KR100781195B1 - Planar type heat transferring devices using tubes and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관재를 이용하여 프레스 가공함으로써 제품의 편평도를 유지할 수 있고, 접합 부위가 없어 원하는 모양으로 굽히거나 휘더라도 접합 부위에서의 찌그러짐 등 문제가 발생하지 않고 밀봉 상태 손상 및 냉매 누설 등의 문제점이 발생하지 않는 판형 열전달 장치 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention can maintain the flatness of the product by press working using a pipe material, even if there is no joining site, even if bent or bent to a desired shape, there is no problem such as distortion at the joining site, and problems such as damage to the sealing state and leakage of refrigerant are caused. An object of the present invention is to provide a plate-shaped heat transfer device and a method of manufacturing the same.
본 발명의 판형 열전달 장치는, 소정 길이의 관재로부터 프레스 가공되어, 이음매 없는 대향하는 두개의 측부를 가지며, 상기 두 개의 측부 사이에 상면 및 저면이 정의되고, 외기로부터 밀봉된 내부 공간을 둘러싸며, 상기 내부 공간의 적어도 일부 영역에는 열에 의해 상변화를 일으키는 냉매가 주입된 케이스; 상기 케이스 내면의 적어도 일부 영역에 접하고, 상기 냉매가 이동 가능하도록 하는 미세 통로를 제공하는 하나 이상의 판형 윅 구조물; 및 상기 하나 이상의 윅 구조물이 상기 케이스 내면의 적어도 일부 영역에 밀착되도록 지지하며, 상기 냉매 및 증기의 이동 통로를 제공하기 위한 복수개의 관통 개구를 갖는 하나 이상의 지지 구조물을 포함하며, 상기 냉매는 상기 케이스 내부 공간의 적어도 일부를 채우고, 상기 윅 구조물 내부의 미세 통로에서 발생되는 모세관력(capillary force)에 의하여 상기 윅 구조물을 따라 이동하고 상기 열원에 의해 기화되어 이동한 후 응축되어, 상기 공간 내에서 순환함으로써 열전달을 수행하는 것을 특징으로 한다.The plate heat transfer apparatus of the present invention is press-processed from a tube of a predetermined length, has two seamless opposing sides, an upper surface and a bottom surface are defined between the two sides, and surrounds an inner space sealed from outside air, A case in which a refrigerant is injected into at least a portion of the internal space to cause phase change by heat; One or more plate-shaped wick structures in contact with at least a portion of an inner surface of the case and providing a micro-path for allowing the refrigerant to move; And one or more support structures for supporting the one or more wick structures to be in close contact with at least a portion of the inner surface of the case, the one or more supporting structures having a plurality of through openings for providing a passage of the refrigerant and the vapor. It fills at least a portion of the internal space, moves along the wick structure by capillary force generated in the micropath inside the wick structure, is vaporized and moved by the heat source, and then condenses and circulates in the space. It is characterized by performing heat transfer.
열전달 장치, 냉각장치, 열 교환, 냉매, CPU, PC, 전자부품, 응축, 기화 Heat transfer device, chiller, heat exchanger, refrigerant, CPU, PC, electronic parts, condensation, vaporization
Description
도 1a 내지 도 1b는 종래 기술의 유연성 히트 파이프의 구성을 나타낸다.1A-1B show the configuration of a flexible heat pipe of the prior art.
도 2는 또 다른 종래 기술의 평판형 열전달 장치의 구성을 나타낸다.2 shows a configuration of another flat plate heat transfer apparatus of the prior art.
도 3은 본 발명자의 선행 특허출원 제10-2004-91617호의 구성을 나타낸다.3 shows the structure of the inventor's prior patent application No. 10-2004-91617.
도 4는 본 발명자의 선행 특허출원 제10-2005-1028호의 구성을 나타낸다.4 shows the structure of the inventor's prior patent application No. 10-2005-1028.
도 5a 및 도 5b는 각각 종래 기술의 판형 열전달 장치와 본 발명의 판형 열전달 장치를 열원 표면의 곡면 형상에 맞도록 굽혔을 경우를 도시한다.5A and 5B show the case where the plate heat transfer apparatus of the prior art and the plate heat transfer apparatus of the present invention are bent to conform to the curved shape of the heat source surface, respectively.
도 6은 본 발명의 판형 열전달 장치 제조 방법의 제1실시예의 흐름을 도시한다.Figure 6 shows the flow of the first embodiment of the plate heat transfer device manufacturing method of the present invention.
도 7은 본 발명의 판형 열전달 장치 제조 방법의 제2실시예의 흐름을 도시한다.Figure 7 shows the flow of a second embodiment of the plate heat transfer device manufacturing method of the present invention.
도 8a 및 8b는 각각 본 발명의 판형 열전달 장치의 다양한 변형 실시예들의 구조를 설명하기 위한 도면이다.8A and 8B are views for explaining the structure of various modified embodiments of the plate heat transfer apparatus of the present invention, respectively.
