KR101169713B1

KR101169713B1 - Cooling apparatus of electronic device using liquid droplet

Info

Publication number: KR101169713B1
Application number: KR1020100139745A
Authority: KR
Inventors: 최상호
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2012-07-30
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: KR20120077686A

Abstract

본 발명은 액적을 이용한 전자 기기의 냉각 장치에 관한 것으로, 상세하게는 냉각용 액적을 저장하는 액적 저장고, 전자 기기의 각 지점에 위치하여 온도를 측정하는 복수 개의 센서, 상기 센서를 통해 전달된 온도 정보를 모니터하는 모니터부, 상기 모니터부를 통해 전달된 온도 정보를 수신하고 상기 액적 저장고 및 스위치에 제어 신호를 전달하는 제어부, 상기 스위치에 연결되어 상기 액적의 이동에 필요한 전압이 인가되는 제어 전극을 포함함으로써 국부 지점에 대한 선택적, 효과적 냉각효과를 누릴 수 있는 냉각 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for cooling electronic equipment using droplets, and in particular, a droplet storage compartment for storing droplets for cooling, a plurality of sensors positioned at respective points of the electronic apparatus, and measuring temperature, and the temperature transmitted through the sensor. A monitor unit for monitoring information, a controller receiving temperature information transmitted through the monitor unit, and transmitting a control signal to the droplet reservoir and a switch, and a control electrode connected to the switch to receive a voltage required to move the droplet. The present invention relates to a cooling device capable of enjoying selective and effective cooling effects on local points.

Description

Cooling device for electronic equipment using droplets {COOLING APPARATUS OF ELECTRONIC DEVICE USING LIQUID DROPLET}

본 발명은 액적을 이용한 전자 기기의 냉각 장치에 관한 것으로, 상세하게는 냉각용 액적을 저장하는 액적 저장고, 전자 기기의 각 지점에 위치하여 온도를 측정하는 복수 개의 센서, 상기 센서를 통해 전달된 온도 정보를 모니터하는 모니터부, 상기 모니터부를 통해 전달된 온도 정보를 수신하고 상기 액적 저장고 및 스위치에 제어 신호를 전달하는 제어부, 상기 스위치에 연결되어 상기 액적의 이동에 필요한 전압이 인가되는 제어 전극을 포함함으로써 국부 지점에 대한 선택적, 효과적 냉각효과를 누릴 수 있는 냉각 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus for cooling electronic equipment using droplets, and in particular, a droplet storage compartment for storing droplets for cooling, a plurality of sensors positioned at respective points of the electronic apparatus, and measuring temperature, and the temperature transmitted through the sensor. A monitor unit for monitoring information, a controller receiving temperature information transmitted through the monitor unit, and transmitting a control signal to the droplet reservoir and a switch, and a control electrode connected to the switch to receive a voltage required to move the droplet. The present invention relates to a cooling device capable of enjoying selective and effective cooling effects on local points.

높은 열을 발생시키는 전자 기기에 있어서, 종래의 냉각 방법으로는 방열구조적용(heat sink) 및 강제 대류를 위한 팬(fan) 구조적용을 이용한 방법이 있었다.In electronic devices that generate high heat, conventional cooling methods include a heat sink and a fan structure for forced convection.

이 중에서 팬을 이용한 냉각은 팬 자체의 신뢰성 문제와 더불어, 소음이 크다는 단점을 지니고 있었다. 또한 팬을 이용한 냉각은 전자 기기 전체에 대하여 냉각하기 때문에, 국부적인 지점에서 아주 높은 열이 발생한다면 이를 효과적으로 냉각시키기 어렵다는 단점이 있었다.Among them, the cooling using the fan has the disadvantage of high noise as well as the reliability problem of the fan itself. In addition, since the cooling using the fan cools the entire electronic device, it is difficult to effectively cool it if very high heat is generated at a local point.

한편, 전기 대전 현상에 의한 냉각 방법이 최근 마이크로펌프와 관련하여 활발히 연구되고 있고, 또한 고정된 전극에서 전압 인가에 따른 전기 습윤 현상에 대하여도 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있는 실정이다.On the other hand, the cooling method by the electric charging phenomenon has been actively studied in recent years with respect to the micropump, and the research and development of the electric wetting phenomenon due to the application of the voltage in the fixed electrode is also actively progressed.

