KR100604234B1 - Appatatus for filling working fluid in heat pipe - Google Patents
Appatatus for filling working fluid in heat pipe Download PDFInfo
- Publication number
- KR100604234B1 KR100604234B1 KR1020040115184A KR20040115184A KR100604234B1 KR 100604234 B1 KR100604234 B1 KR 100604234B1 KR 1020040115184 A KR1020040115184 A KR 1020040115184A KR 20040115184 A KR20040115184 A KR 20040115184A KR 100604234 B1 KR100604234 B1 KR 100604234B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- heat pipe
- working fluid
- pressure vessel
- steam
- working
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0283—Means for filling or sealing heat pipes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C5/00—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
- F17C5/002—Automated filling apparatus
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
- H05K7/20336—Heat pipes, e.g. wicks or capillary pumps
Abstract
본 발명은 상단이 클로징되고 하단이 오픈된 히트파이프의 몸체 하단으로부터 작동증기를 주입하는 스팀인젝션단계(steam injection step),상기 히트파이프의 상단을 오픈시켜 에어가스 및 증기의 혼합기체를 배출시키는 블로단계(blow step), 상기 혼합기체의 배출이 완료되면 상단을 클로징하여 히트파이프 내부에 작동증기를 충진시키는 작동증기충진단계(working fluid's steam filling step), 및 상기 히트파이프의 몸체 하단을 클로징하는 밀봉단계(sealing step)를 포함하여 구성된 히트파이프의 작동유체 충진방법및 이를 위한 충진장치에 대해 개시한다. The present invention is a steam injection step of injecting operating steam from the lower end of the body of the heat pipe is closed and the bottom open, a blow to open the top of the heat pipe to discharge the mixed gas of air gas and steam Step (blow step), a working fluid's steam filling step of filling the operating steam inside the heat pipe by closing the upper end when the discharge of the mixed gas is completed, and a seal closing the bottom of the body of the heat pipe Disclosed is a working fluid filling method for a heat pipe including a sealing step and a filling device therefor.
히트파이프Heat pipe
Description
도 1 은 일반적인 히트파이프의 구성도. 1 is a block diagram of a general heat pipe.
도 2 는 종래의 스팀블로 공정을 설명하기 위한 도면. 2 is a view for explaining a conventional steam blow process.
도 3 은 본 발명에 따른 히트파이프의 작동유체 충진장치를 도시한 도면.3 is a view showing a working fluid filling apparatus of a heat pipe according to the present invention.
도 4 는 본 발명에 따른 히트파이프의 작동유체 충진방법의 설명도. 4 is an explanatory view of a working fluid filling method of a heat pipe according to the present invention;
도 5 는 본 발명에 따른 히트파이프의 작동유체 충진방법의 블록도.5 is a block diagram of a working fluid filling method of a heat pipe according to the present invention.
도 6 은 본 발명에 따른 압력용기의 작동증기 충진과정에 관한 블록도. Figure 6 is a block diagram relating to the operating steam filling process of the pressure vessel according to the present invention.
도 7 는 본 발명에 따른 작동유체 충진방법의 특성을 나타내는 그래프도. 7 is a graph showing the characteristics of the working fluid filling method according to the present invention.
본 발명은 히트파이프의 작동유체 충진 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직경이 작은 미세 히트파이프에 작동유체를 충진할 수 있는 히트파이프의 작동유체 충진 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a working fluid filling apparatus of a heat pipe, and more particularly to a working fluid filling apparatus of a heat pipe capable of filling a working fluid in a small diameter small heat pipe.
최근에 전자/통신기기를 포함하는 전자산업 전 분야에 걸쳐 부품 및 시스템의 고밀도화 패키징 추세는 일반적인 현상이 되었으며, 이에 따른 시스템의 열소산 및 냉각문제 역시 점차 심각해지고 있다. 전자장비들의 발생열이 방치되는 경우에 기기 및 시스템의 성능저하 및 수명감소 등의 주요 원인이 되기 때문에 효과적으로 소산시키기 위한 냉각방식이 요구되는 데, 특히 전자장비의 소형화와 더불어 박막화가 이루어지기 때문에 이에 적용되는 냉각장치의 크기 역시 이와 더불어 미세 크기로 형성될 수 있어야 한다. In recent years, the trend toward higher density packaging of components and systems has become a common phenomenon throughout the electronics industry, including electronics / communication devices, and heat dissipation and cooling of systems are also becoming more serious. When the generated heat of electronic equipment is neglected, it is a major cause of deterioration of the performance of equipment and system and reduction of lifespan. Therefore, a cooling method is required to dissipate effectively. The size of the cooling device is also to be able to be formed in a fine size.
전자장비의 내부 발생열을 소산하기 위한 냉각기술로써 종래에는 히트씽크(heat sink)나 상기 히트씽크에 팬(fan)을 부착하는 방식이 사용되어 왔으나, 히트씽크는 그 크기가 감소될 경우 전열면적의 감소에 따라 열소산율이 상대적으로 작아지는 문제점이 있을 뿐만 아니라 팬을 미소한 크기로 제작하는 데는 한계가 있고 소음발생의 한계를 가지고 있으므로, 근래에는 이를 대체하기 위한 방식으로 히트파이프를 사용한 냉각방식 논의되고 있다. As a cooling technology for dissipating heat generated in electronic equipment, a heat sink or a fan is attached to the heat sink. However, when the size of the heat sink decreases, Not only does the heat dissipation rate decrease relatively with the decrease, but there is a limitation in producing a fan with a small size and a limitation of noise generation. In recent years, a cooling method using a heat pipe as a method to replace the fan has been discussed. It is becoming.
