KR100654563B1 - 고도 측정장치 및 이를 이용한 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열 발생원으로 흡입 및 배출되는 공기의 온도차를 이용하여 시스템이 설치된 고도를 판단하고, 판단한 고도를 이용하여 열 발생원을 효율적으로 냉각시킨다.
공기밀도가 높을 경우에 열 발생원으로 흡입 및 배출되는 흡입공기와 배출공기의 온도차는 낮고, 이와는 반대로 공기밀도가 낮을 경우에 열 발생원으로 흡입 및 배출되는 흡입공기와 배출공기의 온도차는 높아지는 원리를 이용하여 고도를 측정하고, 측정한 고도와 흡입공기의 온도에 따라 팬 모터의 회전속도를 조절하면서 열 발생원을 냉각시키는 것으로 저렴한 비용으로 고도를 측정할 수 있고, 열 발생원의 과냉 및 과열을 방지하며, 최적의 속도로 팬 모터를 구동시켜 불필요한 소음의 발생을 줄인다.
고도, 냉각, 열 발생원, 공기밀도, 회전속도, 팬 모터

Description

고도 측정장치 및 이를 이용한 냉각장치{Apparatus for measuring altitude and air cooling system using the same}
도 1은 고도에 따른 공기밀도의 변화를 보인 그래프.
도 2는 본 발명의 고도 측정장치 및 냉각장치의 제 1 실시 예의 구성을 보인 도면.
도 3은 본 발명의 고도 측정장치 및 냉각장치의 제 2 실시 예의 구성을 보인 도면.
도 4는 본 발명의 고도 측정장치 및 냉각장치의 제 3 실시 예의 구성을 보인 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
200 : 열 발생원 210, 310 : 팬 모터
220, 320 : 냉각 팬 230 : 흡기 온도센서
240 : 배기 온도센서 250 : 덕트
260 : 고도 판단수단 270 : 메모리
280 : 팬 모터 제어수단
본 발명은 열 발생원이 내장되어 있는 컴퓨터, 프로젝터 또는 프로젝션 텔레비전 수상기 등과 같은 소정의 시스템에 내장되어 고도(altitude)를 측정하고, 측정한 고도에 따라 팬 모터의 회전속도를 제어하여 열 발생원을 효과적으로 냉각시키는 고도 측정장치 및 이를 이용한 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 열 발생원이 구비되어 있는 컴퓨터, 프로젝터 또는 프로젝션 텔레비전 수상기 등을 비롯한 각종 시스템들은 열 발생원에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각시켜야 시스템이 정상으로 동작하게 된다.
상기 열 발생원에서 발생되는 열을 냉각시키는 방법으로는 냉각 팬을 이용하여 강제로 공기를 순환시키는 강제대류 공냉방식이 많이 사용되고 있다. 상기 강제대류 공냉방식을 설계하기 위한 가장 기초적인 검토사항은 열 발생원에서 발생되는 열량과, 열 발생원에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 공기의 양을 예측하는 것으로 통상적으로 다음의 수학식 1에 의존하고 있다.
Figure 112005016744304-pat00001
여기서,
Figure 112005016744304-pat00002
는 열 발생원에서 발생되는 열량이고,
Figure 112005016744304-pat00003
은 질량유량이며,
Figure 112005016744304-pat00004
는 비열이며,
Figure 112005016744304-pat00005
는 열 발생원을 냉각시키기 위하여 흡입 및 배기되는 공기의 온도차이다.
상기 수학식 1에서 질량유량
Figure 112005016744304-pat00006
을 체적 유량으로 변환하면, 다음의 수학식 2와 같다.
Figure 112005016744304-pat00007
여기서,
Figure 112005016744304-pat00008
는 공기의 밀도이고,
Figure 112005016744304-pat00009
는 체적유량이다.
상기 수학식 2는 다음의 수학식 3으로 변환할 수 있다.
Figure 112005016744304-pat00010
상기 수학식 3에서 알 수 있는 바와 같이 열 발생원이 내장된 시스템을 냉각시키기 위하여 필요한 체적유량
Figure 112005016744304-pat00011
는 공기의 밀도
Figure 112005016744304-pat00012
의 함수이다. 즉, 동일한 열 발생원에서 발생되는 열을 냉각시키더라도 고도에 따라 필요한 체적유량이 상이하다.
도 1은 고도에 따른 공기밀도의 변화를 보인 그래프이다. 상기 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 시스템에서 발생되는 열을 설계된 온도로 냉각시키기 위해서는 고도가 0m인 지역에 비하여 고도가 1250m인 지역에서는 약 13%의 체적유량이 더 필요하고, 고도가 2500m인 지역에서는 약 28%의 체적유량이 더 필요하다.