도 1은 전기 습윤 현상 및 전기 대전 현상에 의한 액적의 이동을 나타낸 모식도이다. 액적 저장고(10)에서 생성된 액적(40)은, 절연체(20)가 도포된 제어 전극(30)에 전압이 인가되면, 전기 대전 현상에 의하여 전압이 인가된 제어 전극(30) 방향으로 이동하게 되고, 전기 습윤 현상에 의하여 절연체(20)와의 접촉 면적이 넓어지게 된다. 접촉 면적이 넓어진 액적(40)은 도달 지점에서 전도 열전달 및 상변화 열전달을 통해 해당 지점을 냉각하게 된다. 1 is a schematic diagram showing the movement of droplets by the electrowetting phenomenon and the electrostatic phenomenon. When a voltage is applied to the control electrode 30 to which the insulator 20 is applied, the droplet 40 generated in the droplet reservoir 10 moves in the direction of the control electrode 30 to which the voltage is applied by the electric charging phenomenon. The contact area with the insulator 20 is widened by the electrowetting phenomenon. The droplet 40 having a larger contact area cools the corresponding point through conduction heat transfer and phase change heat transfer at the point of arrival.

따라서 상기와 같은 종래 냉각 방법의 문제점을 해결하고, 상기의 전기 대전 현상 및 전기 습윤 현상을 이용한 효율적, 국부적 냉각 방법을 구체화한 냉각 장치에 대한 필요성이 대두되는 실정이었다.
Accordingly, there is a need for a cooling device that solves the problems of the conventional cooling method as described above and embodies an efficient and local cooling method using the above-mentioned electric charging phenomenon and the electrowetting phenomenon.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고, 새로운 요구 조건을 만족시키는, 액적을 이용한 전자 기기의 냉각 장치에 관한 것으로, 상세하게는 냉각용 액적을 저장하는 액적 저장고, 전자 기기의 각 지점에 위치하여 온도를 측정하는 복수 개의 센서, 상기 센서를 통해 전달된 온도 정보를 모니터하는 모니터부, 상기 모니터부를 통해 전달된 온도 정보를 수신하고 상기 액적 저장고 및 스위치에 제어 신호를 전달하는 제어부, 상기 스위치에 연결되어 상기 액적의 이동에 필요한 전압이 인가되는 제어 전극을 포함함으로써 국부 지점에 대한 선택적, 효과적 냉각효과를 누릴 수 있는 냉각 장치를 제공하는데 목적이 있다.
The present invention relates to a cooling apparatus for electronic equipment using droplets that solves the above problems and satisfies new requirements. A plurality of sensors for measuring a, a monitor unit for monitoring the temperature information transmitted through the sensor, a control unit for receiving the temperature information transmitted through the monitor and transfers a control signal to the droplet storage and the switch, the switch is connected It is an object of the present invention to provide a cooling device capable of enjoying a selective and effective cooling effect on a localized point by including a control electrode to which a voltage required for movement of the droplet is applied.

상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 액적을 이용한 전자 기기의 냉각 장치는 냉각용 액적을 저장하는 액적 저장고, 전자 기기의 각 지점에 위치하여 온도를 측정하는 복수 개의 센서, 상기 센서를 통해 전달된 온도 정보를 모니터하는 모니터부, 상기 모니터부를 통해 전달된 온도 정보를 수신하고 상기 액적 저장고 및 스위치에 제어 신호를 전달하는 제어부 및 상기 스위치에 연결되어 상기 액적의 이동에 필요한 전압이 인가되는 제어 전극을 포함한다.In order to achieve the above object, the cooling device of the electronic device using the droplet of the present invention is a droplet storage for storing the cooling droplets, a plurality of sensors located at each point of the electronic device to measure the temperature, the transfer through the sensor A monitor unit for monitoring the temperature information, a control unit for receiving temperature information transmitted through the monitor unit, and transmitting a control signal to the droplet reservoir and the switch, and a control electrode connected to the switch and applied with a voltage required to move the droplet. It includes.

여기에서 상기 제어부는 상기 모니터부를 통해 전달된 온도 정보가 설정 값을 초과하는 경우, 상기 액적 저장고에서 액적이 방출되도록 할 수 있다.Here, when the temperature information transmitted through the monitor exceeds a set value, the controller may cause the droplet to be discharged from the droplet reservoir.

여기에서, 상기 제어부는 상기 모니터부를 통해 전달된 온도 정보가 설정 값을 초과하는 경우, 상기 액적 저장고에서 방출된 액적이 설정 값을 초과하는 지점으로 이동하도록 스위치에 상기 제어 전극 켜짐 또는 꺼짐 신호를 전달할 수 있다.Here, when the temperature information transmitted through the monitor exceeds a set value, the controller may transmit the control electrode on or off signal to the switch to move the droplet discharged from the drop reservoir to a point exceeding the set value. Can be.

