열전소자를 이용한 소형 냉각시스템의 냉각성능에 관한 연구

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This study was investigated on cooling performance of small cooling system using thermoelectric module. This study set up cooling system of 4 type to control the heat generated by the computer. In order to find the heat transfer process of cooling system, this study was performed experiments of temperature distribution and flow visualization in cooling field of each cooling system. Also, numerical analysis was performed to assess the preliminary data to performance improvement and optimization of cooling system under same experiment condition.
The experimental results revealed that cooling performance of cooling system improved when voltage applied by thermoelectric module was increased gradually. The voltage applied by thermoelectric module increases, cold side surface of thermoelectric module was frozen, and was occurred dew formation by temperature difference between thermoelectric module and ambient temperature. Because of this, this study chose 7V as applied voltage by thermoelectric module. This study was compared the cooling performance of cooling system for the cases; one without flow and the other with flow fan. The temperature distributions in the whole cooling field of cooling system were uniformly maintained about 13℃±0.5℃ due to forced convection phenomenon by flow fan. The forced convection phenomenon by flow fan contributed to heat transfer enhancement of cooling field. When the cooling system with heat sink and flow fan was used to cooling of computer, the internal temperature distributions of computer were lowered and uniformly maintained.
The numerical analysis results revealed that temperature distribution of cooling system rapidly fell early on but uniformed maintained after a period of time. This was similar to cooling pattern of experimental results. The numerical analysis results will be used to assess the preliminary data to performance improvement and optimization of cooling system.
Alternative Title
A Study on Cooling Performance using Thermoelectric Module in a Small Cooling System
Alternative Author(s)
Yoon, Hee-Sung
조선대학교 대학원
일반대학원 첨단부품소재공학과
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Table Of Contents
목 차

제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구동향 3
1.3 연구목적 및 내용 8

제 2 장 냉각시스템의 이론해석 9
2.1 열전현상 9
2.1.1 Seebeck 효과 10
2.1.2 Peltier 효과 10
2.1.3 Thomson 효과 11
2.1.4 p형과 n형 반도체 접합부에서 여러 계수의 관계 11
2.2 열전소자의 열성능 이론 해석 12
2.3 유한요소법에 의한 온도분포 해석 19
2.3.1 에너지 보존의 법칙에 의한 열전도 방정식 19
2.3.2 변분법을 이용한 유한요소 정식화 23
2.4 열화상카메라 측정 이론 28
2.5 컴퓨터 냉각 기법 31
2.5.1 공기 냉각 기법 31
2.5.2 히트파이프 냉각 기법 32
2.5.3 냉동사이클 냉각 기법 32
2.5.4 열 사이폰 냉각 기법 33
2.1.5 수냉식 냉각 기법 33
2.5.6 펠티어 소자(Peltier element ; 열전소자) 냉각 기법 34

제 3 장 실험 및 수치해석 방법 35
3.1 냉각시스템 35
3.1.1 열전소자를 이용한 냉각시스템 35
3.1.2 Piezoelectric actuator를 부착한 냉각시스템 40
3.1.3 열전소자 냉각부에 방열판을 부착한 냉각시스템 42
3.1.4 열전소자 냉각부에 방열판과 송풍팬을 부착한 냉각시스템 44
3.2 냉각시스템 성능 실험장치 46
3.2.1 온도 측정 장치 48
3.2.2 유동가시화 장치 49
3.3 실험방법 및 순서 50
3.3.1 온도 측정 실험 50
3.3.2 유동가시화 실험 55
3.4 컴퓨터 내부의 발열 제어 실험 57
3.5 수치해석 방법 58

제 4 장 실험 및 수치해석 결과 61
4.1 냉각시스템 성능 실험 결과 61
4.1.1 냉각시스템 온도 측정결과 61
4.1.2 Piezoelectric actuator를 부착한 냉각시스템 온도 측정결과 75
4.1.3 방열판을 부착한 냉각시스템 온도 측정결과 80
4.1.4 방열판과 송풍팬을 부착한 냉각시스템 온도 측정결과 81
4.2 유동가시화 결과 83
4.2.1 냉각시스템 유동가시화 결과 83
4.2.2 Piezoelectric actuator를 부착한 냉각시스템 유동가시화 결과 85
4.2.3 송풍팬을 부착한 냉각시스템 유동가시화 결과 89
4.3 컴퓨터 내부의 발열 제어 실험 결과 93
4.4 수치해석 결과 96

제 5 장 결 론 102

참 고 문 헌 104
조선대학교 대학원
윤희성. (2013). 열전소자를 이용한 소형 냉각시스템의 냉각성능에 관한 연구.
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General Graduate School > 4. Theses(Ph.D)
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