그러므로 열 발생원을 내장하고 있는 시스템에 있어서 냉각장치를 설계할 경우에 종래에는 공기밀도가 낮은 지역 즉, 고도가 높은 지역을 기준으로 설계하였다. 그러나 공기밀도가 낮은 지역을 기준으로 냉각장치를 설계할 경우에 공기밀도가 높은 지역에서는 풍량이 과다하여 시스템이 과냉될 우려가 있고, 필요 없이 많은 전력이 소모됨은 물론 불필요한 소음이 발생하게 되는 문제점이 있었다.
그리고 시스템 내에 고도계를 장착하고, 그 고도계가 검출하는 고도에 따라 냉각 팬의 회전속도를 조절하여 시스템을 냉각시킬 수도 있다. 상기 고도계를 사용하는 것은 고도에 대응하여 매우 효율적으로 시스템을 냉각시킬 수 있으나, 상기 고도계들 대부분이 압력을 측정하는 압력계로서 매우 고가이고, 이로 인하여 시스템의 생산원가가 상승하게 되는 문제점이 있었다.
또한 낮은 고도용 시스템과 높은 고도용 시스템을 별도로 개발하거나 또는 시스템을 공장에서 출하할 경우에 고도에 따라 냉각장치를 튜닝하여 고도에 적합하게 시스템을 냉각시키도록 할 수도 있으나, 이는 사용자가 간편하게 이동 및 휴대하면서 사용하는 노트북용 컴퓨터 등에는 적용하기가 어려운 문제점이 있었다.
한편, 배기구에 1개 또는 2개의 온도센서를 설치하여 배기온도를 검출하고, 그 검출하는 배기온도에 따라 냉각 팬의 회전속도를 조절하여 배기온도가 일정한 온도를 유지하도록 냉각시키는 방법이 있다. 그러나 상기 배기온도를 일정한 온도로 유지시키는 방법은 열 관성으로 인하여 시스템의 내부 온도가 상황에 따라 주기적으로 변동하고, 그 시스템의 내부온도 변화는 시스템의 동작특성에 많은 영향을 주는 문제점이 있었다.
그리고 열 발생원 또는 시스템의 내부 온도를 측정하고, 측정한 온도에 따라 풍량을 능동적으로 조절하는 방법도 있으나, 이는 열 발생원의 열량을 실시간으로 측정하여 시스템의 냉각에 반영해야 되는 등의 여러 가지 문제점이 있었다.
그러므로 본 발명의 목적은 열 발생원으로 흡입 및 배출되는 공기의 온도차를 이용하여 간단히 고도를 측정하는 고도 측정장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 고도 측정장치가 측정한 고도에 따라 냉각 팬의 회전속도를 능동적으로 조절하여 시스템을 효율적으로 냉각시키는 고도 측정을 이용한 냉각장치를 제공하는데 있다.
일반적으로 풍량이 일정한 상태에서 열 발생원으로 흡입 및 배출되는 흡입공기와 배출공기의 온도차가 공기밀도에 따라 상이하다. 즉, 공기밀도가 높을 경우에 열 발생원으로 흡입 및 배출되는 흡입공기와 배출공기의 온도차는 낮고, 이와는 반대로 공기밀도가 낮을 경우에 열 발생원으로 흡입 및 배출되는 흡입공기와 배출공기의 온도차는 높아지게 된다.
본 발명의 고도 측정장치는 공기밀도에 따라 열 발생원으로 흡입 및 배출되는 공기의 온도차가 상이한 동작 원리를 이용하여 고도를 측정하는 것으로서 온도센서를 이용하여 열 발생원으로 흡입 및 배출되는 공기의 온도를 각기 검출하여 온도차를 계산하고, 계산한 온도차를 미리 설정된 고도 판단용 온도차 기준값과 비교하여 고도를 판단한다. 상기 고도 판단용 온도차 기준값은 고도에 따른 온도차를 미리 실험하여 구한 값으로서 고도가 낮았을 때 구한 고도 판단용 제 1 온도차 기준값과, 고도가 높았을 때 구한 고도 판단용 제 2 온도차 기준값을 미리 설정하여 두고, 그 고도 판단용 제 1 온도차 기준값 및 고도 판단용 제 2 온도차 기준값을 상기 흡입 및 배출되는 공기의 온도차와 비교하여 고도를 판단한다.
