KR100982957B1 - Method for manufacturing Evaporator for loop heat pipe system - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 루프 히트파이프(LHP; Loop Heat Pipe) 시스템용 증발기를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 금속 소재의 가열판의 일측면에 오목하고 길게 팬 줄의 홈 형태의 그루브(groove)를 가공하는 그루브 가공단계; 상기 가열판의 그루브에, 승화성 고체물질을 포함한 그루브 충진물질을 충진하는 그루브 충진 단계; 상기 그루브가 형성된 가열판의 일측면과 이격되게 위치하는 지그(jig)를 구비하는 지그 구비단계; 상기 가열판의 일측면과 상기 지그 사이에 형성된 공간에 금속분말을 충진하는 금속분말 충진단계; 및 상기 금속분말을, 소결되도록 가열하여 다공성의 소결윅(sintering wick)을 형성시키는 소결단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an evaporator for a loop heat pipe (LHP) system, wherein a groove is formed to groove a groove-shaped groove of a fan string concave and elongated on one side of a metal plate. Processing step; A groove filling step of filling a groove of the heating plate with a groove filling material including a sublimable solid material; A jig providing step including a jig positioned to be spaced apart from one side of the heating plate on which the groove is formed; A metal powder filling step of filling a metal powder in a space formed between one side of the heating plate and the jig; And a sintering step of forming the porous sintering wick by heating the metal powder so as to be sintered.

Description

루프 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법{Method for manufacturing Evaporator for loop heat pipe system}Method for manufacturing evaporator for loop heat pipe system {Method for manufacturing Evaporator for loop heat pipe system}

본 발명은, 응축기, 기체이송관 및 액체이송관과 함께 루프 히트파이프 시스템을 이루는 증발기를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 간단한 제조공정으로 소결윅과 가열판 사이의 접촉상태를 개선하는 것이 가능한 루프 히트파이프 시스템용 증발기를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing an evaporator which forms a loop heat pipe system together with a condenser, a gas conveying pipe and a liquid conveying pipe, and in particular, a loop heat pipe system capable of improving the contact state between a sintering wick and a heating plate by a simple manufacturing process. The present invention relates to a method for preparing a vaporizer for evaporation.

컴퓨터 등의 각종 전자장치에 쓰이는 CPU나 반도체 칩과 같은 전자부품은 동작시 많은 열이 발생하게 된다. 이러한 전자제품은 통상 상온에서 제 기능을 하도록 설계되어 있기 때문에, 동작시에 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키지 못하게 되면, 그 성능이 현저히 떨어지게 되는 것은 물론 경우에 따라서는 제품의 손상에까지 이르게 된다.Electronic components such as CPUs and semiconductor chips used in various electronic devices such as computers generate a lot of heat during operation. Since such electronic products are usually designed to function properly at room temperature, if the heat generated during operation is not effectively cooled, their performance may be remarkably degraded and, in some cases, even damage to the product.

이러한 전자부품의 열을 냉각시키기 위한 냉각방식으로 히트싱크를 이용한 열전도 방식, 공기의 자연대류 및 복사를 이용한 방식, 팬을 이용한 강제대류 방식, 액체 순환을 이용한 방식 또는 잠수냉각 방식 등 여러 기술들이 개발되어 사용되고 있다.Various technologies such as heat conduction method using heat sink, natural convection and radiation method of air, forced convection method using fan, liquid circulation method or submersible cooling method have been developed as a cooling method for cooling the heat of electronic components. It is used.

그러나 전자제품이 점점 슬림화되면서 동작시 열을 발생하는 전자부품 사이의 설치간격이 계속 좁혀지고 있어 전자제품 사용시에 발생하는 열을 제대로 냉각시키지 못하고 있는 실정이다. 또한 전자부품의 고집적화와 고성능화로 인해 전자부품의 발열부하가 지속적으로 증가하고 있기 때문에 상술한 종래의 냉각방식으로는 전자부품을 효과적으로 냉각할 수 없는 문제가 발생하고 있다.However, as the electronic products become thinner and thinner, the intervals between installation of the electronic components that generate heat during operation continue to narrow, and thus the heat generated when the electronic products are used is not properly cooled. In addition, since the heat load of the electronic components continues to increase due to the high integration and high performance of the electronic components, the above-described conventional cooling method may not effectively cool the electronic components.

이러한 문제를 해결하려는 신기술로, 최근 단위당 열부하 밀도가 높은 전자부품의 냉각이 가능한 상변화 열전달 시스템(phase change heat transport system)의 도입이 확대되고 있다. 이러한 상변화 열전달 시스템의 예로는 열 사이펀(thermosyphon)과 원통형 히트파이프(heat pipe)를 들 수 있다. As a new technology to solve this problem, the introduction of a phase change heat transport system capable of cooling an electronic component having a high heat load density per unit has recently been expanded. Examples of such phase change heat transfer systems include thermal siphon (thermosyphon) and cylindrical heat pipes.

