KR100624812B1 - Heat Pipe - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 히트 파이프는, 작동유체가 내장된 용기의 외벽에 수 ㎛미만의 미세 와이어가 다수 형성됨으로써 상기 용기의 표면적만을 최대한 넓힐 수 있기 때문에 상기 용기의 열전도율이 향상될 수 있고, 위크의 표면에 미세 와이어가 다수 형성됨으로써 상기 위크의 열전도율 및 모세관력이 더욱 증대될 수 있다.In the heat pipe according to the present invention, since a plurality of fine wires of several micrometers or less are formed on the outer wall of a container having a working fluid therein, only the surface area of the container can be widened as much as possible, so that the thermal conductivity of the container can be improved, and the surface of the wick can be improved. Since a plurality of fine wires are formed in the wick, the thermal conductivity and capillary force of the wick may be further increased.
히트 파이프, 위크, 모세관력, 미세 와이어Heat pipe, weak, capillary, fine wire
Description
도 1은 종래 기술에 따른 히트 파이프의 구성도,1 is a block diagram of a heat pipe according to the prior art,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트 파이프의 구성도,2 is a configuration diagram of a heat pipe according to one embodiment of the present invention;
도 3a는 본 발명에 있어서, 미세 와이어의 20000배 확대도,3A is an enlarged view of 20000 times of a fine wire in the present invention;
도 3b는 본 발명에 있어서, 미세 와이어의 4000배 확대도,3B is a 4000 times enlarged view of the fine wire in the present invention;
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 히트 파이프의 구성도이다.4 is a configuration diagram of a heat pipe according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
20 : 히트 파이프 22 : 위크20: heat pipe 22: week
24 : 미세 와이어24: fine wire
본 발명은 히트 파이프에 관한 것으로서, 특히 외관인 용기의 내/외벽에 각각 상기 용기의 표면적을 최대한 넓힘으로써 열전도율을 향상시키는 미세 와이어가 다수 형성된 히트 파이프에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat pipe, and more particularly, to a heat pipe in which a plurality of fine wires are formed on the inner and outer walls of an outer container to maximize the surface area of the container.
도 1은 종래 기술에 따른 히트 파이프의 구성도이다.1 is a block diagram of a heat pipe according to the prior art.
종래 기술에 따른 히트 파이프는, 열전도성이 좋고 내부가 진공상태이도록 형성되고 내부에 작동유체가 채워져서 열원(A)과 냉원(B) 사이에 설치되는 용기(2)와, 상기 용기(2)의 내벽에 구비되어 모세관력(Capillary Force)이 발생되게 하는 다공성 구조물인 위크(Wick)(4)를 포함하여 이루어진다.The heat pipe according to the prior art has a container (2) and a container (2) which is formed between the heat source (A) and the cold source (B) by being formed so that the thermal conductivity is good and the inside is in a vacuum state and the working fluid is filled therein. Is provided on the inner wall of the capillary force (Capillary Force) is made to include a wick (Wick) (4) that is a porous structure to be generated.
상기 위크(4)는 통상적으로, 그물처럼 가는 금속망으로 형성된 타입(혹은 Wrapped Screen Type)이 있는데, 이와 같은 타입은 효율이 좋지 않다.The
또는, 상기 위크(4)는 금속 파우더가 소결되어 형성된 타입(혹은 Sintered Matal Type)이 있는데, 이와 같은 타입은 효율은 좋고 벤딩(Bending)이 용이하나 제작 과정이 어려울 뿐만 아니라 많이 비용이 소용된다.Alternatively, the
또는, 상기 위크(4)는 상기 용기(2)의 내벽에 다수의 그루브(Groove)를 형성함으로써 이루어질 수 있다. 이처럼 상기 용기(2)의 내벽에 다수의 그루브가 형성되면, 상기 그루브에 채워진 작동유체가 매니스커스(Meniscus)을 형성하게 되어 모세관력이 발생된다.Alternatively, the
이와 같이 구성된 히트 파이프의 열 전달과정을 자세히 살펴보면, 다음과 같다.Looking at the heat transfer process of the heat pipe configured as described above in detail.