히트파이프는 그 내부의 작동유체의 증발 잠열을 이용하여 작은 온도차에서도 무동력으로 열을 효과적으로 이송하는 열교환장치로서, 도 1 은 이러한 일반적인 히트파이프의 작동원리를 나타내고 있다. The heat pipe is a heat exchanger that effectively transfers heat without a force even at a small temperature difference by using latent heat of evaporation of a working fluid therein, and FIG. 1 illustrates the operation principle of this general heat pipe.
히트파이프의 파이프 몸체(101)는 크게 증발부(102,흡열부), 이송부(103,단열부), 응축부(104,방열부)로 구분되며, 열원이 위치하고 있는 증발부(102)에서 작동유체는 열을 흡수하여 증기상태로 파이프 몸체 내부에 확산되며, 이송부(103)를 지나 응축부(104)에서 열을 방출한다. 응축부(104)에서 열을 방출한 작동유체는 응축된 후 다시 액체로되어 상기 파이프몸체의 윅(105) 벽면을 타고 증발부(102)로 귀환한다. 작동유체는 이와 같이 응축 및 증발을 연속적으로 반복함으로써 상기 히 트파이프 내에서 열을 이송하는 것이다. 증발부(102)와 이송부(103)는 응축부(104)보다 온도가 높고, 각 부분에서의 증기압은 포화상태가 되며 증기압의 관계는 증발부(102)와 이송부(103)의 압력이 응축부보다 높다. 이러한 결과로 증기는 증발부에서 이송부(103)를 지나 응축부(104)로 이송된다. 이러한 현상은 열전달 속도가 음속에 가까운 속도임으로 매우 빠르게 일어난다. The
이와 같은 원리의 히트파이프의 성능은 작동유체를 순환시키는 윅구조(wick structure), 작동유체의 종류 및 충진량, 파이프 몸체 내부의 진공상태 및 청결도 등 여러 가지 변수에 영향을 받을 수 있으며, 특히 히트파이프의 미세화에 따라 작동유체의 충진문제가 히트파이프 제조 공정의 중요한 문제로 대두되고 있다. The performance of this type of heat pipe can be affected by various variables such as the wick structure circulating the working fluid, the type and filling amount of the working fluid, the vacuum and cleanliness of the pipe body, and especially the heat pipe. Due to the miniaturization, the filling of the working fluid is an important problem in the heat pipe manufacturing process.
도 2 는 종래의 히트파이프의 작동유체 충진공정인 스팀블로(Steam Blow) 공정을 설명하기 위한 도면이다. 2 is a view for explaining a steam blow process which is a working fluid filling process of a conventional heat pipe.
도면을 참조하면, 먼저 히트파이프 몸체 내부에 작동유체를 주입한 후 밀봉한다(a). 밀봉된 파이프 몸체는 가열되고, 이 경우 히트파이프 내부에는 밀봉 전 히트파이프 내에 충진된 에어가스(air gas; 공기, 아르곤 가스 등의 불활성기체를 포함)와 증기(steam)가 혼합상을 이루면 혼합기체로 충진된다(b). 이때 히트파이프의 일단으로 개구를 오픈시키면 내외부의 압력차에 의해 불순물이 포집된 상태의 혼합기체가 날아가면서 내부는 점차로 저밀도의 고온 증기가스만이 남게 된다(c). 소정시간 경과 후 개구를 밀봉시키면 저밀도의 고온증기가스가 식으면서 유체화되어 파이프 몸체 내부에는 소정량의 작동유체가 충진된 진공상태가 된다(d). Referring to the drawings, first the working fluid is injected into the heat pipe body and then sealed (a). The sealed pipe body is heated, and in this case, the mixed gas is formed in the heat pipe when the air gas (including inert gas such as air or argon gas) and steam filled in the heat pipe before sealing are mixed. (B). At this time, when the opening is opened to one end of the heat pipe, the mixed gas in which the impurities are collected by the internal and external pressure difference is blown away, and only the low density hot steam gas is left inside (c). When the opening is sealed after a predetermined time, the low-density hot steam gas is cooled and fluidized to obtain a vacuum filled with a predetermined amount of working fluid inside the pipe body (d).
그러나 이러한 종래의 스팀블로 공정은, 직경이 미세한 마이크로 히트파이프 (Micro Heat Pipe; MPH) 또는 플랫플레이트 마이크로 히트파이프(Flat Plate Micro Heat Pipe; FPMPH)에는 적용이 불가능한 단점이 있다. 직경이 작은 마이크로 히트파이프의 경우 직경이 작아 작동유체의 주입이 어려울 뿐만 아니라, 작동유체를 주입하더라도 가열 후 개구를 오픈하는 경우(도 2 의 (c)참조) 순간적으로 개구를 통해 작동유체가 모두 날아가게 됨으로 내부에 작동유체를 일정량 충진시키는 것이 거의 불가능하다. However, such a conventional steam blow process has a disadvantage in that it cannot be applied to a micro heat pipe (MPH) or a flat plate micro heat pipe (FPMPH) having a small diameter. In the case of a micro heat pipe with a small diameter, not only is it difficult to inject the working fluid, but also when the opening is opened after heating even if the working fluid is injected (see FIG. By flying away it is almost impossible to fill a certain amount of working fluid inside.