열 사이펀은 작동유체의 기-액(liquid-vapor) 상변화와 비중 차이에 따른 중력장 내에서의 자연순환 방식으로 냉각이 이루어지는 방식이고, 일반적인 원통형 히트파이프는, 파이프 내벽에 설치된 소결윅(sintering wick, 심지)의 모세 펌핑력(capillary pumping force)을 이용하여 작동유체를 순환시키며 냉각이 이루어지는 방식이다. Thermal siphon is a method of cooling by natural circulation in the gravitational field due to the change of the liquid-vapor phase of the working fluid and the difference in specific gravity. A typical cylindrical heat pipe is a sintering wick installed on the inner wall of a pipe. Circulating the working fluid using the capillary pumping force of the wick.

하지만, 열사이펀은 응축부가 증발부보다 높이 있어야 하고, 원통형 히프파이프도 열 사이펀보다는 중력장에 대한 의존성이 낮기는 하지만, 여전히 중력장 내에서 응축부가 증발부보다 아래쪽에 위치해 있을 경우 열전달 능력이 크게 떨어지는 등 두 시스템에는 구성요소들 간의 위치관계에 제한이 있기 때문에 이를 냉각시스템으로 채용한 전자제품의 슬림화에 제약조건으로 작용한다는 단점이 있다. However, thermosiphons require condensation to be higher than the evaporator and cylindrical bottompipes are less dependent on the gravitational field than thermal siphons, but the heat transfer capacity is significantly reduced if the condensation is located below the evaporator in the gravitational field. Since the two systems have a limited positional relationship between the components, there is a disadvantage in that they act as a constraint on the slimming of electronic products employing the cooling system.

또한, 열 사이펀과 원통형 히트파이프는 직선형 관 내부에서 증기와 액체가 서로 반대방향으로 유동하기 때문에 관 내부의 중간에서 증기와 액체가 혼합되는 일이 발생한다. 이러한 혼합은 이론상으로 전달할 수 있는 열량보다 실제로 전달되는 열량을 상당한 정도로 적게 만들고 있다는 큰 문제점도 있다.In addition, in the heat siphon and the cylindrical heat pipe, steam and liquid are mixed in the middle of the tube because steam and liquid flow in opposite directions in the straight tube. There is also a big problem that this mixing makes a substantial amount of heat actually delivered rather than theoretically transferable.

이러한 문제점들, 즉 공간 및 위치상의 제약에 따른 문제점과, 증기와 액체 간의 혼합에 따른 문제점을 해결할 수 있는 이상적인 열전달 시스템으로 제안된 것이 루프 히트파이프(Loop Heat Pipe, LHP) 시스템이다. The Loop Heat Pipe (LHP) system has been proposed as an ideal heat transfer system that can solve these problems, namely, space and location constraints, and the problem of mixing vapor and liquid.

루프 히트파이프 시스템은 인공위성용 통신장비나 전자장비 등에서 발생하는 대용량의 열을 냉각시키기 위해 미국 NASA에서 개발한 CLP(Capillary Pumped Loop Heat Pipe)기술의 일종이다. Loop heat pipe system is a kind of CLP (Capillary Pumped Loop Heat Pipe) technology developed by NASA in USA to cool large amount of heat generated from satellite communication equipment and electronic equipment.

소형화된 루프 히트파이프 시스템에 관한 종래 기술로는 국내등록특허 제671041호(발명의 명칭: 루프 히프파이프)가 있다. 도 1은 이러한 종래기술에 개시된 루프 히트파이프 시스템(110)의 개념도로서, 종래 루프 히트파이프 시스템(110)은, 응축기(112), 증발기(114), 그리고 이들을 연결하는 증기라인(116)과 액체라인(118)이 각각 연결되어 루프를 이루고 있다. 루프 히트파이프 시스템(110)의 경우 이전의 종래 원통형 히트파이프와는 달리 증발기(114)에만 소결윅(wick, 120)이 설치되어 있다. 한편, 본 명세서에서 루프 히트파이프는 루프 히트파이프 시스템이라고도 칭하며 양 호칭은 같은 의미로 혼용하고, 증발기 및 응축기는 각각 증발부 및 응축부와 같은 의미이다. As a related art related to a miniaturized loop heat pipe system, Korean Patent No. 671041 (name of the invention: loop hip pipe) is provided. 1 is a conceptual diagram of a loop heat pipe system 110 disclosed in the prior art, in which a conventional loop heat pipe system 110 includes a condenser 112, an evaporator 114, and a vapor line 116 and a liquid connecting them. Lines 118 are each connected to form a loop. In the case of the roof heat pipe system 110, unlike the conventional cylindrical heat pipe, the sinter wick 120 is installed only in the evaporator 114. Meanwhile, in the present specification, the loop heat pipe is also referred to as a loop heat pipe system, and both names are used interchangeably in the same sense, and the evaporator and the condenser have the same meaning as the evaporator and the condenser, respectively.

이러한 구성의 루프 히트파이프 시스템(110)이 작동하는 원리는 다음과 같다. The principle of the operation of the loop heat pipe system 110 of this configuration is as follows.

