KR100785529B1 - 제올라이트를 유체전달매체로 이용한 열팽창 전달장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 기계 및 전자기기에서 열원이 되는 기계, 전기, 전자부품에 부착되어 기계, 전기, 전자부품을 냉각시키는 열팽창 전달장치에 관한 것으로, 내부에 공동부를 구비하는 케이스와; 상기 공동부에 주입되며 열에 의해서 상변화를 일으키는 냉매와; 상기 케이스의 내에 형성되어 응축된 액상냉매를 모세관력에 의해서 이동시키는 나노세공구조체와; 그리고 상기 나노세공구조체의 일측에 형성되어 증발된 기상냉매를 이동시키는 기상냉매통로를 포함하되, 상기 나노세공구조체는 나노크기의 나노세공들을 구비하는 격자구조를 가지며, 주위 액상냉매를 흡착할 수 있는 흡착분자력을 가지고 있는 제올라이트로 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 나노세공구조체는 제올라이트의 흡착분자력에 의해서 주위의 액상냉매를 흡착, 흡수하며, 나노세공을 구비하는 격자구조에 의해서 흡착된 액상냉매를 보유할 수 있는 기공율을 증가시키고, 아울러 나노세공을 통한 모세관력에 의해서 액상냉매의 이송력을 증대시킨다.

열팽창 전달장치, 모세관력, 흡착분자력, 제올라이트, 나노세공, 나노세공구조체

Description

제올라이트를 유체전달매체로 이용한 열팽창 전달장치{Heat Expansion Transfer Device using zeolite as fluid transport medium}

도 1은 종래의 열팽창 전달장치 중의 하나를 도시한 도면;

도 2는 열팽창 전달장치의 작용을 나타내는 도면;

도 3은 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치의 실시예를 나타내는 도면;

도 4는 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치에 사용되는 제올라이트의 격자 구조 및 결정을 나타내는 도면;

도 5는 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치의 열원이 상부에 위치한 경우 냉매의 흐름을 나타내는 도면;

도 6은 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치의 또 다른 실시예를 나타내는 도면;

도 7은 본 발명에 따르는 열팽창 장치에서 또 다른 실시예인 나노세공구조체 및 추가유로구조체를 나타내는 도면;

도 8은 제올라이트 결정을 일정한 두께로 형성하는 방법을 나타내는 도면;

도 9는 화이버(fiber)가 상하로 번갈아 교차하며 직조된 그물 형상의 직물구조에 대해서 제올라이트 결정을 코팅한 사진;

도 10은 그물형상의 직물구조에 대해서 제올라이트 결정을 코팅한 추가유로 구체를 포함하는 열팽창 전달장치를 나타내는 도면;

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 열팽창 전달장치의 추가유로구조체를 나타내는 도면;

도 12는 그물 형상의 직물구조에 대해서 제올라이트 결정이 코팅된 나노세공구조체와 추가유로구조체를 포함하는 열팽창 전달장치를 나타내는 도면; 그리고

도 13은 화이버가 섬유로 구성된 그물형상의 직물구조에 대해서 제올라이트 결정이 코팅된 상태를 나타내는 사진이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 케이스 20, 20b : 나노세공구조체

21, 21a, 21b, 21c : 추가유로구조체 30 : 기상냉매통로

210 : 채널 211 : 돌기

220, 220a : 화이버 221, 221a, 233 : 제올라이트층

230 : 중간유로판 231 : 관통공

232 : 돌출부 620 : 열원

611 : 증발부 612 : 응축부

본 발명은 발열량과 발열 부위가 많은 각종 기계, 전자부품을 냉각하기 위한 열팽창 전달장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 주위 액상냉매를 흡착, 흡수하기 위한 흡착분자력을 가지고 있으며, 나노세공에 의한 높은 모세관력을 유지하여 중력을 거스르는 방향으로의 액상냉매의 이동이 가능하며, 격자구조를 가지는 나노세공으로 인해 액상냉매에 대한 보유성이 높기 때문에 단위 부피당 액상냉매의 보유비율을 향상시킬 수 있는 열팽창 전달장치에 관한 것이다. 설명에 앞서, 본 명세서에 기재된 "나노세공"은 나노크기의 직경을 가지는 초미세 기공을 의미하며, 그 크기는 0.1 나노미터(1Å) 내지 100 나노미터의 범위를 가지는 것을 지칭한다. 또한 "나노세공구조체"는 구조체 내에 나노세공을 구비하는 구조체를 의미한다.

컴퓨터, Mobile 기기, 기계 제품 등의 각종 전자기기에 설치되어 있는 고성능 소자 및 발열체는 최근 각종 기계, 전자기기들이 고발열화와 고발열 밀도차를 가지게 됨에 따라서 발열량이 증대되고 있다. 기계, 전기, 전자부품의 발열량이 증가하면 온도가 과도하게 상승하게 되며, 이는 각종 기기들의 성능 저하와 수명 단축을 유발시킨다. 이를 해결하기 위해서 증대되는 발열량을 충분히 냉각시킬 수 있는 냉각장치가 각종 전자기기 내에 장착되고 있다. 한편, 근래에는 각종 전자기기들이 소형화, 슬림화, 휴대화 및 고효율화 추세에 있으며, 그 결과 전자기기들에 장착되는 각종 부품을 냉각시키는 냉각장치 역시 소형, 경량이면서 휴대화에 지장이 없을 것이 요구되고 있다. 또한 기계 제품에서도 열효율을 높이고 크기가 작아 탑재 및 디자인의 유용성을 높이기 위한 냉각 장치가 요구되고 있다.