특히 한국 공개특허 제2003-0053424호는 압출 및 인발공정을 이용한 다각 구조의 단면을 갖는 미세 히트파이프에 대해 개시하고 있는 데, 상기 미세 히트파이프는 다각 구조의 각 모세리부에서 발생하는 모세관력에 의해 작동유체가 유동되도록 함으로써 히트파이프의 미세화를 가능하게 하고 있다. 즉 종래의 히트파이프는 작동유체를 순환시키기 위한 윅 구조로서 구리 그물망을 통하여 심지구조를 생성한 메쉬타입(mesh type)이나 미세한 구리입자를 소결하여 심지구조를 생성한 소결타입(sintered type)이 사용되어 왔는데, 종래의 히트파이프는 파이프 몸체 내부에 이러한 윅구조를 구비하여야 함으로 그 직경을 감소시키는 데 일정한 한계가 있었다. In particular, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0053424 discloses a fine heat pipe having a cross section of a polygonal structure using an extrusion and drawing process, wherein the fine heat pipe is formed by capillary forces generated at each capillary portion of the polygonal structure. By allowing the working fluid to flow, it is possible to miniaturize the heat pipe. That is, the conventional heat pipe is a wick structure for circulating the working fluid, which is used by a mesh type that produces a wick structure through a copper mesh or a sintered type that produces a wick structure by sintering fine copper particles. Conventional heat pipes have to be provided with such a wick structure inside the pipe body, there is a certain limit in reducing the diameter.
그러나 상기 미세 히트파이프는 다각 구조의 모서리부가 윅 구조를 대신하게 됨으로 윅리스 타입의 윅구조(wickless type wick structure)를 가지게 되는 바 히트파이프를 직경 3mm 이하로 미세화하는 것을 가능하게 한다. 그러나 이러한 미세 히트파이프의 경우 상술한 바와 같이 종래의 스팀블로 공정에 의해 작동유체 충진이 불가능한 바, 진공펌프와 주사기를 이용한 방식이 제안되었다. However, since the edges of the polygonal structures replace the wick structures, the fine heat pipes can make the heat pipes having a wickless type wick structure smaller than 3 mm in diameter. However, in the case of such a fine heat pipe, it is impossible to fill the working fluid by the conventional steam blow process as described above, and a method using a vacuum pump and a syringe has been proposed.
진공펌프와 주사기를 이용한 방식은 미세 히트파이프에 진공펌프를 연결하여 내부를 진공화시켜 진공의 흡입력에 의해 파이프 내부에 작동유체를 주입하고, 주사기를 이용하여 파이프 내부의 작동유체를 일정량만 남기고 빼낸 후, 액체 질소를 이용하여 남겨진 작동유체를 동결한다. 이 후 진공펌프를 이용하여 다시 파이프 내부를 진공화시키는 데, 이때 내부의 작동유체는 동결되어 있으므로 진공펌프의 흡입압에 딸려 나오지 않고, 파이프 내부의 공간만이 진공화된다. 이후 파이프의 개구를 밀봉하면 파이프 내부는 소정량의 작동유체가 충진된 진공상태가 된다. In the vacuum pump and syringe method, the vacuum pump is connected to the fine heat pipe and the inside is vacuumed to inject the working fluid into the pipe by the suction force of the vacuum. Afterwards, the remaining working fluid is frozen using liquid nitrogen. Thereafter, the inside of the pipe is evacuated again using a vacuum pump. At this time, since the working fluid inside is frozen, only the space inside the pipe is evacuated without being accompanied by the suction pressure of the vacuum pump. Then, when the opening of the pipe is sealed, the inside of the pipe is in a vacuum state filled with a predetermined amount of working fluid.
그러나 이러한 방식은 주사기를 이용하여 주입된 작동유체의 일부만 남기고 빼내는 공정 및 냉각공정 등을 포함하여 공정이 복잡할 뿐만 아니라 주사기 바늘(needle) 의 구경을 고려할 때 작동유체를 적절량 남기는 것이 어려운 단점이 있다. 또한 진공펌프를 이용하여 동결된 작동유체만을 남기고 내부를 진공화시킬때 일부 손실이 발생할 가능성이 있다. However, this method is not only complicated in the process including cooling and removing a part of the working fluid injected using a syringe, but also has a disadvantage in that it is difficult to leave an appropriate amount of working fluid in consideration of the diameter of the syringe needle. have. There is also the possibility that some losses will occur when the vacuum is used to vacuum the interior, leaving only a frozen working fluid.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 직경이 작은 미세 히트파이프 내에 작동유체를 충진할 수 있는 히트파이프의 작동유체 충진 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a working fluid filling apparatus of a heat pipe capable of filling the working fluid in a small diameter small heat pipe.
본 발명의 일 목적은, 상단이 클로징되고 하단이 오픈된 히트파이프의 몸체 하단으로부터 작동증기를 주입하는 스팀인젝션단계(steam injection step),상기 히트파이프의 상단을 오픈시켜 에어가스 및 증기의 혼합기체를 배출시키는 블로단계(blow step), 상기 혼합기체의 배출이 완료되면 상단을 클로징하여 히트파이프 내 부에 작동증기를 충진시키는 작동증기충진단계(working fluid's steam filling step), 및 상기 히트파이프의 몸체 하단을 클로징하는 밀봉단계(sealing step)를 포함하여 구성된 히트파이프의 작동유체 충진방법에 의해 달성된다. An object of the present invention, the steam injection step of injecting the operating steam from the bottom of the body of the heat pipe is closed and the bottom open, the upper end of the heat pipe, the mixed gas of air gas and steam Blowing step (blow step), the working fluid's steam filling step for filling the operating steam in the heat pipe by closing the top when the discharge of the mixed gas is completed, and the body of the heat pipe It is achieved by a method of filling a working fluid of a heat pipe comprising a sealing step of closing the bottom.
본 발명의 다른 목적은, 작동유체와 상기 작동유체가 기화되어 형성된 작동증기를 내부에 수용하고, 상기 작동증기가 외부로 소통가능하도록 개구가 형성되며, 상기 개구측에 부착되어 상기 개구를 통한 작동증기의 소통을 개폐제어하는 압력용기, 상기 압력용기의 개구와 히트파이프의 몸체 내부를 작동증기가 소통가능하도록 연결하는 연결튜브, 상기 압력 용기를 오버히팅 상태로 가열가능한 히팅코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프의 작동유체 충진장치에 의해 달성된다. Another object of the present invention, the working fluid and the working fluid is formed by vaporizing the working fluid therein, the opening is formed so that the working vapor can communicate with the outside, is attached to the opening side to operate through the opening A pressure vessel for opening and closing the control of the communication of steam, a connection tube for connecting the opening of the pressure vessel and the inside of the body of the heat pipe to communicate with the steam, and a heating coil capable of heating the pressure vessel in an overheating state It is achieved by the working fluid filling device of the heat pipe.