도 9a 및 9b는 각각 본 발명의 판형 열전달 장치 제조 방법의 제1실시예 및 제2실시예의 흐름을 나타낸다.9A and 9B show the flow of the first and second embodiments of the plate heat transfer device manufacturing method of the present invention, respectively.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
500: 압출/인발된 관재 505: 1차 프레스 가공후의 관재500: Extruded / drawn tube 505: Tube after primary press working
507: 케이스 510, 610:지지 구조물507:
520, 620: 윅 구조물 550: 2차 프레스 가공 후의 케이스520, 620: Wick structure 550: Case after secondary press
605: 압출/인발된 관재 607: 케이스605: extruded / drawn tube 607: case
650, 750, 850: 프레스 가공 후의 케이스650, 750, 850: case after press working
본 발명은 관재를 이용한 판형 열전달 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 반도체 칩 등의 열원 표면으로부터 발생된 열을 저온부로 전달함으로써 반도체 칩 등 열원의 냉각 작용을 수행하기 위한 판형 열전달 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plate heat transfer apparatus using a pipe member and a method for manufacturing the same, and more particularly, plate heat transfer for cooling the heat source such as semiconductor chips by transferring heat generated from the heat source surface such as semiconductor chips to the low temperature portion. Relates to a device.
최근 메모리, 중앙처리유닛(CPU) 및 임베디드 칩(embeded chip) 등 반도체 칩의 고집적화에 따라 칩의 원활한 냉각이 더욱 중요해지고 있는 추세이며, 또한, 노트북, PDA, 휴대폰 등 전자제품의 초 경량화 및 슬림화가 진행되고 있고, 광학 디스플레이의 발달로 LCD, LED 판넬의 냉각 문제에도 관심이 증대되고 있어, 이러한 전자제품에 내장되는 반도체 칩 등을 냉각시키고자 하는 경우, 기존의 패키지 기술이나 냉각 팬 기술 등의 방법은 원활한 냉각을 수행하기에는, 구조적 기능적인 한계에 부딪히고 있는 실정이다.In recent years, as the integration of semiconductor chips such as memory, central processing unit (CPU), and embedded chips has increased, the smooth cooling of chips is becoming more important, and the ultra-light weight and slimness of electronic products such as notebooks, PDAs, mobile phones, etc. As the development of optical displays is increasing interest in the cooling of LCDs and LED panels, in order to cool semiconductor chips embedded in such electronic products, existing package technologies and cooling fan technologies may be used. The method is facing structural and functional limitations in order to achieve smooth cooling.
이러한 한계를 극복하기 위하여 최근 히트 파이프(heat pipe)라고 하는 미세 구조물이 반도체 칩의 냉각 기능을 수행할 수 있는 새로운 열전달 장치로 주목받고 있다.In order to overcome this limitation, recently, a microstructure called a heat pipe has been attracting attention as a new heat transfer device capable of performing a cooling function of a semiconductor chip.
도 1은 종래 기술 1(미국특허공보 6,446,706호)에 개시된 유연성 히트 파이프(flexible heat pipe)의 구성을 나타낸다. 개시된 유연성 히트 파이프는 폴리프로필렌 층(28), 제1 접착층(30)에 의하여 상기 폴리프로필렌 층(28)에 접착된 제1 금속 호일층(32) 및 제2 접착층(34)에 의하여 상기 제1 금속 호일층(32)에 접착된 제2 금속 호일층(12)을 포함하는 외벽(26)에 의해 밀봉되고, 유연성의 다공질 재료로 된 윅(wick) 층(24)이 평판 적층 구조로 되어 있다. 또한, 윅 층(24)을 지지하여 외벽(26)과의 밀착을 유지시키면서 기체의 여러 방향으로의 이동을 가능하도록 하는 격리층(18)이 존재하는데, 이러한 격리층(18)으로는 폴리프로필렌 등의 재료로 된 메쉬 스크린(mesh screen)이 사용되었다. 또한, 여기서 윅 층(24)은, 구리 펠트(copper felt) 재질로 제조된다.1 shows the configuration of a flexible heat pipe disclosed in prior art 1 (US Pat. No. 6,446,706). The disclosed flexible heat pipe comprises a
도 2는 종래 기술 2(공개특허공보 제10-2004-18107호)에 개시된 평판형 열전달 장치의 구성을 도시한다. 도시된 장치는 상판(200)과, 증발부(P1)에 대응되는 저면에 열원이 접촉되는 하판(100)의 조립체로 이루어져 그 사이에 보이드(void)를 형성하도록 되어 있으며, 액상 냉매의 표면장력에 의해 하판 상에 밀착되는 윅 플레이트(wick plate)(110)와, 상기 하판(100)과 윅 플레이트(110)의 간격을 일정하게 유지하는 스페이서 플레이트(120)를 포함한다.2 shows the configuration of a flat plate heat transfer apparatus disclosed in the prior art 2 (Patent Publication 10-2004-18107). The illustrated device is composed of an assembly of the
액상 냉매는 증발부(P1)와 응축부(P2) 사이를 순환하면서 하판과의 사이에서 발생하는 모세관력에 의해 응축부에서 증발부로 계속 공급되며, 증발부의 열원에 의해 발생된 증기는 응축부로 이동하여 다시 액상 냉매로 변환된다. 여기서 스페이서 플레이트(120)는 하판(100)과 윅 플레이트(110) 사이에서 표면 장력이 발생하는 범위 내에서 양자 사이의 간격을 일정하게 유지시키기 위한 것이다.The liquid refrigerant circulates between the evaporator P1 and the condenser P2 and is continuously supplied from the condenser to the evaporator by capillary forces generated between the lower plate and the steam generated by the heat source of the evaporator is moved to the condenser. Is converted back into the liquid refrigerant. In this case, the
그러나, 상술한 종래 기술 1의 히트 파이프는 내부 구조가 복잡하여 제조하기가 용이하지 않다는 문제점을 갖고 있으며, 또한, 윅 층(24)으로 구리 펠트 층 등을 사용함에 따라 외벽의 내부와의 접촉 정도가 윅 층(24)의 위치에 따라 달라지고, 윅 층(24) 자체 내에 형성되어 모세관력(capillary force)을 발생시키는 미세 통로가 균일하지 않게 되어 열전달 정도에 있어서 재현성이 떨어지게 된다. 또한, 펠트 층은 얇은 두께로 제조하기가 어려우므로 윅 층의 자체 두께가 두꺼워져 전체 히트 파이프의 두께가 두꺼워지는 문제점을 갖고 있으며, 이러한 문제점에 의해 개시된 히트 파이프는 초박형 반도체 소자의 냉각용으로 사용될 수 없게 된다.However, the above-described heat pipe of the prior art 1 has a problem that the internal structure is complicated and not easy to manufacture, and the degree of contact with the inside of the outer wall by using a copper felt layer or the like as the
또한 종래 기술 1의 히트 파이프는 모세관력을 발생시키는 미세 통로가 균일하지 않아 유동 저항이 매우 커지게 되고, 높은 모세관력을 얻는 일이 구조적으로 용이하지 않게 되어, 열원 부근에서의 증발이 활발하게 될 경우 액상 냉매의 흐름이 끊어지게 될 우려도 존재한다.In addition, the heat pipe of the prior art 1 is not uniform in the micropath generating the capillary force is very large flow resistance, it is not structurally easy to obtain a high capillary force, the evaporation near the heat source will be active There is also a concern that the flow of the liquid refrigerant is cut off.