그러므로 본 발명의 고도 측정장치는 소정의 시스템에 내장되고, 열을 발생하는 열 발생원과, 냉각 팬을 회전시켜 상기 열 발생원을 공랭식으로 냉각시키는 팬 모터와, 상기 팬 모터를 미리 설정된 일정속도로 회전시키는 팬 모터 제어수단과, 상기 열 발생원으로 흡입되는 공기의 온도를 측정하는 흡기 온도센서와, 상기 열 발생원에서 배출되는 공기의 온도를 측정하는 배기 온도센서와, 흡기 온도센서 및 배기 온도센서가 각기 검출하는 흡입공기 및 배출공기의 온도차를 검출하고, 검출한 온도차를 미리 설정된 복수의 고도 판단용 온도차 기준값과 비교하여 고도를 판단하는 고도 판단수단으로 구성됨을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 고도 측정을 이용한 냉각장치는 고도 및 흡입공기의 온도에 따라 팬 모터를 구동시킬 회전속도 값을 미리 룩업 테이블로 구비하고, 상기 고도 측정장치가 측정한 고도와 흡기 온도센서가 검출하는 흡입공기의 온도를 판단하여 팬 모터의 회전속도를 제어한다.
그러므로 본 발명의 고도 측정을 이용한 냉각장치는 소정의 시스템에 내장되고, 열을 발생하는 열 발생원과, 냉각 팬을 회전시켜 상기 열 발생원을 공랭식으로 냉각시키는 팬 모터와, 상기 열 발생원으로 흡입되는 공기의 온도를 측정하는 흡기 온도센서와, 상기 열 발생원에서 배출되는 공기의 온도를 측정하는 배기 온도센서와, 흡기 온도센서 및 배기 온도센서가 각기 검출하는 흡입공기 및 배출공기의 온도차를 검출하고, 검출한 온도차를 미리 설정된 복수의 고도 판단용 온도차 기준값과 비교하여 고도를 판단하는 고도 판단수단과, 고도 및 흡입공기의 온도에 따라 상기 팬 모터를 회전시킬 회전속도 값이 룩업 테이블로 저장되어 있는 메모리와, 상기 고도 판단수단이 고도를 판단할 경우에 상기 팬 모터를 미리 설정된 일정속도로 회전시키고, 고도 판단수단이 고도의 판단을 완료하였을 경우에 그 판단한 고도와 상기 흡기 온도센서가 검출하는 흡입공기의 온도에 해당되는 팬 모터의 회전속도 값을 상기 메모리에서 독출하여 상기 팬 모터의 회전속도를 제어하는 팬 모터 제어수단으로 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도 2 내지 도 4의 도면을 참조하여 본 발명의 고도 측정장치 및 이를 이용한 냉각장치를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 고도 측정장치 및 냉각장치의 일 실시 예의 구성을 보인 도면이다. 여기서, 부호 200은 컴퓨터, 프로젝터 또는 프로젝션 텔레비전 수상기 등과 같은 소정의 시스템에 내장되고, 열을 발생하는 열 발생원이고, 부호 210은 팬 모터이다. 상기 팬 모터(210)에는 냉각 팬(220)이 설치되어 팬 모터(210)의 구동에 따라 냉각 팬(220)이 회전되면서 상기 열 발생원(200)으로 공기를 통과시켜 냉각시킨다.
부호 230은 상기 열 발생원(200)으로 흡입되는 공기의 온도를 측정하는 흡기 온도센서이고, 부호 240은 상기 열 발생원(200)에서 배출되는 공기의 온도를 측정하는 배기 온도센서이다.
여기서, 상기 열 발생원(200), 팬 모터(210), 냉각 팬(220), 흡기 온도센서(230) 및 배기 온도센서(240)는 덕트(250) 내에 설치하여 냉각 팬(220)의 회전에 따라 열 발생원(200)으로 흡입 및 배출되는 공기의 온도를 흡기 온도센서(230) 및 배기 온도센서(240)가 정확히 검출할 수 있도록 한다.
부호 260은 고도 판단수단이다. 상기 고도 판단수단(260)은, 상기 흡기 온도센서(230) 및 배기 온도센서(240)가 각기 검출하는 흡입공기 및 배출공기의 온도차를 검출하고, 검출한 온도차를 미리 설정된 복수의 고도 판단용 온도차 기준값과 비교하여 고도를 판단하는 고도 판단수단이다.
부호 270은 메모리이다. 상기 메모리(270)에는 고도 및 흡입공기의 온도에 따라 상기 열 발생원(200)을 냉각시키기 위한 상기 팬 모터(210)의 회전 속도 값이 룩업 테이블로 저장된다.