상기 용기(2) 속의 작동유체는 상기 용기(2)의 내부가 진공상태이기 때문에 상기 열원(A) 측에서 상기 열원(A)의 열을 빼앗아서 기화되고, 상기 냉원(B) 측에서 상기 냉원(B)에 열을 빼앗김으로써 응축된다. 이 때, 상기 열원(A) 측은 작동유체의 기화로 인해 압력이 높고 상기 냉원(B) 측은 상대적으로 압력이 낮기 때문에 상기 열원(A) 측에서 기화된 작동유체가 압력 구배에 의해 상기 냉원(B) 측으로 유동되어 다시 응축된다.The working fluid in the
그리고, 상기 냉원(B) 측에서 응축된 작동유체는 상기 위크(4)의 모세관력에 의해 상기 위크(4)를 따라 상기 열원(A) 측으로 유동된 후 다시 기화된다.The working fluid condensed on the cold source B side is vaporized again after flowing to the heat source A side along the
이와 같이 작동유체가 상기 열원(A)과 냉원(B) 사이에서 상 변화되면서 순환하면, 열이 전달된다.Thus, when the working fluid circulates while the phase change between the heat source (A) and the cold source (B), heat is transferred.
참고로, 상기 용기(2)는 작동유체의 유동방향으로, 작동유체가 열원(A)에 의해 기화되는 증발부(Ev), 작동유체의 현재 상 상태가 유지되는 단열부(Ad), 그리고 기화된 작동유체가 냉원(B)에 의해 응축되는 응축부(Co)로 구분될 수 있다.For reference, the
그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 히트 파이프는, 작동유체가 상기 열원(A) 또는 냉원(B)과 원활하게 열 전달될 수 있도록 상기 용기(2)의 열전도율을 높이기 위해서는 상기 용기(2)를 크게 하거나 금이나 은과 같은 열전도성이 매우 우수한 재질로 성형해야 하는데, 그러면 효율에 비해 상대적으로 제조비용이 과대한 문제점이 있다.However, the heat pipe according to the prior art as described above, in order to increase the thermal conductivity of the container (2) so that the working fluid can be transferred to the heat source (A) or cold source (B) smoothly, the container (2) To increase the size or to be formed of a material having excellent thermal conductivity such as gold or silver, there is a problem that the manufacturing cost is excessive relative to the efficiency.
또한, 종래 기술은, 상기에 기재한 바와 같이 통상적인 위크(4)의 경우, 효율이 낮거나 제조가 복잡한 서로 상반적인 문제점을 갖으며, 상기 용기(2)의 크기 에 따라 위크(4)의 크기 또한 제한되므로 모세관력 향상에도 한계가 있는 문제점이 있다. In addition, the prior art, as described above, in the case of the conventional wick (4), there is a mutually opposite problem of low efficiency or complicated manufacturing, depending on the size of the container (2) Since the size is also limited, there is a problem in that there is a limit in improving capillary force.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상기 용기의 표면적만을 넓힘으로써 용기의 열전도율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 용이하게 모세관력을 향상시킬 수 있는 히트 파이프를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and by providing only a surface area of the container, the heat conductivity of the container can be improved as well as providing a heat pipe that can easily improve capillary force. There is a purpose.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 히트 파이프는, 작동유체가 기화 또는 응축될 수 있도록 열원과 냉원 사이에 설치되어, 상기 작동유체가 상 변화에 따른 압력 구배에 의해 열원에서 냉원으로 유동되는 용기와; 상기 용기의 내벽에 구비되어 모세관 현상에 의해 냉원에서 응축된 작동유체가 열원으로 유동되게 하는 위크(Wick)를 포함하고, 상기 용기의 외벽에 미세 와이어가 다수 형성된 것을 특징으로 한다.Heat pipe according to the present invention for solving the above problems is installed between the heat source and the cold source so that the working fluid can be vaporized or condensed, the working fluid is flowed from the heat source to the cold source by the pressure gradient according to the phase change A container; It is provided on the inner wall of the container includes a wick (Wick) to flow the working fluid condensed in the cold source by the capillary phenomenon to the heat source, characterized in that a plurality of fine wire is formed on the outer wall of the container.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 히트 파이프는, 상기 위크의 표면에는 미세 와이어가 다수 형성된 것을 특징으로 한다.Heat pipe according to the present invention for solving the above problems, characterized in that a plurality of fine wire is formed on the surface of the wick.