그리고 종래 기술 2에 개시된 평판형 열전달 장치의 경우에는, 제조가 매우 어렵다는 문제점과 함께, 매우 복잡한 형상의 구조물이 상판과 하판 사이에 삽입되어야 하므로 극히 정밀한 가공을 요하게 되어 초 박판 형태로 이러한 구조물을 대량 생산하는 것은 거의 불가능하여, 상기 종래 기술 2의 명세서에 언급된 바와 같이, 수 mm 이상의 두께로만 제조가 가능하다는 구조적인 한계를 갖고 있다.In the case of the plate type heat transfer device disclosed in the prior art 2, the manufacturing of the plate heat transfer device is very difficult, and a structure having a very complicated shape must be inserted between the upper plate and the lower plate, thus requiring extremely precise processing. It is almost impossible to produce, and as mentioned in the specification of the prior art 2, there is a structural limitation that it can only be manufactured to a thickness of several mm or more.
또한, 위의 종래 기술 2에서는, 액상 냉매의 흐름이 윅 플레이트(120)에 마련된 각각의 플래너 윅들 사이의 간극 및 상기 윅 플레이트(120)와 하판 사이의 간극을 통하여 일어나도록 설계되어 있으며, 그에 따라, 윅 플레이트(120)와 하판 사이의 간격과, 플래너 윅들 사이의 간격을 일정하게 유지하기 위하여, 하판 및 상판에 마련되는 돌기들 및 플래너 윅 사이를 연결하는 브리지 등의 복잡한 구조물들이 구비되어 있다. 그러나 수 mm 이하의 두께인 평판형 열전달 장치 내에 실장 될 수 있도록 이러한 미세 내부 구조물들을 정밀 가공하는 것은 매우 어려우며, 가공 오차 등을 고려하면 이러한 구조는 대량 생산하기에는 매우 어려운 구조가 되며, 가공 오차에 의한 간격 불 균일의 효과는 바로 증발부에 대한 액상 냉매 공급의 차단으로 이어지게 되어 치명적인 불량을 유발할 수 있게 된다.In addition, in the prior art 2, the flow of the liquid refrigerant is designed to occur through the gap between the planar wicks and the gap between the
상술한 바와 같이 구조가 복잡하고, 드라이아웃이 쉽게 발생하여 냉각 성능이 저하될 수 있다는 문제점과 함께, 종래 기술의 열전달 장치는 내부 구조물을 중심으로 상하단의 상판과 하판을 접합하는 구조로 되어있어, 접합 공정이 반드시 필요하게 되고, 접합하더라도 접합 부분에서 외기와의 밀봉 상태가 완벽하지 못하여 내부 진공상태의 유지가 곤란하거나 냉매가 유출되어 불량이 흔히 발생하는 단점이 있다.As described above, the structure is complicated, dry out easily occurs, and cooling performance may be degraded. In addition, the prior art heat transfer apparatus has a structure in which upper and lower upper and lower plates are joined to an inner structure. The bonding process is necessarily required, and even though the bonding process is not performed, the sealing state with the outside air is not perfect at the bonding portion, so that it is difficult to maintain the internal vacuum state or the refrigerant is leaked, so that defects often occur.
또한, 도 5a에 도시된 바와 같이, 상판과 하판을 접합하는 구조로 된 판형 열전달 장치의 경우에는, 두 판의 접합을 위한 용접 공정 등의 진행시에 정렬 불량으로 인한 우그러짐(평탄도의 저하)의 문제와 함께, 열원의 열 방출 면이 곡면이거나, 동일 평면상에 있지 않은 수 개의 열원을 하나의 판형 열전달 장치로 함께 냉 각하고자 할 때, 장치를 원하는 모양으로 굽히거나 휘어서 사용하여야 할 필요가 있게 되나 이때 접합 부위에서 찌그러지는 문제가 발생한다.In addition, as shown in FIG. 5A, in the case of a plate heat transfer device having a structure in which an upper plate and a lower plate are joined, distortion due to misalignment during progress of a welding process for joining two plates (decreased flatness) When the heat dissipation side of the heat source is curved or several heat sources that are not coplanar are to be cooled together by one plate heat transfer device, the device needs to be bent or bent to the desired shape. But there is a problem of distortion at the junction.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구조 및 제조 공정이 단순하여 생산 단가를 저감할 수 있으면서도 보다 신뢰성이 높은 판형 열전달 장치를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and is to provide a plate type heat transfer device which is more reliable while reducing the production cost due to its simple structure and manufacturing process.