부호 280은 상기 팬 모터(210)의 회전 속도를 제어하는 팬 모터 제어수단이다. 상기 팬 모터 제어수단(280)은 상기 고도 판단수단(260)이 판단하는 고도와 상기 배기 온도센서(240)가 검출하는 배출공기의 온도를 판단하여 상기 메모리(270)에서 해당되는 팬 모터(210)의 회전 속도 값을 독출하고, 독출한 회전속도 값에 따라 상기 팬 모터(210)를 회전시킨다.
이와 같이 구성된 본 발명의 고도 측정장치 및 냉각장치는 시스템이 구동될 경우에 열 발생원(200)이 열을 발생하고, 팬 모터 제어수단(280)은 팬 모터(210)를 미리 설정된 소정의 속도 예를 들면, 고도를 측정하기 위하여 미리 설정된 속도로 팬 모터(210)를 구동시켜 냉각 팬(220)을 회전시킨다.
그러면, 상기 냉각 팬(220)의 회전에 따라 공기가 열 발생원(200)을 통과하여 냉각시키게 되고, 이 때, 흡기 온도센서(230)는 열 발생원(200)으로 흡입되는 공기의 온도를 검출하여 고도 판단수단(260) 및 팬 모터 제어수단(280)으로 입력시키며, 배기 온도센서(240)는 열 발생원(200)에서 배기되는 공기의 온도를 검출하여 고도 판단수단(260)으로 입력시키게 된다.
한편, 고도 판단수단(260)은 열 발생원(200)에서 최대의 열량이 발생될 때까지 소요되는 미리 설정된 소정의 시간이 경과될 경우에 흡기 온도센서(230)가 검출하는 흡입공기의 온도와 배기 온도센서(240)가 검출하는 배출공기의 온도를 판단하여 온도차를 계산한다.
그리고 고도 판단수단(260)은 상기 계산한 온도차를 미리 설정된 복수의 고도 판단용 온도차 기준값과 비교하여 시스템이 위치하는 고도를 판단한다. 여기서, 상기 고도 판단용 온도차 기준값은 고도에 따른 온도차를 미리 실험하여 구한 값으로서 예를 들면, 고도가 낮았을 때 구한 고도 판단용 제 1 온도차 기준값과, 고도가 높았을 때 구한 고도 판단용 제 2 온도차 기준값을 미리 고도 판단수단(260)에 저장하여 둔다. 상기 계산한 온도차가 제 2 온도차 기준값＜계산한 온도차일 경우에 고도가 높은 것으로 판단하고, 제 1 온도차 기준값＜계산한 온도차＜제 2 온도차 기준값일 경우에 고도가 중간정도인 것으로 판단하며, 계산한 온도차＜제 1 온도차 기준값일 경우에 고도가 낮은 것으로 판단한다.
이와 같이 고도가 판단되면, 고도 판단수단(260)은 판단된 고도를 팬 모터 제어수단(280)으로 출력한다. 그러면, 팬 모터 제어수단(280)은 상기 고도 판단수단(260)은 판단된 고도에 해당되는 룩업 테이블을 메모리(270)에서 독출하고, 상기 흡기 온도센서(230)가 검출하는 흡입공기의 온도에 해당되는 팬 모터(210)의 회전속도 값을 상기 독출한 룩업 테이블에서 찾아 해당 회전속도 값에 따라 팬 모터(210)를 구동시키고, 팬 모터(210)의 구동에 따라 냉각 팬(220)이 회전하여 열 발생원(200)을 냉각시키게 된다.