여기에서, 상기 스위치는 옵토커플러 또는 릴레이일 수 있다.Here, the switch may be an optocoupler or a relay.

여기에서, 상기 제어 전극의 표면에는 절연체가 도포될 수 있다.Here, an insulator may be applied to the surface of the control electrode.

여기에서, 상기 액적을 이용한 전자 기기의 냉각 장치는 전기 습윤 현상 기반으로 하는 것을 포함한다.
Here, the cooling device of the electronic device using the droplet includes those based on the electrowetting phenomenon.

본 발명의 액적을 이용한 전자 기기의 냉각 장치에 의하면, 전자 기기 전체적인 냉각은 물론, 선택적, 국부적 냉각이 가능하므로 효율적인 냉각이 가능하다는 점, 전기 습윤 현상을 이용하므로 신뢰성이 높고 소음이 없다는 점, 상변화 및 열전달을 이용한 효과적 냉각 기법이 구현된다는 점에서 효과적이다.
According to the cooling device of the electronic device using the droplet of the present invention, the cooling of the electronic device as a whole, as well as selective and local cooling is possible, so that efficient cooling is possible. It is effective in that an effective cooling technique using change and heat transfer is implemented.

도 1은 일반적인 전기 습윤 현상 및 전기 대전에 의한 액적의 이동을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 의한 액적을 이용한 전자 기기의 냉각 장치의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에 의한 액적을 이용한 전자 기기의 냉각 장치에서, 액적이 냉각을 필요로 하는 지점으로 이동하는 원리를 나타내기 위한 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the movement of droplets due to general electrowetting phenomenon and electric charging.
2 is a schematic diagram showing the configuration of a cooling apparatus for an electronic apparatus using droplets according to the present invention.
3 is a schematic diagram for illustrating a principle of moving a droplet to a point requiring cooling in the apparatus for cooling an electronic device using the droplet according to the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art may easily implement the present invention.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be limited to the usual or dictionary meanings, and the inventors will be required to properly define the concepts of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that it can.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Therefore, the configuration of the embodiments described herein is only one of the most preferred embodiments of the present invention and does not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents and modifications that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be

이하, 도면에 의하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명에 의한 액적을 이용한 전자 기기의 냉각 장치의 구성을 나타낸 모식도이고, 도 3은 본 발명에 의한 액적을 이용한 전자 기기의 냉각 장치에서, 액적이 냉각을 필요로 하는 지점으로 이동하는 원리를 나타내기 위한 모식도이다.2 is a schematic diagram showing the configuration of a cooling device for an electronic device using the droplet according to the present invention, Figure 3 is a cooling device for an electronic device using the droplet according to the present invention, the droplet is moved to a point requiring cooling It is a schematic diagram to show the principle.

먼저, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 액적을 이용한 전자 기기의 냉각 장치는 액적 저장고(100), 복수 개의 센서(200), 모니터부(300), 복수 개의 스위치(400), 제어부(500), 복수 개의 제어 전극(600)을 포함하여 이루어진다. First, as shown in FIG. 2, a cooling apparatus of an electronic apparatus using droplets according to the present invention includes a droplet reservoir 100, a plurality of sensors 200, a monitor unit 300, a plurality of switches 400, and a controller ( 500) and a plurality of control electrodes 600.

상기 액적 저장고(100)는 냉각에 필요한 액적을 저장하고 있다가, 제어부(500)에서 액적을 방출하라는 신호를 받으면 외부로 액적을 방출한다.The droplet reservoir 100 stores the droplets required for cooling, and then releases the droplets to the outside when the controller 500 receives a signal to release the droplets.

상기 복수 개의 센서(200)는 냉각 대상이 되는 전자 기기의 각 지점(도 2에서는 예시로 A, B, C, D로 나타냄)에 각각 위치하여 온도를 측정한다. The plurality of sensors 200 are positioned at respective points (represented as A, B, C, and D in FIG. 2) of the electronic device to be cooled, respectively, and measure temperature.

상기 모니터부(300)는 상기 복수 개의 센서(200)로부터 전달되는 전자 기기의 각 지점의 온도 정보를 모니터하고, 제어부로 상기 각 지점의 온도 정보를 전달한다.The monitor unit 300 monitors temperature information of each point of the electronic device transmitted from the plurality of sensors 200, and transmits temperature information of each point to the controller.