또한, 본 발명은 관재를 이용하여 프레스 가공함으로써 제품의 편평도를 유지할 수 있으며, 접합 부위가 없어 원하는 모양으로 굽히거나 휘더라도 접합 부위에서의 찌그러짐 등 문제가 발생하지 않고 밀봉 상태 손상 및 냉매 누설 등의 문제점이 발생하지 않는 판형 열전달 장치 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention can maintain the flatness of the product by press working using a pipe material, even if there is no joint portion, even if bent or bent in the desired shape, such as crushing at the joint portion does not occur, such as damage to the sealing state and refrigerant leakage, etc. It is an object of the present invention to provide a plate heat transfer apparatus and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 효율적인 열전달에 의해 높은 냉각 성능을 가지면서도 저렴한 단가로 제작이 가능한 판형 열전달 장치 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a plate-type heat transfer device and a method of manufacturing the same that can be manufactured at a low cost while having a high cooling performance by efficient heat transfer.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 제1특징에 의한 판형 열전달 장치는, 소정 길이의 관재로부터 프레스 가공되어, 이음매 없는 대향하는 두개의 측부를 가지며, 상기 두 개의 측부 사이에 상면 및 저면이 정의되고, 외기로부터 밀봉된 내부 공간을 둘러싸며, 상기 내부 공간의 적어도 일부 영역에는 열에 의해 상변화를 일으키는 냉매가 주입된 케이스; 상기 케이스 내면의 적어도 일부 영역에 접하고, 상기 냉매가 이동 가능하도록 하는 미세 통로를 제공하는 하나 이상의 판 형 윅 구조물; 및 상기 하나 이상의 윅 구조물이 상기 케이스 내면의 적어도 일부 영역에 밀착되도록 지지하며, 상기 냉매 및 증기의 이동 통로를 제공하기 위한 복수개의 관통 개구를 갖는 하나 이상의 지지 구조물을 포함하며, 상기 냉매는 상기 케이스 내부 공간의 적어도 일부를 채우고, 상기 윅 구조물 내부의 미세 통로에서 발생되는 모세관력(capillary force)에 의하여 상기 윅 구조물을 따라 이동하고 상기 열원에 의해 기화되어 이동한 후 응축되어, 상기 공간 내에서 순환함으로써 열전달을 수행하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the plate heat transfer apparatus according to the first aspect of the present invention is press-processed from a tube member having a predetermined length, and has two seamlessly opposed sides, and an upper surface and a bottom surface between the two sides. A case in which a defined and enclosed interior space sealed from outside air is injected with at least a portion of the interior space in which a phase change is induced by heat; One or more plate-shaped wick structures in contact with at least a portion of an inner surface of the case and providing a fine passage through which the refrigerant is movable; And one or more support structures for supporting the one or more wick structures to be in close contact with at least a portion of the inner surface of the case, the one or more supporting structures having a plurality of through openings for providing a passage of the refrigerant and the vapor. It fills at least a portion of the internal space, moves along the wick structure by capillary force generated in the micropath inside the wick structure, is vaporized and moved by the heat source, and then condenses and circulates in the space. It is characterized by performing heat transfer.
여기서, 필요에 따라 상기 판형 윅 구조물은, 복수개의 단위 섬유를 집합시켜 제조되고, 상기 단위 섬유는 그 자체가 상기 냉매를 흡수할 수 있는 구조로 된 것이며, 상기 냉매의 상기 케이스 내면과 평행한 방향으로의 이동 통로를 제공하는 판형 하이드로필릭 윅 구조물이 사용될 수 있다.Here, if necessary, the plate-shaped wick structure is produced by aggregating a plurality of unit fibers, the unit fibers are themselves a structure that can absorb the refrigerant, the direction parallel to the inner surface of the case of the refrigerant Plate hydrophilic wick structures can be used that provide a passage to the furnace.
또한, 상기 판형 윅 구조물은 상하 관통된 복수개의 평행 패턴이 형성된 하나 이상의 박판이 사용될 수도 있다.In addition, the plate-shaped wick structure may be used one or more thin plates formed with a plurality of parallel patterns penetrated up and down.
상기 지지 구조물은, 상기 증기를 상하로 이동시키고 상기 액상 냉매를 수평 방향으로 이동시키기 위한 수직 방향 및 수평 방향의 관통 개구들을 갖는 다공성 구조물일 수 있다.The support structure may be a porous structure having through openings in a vertical direction and a horizontal direction for moving the vapor up and down and moving the liquid refrigerant in a horizontal direction.
특히, 상기 지지 구조물로는, 스크린 메쉬(screen mesh)가 사용될 수 있다.In particular, a screen mesh may be used as the support structure.
필요에 따라, 양면을 차이 없이 열원 접촉면으로 사용하기 위하여, 상기 하나 이상의 판형 윅 구조물은, 그 개수가 적어도 2개 이상이며, 상기 지지 구조물을 사이에 두고 양쪽에 각각 1개 이상씩 배치된 것일 수 있다.If necessary, in order to use both sides as a heat source contacting surface without any difference, the one or more plate-shaped wick structures may be at least two or more, and each of the one or more plates may be disposed on each side with the supporting structure interposed therebetween. have.