먼저, 소결윅(120)이 삽입된 증발기의 하측부재가 가열판(122)으로서 열원(heat source)에 의해 가열되면, 가열판(122)으로부터 전달된 열에 의해 소결윅(120)에 스며들어 있던 작동유체가 포화온도까지 가열되어 기체로 상변화 하게 된다. 이때 발생한 기체는 증발기(114) 일측에 연결된 증기라인(116)을 따라 응축기(112)로 이동된다. 이어서, 상기 기체가 응축기(112)를 지나면서 외부로 열을 방출하여 액화되면, 그 액화된 작동유체가 응축기(112) 일측의 액체라인(118)을 따라 다시 증발기(114)로 이동되어 앞의 과정을 반복하게 되며, 열원을 냉각시키게 된다.First, when the lower member of the evaporator into which the sintered wick 120 is inserted is heated by a heat source as the heating plate 122, the working fluid that has permeated the sintered wick 120 by the heat transferred from the heating plate 122. Is heated to saturation temperature and changes phase into gas. At this time, the generated gas is moved to the condenser 112 along the steam line 116 connected to one side of the evaporator 114. Subsequently, when the gas liquefies by releasing heat to the outside while passing through the condenser 112, the liquefied working fluid is moved back to the evaporator 114 along the liquid line 118 on one side of the condenser 112, The process is repeated and the heat source is cooled.

소결윅(120)에 스며들어 있던 작동유체가 기화하는 과정을 보다 구체적으로 설명한다. 도 2의 Ⅲ-Ⅲ에 따른 개략적 단면도인 도 3과, 도 2에 도시된 소결윅을 설명의 편의상 180 도 뒤집어 도시한 도 4를 참조하면, 가열판(122)을 대면하는 소결윅(120)의 면(126)에는, 가열판(122)과 접촉하는 면(접촉면; 126b)과, 발생하는 증기의 통로 역할을 하도록 형성된 미세채널(126a)이 구비되어 있다. 따라서 소결윅(120)은 가열판(122)과 접촉하는 면(126b)으로부터 열을 전달받고, 이 열에 의해 소결윅(120)에 스며들어 있던 작동유체가 기화된다. 발생한 기체는 소결윅(120)에 대면하는 면(126)에 형성된 미세 채널(126a)을 통해 증발부(114) 일측에 연결된 증기라인(116)을 따라 응축기(112)로 이동하게 되는 것이다. The process of vaporizing the working fluid that permeated the sintered wick 120 will be described in more detail. Referring to FIG. 3, which is a schematic cross-sectional view according to III-III of FIG. 2, and FIG. 4, which is shown 180 degrees of the sintering wick shown in FIG. 2 for convenience of description, of the sintered wick 120 facing the heating plate 122. The surface 126 is provided with a surface (contact surface) 126b in contact with the heating plate 122 and a microchannel 126a formed to serve as a passage for generated steam. Therefore, the sintered wick 120 receives heat from the surface 126b which is in contact with the heating plate 122, and the working fluid that has penetrated the sintered wick 120 is vaporized by the heat. The generated gas is moved to the condenser 112 along the steam line 116 connected to one side of the evaporator 114 through the fine channel 126a formed on the surface 126 facing the sintered wick 120.

이때, 본 발명의 관심의 대상이 되고, 전자부품과 같은 열원으로부터 열을 빼앗는 역할을 하는 증발기의 성능은, 열원에서 발생하여 가열판으로 전달된 열이 소결윅으로 얼마나 잘 전달되는 지의 여부에 크게 좌우된다. 이들 사이의 열전달 에 직접적으로 영향을 미치는 요인으로 접촉 컨덕턴스(contact conductance)를 들 수 있다. At this time, the performance of the evaporator, which is an object of interest of the present invention and serves to take heat away from a heat source such as an electronic component, greatly depends on how well the heat generated from the heat source and transferred to the heating plate is transferred to the sintering wick. do. One factor that directly affects heat transfer between them is contact conductance.

접촉 컨덕턴스는, 어떤 금속이 서로 다른 금속과 면접촉되어 있고 이들 사이에 열전달이 일어나는 경우, 발생하는 접촉열저항(contact thermal resistance) 과 관련이 있다. 접촉 컨덕턴스는 접촉한 두 금속의 접촉면적에 비례하고, 접촉결합상태에 의해 영향을 받는다. 즉, 접촉면적이 클수록, 그리고 접촉상태가 양호할수록 접촉 컨덕턴스의 값도 커지게 되고, 접촉 컨덕턴스의 값이 클수록 열전달은 더욱 잘 일어나게 되는 것이다. Contact conductance is related to the contact thermal resistance that occurs when a metal is in surface contact with another metal and heat transfer occurs between them. Contact conductance is proportional to the contact area of the two metals in contact and is affected by the contact bonding state. That is, the larger the contact area and the better the contact state, the larger the value of the contact conductance is, and the larger the value of the contact conductance is, the better the heat transfer occurs.

그런데, 종래 루프 히트파이프 시스템에 채용된 증발기를 제조하는 방법에는, 증기통로인 채널을 가지는 소결윅이 별도로 제작된 후, 가열판에 결합되는 구성으로 되어 있어서 제조공정이 복잡하고, 결합된 면의 상태가 양호하지 않다는 등의 단점을 가지고 있다. 단점을 설명하기 앞서 먼저, 소결윅을 가열판에 결합하는 종래 방법에는 단순 압착 방식과, 금속결합방식이 있는데, 이를 먼저 설명한다. By the way, in the conventional method for manufacturing the evaporator employed in the loop heat pipe system, a sintered wick having a channel, which is a vapor passage, is separately manufactured and then coupled to a heating plate, which makes the manufacturing process complicated and the combined surface state. Has disadvantages such as not good. Before explaining the disadvantages, first, the conventional method of bonding the sintered wick to the heating plate includes a simple compression method and a metal bonding method, which will be described first.