히트파이프는 내부의 작동유체의 증발 잠열을 이용하여 작은 온도차에서도 무동력으로 열을 전달한다. 따라서 히트파이프의 성능은 작동유체의 충진에 의해 크게 좌우된다. 즉, 정확한 작동유체의 주입, 작동유체의 충진량, 내부 진공도 및 작동유체와 히트파이프와의 화학적 반응성이 중요하다. The heat pipe uses latent heat of evaporation of the working fluid inside to transfer heat without power even at a small temperature difference. Therefore, the performance of the heat pipe is greatly influenced by the filling of the working fluid. That is, precise injection of working fluid, filling amount of working fluid, internal vacuum degree and chemical reactivity of working fluid and heat pipe are important.
히트파이프 재질과 작동유체 간에 화학적 반응성이 있는 경우 일정한 진공도를 유지하면서 작동유체를 충진시킨 경우에도, 내부에서 작동유체가 순환하면서 히트파이프와 반응하여 불활성가스를 발생시키고 이러한 불활성가스는 작동유체의 순환을 방해하여 성능저하 및 수명저하의 원인이 된다. 따라서 히트파이프와 작동유체는 서로 화학적 반응성이 없는 소재로 매칭(matching)되는 것이 필요하다. 일반적으로 히트파이프가 동으로 제조되는 경우에 작동유체는 순수한 물이 사용되며, 알루미늄으로 제조되는 경우에는 작동유체는 아세톤이 사용된다. When there is chemical reactivity between the heat pipe material and the working fluid, even when the working fluid is filled while maintaining a constant vacuum degree, the working fluid circulates inside to generate an inert gas by reacting with the heat pipe, and the inert gas circulates in the working fluid. Interfere with this and cause performance degradation and lifespan. Therefore, the heat pipe and the working fluid need to be matched with materials that are not chemically reactive with each other. In general, when the heat pipe is made of copper, the working fluid is pure water, and when it is made of aluminum, the working fluid is acetone.
한편, 작동유체 주입과 관련하여 본 발명은 직경이 3mm 이하의 히트파이프 내부에도 작동유체 주입이 가능하도록 스팀 인젝션(steam injection)을 사용한다. 이러한 스팀 인젝션 공정은, 유체는 기화될 경우 그 용적이 매우 크게 증가하고, 기체는 동일 온도 하에서 압력이 증가하면 밀도가 증가하며, 각기 다른 기체는 일반 조건하에서 서로 균일하게 혼합된다는 성질을 이용한다. On the other hand, in relation to working fluid injection, the present invention uses steam injection to enable working fluid injection even inside a heat pipe having a diameter of 3 mm or less. This steam injection process takes advantage of the property that the volume of the fluid is greatly increased when it is vaporized, the gas increases in density as the pressure increases under the same temperature, and the different gases are uniformly mixed with each other under normal conditions.
본 발명에 의하면, 스팀 인젝션에 의해 히트파이프 내부에 작동증기를 주입하게 됨으로 1.5mm ~ 3.0mm 직경의 미세 히트파이프 내부에 작동증기를 주입하는 것이 가능하고, 이러한 고밀도의 작동증기는 히트파이프 내부의 에어가스 및 불활성가스와 균일하게 혼합하여 이러한 가스들을 포집한 상태로 외부로 배출되고, 히트파이프는 내부에 순순한 작동증기 만이 충진된 상태로 밀봉된다. 작동증기는 증기상태로는 히트파이프 내부를 가득 채우지만 냉각될 경우 부피가 크게 감소하고, 작동유체가 차지하는 공간 이외의 공간은 진공상태로 남게 된다. 즉, 본 발명에 의한 스팀 인젝션 공정은 히트파이프 내부의 진공도 및 작동유체 충진을 달성가능하게 한다. According to the present invention, the operating steam is injected into the heat pipe by steam injection, and thus the working steam can be injected into the fine heat pipe having a diameter of 1.5 mm to 3.0 mm. The mixture is uniformly mixed with the air gas and the inert gas and discharged to the outside in a state in which these gases are collected, and the heat pipe is sealed with only pure operating steam filled therein. The working steam fills the inside of the heat pipe in a vapor state, but when cooled, the volume is greatly reduced, and the space other than the space occupied by the working fluid remains in a vacuum state. That is, the steam injection process according to the present invention makes it possible to achieve the degree of vacuum and the working fluid filling inside the heat pipe.