또한, 상기 케이스는, 프레스 가공 후의 두께가 위치에 따라 균일하지 않도록 된 것일 수 있다. In addition, the case may be such that the thickness after the press working is not uniform depending on the position.
특히, 상기 케이스는, 단면 형상이, 상기 이음매 없는 대향하는 두 개의 측부에서의 두께가 중심부에서의 두께보다 크도록 프레스 가공되어, 아령 형상으로 된 것으로서, 좌우의 통로를 이용한 증기의 순환을 더욱 촉진하여 열전달 효율을 증대시킨 것일 수 있다.In particular, the case has a cross-sectional shape that is press-processed such that the thickness at the two opposite sides of the seamless is larger than the thickness at the center portion, and is in the shape of a dumbbell, further promoting circulation of steam using the left and right passages. It may be to increase the heat transfer efficiency.
나아가서, 상기 케이스는, 단면 형상이, 하면은 직선형이며 상면은 소정 피치의 산과 골이 형성된 형상으로 된 것으로서, 증기 순환 및 외기와의 열교환 면적을 증대시킨 것일 수도 있다.Furthermore, the case has a cross-sectional shape, the lower surface of which is straight, and the upper surface of the case has a shape where peaks and valleys have a predetermined pitch, and may have an increase in the heat exchange area between the steam circulation and the outside air.
본 발명의 제2 특징에 의한 판형 열전달 장치 제조 방법은, (a) 소정 길이의 관재를 준비하는 단계; (b) 냉매가 이동 가능하도록 미세 통로를 제공하는 하나 이상의 판형 윅 구조물 및 상기 냉매 및 증기의 이동 통로를 제공하기 위한 복수개의 관통 개구를 갖는 하나 이상의 지지 구조물을 상기 관재로 삽입하는 단계; 및 (c) 상기 윅 구조물이 상기 관재 내면의 적어도 일부 영역에 접하고, 상기 지지 구조물이 상기 윅 구조물을 상기 관재 내면의 적어도 일부 영역에 밀착되게 지지하도록 상기 관재를 프레스 가공하는 단계를 포함한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a plate-shaped heat transfer device, the method comprising: (a) preparing a pipe member having a predetermined length; (b) inserting into the conduit one or more support structure having at least one plate-shaped wick structure for providing a micro passage so that the refrigerant is movable and a plurality of through openings for providing a passage for movement of the refrigerant and vapor; And (c) pressing the tubular material such that the wick structure is in contact with at least a portion of the inner surface of the tube and the support structure is in close contact with the wick structure in at least a portion of the inner surface of the tube.
바람직하게는, 상기 (a) 단계에서는, 압출 또는 인발을 이용하여 만든 관재를 준비한다. 또한, 상기 (a) 단계에서는, 풀림 처리된 관재를 사용할 수 있다.Preferably, in the step (a), a pipe made by extrusion or drawing is prepared. In addition, in the step (a), it can be used an annealing tube material.
나아가서, 상기 (a) 단계는, (a-1) 원형의 관재를 준비하는 단계 및 (a-2) 상기 판형 윅 구조물 및 지지 구조물을 삽입할 수 있는 여유를 둔 소정 두께로 1차 프레스 가공하는 단계를 포함할 수 있다.Further, the step (a), (a-1) preparing a circular pipe member and (a-2) the primary press working to a predetermined thickness with a margin to insert the plate-shaped wick structure and the support structure It may include a step.
바람직하게는, 상기 (a) 단계에서는, 상기 판형 윅 구조물 및 지지 구조물을 삽입할 수 있는 여유를 둔 소정 두께의 대략 직사각형 또는 트랙(track)형 단면 형상으로 압출된 관재를 준비하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the step (a), it is characterized in that the pipe member extruded into a substantially rectangular or track-shaped cross-sectional shape of a predetermined thickness with a margin for inserting the plate-shaped wick structure and the support structure. .
또한, 필요에 따라 상기 (c) 단계에서는, 프레스 가공 후의 두께가 위치에 따라 균일하지 않도록 상기 프레스 가공을 수행할 수도 있다.In the step (c), if necessary, the press working may be performed so that the thickness after the press working is not uniform depending on the position.
특히, 상기 (c) 단계는, 대향하는 두 개의 측부에서의 두께가 중심부에서의 두께보다 크도록 프레스 가공하여, 단면 형상이 아령 형상이 되도록 프레스 가공을 수행할 수도 있으며, 또는, 상기 (c) 단계는, 단면 형상이, 하면은 직선형이며 상면은 소정 피치의 산과 골이 형성된 형상이 되도록 프레스 가공을 수행할 수도 있다.In particular, the step (c) may be press-processed such that the thicknesses at the two opposite sides are larger than the thickness at the center portion, and the press-processing may be performed so that the cross-sectional shape becomes a dumbbell shape, or (c) In the step, the press work may be performed such that the cross-sectional shape is straight and the upper surface is in the shape of peaks and valleys having a predetermined pitch.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명자는 본 출원과는 별도로 특허출원 제10-2004-91617호 및 특허출원 제10-2005-1028호를 출원하였으며, 각각에서 제안된 판형 열전달 장치의 구성은 도 3 및 도 4와 같다.The present inventors have filed a patent application 10-2004-91617 and a patent application 10-2005-1028 separately from the present application, the configuration of the plate-shaped heat transfer device proposed in each is as shown in Figs.