단순압착방식은, 미리 제조된 금속 소결윅의 접촉부분을 가공/비가공하여 일정한 하중을 가하는 방식을 취하여 소결윅과 가열판을 접촉 결합시키는 방식이다. 그리고, 금속결합방식은, 미리 금속분말을 소결하여 소결윅으로 만들고, 여기에 증기통로인 채널을 형성한 후, 채널이 형성된 소결윅을 가열판에 접촉시킨 후, 이를 다시 소결하여 가열판과 소결윅 사이에 금속적 결합이 이루어지도록 하는 방식이다. The simple pressing method is a method of contact bonding the sintered wick and the heating plate by taking a method of applying a constant load by processing / unprocessing the contact portion of the metal sintered wick manufactured in advance. In the metal bonding method, the metal powder is sintered in advance to form a sintered wick, and a channel, which is a vapor passage, is formed therein. This is how the metal bond is made.

한편, 금속결합방식의 경우는 일반적인 원통형 소결윅 히트파이프에서 사용 하는 방식이 있는데, 이 방식은 금속 분말을 소결하는 데 있어서, 보조적으로 지그를 이용하여 금속분말이 가열계면에 접하도록 한 후 소결하여 금속파이프 내벽에 결합시키는 방법이다. 원통형 히트파이프의 경우 증기의 발생위치가 금속과 소결윅의 경계면이 아니고, 소결윅의 표면에서 발생하기 때문에 별도의 증기 통로가 필요치 않으므로, 금속분말을 금속파이프에 직접 장착한 후 소결하는 방법이 사용될 수 있다. 하지만, 종래의 루프 히트파이프 시스템에서 사용되는 증발기를 제조하기 위해서는, 증기통로가 형성된 소결윅을 가열판에 결합시킨 형태로서 증기가 소결윅과 가열판의 사이인 계면에서 발생하도록 구성되어 있기 때문에, 원통형 히트파이프의 경우와 같이 금속 분말을 직접 가열판에 장착한 후 소결하는 방법을 사용할 수 없고, 반드시 증기통로를 소결윅의 일측면에 형성시킨 후 그 일측면을 금속의 가열판에, 장착한 후 재소결하는 금속결합방법을 사용할 수밖에 없었다. Meanwhile, in the case of metal bonding method, there is a method used in a general cylindrical sintered wick heat pipe. In this method, sintering of metal powder is carried out by assisting the metal powder in contact with the heating interface by using a jig. It is a method of bonding to the inner wall of the metal pipe. In the case of the cylindrical heat pipe, since the steam is not generated at the interface between the metal and the sintered wick, and is generated at the surface of the sintered wick, a separate steam passage is not required. Can be. However, in order to manufacture the evaporator used in the conventional loop heat pipe system, since the steam is formed in the form of bonding the sintered wick formed with the steam passage to the heating plate, the steam is generated at the interface between the sintered wick and the heating plate, As in the case of pipes, the method of sintering metal powder directly after mounting it on a heating plate cannot be used, and a steam passage must be formed on one side of the sintered wick, and then one side is mounted on the heating plate of the metal and then resintered. There was no choice but to use a metal bonding method.

결국, 종래 루프 히트파이프 시스템에 채용된 증발기를 제조하기 위해서는, 금속분말을 소결하고 여기에 채널을 형성한 후, 이러한 채널이 형성된 소결윅을 다시 단순압착방식이나 금속결합방식에 의해 가열판에 결합시켜야 하기 때문에, 제조공정이 복잡하고 제조비용이 많이 소요된다는 단점이 있었으며, 특히 가열판과 소결윅 사이의 결합이 양호하지 않아 접촉컨덕턴스의 값이 낮아지게 되어 결국 열전달이 효과적으로 충분히 이루어지지 않는다는 단점이 있었다. 또한 소결윅을 1차 소결 후 재 소결하는 금속결합방식에 의하는 경우, 소결윅의 수축율에 의한 형상 및 크기, 기공율, 투과율의 변화를 피할 수 없는 단점도 있다. As a result, in order to manufacture the evaporator employed in the conventional loop heat pipe system, after sintering the metal powder and forming a channel therein, the sintered wick in which such a channel is formed must be bonded to the heating plate by simple pressing or metal bonding. Therefore, there was a disadvantage that the manufacturing process is complicated and takes a lot of manufacturing costs, and in particular, the coupling between the heating plate and the sintered wick is not good, the value of the contact conductance is lowered, so that the heat transfer is not effective enough. In addition, in the case of the metal bonding method of re-sintering the sintered wick after the first sintering, there is a disadvantage that a change in shape, size, porosity, and transmittance due to shrinkage of the sintered wick is inevitable.