이러한 요구에 대응하기 위해서 최근 각광을 받고 있는 냉각 장치가 열팽창 전달장치이다. 도 1은 종래의 열팽창 전달장치 중의 하나를 도시한 도면이며, 도 2 는 열팽창 전달장치의 작용을 나타내는 도면이다. 종래의 열팽창 전달장치는 도 1에 도시한 것과 같이 케이스(600)와, 케이스(600) 내에 형성되는 공동부(S, cavity)를 포함하며, 공동부(S) 내에는 작동유체인 냉매가 주입된다. 냉매로는 메틸알콜, 아세톤, 물(증류수) 및 암모니아 등 여러 가지가 사용될 수 있다. 열팽창 전달장치는 공동부(S)의 내에서 냉매가 팽창하면서 상변화하고, 상변화된 냉매의 이동에 의해서 열원을 냉각한다. 구체적으로 도 2에 도시된 것과 같이 케이스(600)의 일측은 반도체 소자 등의 열원(620, heat source)이 접합되어 있어 열원(620)의 열에 의해서 냉매를 증발시키는 증발부(611)가 되며, 타측은 열원(620)으로부터 증발된 기체상태의 냉매의 열을 외측으로 발산시켜 냉매를 응축시키는 응축부(612)가 된다. 공동부(S) 내에 주입되어 있는 냉매는 열원(620)으로부터 열을 받아 증발부(611)에서 기체상태로 상변화를 하며, 이후 응축부(612) 측으로 이동하여 주위와 열교환함으로써 응축되어 액체상태로 상변화를 한 후 다시 증발부(611) 측으로 이동하는 순환경로를 가진다. 열팽창 전달장치는 이러한 냉매의 순환에 의해서 열원(620)을 냉각시킨다. 위 냉매의 순환을 위해서 공동부(S)에는 액체상태의 냉매(이하, '액상냉매'라고 한다.)와 기체상태의 냉매(이하, '기상냉매'라고 한다.)가 이동할 수 있는 액상냉매통로(630)와 기상냉매통로(640)가 마련되어 있다.

열전달장치에 사용되는 액상냉매통로(630)는 별도의 동력이 없이 모세관력 혹은 부력에 의해서 액상냉매를 이동시킨다. 이를 위해 액상냉매통로(630)는 미세한 구멍(이하 '세공'이라 함)이 형성된 구조물('세공구조체', 이하 '세공구조체'라고 함)에 의해서 형성된다. 기상냉매는 온도와 압력이 높은 증발부(611)로부터 상 대적으로 온도와 압력이 낮은 응축부(612)측으로 이동하기 때문에, 기상냉매통로(640)는 기상냉매가 증발부(611)에서 응축부(612)로 이동할 수 있는 소정의 공간을 확보함으로써 이루어질 수 있다.

이와 같은 열전달장치 내에서 냉매의 순환이 원활하지 않을 경우에는 충분한 열원의 냉각이 충분히 이루어질 수 없다. 그 중에서도 모세관력 혹은 부력에 의해서 응축부(612)로부터 증발부(611)까지 액상냉매를 충분히 공급하지 못하는 경우에는 드라이 아웃(dry-out: 증발부 표면에서 액상냉매 흐름이 끊어져서 표면이 마르는 현상)이 발생하게 되는데 이는 전자부품을 충분히 냉각시키지 못하는 주요 원인이 된다. 이러한 드라이 아웃 현상은 증발되는 속도보다 액상냉매를 이송시킬 수 있는 세공구조체(630)의 모세관력 혹은 부력이 충분하지 못할 경우 및 이송될 수 있는 케이스 내의 액상냉매의 양이 충분하지 못할 경우에 발생한다.

모세관력은 일반적으로 액상냉매가 이동하는 세공구조체(630)의 세공의 직경이 작을수록 증가한다. 종래의 세공구조체(630)는 동 등의 금속분말 소결체, 금속발포체, 파이버로 형성된 직물형상의 직물구조{메쉬(mesh) 구조} 등을 사용하고 있으며, 소결이나 발포시 형성되는 입자들 사이의 공간 및 직물구조가 가지는 내부 공간이 세공구조체(630)에서 모세관력을 일으키는 세공이 된다. 이러한 세공들을 통해서 액상냉매가 모세관력에 의해서 이동하는 것이다. 하지만 종래의 세공구조체(630)는 기계적인 가공 및 방법에 의해서 제작되기 때문에 세공구조체(630) 내에 형성되는 세공의 크기가 크게는 밀리미터 단위의 크기를, 작게는 마이크로미터 단위의 크기를 가진다. 이러한 종래의 세공구조체(630)는 경우에 따라서 모세관력을 충분히 발생시키지 못하며, 특히 열팽창 전달장치의 위치가 변화되어 열원(620)의 위치가 상부에 있는 경우 세공구조체(630)를 따라서 중력을 거스르는 방향으로 이동되어야 할 경우에는 역부력이 발생하거나 중력을 이기지 못하여 열원(620) 측으로 액상냉매를 충분히 이송시키지 못하게 된다.