또한, 본 발명은 동일한 기체는 압력, 온도 및 부피의 세 가지 값에 따라 일정하게 변화되고 두 가지 값에 따라 다른 한 가지 물리적 값이 종속되는 성질을 이용한다. 따라서 부피가 정해진 조건에서 온도를 적절히 제어하면 압력을 제어하는 것이 가능하다. 또한 압력, 온도 및 부피값이 결정되면 이상적인 상태에서는 PV=nRT 에 의해 충진 기체의 몰(mole)량를 결정하는 것이 가능하고, 결국 작동유체 의 충진량을 정확히 결정하는 것이 가능하다. 물론, 고온 상태의 증기가스는 이상기체에 유사한 특성을 가지지만, 실험적으로 결정되는 수식에 의해 일정한 보정값을 가질 수 있다. 이러한 실험적으로 결정되는 보정값은 설비의 용량 특성 등에 의해 좌우되는 것임으로 설비 특성에 따라 좌우되며 실험적으로 결정된다. In addition, the present invention utilizes the property that the same gas is constantly changed according to three values of pressure, temperature and volume and one physical value depends on the other. Therefore, it is possible to control the pressure by appropriately controlling the temperature in the volume condition. In addition, once the pressure, temperature and volume values are determined, in an ideal state it is possible to determine the mole amount of the filling gas by PV = nRT, and finally the filling amount of the working fluid can be determined accurately. Of course, the high temperature steam gas has similar characteristics to the ideal gas, but may have a constant correction value by an equation determined experimentally. The experimentally determined correction value depends on the capacity characteristics of the equipment and depends on the equipment characteristics and is determined experimentally.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3 은 본 발명에 따른 히트파이프의 작동유체 충진장치를 도시한 도면이고, 도 4 는 본 발명에 따른 히트파이프의 작동유체 충진방법의 설명하기 위한 도면이며, 도 5 는 본 발명에 따라 히트파이프의 작동유체 충진방법을 나타낸 블록도이고, 도 6 은 본 발명에 따라 압력용기 내부에 작동증기를 준비하는 과정을 설명하는 블록도이다. 3 is a view showing a working fluid filling apparatus of a heat pipe according to the present invention, Figure 4 is a view for explaining a working fluid filling method of a heat pipe according to the present invention, Figure 5 is a heat pipe according to the present invention 6 is a block diagram illustrating a method of filling a working fluid, and FIG. 6 is a block diagram illustrating a process of preparing working steam in a pressure vessel according to the present invention.
도 3 을 참조하면, 본 발명에 따른 히트파이프 충진장치는 압력용기(10, Pressure vessel)와, 연결튜브(20, connection tube)와, 히팅코일(30, Heating coil)을 포함한다. Referring to FIG. 3, the heat pipe filling apparatus according to the present invention includes a
본 발명에 따른 압력용기(10)는 내부에 작동유체 및 작동유체가 기화되어 형성된 작동증기를 수용가능하고, 작동증기가 이동가능한 개구(12)를 구비한다. 이 개구(12)측에는 개구를 통한 유체의 소통을 컨트롤하는 제어밸브(15)가 부착된다. The
본 발명에 따르면 개구(12)에는 히트파이프(1)와 압력용기(10)의 개구(12)를 연결하는 연결튜브(20)가 장착된다. 연결튜브(20)는 필튜브(Fill tube)가 사용되면, 일단으로 히트파이프(10)를 끼울 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 필튜브(20)의 일단은 압력용기(10)의 개구에 끼워지고 타단은 히트파이프(1)의 하단에 끼워진다. According to the present invention, the
압력용기(10) 내부에 수용되는 작동유체는 히트파이프 내부에 충진되는 작동유체이다. 따라서 히트파이프(1)가 동재질인 경우에는 물이 사용되고, 알루미늄 재질인 경우에는 아세톤이 사용된다.The working fluid contained in the
압력용기(10)는 히트파이프(1) 내부에 작동유체를 공급하게 됨으로, 압력용기(10) 내부에 충진되는 작동증기는 불활성가스를 포함하지 않아야 한다. 따라서 압력용기(10)는 작동유체와 화학적으로 반응하여 불활성 가스를 발생하지 않는 재질이 사용되며, 상업적으로 작동유체가 물 또는 아세톤인 것으로 고려할 때, 압력용기(10)는 스테인리스로 제조되는 것이 바람직하다. Since the
본 발명은 압력용기(10)를 가열하는 히팅코일(30)을 포함한다. 히팅코일은 압력용기(10)에 일체로 설치되어 압력용기(10)를 가열할 수 있도록 설치될 수 있다. 히팅코일(30)은 발열량이 제어되어 압력용기(10) 내부를 요구되는 온도로 유지시키는 것이 가능하다. The present invention includes a
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 압력용기(10) 내부의 온도를 센싱하는 온도센서(40)와, 압력을 센싱하는 압력센서(50)를 더 포함한다. 온도센서(40) 및 압력센서(50)는 센싱값을 표시하는 표시부(45,55)를 구비한다. 작업자는 온도센서(40)를 통해 압력용기(10) 내부의 온도를 판단하여 히팅코일(30)이 압력용기(10)를 오버히팅 상태로 가열하도록 발열량을 제어하고, 압력용기(10) 내부의 온도가 일정하게 유지되도록 발열량을 제어할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the
본 발명에 따르면 히팅코일(30)은 발열량 제어를 위해 와트미터(62, watt meter)와, 슬라이덕스(64, slidacs)와 연결될 수 있다. 와트미터(62)는 히팅코일 (30)에 소비되는 전력을 체크가능하게 하고, 슬라이덕스(64)는 히팅코일(30)에 인가되는 전력(power)를 직접적으로 조절하는 장치이다. 따라서 작업자는 와트미터(62)와 표시값을 보면서 슬라이덕스(64)를 조절하여 압력용기(10) 내부의 온도를 요구되는 온도로 유지시키는 것이 가능하다. According to the present invention, the
바람직하게는, 본 발명 장치는 컨트롤러(미도시)를 포함하여 하술할 장치의 작용이 자동으로 제어되도록 구성할 수 있다. Preferably, the apparatus of the present invention may be configured to include a controller (not shown) so that the operation of the apparatus to be described below is automatically controlled.