도 3은 본 발명의 고도 측정장치 및 냉각장치의 제 2 실시 예의 구성을 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 2 실시 예는 상기 흡기 온도센서(230)와 상기 열 발생원(200)의 사이에 팬 모터(310) 및 냉각 팬(320)을 설치하여 열 발생원(200)을 냉각시키면서 흡입 및 배출공기의 온도를 검출할 수 있고, 또한 도 4에 도시된 바와 같이 상기 열 발생원(200)과 배기 온도센서(240)의 사이 및 상기 흡기 온도센서(230)와 상기 열 발생원(200)의 사이에 모두 팬 모터(210)(310) 및 냉각 팬(220)(320)을 설치하여 열 발생원(200)을 냉각시키면서 흡입 및 배출공 기의 온도를 검출할 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 열 발생원으로 흡입 및 배출되는 공기의 온도차를 이용하여 간단히 고도를 측정하고, 측정한 고도와 열 발생원으로 흡입되는 공기의 온도를 이용하여 열 발생원을 냉각시키는 것으로서 저렴한 비용으로 고도를 측정할 수 있고, 또한 열 발생원에서 발생되는 열을 고도에 따라 효율적으로 냉각시켜 열 발생원의 과냉 및 과열을 방지하고, 최적의 속도로 팬 모터를 구동시켜 불필요한 소음의 발생을 줄일 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 소정의 시스템에 내장되고, 열을 발생하는 열 발생원;
    냉각 팬을 회전시켜 상기 열 발생원을 공랭식으로 냉각시키는 팬 모터;
    상기 팬 모터를 미리 설정된 일정속도로 회전시키는 팬 모터 제어수단;
    상기 열 발생원으로 흡입되는 공기의 온도를 측정하는 흡기 온도센서;
    상기 열 발생원에서 배출되는 공기의 온도를 측정하는 배기 온도센서; 및
    흡기 온도센서 및 배기 온도센서가 각기 검출하는 흡입공기 및 배출공기의 온도차를 검출하고, 검출한 온도차를 고도에 따라 실험적으로 구하여 미리 저장한 복수의 고도 판단용 온도차 기준값과 비교하여 고도를 판단하는 고도 판단수단으로 구성된 고도 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 팬은;
    상기 흡기 온도센서와 상기 열 발생원의 사이 또는 상기 열 발생원과 상기 배기 온도센서의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 고도 측정장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 팬은;
    상기 흡기 온도센서와 상기 열 발생원의 사이 및 상기 열 발생원과 상기 배기 온도센서의 사이에 모두 설치되는 것을 특징으로 하는 고도 측정장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열 발생원, 냉각 팬 , 흡기 온도센서 및 배기 온도센서는 하나의 덕트 내에 일체로 설치되는 것을 특징으로 하는 고도 측정장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 고도 판단수단의 고도 판단은;
    상기 열 발생원이 동작하면서 최대 열량이 발생될 때까지의 시간이 경과된 후 고도를 판단하는 것을 특징으로 하는 고도 측정장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 고도 판단수단이 판단하는 고도는;
    상기 온도차가 높을수록 고도가 높은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 고도 측정장치.
  7. 소정의 시스템에 내장되고, 열을 발생하는 열 발생원;
    냉각 팬을 회전시켜 상기 열 발생원을 공랭식으로 냉각시키는 팬 모터;
    상기 열 발생원으로 흡입되는 공기의 온도를 측정하는 흡기 온도센서;
    상기 열 발생원에서 배출되는 공기의 온도를 측정하는 배기 온도센서;
    흡기 온도센서 및 배기 온도센서가 각기 검출하는 흡입공기 및 배출공기의 온도차를 검출하고, 검출한 온도차를 고도에 따라 실험적으로 구하여 미리 저장한 복수의 고도 판단용 온도차 기준값과 비교하여 고도를 판단하는 고도 판단수단;
    고도 및 흡입공기의 온도에 따라 상기 팬 모터를 회전시킬 회전속도 값이 룩업 테이블로 저장되어 있는 메모리; 및
    상기 고도 판단수단이 고도를 판단할 경우에 상기 팬 모터를 미리 설정된 일정속도로 회전시키고, 고도 판단수단이 고도를 판단하였을 경우에 그 판단한 고도와 상기 흡기 온도센서가 검출하는 흡입공기의 온도에 해당되는 팬 모터의 회전속도 값을 상기 메모리에서 독출하여 상기 팬 모터의 회전속도를 제어하는 팬 모터 제어수단으로 구성된 고도 측정을 이용한 냉각장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 냉각 팬은;
    상기 흡기 온도센서와 상기 열 발생원의 사이 또는 상기 열 발생원과 상기 배기 온도센서의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 고도 측정을 이용한 냉각장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 냉각 팬은;
    상기 흡기 온도센서와 상기 열 발생원의 사이 및 상기 열 발생원과 상기 배기 온도센서의 사이에 모두 설치되는 것을 특징으로 하는 고도 측정을 이용한 냉각장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열 발생원, 냉각 팬, 흡기 온도센서 및 배기 온도센서는 하나의 덕트 내에 일체로 설치되는 것을 특징으로 하는 고도 측정을 이용한 냉각장치.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 고도 판단수단의 고도 판단은;
    상기 열 발생원이 동작하면서 최대 열량이 발생될 때까지의 시간이 경과된 후 고도를 판단하는 것을 특징으로 하는 고도 측정을 이용한 냉각장치.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 고도 판단수단이 판단하는 고도는;
    상기 온도차가 높을수록 고도가 높은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 고도 측정을 이용한 냉각장치.
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