또는, 상기 위크는 상기 용기의 내벽에 미세 와이어가 다수 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.Alternatively, the wick is characterized in that a plurality of fine wire is formed on the inner wall of the container.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트 파이프의 구성도이고, 도 3a는 본 발명에 있어서, 미세 와이어의 20000배 확대도이고, 도 3b는 본 발명에 있어서, 미세 와이어의 4000배 확대도이다.2 is a configuration diagram of a heat pipe according to an embodiment of the present invention, Figure 3a is an enlarged view of 20,000 times the fine wire in the present invention, Figure 3b is an enlarged view of 4000 times the fine wire in the present invention, to be.
본 발명의 일 실시 예에 따른 히트 파이프는, 작동유체가 기화 또는 응축될 수 있도록 열원과 냉원 사이에 설치되고 내부가 진공상태인 용기(20)와, 상기 용기(20)의 내벽에 구비되어 모세관력을 발생시키는 다공성 구조물인 위크(Wick)(22)로 구성되어, 열원 측에서 기화된 작동유체가 냉원 측으로 유동된 후 응축되고 응축된 작동유체가 상기 위크(22)의 모세관력에 의해 다시 열원 측으로 순환되면서 열 전달을 행한다.The heat pipe according to an embodiment of the present invention includes a
특히, 상기 용기(20)의 외벽에는 상기 용기(20)의 표면적을 최대한 넓게 해서 상기 용기(20)의 열전도율을 향상시킬 수 있도록 미세 와이어(24)가 다수 형성된다.In particular, a plurality of
상기 미세 와이어(24)는 상기 용기(20)의 방열 효과를 높일 수 있도록 열전도성 좋은 금속으로 형성되는데, 금속 중에서도 열전도성이 좋되 비교적 저렴하게 구현할 수 있는 구리로 형성되는 것이 가장 적절하다.The
상기와 같은 미세 와이어(24)는 상기 용기(20)의 체적을 늘리지 않고 표면적만을 넓힐 수 있도록, 상기 용기(20)의 외벽으로부터 10 ㎛미만의 길이이고 단면적의 폭이 10nm 내지 100nm이도록 형성되는 것이다. 이 때, 상기 미세 와이어(24)는 상기 용기(20)의 외벽과 접촉되는 면적이 매우 극소하기 때문에 공기 저항을 거의 받지 않는다고 볼 수 있는 바, 별도의 접착제에 의존하지 않고서도 상기 용기(20)의 외벽에 견실하게 붙어 있을 수 있다.The
한편, 상기 위크(22)의 표면에도 상기한 바와 같은 미세 와이어(24)를 다수 형성할 수 있다. 그러면, 상기한 바와 같이 상기 위크(22)의 표면적이 최대한 넓어짐으로써 열전도율이 향상되고, 특히 상기 다수의 미세 와이어(24)가 매니스커스(Meniscus) 역할을 하게 되어 상기 위크(22)의 모세관력이 증대된다.On the other hand, a plurality of
상기와 같은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 미세 와이어(24)의 형성과정을 살펴보면 다음과 같다.In one embodiment of the present invention as described above, looking at the formation process of the
상기 용기(20)를 성형한 후, 성형된 용기(20)의 외벽에 열전도성이 좋은 금속인 구리를 수 um에서 수십 um정도의 두께로 균일하게 코팅한다. 이후, 구리 코팅된 용기(20)를 산화용액에 담그면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 용기(20)에 코팅된 구리가 산화되면서 구리 산화물인 미세한 털이 부슬부슬 일어나는데, 이 구리 산화물이 상기 미세 와이어(24)가 된다. After the
여기서, 상기 미세 와이어(24)는 산화조건, 즉 산화용액의 온도 및 조성 등에 따라 크기 및 밀도, 성장속도 등이 영향을 받는데, 산업현장에서 용이하게 구현할 수 있고 생산성도 부합될 수 있도록 산화용액의 온도는 60 내지 110℃ 정도, 산화시간은 1분에서 10분 사이 정도가 적합하다. 그리고, 상기 산화용액은 구리 산화 물인 상기 미세 와이어(24)가 잘 성장할 수 있도록 NaCl과 Na3PO4, NaOH, NaClO2, Na2CO3 이 적절한 혼합비로 혼합된 혼합물이다.Here, the
마찬가지로, 상기 위크(22)의 표면을 구리로 코팅한 후, 구리 코팅된 위크(22)를 산화용액에 담그면, 상기 위크(22)의 표면에 다수의 미세 와이어(24)가 형성된다.Similarly, after the surface of the wick 22 is coated with copper, the copper coated wick 22 is immersed in an oxidizing solution, and a plurality of
이하, 기술되는 본 발명의 다른 실시 예들은 상기에 기재된 본 발명의 제1실시 예와 기술적 사상 및 기본적인 구조가 동일, 유사하므로 상세한 설명 및 도면이 생략될 수 있다.Hereinafter, other exemplary embodiments of the present invention will be described in the same or similar technical spirit and basic structure as the first embodiment of the present invention described above, and thus detailed descriptions and drawings may be omitted.