도 4 내지 도 6 을 참조하여, 본 발명 장치의 작용 및 본 발명에 따른 히트파이프의 작동유체 충진방법을 설명한다. 4 to 6, the operation of the apparatus of the present invention and the working fluid filling method of the heat pipe according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 히트파이프의 작동유체 충진방법은 스팀인젝션(steam injection)단계(S30)와, 블로(blow)단계(S40)와, 작동증기충진단계(S50)와, 밀봉단계(S60)를 포함한다. 바람직하게는 스팀인젝션단계(S30)의 작동증기 주입은, 압력용기연결단계(S10) 및 유체소통단계(S20) 후에 이루어지며, 압력용기연결단계(S10)에서 연결되는 압력용기(10)는 작동유체주입단계(S110), 혼합기체충진단계(S120), 혼합기체배출단계(S130), 및 작동증기충진단계(S140)를 수행하여 내부에 작동증기를 충진한다. The working fluid filling method of the heat pipe according to the present invention includes a steam injection step (S30), a blow (Slow) step (S40), a working steam filling step (S50), and a sealing step (S60) do. Preferably, the operation steam injection of the steam injection step (S30) is made after the pressure vessel connection step (S10) and the fluid communication step (S20), the pressure vessel (10) connected in the pressure vessel connection step (S10) is operated. Fluid injection step (S110), mixed gas filling step (S120), mixed gas discharge step (S130), and operating steam filling step (S140) is performed to fill the working steam inside.
본 발명에 따른 스팀인젝션단계(S30)에서는 히트파이프(1)의 몸체 하단으로부터 작동증기가 공급되어 히트파이프(1) 몸체 내부에 작동증기를 주입된다. 작동증기는 작동유체가 기화된 상태를 의미하다. In the steam injection step (S30) according to the invention the operating steam is supplied from the lower end of the body of the
본 발명에 의하면 작동증기는 압력용기(10)로부터 제공된다. 압력용기(10)에 작동증기가 충진되는 과정을 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. According to the invention the working steam is provided from the
먼저, 압력용기(10) 내부에는 작동유체가 주입된다(S110). First, a working fluid is injected into the pressure vessel 10 (S110).
작동유체 주입 후 압력용기(10)의 개구(12)측에 위치한 제어밸브(15)는 클로징되고, 유체소통이 차단되어 압력용기(10) 내부와 외부는 분리된다. 이어서 슬라이덕스(64)를 조절하여 히팅코일(30)에 파워를 공급하면서 압력용기(10) 내부를 가열한다. 이때 가열되는 온도는 기화점 이상의 오버히팅(over heating) 온도로 가열되는 데 작동유체가 물인 경우에는 110℃~130℃ 정도로 가열한다. After the injection of the working fluid, the
이어서 혼합기체충진단계(S120)가 수행된다. Then the mixed gas filling step (S120) is performed.
작동유체가 가열되면서 작동증기로 기화되고, 압력용기(10) 내부는 점차로 작동증기에 의해 압력이 증가한다. 유체는 기화되는 경우 그 용적이 매우 크게 증가하고, 기체는 동일 온도하에서 압력이 증가하면 밀도가 증가하게 됨으로, 압력용기(10) 내부는 용적이 매우 증가하면서 지속적으로 공급되는 작동증기에 의해 고온 고밀도 상태로 된다. 이때 기체는 서로 균일하게 혼합되는 성질이 있으므로, 작동증기는 압력용기(10) 내부에 존재하는 에어가스 및 압력용기(10) 내의 불활성가스를 포집하여 균일하게 섞이면서 혼합기체상을 이룬다. 즉, 압력용기(10) 내부에는 혼합기체가 고온 고밀도 상태로 충진되게 되는 것이다. The working fluid is heated to vaporize the working steam, the
이어서, 혼합기체배출단계(S130)가 수행된다.Subsequently, the mixed gas discharge step S130 is performed.
제어밸브(15)를 개방동작시켜 압력용기(10)의 개구(12)를 오픈시키면 압력차에 의해 혼합기체는 압력용기(10) 외부로 배출된다. 압력용기(10) 내부는 오버히팅 상태이므로 하면의 작동유체로부터 작동증기가 지속적으로 공급되고, 개구(12) 개방에 의해 압력용기(10) 내부의 압력이 낮아지기는 하나 여전히 외부에 비해 높은 상태이므로 외부의 에어가스가 압력용기(10) 내부로 유입되지 않고, 유출만이 이루어지면서 압력용기(10) 내부는 작동증기만으로 가득 차게 된다. When the
이어서 작동증기충진단계(S140)로서, 혼합기체 배출단계에서 압력용기(10) 내부의 혼합기체가 완전히 배출된 것으로 판단되면 제어밸브(15)를 클로징 동작시켜 개구(12)를 닫고, 하면의 작동유체에서 공급되는 순수 작동증기만으로 용기(10) 내부를 충진시킨다. Subsequently, as the operating steam filling step (S140), when it is determined that the mixed gas inside the
이때 발열량을 일정하게 유지하여 압력용기(10)는 내부는 일정한 온도 및 압력의 작동증기가 충진되도록 하는 것이 바람직하다. 압력용기(10)에 있어서 부피는 사용되는 압력용기(10)에 의해 결정되고, 온도와 압력은 서로 상관성을 가지면서 변화함으로 히팅코일의 발열량을 통해 온도를 적절히 제어하면 압력용기(10) 내부의 압력이 일정한 상태로 작동증기를 충진하는 것이 가능하다. At this time, it is preferable to maintain a constant heating value so that the
다시 도 5를 참조하면, 이와 같이 작동증기로 압력용기(10)가 충진되면, 필튜브(20)로 압력용기(10)의 개구와 히트파이프의 하단을 연결하는 압력용기연결단계(S10)이 수행된다. 이때 히트파이프(1)의 하단은 오픈상태 즉 개구상태이고, 상단은 클로징상태 즉 폐쇄상태이다. Referring back to FIG. 5, when the
일반적으로 히트파이프(1)의 클로징은 핀치오프(pinch off)에 의한 쿨웰딩(cool welding)에 의해 이루어진다. 핀치오프에 의한 접합방법을 일반적으로 쿨웰딩이라고 부르는데, 집게를 이용하여 히트파이프(10)를 집으면 압력때문에 절곡되면서 절곡되는 부분에서 선 접촉이 일어나면서 서로 달라붙는 현상을 의미한다. 가열이 아닌 상온상태의 가압에 의해서만 접합이 이루어지는 것이므로 일반적인 웰딩 (welding)과 구분하여 쿨웰딩이라고 한다. 구리 또는 알루미늄 같이 연성이 풍부한 재질의 경우 핀치오프에 의한 쿨웰딩에 의해서도 클로징 즉, 유체소통이 차단되도록 신뢰성있게 접합된다. 물론, 본 발명에서 클로징은 다른 방식에 의해 구현가능하며 유체소통이 차단되도록 일단을 접합시키는 공정자체를 클로징이라고 지칭하고 있다. In general, the closing of the
한편, 핀치오프에 의해 클로징된 히트파이프를 오픈시키는 경우에는 고속절단기를 이용하여 쿨웰딩면을 절단하거나 집게를 이용하여 절곡부위를 펴는 방법이 사용가능하다. On the other hand, when opening the heat pipe closed by the pinch-off can be used to cut the cool welding surface using a high speed cutter or to use the forceps to straighten the bent portion.
