기 냉각 기술: Heat Sink에 대한 이론적, 수치적, 실험적 연구를 통해 Parallel 및 Impinging Flow 조건 하에서 Heat Sink의 열성능을 최적화 할 수 있는 기술을 개발하였다. 또한 제한된 공간 내에서 Heat Sink가 최적의 성능을 낼 수 있도록 Fan-Heat Sink 일체형의 Scroll Heat Sink와 Centrifugal Heat Sink, 그리고 Moving Fin을 가진 Piezoelectric Heat Sink를 개발하였다.
2) 액체 냉각 기술 : 액체 냉각에서 작동 유체 수송에 쓰이는 Electrokinetic Pump 내의 유동 해석 모델을 개발하고 실험을 통해 모델을 검증하였다. 그리고 개발된 모델을 이용해 최적의 성능을 갖는 Electrokinetic Pump를 Design하였다. 또한 고효율 액체냉각을 위한 Two Phase 충돌 제트에 대한 이론 및 실험적 연구를 수행하였다.
3) MEMS 기반 측정 기술 : 개발된 냉각 기술의 평가를 위해 온도 분포의 정밀한 측정이 가능한 Diode Temperature Sensor Array와 미소 유량 측정을 위한 Micro Thermal Flow Sensor 및 Electrokinetic Flow Meter, 압력 측정을 위한 Electrokinetic Pressure Sensor를 MEMS 기술을 이용하여 개발하였다.
본 연구에서는 상기한 개별 핵심 요소 기술을 통해 차세대 전자 장치의 냉각 시스템을 구현할 수 있는 기반을 마련하였다. 결과적으로 SCI 논문 22편, 학술대회 발표 26 회, 특허 출원 14건 등 뛰어난 연구 성과를 얻었다.
연구결과의 활용계획
본 연구를 통해 개발되어진 차세대 전자 장치 냉각 시스템의 측정 및 최적 설계 기술은 CPU, 휴대용 전자기기, 디스플레이, 중계기와 통신 기기, 계측 장비, 가전제품 등 전자 장치 뿐만 아니라, 신재생 에너지, 초전도체, 우주 항공, 화학 공정, 생명공학 등 여러 산업 분야에 파급 효과가 크다. 본 연구의 성과는 전자 장치의 고효율화, 고발열 부품의 성능 및 신뢰성 제고, 온도 및 유동 계측 기술 확보 등의 파급 효과를 거둘 수 있을 것이다. 아울러 본 연구의 성과는 다양한 산업 분야의 기반 기술을 제고하고 고효율 시스템 구축, 에너지 절약, 환경 친화적 열시스템 설계를 실현하는데 크게 기여할 것으로 예상된다.
Abstract
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Purpose&contents
In this research work, sensing and optimization-design techniques for advanced electronics equipment cooling were developed. The techniques developed by the program are as follows: a technique improving the performance of microchannel heat sinks for air-cooling systems, an optimi
Purpose&contents
In this research work, sensing and optimization-design techniques for advanced electronics equipment cooling were developed. The techniques developed by the program are as follows: a technique improving the performance of microchannel heat sinks for air-cooling systems, an optimized technique of the electrokinetic pump for liquid-cooling system, and a measurement technique to inspect the performance of the cooling system.
Result
The techniques developed by the program are as follows:
1) Air-cooling system: Various design variables affecting the performance of microchannel heat sink are investigated analytically, numerically, and experimentally. Based on the performed study, an optimization technique will be obtained.
2) Liquid-cooling system: To improve the performance and efficiency of an electrokinetic pump, the geometry will be optimized.
3) MEMS technique for measurement: For the performance test of the cooling system, micro temperature sensor array, a thermal mass flow meter, and a electrokinetic flow meter will be developed by using the microfabrication techniques.
Finally, the cooling system for advanced electronic equipment will be fabricated by integration of the essential components and the developed thermal optimization-design techniques will be confirmed experimentally. 22 SCI papers were published as a result of this research work.
Expected Contribution
The optimization and measurement technology for next-generation electronics cooling systems developed through this research project will have a large ripple effect on many industries and their products, including CPUs, displays, communications equipment, measuring equipment, the mobile devices industry, renewable energy, home appliances, superconductors, aerospace, chemical process industry, and biotech. Accordingly, it is expected that the proposed research will help a variety of industries to realize high performance, high efficiency systems which conserve energy and preserve a clean environment. Among other benefits to be seen from this work will be performance and reliability improvements to high efficiency, high heat flux components for electronic devices, and the acquisition of heat and fluid flow measurement technology.
목차 Contents
- 도약연구사업(舊 국가지정연구실) 최종보고서 ... 1
- 목차 ... 3
- I. 연구계획 요약문 ... 4
- 1. 국문요약문 ... 4
- II. 연구결과 요약문 ... 5
- 1. 국문요약문 ... 5
- 2. 영문요약문 ... 6
- III. 연구내용 및 결과 ... 7
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 11
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 17
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 68
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 74
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 75
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 76
- 8. 참고문헌 ... 77
- 9. 연구성과 ... 81
- 10. 기타사항 ... 95
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