또한 드라이 아웃은, 위에서 설명한 것과 같이 세공구조체(630)에서 형성되는 모세관력이 작은 경우 열원(620)에서 증발되는 냉매의 양보다 적은 양의 액상냉매가 열원(620)으로 공급되는 경우에 발생하거나, 또는 열전달장치 내에 공간에 수용될 수 있는 전체적인 액상냉매의 보유량이 부족한 경우에도 발생한다. 후자의 경우에는 세공구조체(630)의 기공율(porosity)이 낮은 것이 원인으로 작용한다. 즉 기공율이 낮아 세공구조체(630)가 보유할 수 있는 액상냉매의 양이 작은 경우 열원에 의해서 증발부에서 증발되는 냉매의 양을 충분히 보충할 수 없기 때문에 열원(620)측의 케이스에서 드라이 아웃이 발생하게 된다.

따라서 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서, 세공구조체의 기공율을 높임과 동시에 모세관력을 증대시킬 수 있는 열팽창 전달장치에 대한 연구가 진행되고 있다.

본 발명은 위에서 살펴본 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서, 열팽창 전달장치의 세공구조체에 대해서 나노크기의 나노세공을 통한 모세관력 및 주위 냉매를 흡착, 흡수할 수 있는 흡착분자력을 가지도록 함으로써 액상냉매의 이송력을 증대시킨 열팽창 전달장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 중력을 거스르는 방향으로 액상의 냉매를 이송시켜 열원을 충분히 냉각시킬 수 있도록 함으로써, 열팽창 전달장치에 대해서 열원이 되는 기계, 전기, 전자부품을 자유롭게 배치할 수 있는 열팽창 전달장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 기존의 열팽창 전달장치의 세공구조체에 대해서 높은 기공율을 가지도록 함으로써 열원측에서 드라이 아웃이 발생되지 않도록 하는 열팽창 전달장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 기계, 전자기기에서 열원이 되는 기계, 전기, 전자부품에 부착되어 기계, 전기, 전자부품을 냉각시키는 열팽창 전달장치에 관한 것으로, 내부에 공동부를 구비하는 케이스와; 상기 공동부에 주입되며 열에 의해서 상변화를 일으키는 냉매와; 상기 케이스의 내에 형성되어 응축된 액상냉매를 모세관력에 의해서 이동시키는 나노세공구조체와; 그리고 상기 나노세공구조체의 일측에 형성되어 증발된 기상냉매를 이동시키는 기상냉매통로를 포함하되, 상기 나노세공구조체는 나노크기의 나노세공들을 구비하는 격자구조를 가지며, 주위 액상냉매를 흡착할 수 있는 흡착분자력을 가지고 있는 제올라이트로 형성되는 것을 특징으로 하며, 위 나노세공구조체는 제올라이트의 흡착분자력에 의해서 주위 액상냉매를 흡착, 흡수하고, 나노세공으로 이루어진 격자구조에 의해서 액상냉매의 보유량을 증가시키며, 또한 나노세공을 통한 모세관력의 증대를 꾀할 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 기상냉매통로에는, 케이스와 나노세공구조체와의 사이 에 케이스를 지지하기 위한 추가유로구조체가 마련되며, 상기 추가유로구조체는 나노크기의 나노세공들을 구비하는 격자구조를 가지며, 주위 액상냉매를 흡착할 수 있는 흡착분자력을 가지고 있는 제올라이트로 형성되는 것을 특징으로 하며, 추가유로구조체는 케이스를 지지하는 작용과 더불어, 추가유로구조체를 구성하는 제올라이트의 흡착분자력을 통해서 주위의 액상냉매를 흡착, 흡수할 수 있으며, 나노세공으로 이루어진 격자구조에 의해서 흡수된 액상냉매의 보유량을 증가시키며 또한 나노세공에 의한 모세관력에 의해서 액상냉매를 이송시킬 수 있다.

또한 본 발명은 내부에 공동부를 구비하는 케이스와; 상기 공동부에 주입되며 열에 의해서 상변화를 일으키는 냉매와; 상기 케이스의 내측면 중 일 측면에서 형성되며 응축된 액상의 냉매를 모세관력에 의해서 이동시키는 나노세공구조체와; 상기 세공구조체의 일측에 형성되어 세공구조체를 가압하면서 상기 케이스를 지지하기 위한 추가유로구조체와; 그리고 증발된 기체상태의 냉매를 이동시키는 기상냉매통로를 포함하며, 상기 나노세공구조체는, 나노크기의 나노세공들을 구비하며, 흡착분자력을 가지는 제올라이트 격자구조가 결합된 제올라이트 결정에 의해서 코팅되는 제올라이트층을 포함하는 것을 특징으로 하며, 제올라이트층의 제올라이트 결정에 포함되어 있는 제올라이트의 흡착분자력에 의해서 주위 액상냉매를 흡착, 흡수할 수 있으며, 또한 격자구조를 이루는 나노세공에 의해서 흡수된 액상냉매의 보유량을 증가시키며, 아울러 나노세공을 통한 모세관력의 증대에 의해서 액상냉매의 이송 능력을 향상시키기 때문에 종래의 나노세공구조체에 비해서 높은 성능을 가진다.