여기서, 도 3은 본 발명자에 의한 특허출원 제10-2004-91617호의 판형 열전달 장치의 구성을 나타낸다. 도시된 판형 열전달 장치는 금속 등으로 제조된 상판(300) 및 하판(350) 사이에 지지 구조물(310)과, 하나 이상의 박판(320, 322)이 삽 입되는 구조이다. 박판 상에는 에칭(etching)이나 또는 펀칭(punching) 등의 정밀 기계 가공에 의하여 구현된 상하 관통된 복수개의 평행 패턴들이 형성되어 있다. 가압지지 구조물(310)로는, 하판(350)의 저면에 접촉되는 열원에 의한 냉매의 기화에 의해 발생된 증기가 상하 방향으로 이동할 수 있도록 하는 상하 관통 개구가 표면에 충분한 밀도로 형성된 메쉬 스크린 등의 다공성 재질이 사용된다.3 shows the structure of the plate-shaped heat transfer apparatus of patent application 10-2004-91617 by this inventor. The illustrated plate heat transfer device has a structure in which a
가압지지 구조물(310)은, 조립 시 특히 박판(320, 322) 상의 평행 패턴 형성 영역의 적어도 일부를 누르게 되는데, 이러한 가압지지 구조물(310)의 가압 작용에 의해 박판(320, 322) 상의 평행 패턴은 하판(350)의 상면에 더욱 밀착될 수 있으며, 조립 이전에 박판 상에 형성된 패턴의 폭에 비하여 더욱 좁은 폭을 가지는 미세 간극을 얻을 수 있어, 평판 상에 극히 미세한 패턴을 형성하기 위한 현재의 에칭 또는 기계 가공 시의 공정상 한계를 극복하는 것이 가능하게 되고, 이러한 가공에 의해서는 실제 구현하기가 매우 어려운, 수 um의 직경을 갖는 미세 냉매 통로까지도 구현할 수 있게 된다는 장점을 갖는다.The
도 4는 본 발명자에 의한 특허출원 제10-2005-1028호의 판형 열전달 장치의 구성을 나타낸다. 도시된 구조는 상판(400) 및 하판(450)으로 이루어진 케이스의 내부에, 하나 이상의 하이드로필릭 윅 구조물(420)과, 스크린 메쉬 등의 지지 구조물(410)을 삽입한 구조이다. 여기서, 하이드로필릭 윅 구조물(420)이란 그 재질 자체가 내부에 물 등 냉매를 흡수 및 보유할 수 있는 성질을 갖는 구조체를 말하며, 미세 섬유의 집합체로 구성되어 있고, 여기서 미세 섬유 자체가 흡수 및 보수 능력을 갖는 특성을 지닌 것을 말한다. 4 shows the configuration of a plate heat transfer apparatus of Patent Application No. 10-2005-1028 by the inventor. The illustrated structure is a structure in which one or more
이러한 하이드로필릭 윅 구조물을 구성하는 섬유는 그 표면에 친수성기인, -OH, -COOH, =0, -NH2, -NH-, =N- 기 등을 가지고 있어, 물과 잘 결합할 수 있는 것이거나, 섬유 단면에 구멍(H)이 존재하여 그 구멍을 통한 모세관력에 의해 섬유 내부로 수분의 흡수 및 섬유 자체의 보수가 가능하거나, 그 단면이 단순 원형 구조가 아니고 다양한 형상으로 이루어져 있어 보수가 가능한 구조를 지닌 것 등이다. 또한, 섬유의 표면에 홈이 형성되거나 미세 그루브(groove)가 형성되어 있는 경우에 더욱 큰 흡수 및 보수 능력을 지니게 되며, 나아가서, 최근 그 응용 범위가 확대되고 있는 탄소 나노 튜브(carbon nano tube)의 경우, 표면적이 극히 크고, 경량이며, 내부에 충분한 부피의 중공이 형성되어 있기 때문에 매우 보수율이 높아 하이드로필릭 윅의 재료로 사용되기에 충분하다.The fiber constituting the hydrophilic wick structure has a hydrophilic group, -OH, -COOH, = 0, -NH2, -NH-, = N-, etc. on the surface thereof, so that it can be combined with water well. The hole (H) is present in the cross section of the fiber, and the capillary force through the hole allows the absorption of water into the fiber and the repair of the fiber itself, or the cross section is not a simple circular structure, but can be repaired because it is made of various shapes. It has a structure. In addition, when the groove is formed on the surface of the fiber or fine grooves (groove) is formed has a greater absorption and repair ability, and furthermore, the carbon nano tube (carbon nano tube) that has recently expanded its application range In this case, the surface area is extremely large, light weight, and a sufficient volume of hollows are formed therein, so that the water retention rate is very high and sufficient to be used as a material for the hydrophilic wick.