상기 복수 개의 스위치(400)는 상기 각 지점(A~D)에 연결된 복수 개의 제어 전극(600)들과 일대일로 대응되어 형성되며, 상기 제어부로부터 전달되는 상기 제어 전극 켜짐 또는 꺼짐 신호를 수신하여 제어 전극(600)들에 전달한다. 여기에서, 상기 스위치(400)는 옵토커플러 또는 릴레이일 수 있다. The plurality of switches 400 are formed in one-to-one correspondence with the plurality of control electrodes 600 connected to the respective points A to D, and are controlled by receiving the control electrode on or off signal transmitted from the controller. Transfer to electrodes 600. Here, the switch 400 may be an optocoupler or a relay.

상기 제어부(500)는 상기 모니터부(300)를 통해 전달된 각 지점의 온도 정보를 수신하고, 상기 액적 저장고(100) 및 상기 복수 개의 스위치(400)에 제어 신호를 전달한다.The controller 500 receives temperature information of each point transmitted through the monitor 300, and transmits a control signal to the droplet storage 100 and the plurality of switches 400.

상기 제어 전극(600)은 상기 복수 개의 스위치(400)에 연결되어 상기 액적의 이동에 필요한 전압이 인가된다. 여기에서, 상기 제어 전극(600)의 표면에는 절연체가 도포될 수 있다.The control electrode 600 is connected to the plurality of switches 400 is applied a voltage required for the movement of the droplets. Here, an insulator may be coated on the surface of the control electrode 600.

여기에서 상기 제어부(500)는 상기 모니터부(300)를 통해 전달된 온도 정보가 사용자가 미리 설정해둔 값을 초과하는 경우, 상기 액적 저장고(100)에서 액적이 방출되도록 할 수 있으며, 이때 방출된 액적이 설정 값을 초과하는 지점으로 이동하도록 상기 스위치(400)에 상기 제어 전극 켜짐 또는 꺼짐 신호를 전달할 수 있다.Herein, when the temperature information transmitted through the monitor unit 300 exceeds a value previously set by the user, the controller 500 may allow the droplets to be discharged from the droplet reservoir 100, and at this time, The control electrode on or off signal may be transmitted to the switch 400 so that the droplet moves to a point exceeding a set value.

구체적으로 예를 들어 설명하면, 사용자가 설정한 온도 값을 초과하는 지점이 A지점이라고 하였을 때, 상기 A지점과 연결된 센서(210)는 온도를 측정하고, 상기 센서(210)와 연결된 모니터부(300)는 상기 제어부(500)로 A지점의 온도 정보를 전달한다. Specifically, for example, when a point exceeding a temperature value set by the user is point A, the sensor 210 connected to the point A measures a temperature, and the monitor unit connected to the sensor 210 ( 300 transmits the temperature information of the point A to the control unit 500.

상기 제어부(500)에서는 A지점의 온도 정보가 사용자가 설정한 온도 값을 초과하였는지 여부를 계산하고, 초과하였으므로 액적 저장고(100)로 액적 방출 신호를 전달한다.The controller 500 calculates whether or not the temperature information at point A exceeds a temperature value set by the user, and transmits a droplet emission signal to the droplet storage 100.

상기 액적 저장고(100)에서 액적(40)이 방출되면, 상기 제어부(500)는 방출된 액적(40)이 A지점으로 이동할 수 있도록 각 지점과 연결된 제어 전극이 켜지거나 꺼지도록 상기 스위치(400)에 상기 제어 전극 켜짐 또는 꺼짐 신호를 전달한다.When the droplet 40 is discharged from the droplet reservoir 100, the controller 500 switches the switch 400 so that the control electrode connected to each point is turned on or off so that the discharged droplet 40 may move to the A point. The control electrode transmits a signal on or off.

도 3을 보면, 이와 같은 액적(40)의 이동 매커니즘이 나타나 있는바, 상기 제어부(500)에서는 우선 액적(40)이 생성된 지점과 고온열이 발생한 A지점과의 최단 거리를 설정하게 된다. Referring to FIG. 3, the movement mechanism of the droplet 40 is shown, and the controller 500 first sets the shortest distance between the point where the droplet 40 is generated and the point A where high temperature heat is generated.