또한 본 발명은 종래의 추가유로구조체에 대해서, 나노크기의 나노세공들을 구비하며 흡착분자력을 가지는 제올라이트 격자구조가 결합된 제올라이트 결정에 의해서 코팅되는 제올라이트층을 포함하는 것을 특징으로 하며, 추가유로구조체는 케이스를 지지하는 작용과 더불어 추가유로구조체에 코팅된 제올라이트 결정에 포함되어 있는 제올라이트의 흡착분자력에 의해서 주위 액상냉매를 흡착, 흡수할 수 있으며, 또한 격자구조를 이루는 나노세공에 의해서 흡수된 액상냉매의 보유량을 증가시키며, 아울러 나노세공을 통한 모세관력의 증대에 의해서 액상냉매의 이송 능력을 향상시킨다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 바람직한 실시예에 대해서 자세히 설명한다.

<실시예 1>

도 3은 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치의 실시예를 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치에 사용되는 제올라이트의 격자구조 및 결정을 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치의 열원이 상부에 위치한 경우 냉매의 흐름을 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이며, 그리고 도 7은 본 발명에 따르는 열팽창 장치에서 나노세공구조체 및 추가유로구조체를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 특징을 나타내기 위해서 과장하여 도시한 것이며 기계, 전자기기의 소형화, 슬림화, 휴대화, 고효율화 경향에 따라 열팽창 전달장치의 전체 두께는 바람직하게는 mm 단위의 크기를 가진다.

도 3을 참조하면 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치는 내부 공간인 공동부(S)를 형성하는 케이스(10)와, 상기 공동부(S)에 채워지는 상변화할 수 있는 냉매를 포함한다. 상기 케이스(10)는 두개의 상부 케이스(11)와 하부 케이스(12)가 서로 마주보며 결합되어 형성된다.

상기 케이스(10)의 내측에는 나노세공구조체(20)가 마련된다. 상기 나노세공구조체(20)는 종래와 같이 액상냉매를 이동시키는 역할을 함과 동시에 본 발명에서는 주위의 액상냉매를 흡착, 흡수할 수 있는 역할을 한다. 본 발명에 따르는 나노세공구조체(20)는 종래의 세공구조체(630)에 비해서 모세관력을 높이며 흡착력을 추가하기 위해서 소정의 두께를 가지는 제올라이트(Zeolite)로 구성된다. 도 4의 상부에 도시된 것은 기본적인 제올라이트의 격자 구조이며 하부에 도시된 것은 제올라이트 격자구조가 결합된 제올라이트 결정을 나타낸다. 본 발명에 사용되는 제올라이트는 도 4의 (a) 내지 (d)의 상부에 나타낸 것과 같이 장석류 중에서 분자출입이 가능한 Å 단위의 크기를 가지는 주위의 작은 나노세공(nanopore)들과, 위 나노세공들의 내부에 주위의 나노세공에 비해서 상대적으로 큰 크기를 가지는 나노세공을 구비한다.

이러한 격자 구조를 가지는 제올라이트는 나노크기의 직경을 가지는 나노세공들을 통해서 액상냉매에 대해서 보다 큰 모세관력을 제공할 수 있으며, 나노세공 들은 또한 액상냉매를 보유할 수 있는 공간이기 때문에 제올라이트는 단위부피 당 냉매를 보유할 수 있는 기공율이 높다. 특히 도 4의 (c) 및 (d)와 같은 제올라이트 구조는 내부에 존재하는 큰 나노세공이 한 방향으로 정렬되어 있어 배열의 방향을 조절할 경우 냉매로 사용되는 냉매가 흐르는 방향까지도 결정할 수 있다.

아울러 제올라이트는 물분자를 비롯하여 나노세공의 입구를 통과할 수 있는 크기의 다른 작은 분자들을 나노세공들에 흡입하여 빈 공간을 메우려는 성향인 흡착분자력을 가지고 있으며, 이러한 흡착분자력은 격자에너지(lattic energy)를 낮추려는 자연스러운 열역학적 현상에서 비롯된다. 이러한 이유로 인해서 제올라이트는 주위의 액상냉매를 강하게 흡착할 수 있다.

본 발명에서 제올라이트로 구성되는 나노세공구조체(20)는 제올라이트가 가지는 흡착분자력에 의해서 자발적으로 주위의 액상냉매를 흡착, 흡수할 수 있으며, 나노세공들이 이루는 격자구조를 통해서 흡착, 흡수된 액상냉매를 보유함으로써 단위부피당 냉매를 보유할 수 있는 능력인 기공율을 증대시킬 수 있으며, 또한 나노크기의 세공들에 의해서 발생하는 높은 모세관력에 의해서 액상냉매를 용이하게 이송시킬 수 있도록 한 것이다.