본 발명은 상술한 본 발명자의 선출원에서 제안된 구조를 더욱 개량한 새로운 판형 열전달 장치의 구조 및 제조 방법을 제공한다. 도 6은 본 발명의 판형 열전달 장치 제조 방법의 한 실시예를 도시한다. 도시된 실시예에서는 우선 소정 길이를 갖는 원통형의 관재(500)를 준비한다(S10). 여기서 관재(500)는 압출 또는 인발 가공 등 공지의 방법에 의하여 제조된 것이 사용될 수 있다. 인발 가공이란, 봉, 선, 관 등의 반제품을 가공하기 위하여 흔히 사용되는 압연, 압출가공 등에서, 단면적이 극히 작고 치수 공차가 작은 정확한 것을 제조하기가 곤란하므로, 축방향의 인장력을 작용시켜서 단면치수를 감축하여, 제품을 뽑아내는 가공을 말한다.The present invention provides a structure and a manufacturing method of a novel plate-shaped heat transfer device further improving the structure proposed in the above-described applicant of the present invention. 6 shows one embodiment of the plate heat transfer device manufacturing method of the present invention. In the illustrated embodiment, first, prepare a
이때, 가공 완료 후 다양한 열원의 형상에 맞도록 굽히거나 휘어서 사용하기 용이하도록 하기 위해 풀림(annealing) 처리된 관재(500)를 사용하는 것도 가능하 다.In this case, it is also possible to use an
이후, 1차 프레스 가공을 통하여 대략 직사각형 또는 원통형의 단면 형상을 갖는 관재(505)를 형성한다(S20). 이때, 관재(505)의 폭은 대략 최종 형성하고자 하는 판형 열전달 장치의 폭에 근사하게 되며, 상면과 하면이 형성되고, 프레스 가공의 특성에 의해 상면과 하면의 넓이가 비교적 넓더라도 고도의 편평도를 얻을 수 있다.Subsequently, a
다음으로, 관재(505) 내부에 윅 구조물(520) 및 지지 구조물(510)을 삽입한다(S30). 삽입은 관재(505)의 한쪽 입구로부터 이루어질 수 있으며, 상술한 1차 프레스 가공 시에는 윅 구조물(520)과 지지 구조물(510)의 삽입이 용이하도록 두께의 여유를 두고 프레스 가공을 행한다.Next, the
윅 구조물(520)과 지지 구조물(510)이 삽입된 상태에서 2차 프레스 가공을 행한다(S40). 이 때 케이스(550)의 상하 내벽에는 각각 윅 구조물(520)과 지지 구조물(510)이 밀착하게 되어, 판형 열전달 장치의 기본 구조가 얻어진다.In the state in which the
상술한 방법으로 얻은 판형지지 구조물(510)은 관재로부터 프레스 가공되어 좌우측부에 용접 등의 접합 과정이 필요하지 않고, 이음매도 존재하지 않게 된다. 따라서 상기 도 5a에 도시된 바와 같은 평탄도 문제나 휘었을 때의 측부 찌그러짐의 문제가 발생하지 않을 뿐만 아니라(도 5b 참조), 제조가 매우 단순하여 제조 단가를 낮출 수 있다는 장점을 갖게 된다.The plate-shaped
프레스 가공에 의하여 얻어진 판형 열전달 장치의 기본 구조를 이용하여 냉매 주입, 감압 및 밀봉 처리를 행하면 판형 열전달 장치가 완성된다. 이때, 관재 좌우 입구의 밀봉을 위하여서는 용접, 솔더링(soldering)이나 접착제 등이 사용될 수도 있으나, 나이프 에지(knife edge)를 이용한 프레스 가공 등을 적용하여 양호한 진공 유지가 가능하게 된다. 프레스 가공 후, 솔더링 등을 통한 밀봉 상태의 보강이 필요할 경우도 있다. When the refrigerant is injected, depressurized and sealed using the basic structure of the plate heat transfer device obtained by press working, the plate heat transfer device is completed. In this case, welding, soldering, or an adhesive may be used to seal the left and right inlets of the pipe, but a good vacuum may be maintained by applying a press working using a knife edge. After press working, it may be necessary to reinforce the sealed state through soldering or the like.
예를 들어, 도 6에서 형성된 2차 프레스 가공 후의 관재 상하면 어느 한쪽에 나이프 에지를 형성하고 그 상태에서 입구 근처에 대하여 프레스 가공을 수행하면, 나이프 에지가 다른 한쪽의 평평한 면을 파고들면서 밀봉 상태가 형성될 수 있다. 또는 상하면 사이에 양쪽에 나이프 에지를 갖는 개스킷 등을 삽입하고, 그 상태에서 프레스 가공하여 상하 양면에 나이프 에지가 파고들게 하여 밀봉 상태를 얻는 것도 가능하다.For example, if a knife edge is formed on one of the upper and lower surfaces of the tube after the secondary press working formed in FIG. 6 and press processing is performed near the entrance in that state, the knife edge is dug into a flat surface on the other side and the sealing state is reduced. Can be formed. Alternatively, a gasket or the like having a knife edge is inserted between the upper and lower surfaces, and pressed in such a state so that the knife edges can be indented on both the upper and lower sides, thereby obtaining a sealed state.
위의 밀봉 공정을 진공 상태에서 수행하면 내부 저압 상태를 용이하게 얻을 수 있으며, 또는 상압에서 배기구를 제외하고 밀봉 공정을 수행한 후, 배기구를 통하여 배기 및 냉매 주입을 수행한 후 배기구를 최종 밀봉하는 방법도 사용될 수 있다.If the above sealing process is performed in a vacuum state, the internal low pressure state can be easily obtained, or after performing the sealing process except the exhaust port at normal pressure, exhaust and refrigerant injection through the exhaust port, and finally sealing the exhaust port The method may also be used.