또한, 종래 루프 히트파이프 시스템용 증발기를 제조하는 방법에 의하면, 제조된 증발기는 증기통로(미세채널)의 존재로 인해 소결윅과 가열판 사이의 접촉면적이 줄어들게 되어 접촉컨덕턴스의 값이 상대적으로 작다는 단점도 있다. 즉, 가열판(122)과, 증기통로(126a)를 구비한 소결윅(120)이 결합된 상태의 단면을 도 2의 단면 방향과는 90도를 이루는 단면방향으로 개략적으로 예시한 도 3을 참조하면, 증기통로(126a)에 의해 소결윅(120)과 가열판(122)이 접촉하는 접촉면(126b)의 크기가 작아지게 되고, 이로 인해 전달될 수 있는 열량 역시 충분하지 않다는 단점이 있다. In addition, according to the conventional method of manufacturing an evaporator for a loop heat pipe system, the manufactured evaporator reduces the contact area between the sintered wick and the heating plate due to the presence of a vapor passage (microchannel), so that the value of the contact conductance is relatively small. There are also disadvantages. That is, referring to FIG. 3, which schematically illustrates a cross section of a state in which a heating plate 122 and a sintered wick 120 having a steam passage 126a are coupled to each other in a cross sectional direction that is 90 degrees from the cross sectional direction of FIG. 2. In this case, the size of the contact surface 126b in contact with the sintered wick 120 and the heating plate 122 is reduced by the vapor passage 126a, and thus, the amount of heat that can be transferred is also insufficient.

본 발명은, 상술한 문제점들을 해결하고자 제안된 것으로서, 루프 히프파이프 시스템용 증발기를 제조하는 방법에 있어서, 제조공정이 간단하여 제조비가 저렴할 뿐 아니라, 가열판과 금속 소결윅 사이의 결합상태가 개선되어 접촉 컨덕턴스의 값이 증가된 증발기를 제조하는 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems, in the method of manufacturing an evaporator for a loop bottom pipe system, the manufacturing process is simple and the manufacturing cost is low, and the bonding state between the heating plate and the metal sintering wick is improved. It is an object to provide a method of manufacturing an evaporator with an increased value of contact conductance.

본 발명의 루프 히트파이프(LHP; Loop Heat Pipe) 시스템용 증발기를 제조하는 방법은, 금속 소재의 가열판의 일측면에 오목하고 길게 팬 줄의 홈 형태의 그루브(groove)를 가공하는 그루브 가공단계; 상기 가열판의 그루브에, 승화성 고체물질을 포함한 그루브 충진물질을 충진하는 그루브 충진 단계; 상기 그루브가 형성된 가열판의 일측면과 이격되게 위치하는 지그(jig)를 구비하는 지그 구비단계; 상기 가열판의 일측면과 상기 지그 사이에 형성된 공간에 금속분말을 충진하는 금속분말 충진단계; 및 상기 금속분말을, 소결되도록 가열하여 다공성의 소결윅(sintering wick)을 형성시키는 소결단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The method of manufacturing an evaporator for a loop heat pipe (LHP) system of the present invention includes a groove processing step of processing a groove groove of a fan string concave and elongated on one side of a heating plate made of a metal material; A groove filling step of filling a groove of the heating plate with a groove filling material including a sublimable solid material; A jig providing step including a jig positioned to be spaced apart from one side of the heating plate on which the groove is formed; A metal powder filling step of filling a metal powder in a space formed between one side of the heating plate and the jig; And a sintering step of forming the porous sintering wick by heating the metal powder so as to be sintered.

한편, 상기 승화성 고체물질은 나프탈렌인 것이 바람직하다. On the other hand, the sublimable solid material is preferably naphthalene.

한편, 상기 그루브 충진물질은 유기용매 수용액을 포함하는 것이 바람직하다. On the other hand, the groove filling material preferably comprises an organic solvent aqueous solution.

그리고, 상기 유기용매 수용액은 에테르와 알콜 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. In addition, the organic solvent aqueous solution preferably contains at least one of ether and alcohol.

한편, 상기 금속분말은 니켈이고 상기 가열판은 구리이며, 상기 소결단계는,On the other hand, the metal powder is nickel and the heating plate is copper, the sintering step,

시작온도에서 유지온도까지 상승시키는 가열구간과, 상기 유지온도를 소정의 유지시간동안 유지하는 온도유지구간 및 상기 유지온도에서 상기 시작온도로 냉각시키는 냉각구간으로 이루어지고, 상기 가열구간에 있어서, 그 지속시간인 가열시간은 10min 이하이고, 가열속도는 60~80℃/min이고, 상기 온도유지구간에 있어서, 상기 유지온도는 600~800 ℃의 범위 내이고, 상기 유지시간은 5~30 min 범위 내이고, 상기 냉각구간에 있어서, 그 지속시간은 30~60 min 내이며, 상기 소결시 환경은 10-3 Torr 범위 내의 진공 또는 불활성가스 분위기 환경인 것이 바람직하다. And a heating section for raising the starting temperature to the holding temperature, a temperature holding section for holding the holding temperature for a predetermined holding time, and a cooling section for cooling the holding temperature from the holding temperature to the starting temperature. The heating time is 10 minutes or less, the heating rate is 60 ~ 80 ℃ / min, the temperature holding interval, the holding temperature is in the range of 600 ~ 800 ℃, the holding time is 5 ~ 30 min range In the cooling section, the duration is 30 to 60 min, and the sintering environment is preferably a vacuum or inert gas atmosphere in the range of 10 -3 Torr.