최단 거리 설정 방법에는 다양한 방법이 있을 수 있지만, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 먼저 x방향으로 이동한 후, 이후 y방향으로 이동하여 A지점에 도달하는 방법에 대하여 설명한다.There may be various methods for the shortest distance setting method. However, in the preferred embodiment of the present invention, a method of firstly moving in the x direction and then moving in the y direction will be described.

도 3에서 알 수 있듯, (x, y)=(5, 1) 지점에서 생성된 액적(40)은 (5, 1)에서 (5, 2), (5, 3), (5, 4), (4, 4)를 거쳐 최종적으로 A지점인 (3, 4)에 도달하여야 한다. As can be seen in Figure 3, the droplet 40 generated at the point (x, y) = (5, 1) is (5, 1) to (5, 2), (5, 3), (5, 4) Finally, it is necessary to reach point A (3, 4) by way of (4, 4).

먼저 액적(40)이 생성되면 상기 제어부(500)는 스위치 3(430)으로 제어 전극 켬 신호를 보내어 이와 연결된 제어 전극(630)에 전압이 인가되도록 한다. 이 경우, 전기 대전 현상 및 전기 습윤 현상에 의하여 상기 액적(40)은 (5, 1)지점에서 (5, 2)지점으로 이동하게 된다. First, when the droplet 40 is generated, the controller 500 sends a control electrode ON signal to the switch 3 430 to apply a voltage to the control electrode 630 connected thereto. In this case, the droplet 40 is moved from the point (5, 1) to the point (5, 2) by the electric charging phenomenon and the electrowetting phenomenon.

그 다음, 상기 제어부(500)는 스위치 3(430)으로 제어 전극 끔 신호를 보내어 이와 연결된 제어 전극(630)에 전압 인가를 정지시키면서, 스위치 2(420)으로 제어 전극 켬 신호를 보내어 이와 연결된 제어 전극(620)에 전압이 인가되도록 한다. 이에 따라 상기 액적(40)은 다시 (5, 2) 지점에서 (5, 3)지점으로 이동하게 된다. Next, the control unit 500 sends a control electrode off signal to the switch 3 430 to stop the application of the voltage to the control electrode 630 connected thereto, and sends a control electrode on signal to the switch 2 420 to control connected thereto. Voltage is applied to the electrode 620. Accordingly, the droplet 40 moves from the (5, 2) point to the (5, 3) point again.

이와 같은 방법을 반복하여 최종적으로 고온열 발생지점인 A지점에 연결된 스위치 1(410)로 제어 전극 켬 신호를 보내어 이와 연결된 제어 전극(610)에 전압이 인가되도록 하면, 상기 액적은 최종적으로 (3, 4)의 A지점에 도달하게 된다.By repeating the above method, when the control electrode ON signal is finally sent to the switch 1 410 connected to the point A, which is a high temperature heat generating point, a voltage is applied to the control electrode 610 connected thereto, the droplet is finally (3 , Point A of 4) is reached.

A지점에 도달된 액적은 전기 습윤 현상에 의하여 접촉 면적이 커지며, 상변화 및 열전달 현상에 의하여 선택적, 국부적으로 A지점을 냉각할 수 있게 된다.
The droplets reaching the point A have a large contact area due to the electrowetting phenomenon, and can selectively and locally cool the point A due to the phase change and the heat transfer phenomenon.

<부호의 설명><Code description>

100: 액적 저장고100: droplet storage

200: 센서200: sensor

300: 모니터부300: monitor

400: 스위치400: switch

500: 제어부500: control unit

600: 제어 전극600: control electrode

Claims

A droplet reservoir for storing droplets for cooling;
A plurality of sensors positioned at each point of the electronic device to measure temperature;
A monitor unit configured to monitor temperature information transmitted through the sensor;
A control unit which receives the temperature information transmitted through the monitor unit and transmits a control signal to the droplet storage and the switch;
And a control electrode connected to the switch to apply a voltage required to move the droplet at each point of the electronic device.
An insulator is coated on the surface of the control electrode.

The method of claim 1,
And the controller is configured to cause the droplet to be discharged from the droplet reservoir when the temperature information transmitted through the monitor portion exceeds a set value.

The method of claim 1,
When the temperature information transmitted through the monitor exceeds a set value, the controller transmits the control electrode on or off signal to the switch to move the droplet discharged from the drop reservoir to a point exceeding the set value. Cooling device for electronic equipment using droplets.

The method of claim 1,
And said switch is an optocoupler or a relay.

delete

The method of claim 1,
Cooling device for an electronic device using the droplet is a cooling device for an electronic device using a drop, characterized in that based on the electro-wetting phenomenon.