본 발명에 따른 제2실시 예는, 도 2 및 도 3a, 도 3b를 참조하면 용기(20) 또는 위크(22)를 구리로 성형한 후, 구리로 성형된 상기 용기(20) 또는 위크(22)를 산화용액에 담가서 산화시킴으로써 상기 용기(20)의 외벽 또는 위크(22)의 표면에 각각 구리 산화물인 미세 와이어(24)를 성장시킨다. In the second embodiment according to the present invention, referring to FIGS. 2, 3A, and 3B, after the
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제3실시 예는 용기(40)의 내벽에 구비되어 모세관력을 발생시키는 위크가 상기 용기(42)의 내벽에 미세 와이어(42)가 다수 형성됨으로써 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 4, according to the third embodiment of the present invention, a plurality of
즉, 상기한 제1실시 예에 기재된 바와 같이, 상기 다수의 미세 와이어(42)가 매니스커스 역할을 행하여 모세관력을 충분히 발생시킬 수 있기 때문에 다공성 구 조물인 위크를 별도로 만들어서 상기 용기(40)의 내벽에 붙일 필요가 없다.That is, as described in the first embodiment, since the plurality of
이 때, 상기 용기(40)의 내벽에 미세 와이어(42)가 다수 형성됨으로써 상기 용기(40)의 내벽 표면적이 넓어지기 때문에 상기 용기(40)의 열전도율 또한 향상된다.At this time, since a plurality of
한편, 상기 용기(40)의 외벽에도 상기 용기(40)의 열전도율이 향상될 수 있도록 상기한 바와 같은 미세 와이어(42')가 다수 형성될 수 있다.Meanwhile, a plurality of
이 때, 상기 용기(40)의 내/외벽에 각각 형성된 미세 와이어(42,42')는, 상기 용기(40)의 내/외벽에 구리를 코팅한 후 산화시킴으로써 이루어질 수 있다.At this time, the
또는, 상기 용기(40)의 내/외벽에 각각 형성된 미세 와이어(42,42')는, 상기 용기(40)가 구리로 성형된 후 산화용액에 의해 상기 용기(40)의 내/외벽이 산화됨으로써 이루어질 수도 있다.Alternatively, the
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 히트 파이프는, 작동유체가 내장된 용기의 외벽에 수 ㎛미만의 미세 와이어가 다수 형성됨으로써 상기 용기의 체적을 늘리지 않고 표면적만을 최대한 넓힐 수 있기 때문에 상기 용기의 열전도율이 향상될 수 있는 이점이 있다.In the heat pipe according to the present invention configured as described above, since a plurality of fine wires of several micrometers or less are formed on the outer wall of the container in which the working fluid is embedded, the thermal conductivity of the container can be maximized without increasing the volume of the container. There is an advantage that can be improved.
또한, 본 발명은, 상기 용기의 내벽에 위크가 구비되어 모세관력을 발생시키는데, 상기 위크의 표면에 미세 와이어가 다수 형성됨으로써 상기 위크의 열전도율이 향상될 수 있을 뿐만 아니라 미세 와이어가 매니스커스 역할을 하게 되어 모세 관력이 더욱 증대되기 때문에 성능이 향상될 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention, the wick is provided on the inner wall of the container to generate a capillary force, by forming a plurality of fine wire on the surface of the wick not only can improve the thermal conductivity of the wick but also the fine wire serves as a meniscus By doing so, the capillary force is further increased, so there is an advantage that performance can be improved.
또한, 본 발명은, 상기 위크가 상기 용기의 내벽에 다수의 미세 와이어를 형성함으로써 이루어질 수 있기 때문에 간단한 표면 처리만으로 위크를 구현할 수 있어 성능이 우수할 뿐만 아니라 제조과정이 용이하고, 상대적으로 비용이 적게 소요될 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention, because the wick can be made by forming a plurality of fine wires on the inner wall of the container can implement the wick with a simple surface treatment not only excellent performance but also easy to manufacture process, relatively expensive There is an advantage that can take less.
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