한편, 상기 그루브 가공단계에 있어서, 상기 그루브는 이격되어 대면하는 양측면과 바닥면을 가지고, 상기 양측면은 소정의 높이를 가지도록 가공되며, 상기 그루브 충진단계에 있어서, 상기 그루브 충진물질은 상기 그루브의 양측면의 적어도 상단부는 제외하고 충진되는 것이 바람직하다. On the other hand, in the groove processing step, the groove is spaced apart to face both sides and the bottom surface, the both sides are processed to have a predetermined height, in the groove filling step, the groove filling material is the groove of the groove It is preferable to fill at least the upper end of both sides.

또한, 상기 그루브 충진단계에 있어서, 상기 그루브에 충진된 그루브 충진물질의 상면은, 위로 볼록한 형태와, 아래로 볼록한 형태와, 평평한 형태 중 어느 하나인 것이 바람직하다. In addition, in the groove filling step, the top surface of the groove filling material filled in the groove is preferably any one of a convex up, a convex down and a flat shape.

본 발명의 증발기 제조 방법에 의하면, 금속분말을 가열판에 위치시킨 후 한번의 소결과정을 거치기만 하면, 소결윅이 형성되는 것은 물론 소결윅과 가열판의 결합이 이루어지기 때문에, 제조공정이 간단하고 이에 따라 제조비용도 절감된다는 효과를 얻을 수 있다. According to the method of manufacturing the evaporator of the present invention, since the sintered wick is formed as well as the sintered wick is formed by simply placing the metal powder on the heating plate and undergoing one sintering process, the manufacturing process is simple and thus As a result, manufacturing cost can be reduced.

또한, 본 발명의 증발기 제조방법의 의하면, 금속분말이 소결이 되면서 직접 가열판에 결합되기 때문에, 소결왹과 가열판 사이의 결합계면의 결합상태가 종래에 비해 현저히 양호하기 때문에, 접촉컨덕턴스의 값이 증가한다는 효과를 얻을 수 있다. In addition, according to the method of manufacturing the evaporator of the present invention, since the metal powder is directly bonded to the heating plate while being sintered, the contact conductance value is increased since the bonding state of the bonding interface between the sintered fin and the heating plate is significantly better than in the related art. The effect can be obtained.

본 발명은, 응축기, 기체이송관 및 액체이송관과 함께 루프 히트파이프 시스템을 이루는 증발기를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing an evaporator which forms a loop heat pipe system together with a condenser, a gas conveying tube and a liquid conveying tube.

참고적으로, 본 발명에 의해 제조된 증발기(1)를 포함한 루프 히트파이프 시스템(200)의 전체구성을 도 5를 참조하여 개략적으로 설명한다. 루프 히트파이프 시스템(200)은 증발기(1), 응축기(210), 기체이송관(220) 및 액체이송관(230)을 포함하여 이루어져 있다. For reference, the overall configuration of the loop heat pipe system 200 including the evaporator 1 manufactured by the present invention will be schematically described with reference to FIG. The loop heat pipe system 200 includes an evaporator 1, a condenser 210, a gas transfer tube 220, and a liquid transfer tube 230.

상기 응축기(210)는, 증발기(1)에서 전달받은 기체 상태의 작동유체를 액체로 상변화시키는 곳이다. 응축기(210)는 작동유체로부터 열을 빼앗아 외부 대기 중으로 내보낸다. 상기 기체이송관(220)은, 증발기(1)에서 상변화된 기체가 응축기(210)로 이송될 수 있도록 증발기(1)와 응축기(210)를 연결하는 관부재이고, 상기 액체이송관(230)은 응축기(210)에서 상변화된 액체가 다시 증발기(1)로 공급될 수 있도록 응축기(210)와 증발기(1)를 연결하는 관부재이다. 한편, 전체 시스템(200)과 응축기(210)와 기체 이송관(220) 및 액체 이송관(230)에 관한 일반적인 설명 및 작용에 관하여는, 앞서 배경기술 란에서 설명한 것이 그대로 적용된다.The condenser 210 is a place where the working fluid of the gaseous state received from the evaporator 1 is phase-changed into a liquid. The condenser 210 takes heat from the working fluid and sends it to the outside atmosphere. The gas transfer pipe 220 is a pipe member connecting the evaporator 1 and the condenser 210 so that the gas phase changed in the evaporator 1 is transferred to the condenser 210, the liquid transfer pipe 230 is a condenser It is a pipe member connecting the condenser 210 and the evaporator 1 so that the liquid phase-changed at 210 can be supplied to the evaporator 1 again. On the other hand, with respect to the general description and operation of the entire system 200, the condenser 210, the gas transfer pipe 220 and the liquid transfer pipe 230, what is described above in the background art is applied as it is.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른, 루프 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법을 도 6 내지 도 14를 참조하며 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an evaporator for a loop heat pipe system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 14.