압력용기(10)에 히트파이프가 연결되면, 이어서 유체소통단계(S20)로서, 제어밸브(15)를 개방동작시켜 상단이 클로징된 히트파이프(1)의 몸체 내부와 압력용기(10) 내부를 유체소통시킨다. 유체소통에 의해 압력용기(10) 내부의 작동증기는 히트파이프(1) 내부로 압력차에 의해 인젝션되면서 주입가능하게된다. When the heat pipe is connected to the
히트파이프 내부에 작동증기가 주입되는 스팀인젝션단계(S30)에서는, 히트파이프 내부로 작동증기가 공급되면서, 작동증기는 히트파이프(1) 내부에 있는 에어가스를 포집하여 혼합기체상을 이루고, 히트파이프(1) 내부는 고온 고밀도 상태를 이룬다. In the steam injection step (S30) in which the operating steam is injected into the heat pipe, while the operating steam is supplied into the heat pipe, the operating steam collects air gas in the
이어서, 블로단계(S40)로서, 히트파이프(1)의 상단이 오픈되고 압력차에 의해 히트파이프(1) 내부에 충진된 에어가스 및 작동증기의 혼합기체는 오프된 상단을 통해 날아간다. 이때 히트파이프(1) 몸체 하단으로부터는 압력용기(10) 내부의 작동증기가 지속적으로 공급된다. Then, as the blow step (S40), the upper end of the heat pipe (1) is opened and the mixed gas of air gas and working steam filled in the heat pipe (1) by the pressure difference is blown through the upper end off. At this time, the operating steam in the
이어서 작동증기충진단계(S50)로서, 히트파이프(1) 내부의 혼합가스 배출이 완료되면 히트파이프의 상단을 다시 클로징하고 내부에 작동증기를 충진시킨다. 히트파이프(1)의 상단개방을 통해 압력용기(10) 내부의 압력이 약간 낮아지나 히팅코일(30)의 발열량이 일정하게 제어되는 경우 압력용기(10) 내부의 온도 및 압력은 일정한 상태로 유지되는 것이 가능하다. 즉, 압력용기(10)와 히트파이프(1)의 내부는 작동증기의 이동이 자유롭게 서로 소통되어 있는 상태여서 압력용기(10)와 히트파이프(1)의 내부는 동일한 온도 및 압력 상태에 있게 되므로, 히팅코일을 통해 압력용기(10)의 내부를 일정한 온도 및 압력으로 유지시키면 히트파이프(1) 역시 일정한 온도 및 압력상태로 충진된다. 히트파이프(1)의 작동증기량은 온도 및 압력에 의해 영향받고 있으므로, 대량생산공정에서 히트파이프 내부의 작동증기가 일정한 온도 및 압력으로 충진된다면 이는 작동유체량이 일정하게 충진된다는 것을 의미한다. Subsequently, as the operation steam filling step (S50), when the discharge of the mixed gas inside the
한편, 본 발명에 의하면, 히트파이프(1) 내에 작동유체량을 정밀하게 결정하는 것이 가능하다. 즉, 상태방정식의 조건에서 부피는 히트파이프(1)에 의해 주어지는 조건이며, 온도와 압력은 서로 상관성을 가지면서 변화하고 있다. 따라서 히팅코일(30)의 발열량을 통해 온도를 적절히 조절하면 내부의 압력을 적절히 제어하는 것이 가능하다. n=PV/RT 조건에서 P와 T를 동시적으로 제어함으로써 히트파이프 (1) 내부에 충진되는 작동유체의 몰량을 결정하는 것이 가능하며, 이를 통해 작동유체량을 결정할 수 있다는 의미이다. On the other hand, according to the present invention, it is possible to precisely determine the amount of working fluid in the
작동증기의 충진 후 밀봉단계(S60)로서, 히트파이프(1)의 몸체 하단을 클로징하여 히트파이프는 내부를 일정량의 작동증기만이 충진된 상태로 밀봉한다. After the filling of the working steam as a sealing step (S60), by closing the bottom of the body of the heat pipe (1) the heat pipe seals the interior of the filled state only a certain amount of working steam.
히트파이프가 상온에서 식으면 작동증기는 부피가 감소된 상태로 작동유체화하고, 나머지 공간은 진공상태가 된다(S70). 즉 진동도와 작동유체 충진을 동시에 달성할 수 있게 되는 것이다. When the heat pipe cools at room temperature, the working steam is fluidized in a reduced volume state, and the remaining space becomes a vacuum state (S70). In other words, the vibration and the working fluid filling can be achieved at the same time.