그 결과, 본 발명에 따르는 나노세공구조체는 액상냉매의 이송방향이 중력을 거스르는 방향으로 열팽창 전달장치가 위치될 경우, 즉, 도 5와 같이 열원(620)이 상부에 위치하여 증발부(612)에서 증발한 냉매가 하부로 이동하고 하부에 위치한 응축부(611)에서 응축된 액상냉매가 상부의 열원(620) 측으로 이동하여야 할 경우에도 중력을 극복하고 액상냉매를 상부로 이송시킬 수 있다. 최근 기계, 전자기기 가 소형화 되어 이용 상태에 따라서 열원(620)이 상부에 위치하는 경우가 많이 발생하게 되는데 본 발명은 이러한 경우에도 상부 열원(620) 측으로 액상냉매를 충분히 공급할 수 있기 때문에 열원(620) 측에서 드라이 아웃이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 전자기기 내에 열원이 되는 전자부품을 설계할 경우 중력을 거스르는 방향으로 액상냉매를 이송시키도록 배치할 수 있기 때문에 전자부품의 설계의 폭을 넓힐 수 있다.

본 발명에 따르는 나노세공구조체(20)는 도 3의 (a) 내지 (c)에 도시된 것과 같이 케이스(10)의 상하 측면으로부터 소정간격 이격되어 중앙부에 형성될 수 있으며, 또한 케이스(10)의 상하 일측 또는 양측에 형성될 수 있다. 종래의 세공구조체의 경우에는 케이스의 일측 또는 양측에 압착되어 설치되어 케이스와 세공구조체와의 사이에서 발생하는 틈을 통해서 모세관력을 발생시키는 것이 보통이었으나, 본 발명에 따르는 나노세공구조체(20)는 제올라이트의 특성상 흡착분자력을 가지고 있기 때문에 주위 액상냉매를 흡착할 수 있으며 또한 나노세공에 의한 높은 모세관력을 가지고 있기 때문에 케이스에 접할 필요가 없다. 따라서 도 3의 (a)에서와 같이 나노세공구조체(20)가 케이스의 중앙부에 설치되는 것도 가능하기 때문에 설계상 다양성을 꾀할 수 있다.

도 3에 도시된 상기 케이스(10) 내에서 나노세공구조체(20)가 차지하지 않는 공간은 증발된 기상냉매가 이동할 수 있는 기상냉매통로(30)이다. 기상냉매통로(30)는 도 3에서와 같이 아무런 구조물이 없는 빈 공간일 수 있으며, 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같이 나노세공구조체(20)로부터 나노세공구조체(20)와 일체로 연 장 형성되는 추가유로구조체(21)에 의해서 일부 채워질 수 있다. 도 6은 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이며, 그리고 도 7은 본 발명에 따르는 열팽창 장치에서 또 다른 실시예인 나노세공구조체 및 추가유로구조체를 나타내는 도면이다.

상기 공동부(S)를 진공으로 유지하게 되면 공동부(S)에 수용되는 냉매의 끓는점을 낮출 수 있기 때문에 냉매의 상변화가 보다 용이하다. 따라서 열팽창 전달장치 제작시 공동부(S)를 진공상태로 만들게 되는데, 상기 추가유로구조체(21)는 공동부(S)가 진공상태로 될 때 케이스(10)가 내부로 함몰되는 것을 방지하는 작용을 한다. 한편 추가유로구조체(21)는 기상냉매의 이동을 방해하지 않으며 기상냉매가 통과할 수 있는 기상냉매통로가 확보할 수 있는 구조를 가지고 있어야 한다.

도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치의 추가유로구조체(21)는 제올라이트로 이루어져 있으며, 나노세공구조체(20)의 일측 또는 양측에 대해서 일체로 형성되며 나노세공구조체(20)로부터 돌출형성되는 복수개의 채널(210)을 구비한다. 상기 채널(210)은 기상냉매가 흐르는 통로 역할을 하는 기상냉매통로(30)이다. 따라서 상기 채널(210, 30)은 기상냉매가 흐르는 방향으로 형성된다. 또한 본 발명에 따르는 추가유로구조체(21)는 케이스(10)의 상하부 측면과 맞닿아 있기 때문에 진공시 케이스(10)의 함몰을 방지하는 역할을 함과 동시에 제올라이트로 구성되어 있기 때문에 나노세공구조체(20)와 동일한 역할 즉 주위의 액상냉매를 흡착분자력에 의해서 흡착, 흡수하고, 흡착 흡수된 액상냉매를 모세관력에 의해서 이동시키는 역할을 한다. 즉 본 발명에 따르는 추가유로구조체(21)는 케 이스를 지지하기 위한 작용을 함과 동시에 액상냉매를 흡착, 흡수 및 보유하고, 모세관력에 의해서 이송시키는 작용을 함께 수행함으로써 열팽창 전달장치의 성능을 향상시키게 된다.

도 7의 (a) 및 (b)에 도시된 추가유로구조체(21a)는 나노세공구조체(20)로부터 돌출되는 복수개의 돌기(211)로 형성된다. 상기 돌기(211)들은 도 6의 추가유로구조체(21)와 마찬가지로 나노세공구조체(20)와 일체로 형성되며 제올라이트로 이루어져 있다. 돌기(211)들 사이에 형성되는 공간을 통해서 기상냉매가 이동하게 되며 따라서 위 공간은 기상냉매통로(30)가 된다. 상기 돌기(211)들은 상부 케이스(11)와 맞닿는 위치까지 연장되기 때문에 케이스의 함몰을 방지할 수 있으며, 아울러 제올라이트로 구성되기 때문에 흡착분자력에 의해서 열팽창 전달장치 내에서 주위 액상냉매를 흡착, 흡수하고, 또한 격자구조를 통해서 액상냉매를 보유하는 용량을 증가시킴과 동시에 나노세공에 의한 높은 모세관력을 통해서 액상냉매의 흐름을 용이하게 한다.