상기 일실시예의 루프 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법은, 그루브 가공단계(S1), 그루브 충진단계(S2), 지그 구비단계(S3), 금속분말 충진단계(S4) 및 소결단계(S4)를 포함하여 구성된다. The method for manufacturing an evaporator for a loop heat pipe system according to the embodiment includes a groove processing step (S1), a groove filling step (S2), a jig preparing step (S3), a metal powder filling step (S4), and a sintering step (S4). It is configured to include.

상기 그루브 가공단계(S1)는, 금속 소재의 가열판(10)의 일측면에 오목하고 길게 팬 줄의 홈 형태의 그루브(groove; 20)를 가공하는 단계이다.The groove processing step (S1) is a step of processing a groove (groove) of the groove shape of the fan string concave and long on one side of the heating plate 10 of the metal material.

도 7에는, 그루브(20)가 가공된 금속소재의 가열판(10)이 개략적 단면도로 도시되어 있다. In FIG. 7, the heating plate 10 of the metal material on which the groove 20 is processed is shown in a schematic sectional view.

가열판(10)은 금속재질이며, 작동시 열을 발생시키는 전자부품과 같은 열원으로부터 열을 전달받는다. The heating plate 10 is made of metal and receives heat from a heat source such as an electronic component that generates heat during operation.

본 실시예의 경우, 가열판(10)은 하판부(12)와 벽부(14)로 이루어져 있다. 하판부(12)는 원판 형상으로 되어 있으며, 벽부(14)는 하판부(12)의 원주부로부터 위로 연장 형성된다. 하판부(12)와 벽부(14)는 일체로 형성될 수도 있고, 각각 별도의 부재로 구비되어, 각각에 그루브(20)가 가공된 후 결합될 수도 있다. In the present embodiment, the heating plate 10 is composed of a lower plate portion 12 and a wall portion 14. The lower plate portion 12 has a disc shape, and the wall portion 14 extends upward from the circumference of the lower plate portion 12. The lower plate part 12 and the wall part 14 may be integrally formed, or may be provided as separate members, respectively, and the grooves 20 may be coupled to each other after being processed.

참고로, 하판부(12)의 하면은 열원과 접하여 열을 전달받는다. 하판부(12)로 전달된 열은 하판부(12)와 연결되어 있는 벽부(14)에도 전도에 의해 전달된다. 한편, 본 실시예의 경우, 가열판(10)의 “일측면”은 하판부(12)의 상면 및 벽부(14)의 내부를 대면하는 내부면을 함께 가리키는 “내측면”과 같은 의미이다.For reference, the lower surface of the lower plate portion 12 receives heat from the contact with the heat source. The heat transferred to the lower plate portion 12 is also transmitted by conduction to the wall portion 14 connected to the lower plate portion 12. On the other hand, in the present embodiment, the "one side" of the heating plate 10 has the same meaning as the "inner side" pointing together the inner surface facing the upper surface of the lower plate portion 12 and the inside of the wall portion 14.

그루브 가공단계(S1)는, 가열판(10)의 일측면에 선반 등과 같은 공작기계를 이용하여 오목하고 길게 팬 줄의 형태를 가지는 다수 개의 그루브(20)들을 가공하는 단계이다. The groove processing step (S1) is a step of processing a plurality of grooves 20 having a concave and elongated fan string shape by using a machine tool such as a lathe on one side of the heating plate 10.

한편, 가열판(10)에는 기체이송관(220)이 연결되어 기체가 유출될 수 있는 유출구(18)도 가공되는데, 각 그루브(20)는 이러한 유출구(18)에 연통되도록 가공된다. 이렇게 가공되어야만, 그루브(20) 내에서 발생한 기체가 유출구(18)를 거쳐 기체 이송관(220)으로 유출될 수 있다. On the other hand, the gas transfer pipe 220 is connected to the heating plate 10 is also processed to the outlet 18 through which the gas can flow, each groove 20 is processed to communicate with such an outlet (18). Only after this process, the gas generated in the groove 20 may flow out of the gas delivery pipe 220 via the outlet 18.

본 실시예의 경우, 그루브(20)들은 서로 일정한 간격으로 이격되도록 가공된다. 각 그루브(20)는, 홈의 형태로서, 이격되어 대면하는 양측면(24)과 바닥면(22)을 가지도록 가공된다. 그루브(20)의 양측면(24)은 상호중심축에 대해 대칭이고, 소정의 높이를 가진다. 한편, 본 실시예의 경우, 하판부(12)에 형성된 그루브(20)들은 모두 길게 형성된 직선형태로 동일하지만, 하판부(12)가 원형이기 때문에 각각의 길이는 하판부의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 한 쌍씩 서로 같게 되고, 나머지들과는 다르게 가공된다. In the present embodiment, the grooves 20 are processed to be spaced apart from each other at regular intervals. Each groove 20 is processed in the form of a groove to have both side surfaces 24 and the bottom surface 22 facing each other at a distance. Both sides 24 of the groove 20 are symmetrical with respect to the mutual center axis and have a predetermined height. On the other hand, in the present embodiment, the grooves 20 formed in the lower plate portion 12 are all the same in the form of a straight line formed long, but because the lower plate portion 12 is circular, each length is symmetric with each other based on the center of the lower plate portion Each pair becomes the same and is processed differently than the others.

