면을 평평하게 만드는 것이다. 여기에 열전도 물질로 두 접촉면의 간극을 제거하는 방법으로 방열 능력을 높인다.

2.5.2 히트파이프 냉각 기법

기존의 편리한 공랭방식을 고수하면서 더 효율적인 냉각방식을 강구하여 그 결 과 히트파이프를 채용한 냉각 방식이 선보이게 되었다. 히트파이프는 다른 산업의 재료로 선보인지는 오래되었다. 신제품 쿨러들은 히트파이프 채용이 늘고 있으며, 최근 출시된 고성능 CPU에 기본적으로 포함되는 쿨러에도 히트파이프가 장착되고 있는 추세이다. 히트파이프는 밀폐된 용기 내의 작동유체의 상변화 에너지를 이용 하는 열전달 기기로서 일반 공랭 쿨러와 비슷한 외형에 단순한 원리와 구조를 가 지고 있다. 히트파이프 방식의 쿨러는 CPU의 히트 스프레터에서 전달된 열이 히트 파이프 증발부의 작동유체를 기체로 상변화 시키면 기화된 작동유체가 온도차 혹 은 압력차로 인해 응축부로 이동하여 응축부와 맞닿은 히트싱크 혹은 방열 스프레 더로 전달되어 자연냉각 혹은 팬에 의한 강제 냉각으로 열을 소산시키는 방식이다.

히트파이프 방식의 냉각은 작동하는데 별도의 동력을 필요로 하지 않으며 무게가 가벼우며, 반영구적이어서 유지, 보수 등의 추가 비용이 적게 드는 장점이 있다. 이 러한 장점으로 인해 현재 메인보드, 그래픽카드, 하드디스크, 케이스 냉각 등 컴퓨 터 시스템 전반에서 사용되고 있다. 그러나 이러한 히트파이프는 엄밀한 설계와 제 조 공정의 난점으로 인하여 고가이다.

2.5.3 냉동사이클 냉각 기법

가스 압축방식의 냉동사이클의 원리를 적용한 냉각방식으로서 액상 냉매가 열원 에 설치한 기화기에서 열을 획득하여 증기가 된다. 이 증기는 팽창밸브와 응축기를 통해 외부공기로 열을 방출한다. 상온에서만이 냉각이 이루어지는 공랭식이나 수랭 식과는 달리, 주변 공기온도 이하에서도 구동이 가능하기 때문에 일반 사용자 보다

는 시스템을 규정 이상의 클럭으로 올려 사용하는 오버 클럭시에 사용한다. 그러나 냉각 장치가 고가이며, 상온 이하의 냉각에 의해 이슬 맺힘 현상이 발생하고 이것 이 부품손상을 유발하는 문제가 있어 크게 사용되지 못하고 있다.

2.5.4 열 사이폰 냉각 기법

응축기와 증발기를 사용한다는 점에서 수랭 혹은 냉동사이클 방식의 냉각장치와 유사하지만, 냉매의 압력과 수두차에 의한 유체의 위치 에너지를 순환동력으로 이 용하기 때문에 발열부의 상부에 응축기가 위치해야 한다. 그러나 동력공급이 필요 없고, 팬을 사용하지 않으므로 소음이 없으며, 기계적인 고장이 발생하지 않는다는 히트파이프의 장점도 포함하고 있다. 시동 시 작동 불능에 따른 시스템의 위험성이 높아 이 부분에 대한 개선의 여지가 남아 있고, 방열판 또는 응축기에서 자연대류 에 의한 냉각만으로는 고발열체의 냉각에 어려움이 있어 부가적으로 팬을 부착하 여 상용화가 일부 이루어졌다.

2.5.5 수냉식 냉각 기법

현존하는 열전달 매체로 사용되는 유체 가운데 물은 가장 경제적이고, 효용성이 높아 이전부터 지속적인 연구를 통하여 다양한 분야에서 사용되어 왔다. 물은 비열 이 높아 잠열과 현열 이동에 있어 타 유체에 비해 뛰어난 열 함유 능력을 가지는 등 전기, 전자 장비에 치명적임에도 상용화가 이루어질 정도로 상당한 이점을 가지 고 있다. 수랭식은 공랭식에 비해 성능과 소음에 있어 유리한 것은 사실이지만 완 전히 자유로울 수는 없다. 물을 강제로 순환시키는 펌프와 라디에이터 팬 등으로 인해 완전한 무소음은 기대하기는 어렵지만 만족할 만한 소음과 소음 대비 냉각 성능을 지닐 수 있다. 수냉각의 구성은 워터 블록과 저수조, 펌프, 라디에이터, 연 락관 등으로 이루어진다. 현재 지속적인 연구를 통해 최적화된 다양한 워터 블록과 펌프, 고효율의 라디에이터 등이 상용화되고 있다.

2.5.6 펠티어 소자(Peltier element ; 열전소자) 냉각 기법

1834년에 발견된 냉각 방식으로 최근에 여러 냉각 분야에서 이용되고 있다. 펠티 어 효과는 서로 다른 금속의 접점의 양단에 일정한 전류를 흘리면 열이 이동하는 현상을 이용하는 것으로 이러한 소자 혹은 모듈을 이용한 냉각을 구현하기 위해서 는 두 개의 서로 다른 금속이 두 개의 접점을 가지고 있어야 한다는 전제 조건이 필요하다. 그래서 펠티어 소자를 이용한 TEM(Thermoelectric Module)은 여러 개의 소자를 직렬로 이어붙인 형태를 하고 있다. 펠티어 소자는 탁월한 냉각 성능과 함 께 과열 문제와 열역전현상 등의 문제점이 있다. 열전소자의 양단에 전압을 걸어주 었을 경우 한 면에서는 냉각이 이루어지지만 그와 반대면에서는 발열이 이루어진 다. CPU의 경우 발생하는 열과 합쳐져 엄청난 열을 소산해야 함과 동시에 그에 상 응하는 전력까지 요구하게 되는데 이 때 발생하는 열의 해결을 위해 냉각수를 이 용한 방열판을 사용하기도 하며, 온도가 이슬점 이하로 떨어졌을 경우 CPU에 수분 이 응결되어 CPU와 기타 시스템에 가져오는 위험도의 증가 때문에 온도 컨트롤이 요구되므로 그에 따른 제어기가 따로 제공되도록 상용화가 이루어져 있다.

제 3 장 실험 및 수치해석 방법

In document 열전소자를 이용한 소형 냉각시스템의 냉각성능에 관한 연구 (Page 48-52)