또한 본 발명에 따르는 나노세공구조체(20)와 추가유로구조체(21)는 나노세공을 가지는 제올라이트로 형성되기 때문에 종래의 금속 등의 재질에 비해서 무게가 가볍다. 따라서 경량의 열팽창 전달장치를 제작할 수 있는 이점을 가지고 있다.

도 8은 제올라이트를 일정한 두께로 형성하는 방법을 나타내는 도면이다. 먼저, 제올라이트 격자가 서로 연결되어 일정한 배열을 가지도록 제조된 소정 형상의 제올라이트 결정(도 4의 하부의 사진 참조)과 결합의 대상이 되는 물체(이하 "대상물체"라 하며, 주로 금속, 폴리머, 유리, 면, 폴리에스테르, 실크, 천연섬유, 합성섬유 등이 사용된다.)를 110℃의 톨루엔(toluene) 용액에 1 시간 동안 넣어 접합하려고 하는 제올라이트 결정 및 대상물체의 표면을 각각 ⓐ와 같은 분자구조에서 ⓒ와 같은 분자구조, 그리고 ⓑ와 같은 분자구조에서 ⓓ와 같은 분자구조를 가지도록 변화하게 만든다(B 단계). 이후 제올라이트 결정을 대상물체에 올려놓고 다시 25℃의 톨루엔 용액에 24시간 동안 방치하면 C단계와 같은 상태로 제올라이트를 대상물체의 표면에 결합시킬 수 있다. 이때 초음파를 사용할 경우 더 빠른 반응으로 제올라이트 결정을 대상물체의 표면에 결합시킬 수 있다. 이후 대상물체에 형성된 제올라이트층에 대해서, 위 설명한 동일한 방법에 의해서 반복적으로 제올라이트 결정을 결합시켜 적층 형성하게 되면 본 발명에서 구성하는 소정의 두께를 가지는 나노세공구조체(20)를 형성할 수 있으며, 아울러 나노세공구조체(20)와 일체로 형성되는 추가유로구조체를 소정의 형상{앞서 살펴본 실시예에서 채널이 형성된 추가유로구조체(21) 또는 돌기가 형성된 추가유로구조체(21a)의 형상}으로 적층 형성할 수 있다.

또한 제올라이트를 일정한 두께 및 형상으로 형성하는 또 다른 방법으로는, 스폰지 등의 다공성 물질을 소정의 형상을 가지도록 제작하고, 위 다공성 물질을 제올라이트 용액에 담그거나 다공성 물질에 제올라이트 용액을 도포하여 다공성 물질 내의 기공들 사이에 제올라이트 용액이 스며들게 한 후, 이를 반응기에 넣고 반응시키면 제올라이트가 반응이 되면서 고온의 영향으로 다공성 물질이 가스로 변화되어 방출되며 제올라이트만으로 된 소정형상의 구조물을 얻을 수 있다. 이렇게 얻어진 제올라이트 구조물을 원하는 나노세공구조체 및 추가유로구조체의 형상{앞서 살펴본 실시예에서 채널이 형성된 추가유로구조체(21) 또는 돌기가 형성된 추가유로구조체(21a)의 형상}으로 가공한 후, 제올라이트 구조물을 앞서 설명한 제올라이트 결정을 대상물체에 결합시키는 방법에 의해서 케이스 내측의 일측면 또는 양측면에 결합하여 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치를 제작할 수 있다. 한편, 다공성 물질을 나노세공구조체 및 추가유로구조체가 일체로 형성된 형상으로 먼저 제작을 하고 제올라이트 용액을 스며들게 한 후 반응기에서 반응시키면서 다공성 물질을 제거하는 방법으로 후 가공의 번거로움을 피할 수 있다.

<실시예 2>

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 추가유로구조체는 나노세공구조체와 별개의 구조물로 제작된 후 제올라이트 결정을 코팅하여 구성될 수 있다. 도 9는 화이버(fiber)가 상하로 번갈아 교차하며 직조된 그물 형상의 직물구조에 대해서 제올라이트 결정을 코팅한 사진이며, 도 10은 그물형상의 직물구조에 대해서 제올라이트 결정을 코팅한 추가유로구체를 포함하는 열팽창 전달장치를 나타내는 도면이다. 도 9 및 도 10에 도시한 것과 같이 추가유로구조체(21b)의 그물형상의 직물 구조를 형성하는 화이버(220)의 외면에 제올라이트 결정이 코팅된 제올라이트층(221)이 마련되어 있다. 화이버(220)에 대한 제올라이트층(221)의 코팅은 앞서 도 8에서 살펴본 바와 같이 제올라이트 결정을 대상물체에 결합시키는 방법과 동일한 방법으로 수행한다. 즉 화이버(220)가 상하로 번갈아 교차하며 직조된 그물형상의 직물구조가 도 8의 대상물체가 되며, 상기 직물구조와 제올라이트 결정을 110℃의 톨루엔 용액에 넣어 분자구조를 변화시킨 후 25℃의 톨루엔 용액에서 결합시킴으로써 화이버(220)에 제올라이트 결정을 코팅할 수 있다. 상기 화이버(220)에 코팅된 제올라이트층(221)의 제올라이트 결정은 흡착분자력에 의해서 주위의 액상냉매를 흡착, 흡수할 수 있으며, 격자구조를 이루는 나노세공을 통해서 보다 많은 액상냉매를 보유할 수 있다. 또한 추가유로구조체(21b)는 제올라이트층(221)을 구성하는 제올라이트 결정의 나노세공을 통한 높은 모세관력 및 흡착분자력에 의해서 보유한 액상냉매를 열원측으로 이동시킬 수 있다. 그물형상 직물구조의 화이버(220)는 금속, 폴리머 또는 플라스틱 중에서 어느 하나로 이루어진다.

한편 추가유로구조체는 그물형상의 직물구조 이외에 여러 가지 형상을 가질 수 있으며 본 발명은 이러한 다양한 형상의 추가유로구조체에 대해서 제올라이트층을 코팅함으로써 달성될 수 있다. 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 열팽창 전달장치의 추가유로구조체를 나타내는 도면이다. 도 11의 추가유로구조체(21c)는 금속재의 중간유로판(230)에 대해서 관통공(231)을 형성하고, 형성된 관통공(231) 주위에서 상부로 돌출하는 돌출부(232)를 형성한 구조물일 수 있다. 돌출부(232)는 상부 케이스까지 연장되어 케이스의 함몰을 방지하는 크기를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 중간유로판(230) 및 돌출부(231)를 포함하는 추가유로구조체(21c)에 대해서 제올라이트 결정을 코팅하여 제올라이트층(233)을 형성함으로 써 흡착분자력을 가지도록 함과 동시에 모세관력 및 기공율 증대를 꾀할 수 있다. 한편 상기 돌출부(232)는 중간유로판(230)을 하부에서 상부로 타발하여 관통공(231)을 형성할 경우에 상부로 삐져나오는 금속 조각을 그대로 사용하거나, 삐져나온 금속조각을 재차 마무리 가공하여 형성할 수 있다. 이렇게 되면 중간유로판(230)과 별개로 돌출부(232)를 제작하지 않아도 되기 때문에 추가유로구조체(21c)의 가공이 용이해진다.

<실시예 3>

아울러 본 발명은 나노세공구조체에 대해서 종래의 세공구조체에 대해서 제올라이트 결정을 코팅하여 제올라이트층을 형성하여 사용할 수 있다. 도 12는 그물형상의 직물구조에 대해서 제올라이트 결정이 코팅된 나노세공구조체와 추가유로구조체를 포함하는 열팽창 전달장치를 나타내는 도면이다. 도 12의 추가유로구조체(21b)와 나노세공구조체(20b)의 그물형상의 직물구조는 화이버(220, 220a)가 상하로 번갈아 교차되면서 형성되며 도 9의 사진에서와 같이 각각의 화이버에 대해서 제올라이트 결정이 코팅된 제올라이트층(221, 221a)이 형성되어 있다. 상기 나노세공구조체(20b)의 화이버(220a)가 형성하는 그물형상의 직물구조는 자체로 세공을 가지고 있으며 이들을 통해 모세관력을 발생시킨다. 본 발명은 이러한 그물형상 직물구조의 모세관력에 추가하여 제올라이트 결정을 코팅함으로써 만들어진 제올라이트층(221, 221a)에서의 제올라이트가 가지는 흡착분자력 및 나노세공에 의한 모세관력을 가지게 된다. 상기 나노세공구조체(20b)와 추가유로구조체(21b)의 그물형상 직물구조를 이루는 화이버(220, 220a)는 금속, 폴리머, 플라스틱 또는 섬유 중에서 어느 하나로 이루어진다. 일예로서 도 13은 화이버가 섬유로 구성된 그물형상 직물구조에 대해서 제올라이트 결정이 코팅된 상태를 나타내는 사진이다. 좌측으로부터 우측으로 갈수록 확대하여 촬영한 것이다.

이와 같이 코팅된 제올라이트층은 흡착분자력에 의한 주위 액상냉매를 흡착, 흡수할 수 있으며, 흡착, 흡수된 액상냉매를 나노세공의 격자구조에 보유할 수 있으며 또한 나노세공을 통한 높은 모세관력에 의해서 액상냉매를 용이하게 이송시키는 역할을 하기 때문에 열팽창 전달장치의 성능을 종래의 세공구조체에 비해서 증가시키게 된다.

또한 나노세공구조체는 다른 종래의 세공구조체에 대해서도 도 8에서 설명한 방법에 의해서 제올라이트 결정을 코팅하여 제올라이트층을 형성함으로써 제올라이트에 의한 흡착분자력 및 나노세공에 의한 모세관력을 가지도록 할 수 있다. 예를 들어 종래의 사용되는 세공구조체인 발포성 금속 또는 소결금속에 대해서 제올라이트 결정을 코팅하여 사용할 수 있다.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치는 나노세공구조체 및 추가유로구조체가 제올라이트로 구성되거나 코팅되기 때문에, 제올라이트가 가지는 흡착분자력에 의해서 주위 냉매를 흡착, 흡수하며, 또한 나노세공에 의한 모세관력을 통해서 액상냉매의 이송력을 증대시킬 수 있도록 하고, 또한 나노세공이 이루는 격자구조를 통해서 액상냉매를 보유할 수 있도록 함으로써 열원측에서 액상냉매가 충분히 공급되지 못해서 발생하는 드라이 아웃 현상을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치는 제올라이트의 흡착분자력 및 나노세공에 의해서 증대되는 모세관력, 나노세공의 격자구조를 통한 액상냉매의 보유능력의 향상을 통해서 중력을 거스르는 방향으로 액상의 냉매를 이송시킬 수 있기 때문에 기계, 전기, 전자부품의 배치설계시 중력을 방향을 고려해야 하는 종래의 설계에 비해서 설계의 폭을 넓힐 수 있다.

또한 본 발명에 따르는 열팽창 전달장치의 나노세공구조체 및 추가유로구조체는 복수개의 나노세공을 구비하고 있기 때문에 경량이며, 따라서 전체 열팽창 전달장치의 무게를 경량화할 수 있다.

Claims (14)

1. 내부에 공동부를 구비하는 케이스와;

   상기 공동부에 주입되며 열에 의해서 상변화를 일으키는 냉매와;

   상기 케이스의 내에 형성되어 응축된 액상냉매를 모세관력에 의해서 이동시키는 나노세공구조체와; 그리고

   상기 나노세공구조체의 일측에 형성되어 증발된 기상냉매를 이동시키는 기상냉매통로를 포함하되,

   상기 나노세공구조체는, 나노크기의 나노세공들을 구비하는 격자구조를 가지며, 주위 액상냉매를 흡착할 수 있는 흡착분자력을 가지고 있는 제올라이트로 형성되며,

   상기 나노세공구조체는, 다공성 물질에 제올라이트가 함유되어 있는 제올라이트 용액을 스며들게 하고, 반응기를 통해서 반응시키면서 다공성 물질을 제거하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 열팽창 전달장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 기상냉매통로에는, 케이스와 나노세공구조체와의 사이에 케이스를 지지하기 위한 추가유로구조체가 마련되며,

   상기 추가유로구조체는 나노크기의 나노세공들을 구비하는 격자구조를 가지며, 주위 액상냉매를 흡착할 수 있는 흡착분자력을 가지고 있는 제올라이트로 형성되는 것을 특징으로 하는 열팽창 전달장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 추가유로구조체는, 상기 나노세공구조체와 일체로 형성되며 일정간격을 두고 냉매의 이동방향을 따라서 나노세공구조체부터 돌출되는 다수개의 채널을 구비하는 것을 특징으로 하는 열팽창 전달장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 추가유로구조체는, 상기 나노세공구조체와 일체로 형성되며, 나노세공구조체부터 돌출하는 복수개의 돌기를 구비는 것을 특징으로 하는 열팽창 전달장치.
5. 삭제
6. 제2항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 추가유로구조체는, 다공성 물질에 제올라이트가 함유되어 있는 제올라이트 용액을 스며들게 하고, 반응기를 통해서 반응시키면서 다공성 물질을 제거하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 열팽창 전달장치.
7. 내부에 공동부를 구비하는 케이스와; 상기 공동부에 주입되며 열에 의해서 상변화를 일으키는 냉매와; 상기 케이스의 내측면 중 일 측면에서 형성되며 응축된 액상냉매를 모세관력에 의해서 이동시키는 나노세공구조체와; 상기 나노세공구조체의 일측에 형성되어 나노세공구조체를 가압하면서 상기 케이스를 지지하기 위한 추가유로구조체와; 그리고 증발된 기체상태의 냉매를 이동시키는 기상냉매통로를 포함하며,

   상기 나노세공구조체는, 나노크기의 나노세공들을 구비하며, 흡착분자력을 가지는 제올라이트 격자구조가 결합된 제올라이트 결정에 의해서 코팅되는 제올라이트층을 포함하며,

   상기 추가유로구조체는, 복수개의 관통공이 형성된 중간유로판으로 이루어지며, 상기 관통공들의 주위에서 중간유로판으로부터 상부로 돌출하는 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열팽창 전달장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 나노세공구조체는 화이버들이 상하로 번갈아 교차되는 그물형상의 직물구조를 가지는 것을 특징으로 하는 열팽창 전달장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 그물형상의 직물구조의 화이버는 금속, 폴리머, 플라스틱 및 섬유 중에서 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 열팽창 전달장치.
10. 제7항에 있어서,

    상기 나노세공구조체는 발포성 금속 또는 소결 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 열팽창 전달장치.
11. 제7항에 있어서,

    상기 추가유로구조체는, 나노크기의 나노세공들을 구비하며 흡착분자력을 가지는 제올라이트 격자구조가 결합된 제올라이트 결정에 의해서 코팅되는 제올라이트층을 포함하는 것을 특징으로 하는 열팽창 전달장치.
12. 삭제
13. 삭제
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