윅 구조물(520) 및 지지 구조물(510)로는 상술한 본 발명자의 선행 특허출원들에서 제안된 어떠한 것이라도 사용될 수 있으며, 그 외의 종래기술에서 제안된 어떠한 것이라도 사용될 수 있다. 특히, 본 발명자의 선행 특허출원에서 제안된 '하이드로필릭 윅' 등이 윅 구조물로 사용되기에 적당하며, 지지 구조물로는 스크린 메쉬가 적당하다.As the
도 7은 본 발명의 판형 열전달 장치 제조 방법의 또 다른 한 실시예를 나타 낸다. 여기서는, 원통형의 관재를 사용하는 것이 아니고, 애초에 단면 형상이 대략 직사각형 또는 트랙형인 관재(605)를 압출 또는 인발 공정에 의하여 얻는다(S120). 이때 관재(605)는 풀림 처리된 것임이 바람직하다.7 shows another embodiment of the plate heat transfer device manufacturing method of the present invention. Here, a cylindrical tube member is not used, but initially, a
이후의 과정은 도 6에 도시된 실시예의 경우와 동일하며, 윅 구조물(620)과지지 구조물(610)을 삽입한 후(S130), 프레스 가공을 통하여 윅 구조물(620)과 지지 구조물(610)을 각각 케이스(650)의 상하 내면에 압착하여 판형 지지 구조물의 기본 구조를 얻는다(S140).After the process is the same as in the embodiment shown in Figure 6, after inserting the
상술한 본 발명의 판형 열전달 장치 제조 방법의 실시예들의 공정 흐름을 도 9a 및 도 9b에 도시한다. 9A and 9B show a process flow of the embodiments of the plate heat transfer device manufacturing method of the present invention described above.
도 8a 및 8b는 각각 본 발명의 판형 열전달 장치의 다양한 변형 실시예들의 케이스 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 변형 실시예들은 프레스 가공 시 단면 두께가 위치에 따라 일정하지 않도록 프레스 가공된 경우들을 예시하며, 여기서, 도 8a는 단면이 아령 형상을 갖도록 프레스 가공된 케이스(750)의 예를 나타낸다. 케이스(750)의 좌, 우측부에 존재하는 원통형 통로(760)를 통해서 열원(H) 부근의 냉매의 기화에 의하여 발생한 증기(V)가 신속하게 타 영역으로 이동할 수 있게 되어, 저온의 타 영역에서 신속히 응축될 수 있게 된다. 따라서 냉매의 순환 및 열전달이 보다 촉진될 수 있는 효과가 얻어진다.8A and 8B are views for explaining the case structure of various modified embodiments of the plate heat transfer apparatus of the present invention, respectively. The illustrated modified embodiments illustrate cases where the cross-sectional thickness is not constant depending on the position during press working, where FIG. 8A shows an example of a
도 8b에서는 상면의 단면 형상이 주기적으로 산과 골을 갖는 형상이 되도록 프레스 가공된 케이스(850)를 예시한다. 여기서도 마찬가지로 열원(H) 부근에서의 냉매의 기화에 의하여 발생한 증기가, 통로(860)를 통하여 신속하게 저온 영역으로 이동하여 응축됨으로써 냉매의 순환이 촉진된다는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상부의 산 및 골 형상에 의하여 열 교환 면적이 넓어져 냉각 효율이 증가할 수 있다는 장점을 또한 얻을 수 있다. 상부의 주기적인 산과 골 형상은 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 마치 열 교환기에서의 핀(fin)과 같이 열 교환을 촉진하는 역할을 할 수 있다.In FIG. 8B, the
본 발명에 의한, 판형 열전달 장치 및 그 제조 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 바람직한 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적이 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.The plate heat transfer device and its manufacturing method according to the present invention can be modified and applied in various forms within the scope of the technical idea of the present invention and are not limited to the above preferred embodiment. In addition, the embodiments and drawings are merely for the purpose of describing the contents of the invention in detail, and are not intended to limit the scope of the technical idea of the invention, the present invention described above is common knowledge in the technical field to which the present invention belongs As those skilled in the art can have various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit and scope of the present invention, it is not limited to the embodiments and the accompanying drawings. And should be judged to include equality.
본 발명에 의하여, 구조 및 제조 공정이 단순하여 생산 단가를 저감할 수 있으면서도 보다 신뢰성이 높은 판형 열전달 장치를 구현할 수 있다.According to the present invention, a simple structure and a manufacturing process can reduce the production cost and can implement a more reliable plate heat transfer device.
또한, 본 발명을 사용하여, 관재를 이용하여 프레스 가공함으로써 제품의 편평도를 유지할 수 있으며, 접합 부위가 없어 원하는 모양으로 굽히거나 휘더라도 접합 부위에서의 찌그러짐 등 문제가 발생하지 않고 밀봉 상태 손상 및 냉매 누설 등의 문제점이 발생하지 않는 판형 열전달 장치 및 그 제조 방법을 얻을 수 있다.In addition, by using the present invention, by pressing the tube material can be used to maintain the flatness of the product, even if there is no bonding site, even if bent or bent in the desired shape, such as crushing at the bonding site without damaging the sealed state and the refrigerant It is possible to obtain a plate heat transfer device and a method of manufacturing the same, in which problems such as leakage do not occur.
나아가서, 본 발명에 의하여, 효율적인 열전달에 의해 높은 냉각 성능을 가지면서도 저렴한 단가로 제작이 가능한 판형 열전달 장치 및 그 제조 방법을 얻을 수 있다.Furthermore, according to the present invention, it is possible to obtain a plate-shaped heat transfer apparatus and a method of manufacturing the same, which can be manufactured at low cost while having high cooling performance by efficient heat transfer.
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