도 7 은 본 발명에 따른 작동유체 충진방법의 특성을 나타내는 그래프도이다. 7 is a graph showing the characteristics of the working fluid filling method according to the present invention.
도 7 을 참조하면, 압력용기의 온도와 압력변수의 변화량에 따라 매우 정밀하게 미세히트파이프 내부에 작동유체 주입할수 있다는 것을 알 수 있다. 특히 본 발명을 미세 히트파이프의 작동유체 충진방법의 하나인 진공펌프와 주사기를 이용한 방식과 대비하면, 상기 방식에서는 제어되는 작동유체 충진량은 진공화단계 전의 용액 충진량이므로 진공펌프에 의해 진공화단계에서 일부 가변되어 정밀하게 제어된 작동유체를 주입하기는 곤란하였으나, 본 발명에서는 실제 주입량을 직접적으로 제어하게 됨으로 보다 정밀한 작동유체를 충진할 수 있다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the working fluid can be injected into the fine heat pipe very precisely according to the change of the temperature and the pressure variable of the pressure vessel. In particular, in contrast to the method using a vacuum pump and a syringe which is one of the working fluid filling method of the fine heat pipe, in the above method, the controlled working fluid filling amount is the solution filling amount before the vacuuming step, so that the vacuum pumping step Although it is difficult to inject a partly variable and precisely controlled working fluid, it can be seen that the present invention can directly fill a more precise working fluid by directly controlling the actual injection amount.
본 발명은 종래와 같이 각 히트파이프마다 일정량의 용액을 충진하고 다시 가열하여 탈기처리하거나 급속냉각 후 재진공처리 등이 불필요하고 압력용기(10)를 작동증기로 충진 후 연속적으로 히트파이프의 작동유체 충진이 가능함으로 연속생산성이 향상된다. 또한, 본 발명에 의하면 히트파이프 내에 충진되는 작동유체량을 일정하게 제어하는 것이 가능하다. The present invention fills a predetermined amount of solution for each heat pipe and heats it again to remove the degassing process or re-vacuum treatment after rapid cooling, and the working fluid of the heat pipe continuously after filling the
더구나, 본 발명은 스팀인젝션을 통해 압력차를 이용하여 작동증기가 히트파이프 내로 자연 이송되도록 함으로써 미세 히트파이프 내에 작동유체 충진을 가능 하게 한다. Moreover, the present invention enables the working fluid to be filled in the fine heat pipe by allowing the working steam to be naturally transferred into the heat pipe using the pressure difference through steam injection.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040115184A KR100604234B1 (en) | 2004-12-29 | 2004-12-29 | Appatatus for filling working fluid in heat pipe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040115184A KR100604234B1 (en) | 2004-12-29 | 2004-12-29 | Appatatus for filling working fluid in heat pipe |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20060076831A KR20060076831A (en) | 2006-07-05 |
KR100604234B1 true KR100604234B1 (en) | 2006-07-31 |
Family
ID=37168980
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020040115184A KR100604234B1 (en) | 2004-12-29 | 2004-12-29 | Appatatus for filling working fluid in heat pipe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100604234B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101669979B1 (en) | 2015-11-04 | 2016-10-27 | 한국이미지시스템(주) | Working fluid injection method and apparatus for a heat pipe |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115348805A (en) * | 2022-08-16 | 2022-11-15 | 昆明理工大学 | Gradual-change type liquid absorption core flat micro heat pipe and preparation method thereof |
-
2004
- 2004-12-29 KR KR1020040115184A patent/KR100604234B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101669979B1 (en) | 2015-11-04 | 2016-10-27 | 한국이미지시스템(주) | Working fluid injection method and apparatus for a heat pipe |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20060076831A (en) | 2006-07-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7856711B2 (en) | Method of forming a substrate with interposer channels for cooling the substrate | |
JP4500444B2 (en) | Temperature control method and temperature control apparatus | |
JP6394331B2 (en) | Cooling parts and electronic equipment | |
JP4932911B2 (en) | Cryopump | |
US20070062036A1 (en) | Method of filling and sealing working fluid within heat-dissipating device | |
KR101832432B1 (en) | Plate pulsating heat spreader with artificial cavities | |
JP5836476B2 (en) | Cooling system for power module | |
KR100604234B1 (en) | Appatatus for filling working fluid in heat pipe | |
JP5123703B2 (en) | Heat pipe manufacturing method and heat pipe | |
KR100604235B1 (en) | Method of controlling working fluid filling quantity of heat pipe and appatatus thereof | |
US20040182551A1 (en) | Boiling temperature design in pumped microchannel cooling loops | |
WO2006070954A1 (en) | Method of controlling working fluid filling quantity of a heat pipe and the apparatus thereof | |
KR100982957B1 (en) | Method for manufacturing Evaporator for loop heat pipe system | |
JP2004061080A (en) | Manufacturing method for heat pipe | |
JP6596986B2 (en) | Cooling parts and electronic equipment | |
WO2006070955A1 (en) | Method of filling working fluid of a heat pipe and the apparatus thereof | |
JP7308379B1 (en) | Refrigerant liquid injection and sealing method | |
JP2001235260A (en) | Overheating stabilized device of gasification device | |
KR20220136995A (en) | Fluid Phase Change Thermal Management Arrangements and Methods | |
JP2004237196A (en) | Adhesive application head and adhesive applicator | |
US20020074108A1 (en) | Horizontal two-phase loop thermosyphon with capillary structures | |
JP2021121308A (en) | Device and method for supplying coolant to medical equipment | |
KR101669979B1 (en) | Working fluid injection method and apparatus for a heat pipe | |
US20030121646A1 (en) | Heat pipe | |
JP2005321155A (en) | Cooling device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |