냉각 DSLR History (5)

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구리 Skiving Fin 히트싱크…………………………………….06. 05. 27

착탈식 쿨링유닛을 보다 콤팩트하게 하기 위해서 기존 시판되고 있는 컴퓨터용 쿨러를 찾아 보았는데 우선 CPU쿨러는 클럭수가 높아 발열량이 많아지면서 점차 대형화 되어가고 히트파이프제품이 주류가 되어가고 있었습니다. VGA쿨러중에서 작고 폼나는게 몇 있긴 했는데  테스트해보니 쿨링성능은 부족함이 많은지라 포기하고 결국은 구리히트싱크를 채용한 CPU쿨러중에서 효율높은 것 찾다가 대만의 쿨잭에서 나오는 슬림쿨러를 발견하였습니다. 두께 3~4mm의 구리판에 Soldering으로 냉각핀을 붙이는 방식이 많이 일반화된 방법인데 이회사제품은 두꺼운 구리판을 깍아올려서 냉각핀을 형성시키는 방법으로 히트싱크를 제조하여 열전달성능을 높이도록 하였더군요.

우측 사진처럼 히트파이프쿨러를 떼어내고 그 자리에 쿨잭의 JAC313C쿨러(60x60mm)를 붙여서 테스트해보니 히트파이프쿨러 사용할 때보다 CMOS온도가 약 1.5도 더 올라갑니다. 이 정도면 만족할 수준이라 판단하고 채택하기로 결정하였습니다.

쿨러의 두께가 7cm에서 2.3cm로 낮아졌고 무게중심도 카메라 바디중심쪽으로 많이 이동되어 양호해졌습니다.

Peltier Module에 생기는 결로를 해결하기 위해 이것을 밀페챔버 안으로 집어넣고 그 바깥쪽에 Copper Block을 두어서 히트싱크쪽으로 열전도를 하도록 하였습니다. 그리고 내부 콜드핑거에서 밀폐챔버로의 열전도의 큰 원인이었던 고정핀을 제거하여 콜드핑거가 챔버와 직접열전도되지 않도록 하였고 이과정에서 해결해야 되는 큰 숙제인 광축 얼라인은 수평계를 이용해서 직접 CMOS와 렌즈마운트면과의 평형을 맞추는 방식으로 변경하여 해결하였습니다.

 

Peltier와 맞닿는 모든 면은 lapping처리하고  Thermal Compound를 사용하여 접합시켜서 열전도효율을 높였습니다. Copper Block과 밀폐 챔버Housing을 통해 열전도량이 이전 디자인의 경우보다 많아지면서 펠티어 가장 먼 지점 밀폐챔버끝단의 온도가 상온 -5도 정도까지 올라가서 결로에 대해 안전한 상태로 되었고 밀폐챔버 뚜껑은 이전의 구리박판 방식에서 두께 2mm 알미늄으로 변경하고 챔버와 접촉면에 Thermal Compound를 도포하여 나사로 접합토록 하여 열전도량을 최대화되도록 하였다.

USB, Romote controller, Thermometer, Power of Peltier Module은 DSUB Connector를 이용하여 카메라 내부에서 EXcooler로 연결되도록 하였고 EXcooler 아랫면에 모든 Jack을 배치시켰다.

별사진 촬영시 외기의 기온변화에 따라 CMOS쿨링온도가 변하게 되어서 이에 대한 대책으로 온도조절장치가 필요한게 현실인데 CMOS측 온도계와 연동되어서 펠티어의 전류를 콘트롤 하는 게 교과서적이지만 그렇게 하려면 파워를 휀,펠티어를 따로 공급하고 펠티어측 전원 공급장치에 전류콘트롤러를 부착해야 하는데 이러면 케이블이 하나 더 생기게 되어 5개의 잭을 EXcooler에 만들어야 합니다.

궁리끝에 간단한 편법을 쓰기로 했습니다. 일단 전원은 하나로 들어오고 EXcooler안에서 펠티어쪽 전원은 12V 그대로 보내고 휀쪽 전원은 가변저항을 이용하여 12V ~ 5V 까지 변하게 하여 휀스피드를 조절하여 히트싱크의 쿨링효율을 조절하는 방식으로 CMOS의 온도를 변화시키기로 하였습니다.

실험해보니 CMOS 온도가 약 2.5도 정도의 변화폭을 갖습니다. 이 정도면 한 대상을 찍는 시간이 1시간 ~ 2시간 이라고 가정해 볼 때 어느정도 활용가능한 시스템이라고 여겨집니다.

CMOS 센서를 광축에 일치 시키기 위해 밀폐챔버 뒤 뚜껑에 3개의 작은 구멍을 뚫고 이곳에 발을 내려서 CMOS뒤쪽면에 3발이 얹어지도록 하였습니다. 그 위에 사진에서처럼 수평계를 놓고 수평면인 유리면위에 카메라를 올려 놓고 렌즈 마운트면과 CMOS면이 수평이 되도록 미러박스의 3점 지지포인트에 와셔의 두께를 조정하는 방법으로 수평을 일치 시켰습니다.

실제 별사진을 찍어 테스트해보니 별상이 찌그러짐없이 잘 나오더군요.

현재는 카메라 자체 구동용 배터리를 사용하고 있는데 냉각시스템에 공급되는 12V외부전원으로 아예 카메라의 베터리 전원까지 겸하도록 파워시시템을 바꾸는것도 고려하고 있습니다.

 

 

 

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