그리고, 벽부(14)에 형성된 그루브(20)들은 벽부(14)의 내측면을 따라 가공된다. 벽부에 형성된 각 그루브를 전체적으로 보면 링의 형상이다. 또한, 벽부(14)에 형성된 그루브(20)들도 유출구(18)와 연통되도록 가공된다. The grooves 20 formed in the wall portion 14 are processed along the inner surface of the wall portion 14. Each groove formed in the wall is generally a ring shape. In addition, the grooves 20 formed in the wall portion 14 are also processed to communicate with the outlet 18.

본 실시예의 경우와 같이, 가열판(10)의 하판부(12)와 벽부(14)가 별도의 부재로 되어 있는 경우에는 각 부재에 그루브(20)를 가공한 후, 두개의 부재를 결합시킨다. 하지만, 하판부와 벽부가 일체로 되어 있는 경우에는 그루브들은 하나의 공정 내에서 순차적으로 혹은 동시에 가공된다. As in the case of the present embodiment, when the lower plate portion 12 and the wall portion 14 of the heating plate 10 are formed as separate members, the grooves 20 are processed on each member, and then the two members are joined. However, when the lower plate portion and the wall portion are integrated, the grooves are processed sequentially or simultaneously in one process.

다음으로, 그루브 충진단계(S2)가 실시된다. Next, groove filling step S2 is performed.

그루브 충진단계(S2)는, 가열판(10)에 형성된 각 그루브(20)에, 승화성 고체물질을 포함한 그루브 충진물질(30)을 충진하는 단계이다.The groove filling step S2 is a step of filling the grooves 20 including the sublimable solid material in each groove 20 formed in the heating plate 10.

그루브 충진물질(30)은 그루브(20)의 전체길이에 걸쳐 충진된다. 그루브의 길이방향에 대해 직각을 이루는 가상의 단면을 도시한 도 8을 참조하면, 충진물질(30)은 사각형의 일정한 단면을 가지도록 그루브(20)에 충진된다. The groove filling material 30 is filled over the entire length of the groove 20. Referring to FIG. 8, which shows an imaginary cross section perpendicular to the longitudinal direction of the groove, the filling material 30 is filled in the groove 20 to have a constant cross section.

그루브 충진물질(30)은, 실온에서는 충진된 상태에서 그 형태를 유지한다. 따라서, 다음단계인 금속분말 충진단계(S4)에서 금속분말이 그루브 내에 충진되는 경우, 금속분말은 그루브 충진물질이 차지하고 있는 공간을 제외한 그루브의 나머지 공간에 충진된다. 즉, 그루브를 그루브 충진물질로 충진하는 이유는 금속분말 충진단계(S4)에서 금속분말이 그루브 내의 증기통로 역할을 하는 공간으로 침투하는 것을 방지하기 위해서이다. The groove filling material 30 maintains its shape in a filled state at room temperature. Therefore, when the metal powder is filled in the groove in the next step, the metal powder filling step (S4), the metal powder is filled in the remaining space of the groove except the space occupied by the groove filling material. That is, the reason why the groove is filled with the groove filling material is to prevent the metal powder from penetrating into the space serving as the steam passage in the groove in the metal powder filling step (S4).

그루브 충진물질(30)은, 승화성 고체물질을 포함하고 있다. 승화성고체물질은, 실온에서 고체상태이고, 소결단계에서 가열됨에 따라 고체상태에서 기체상태로 상변화가 일어나고, 기체로 변한 후 외부로 배출된다. 본 실시예의 경우, 승화성고체물질은 나프탈렌이다. 다만, 승화성 고체물질은 나프탈렌이외에도, 승화되는 성질을 지니고, 상온에서 그 형태가 유지될 수 있는 다른 물질로 대체가능하다. The groove filling material 30 contains a sublimable solid material. The sublimable solid material is in a solid state at room temperature and undergoes a phase change from a solid state to a gaseous state as it is heated in the sintering step, is converted into a gas, and then discharged to the outside. In the case of this example, the sublimable solid material is naphthalene. However, in addition to naphthalene, the sublimable solid material may be replaced with another material having the property of sublimation and capable of maintaining its form at room temperature.

한편, 본 실시예의 경우, 그루브 충진물질(30)은 유기용매 수용액을 포함하고 있다. 그루브 충진물질(30)에 유기용매 수용액을 포함하고, 그 양을 적절하게 조절하게 되면, 승화성고체물질의 기화시간을 원하는 정도로 조절하는 것이 가능하 다. 소결단계에서 금속분말이 소결되는 것을 고려하고, 승화성 고체물질의 기화 시간을 조절할 수 있게 되면, 소결에 의해 형성된 소결윅에 있어서 그루브(20) 내로 침투한 침투부분의 하면의 형상을 다양하게 조절할 수 있게 된다. 즉, 그루브(20)에 도 8과 같이 수평으로 그루브 충진물질(30)을 충진하고, 그 위에 금속분말을 채운 후 소결하더라도, 소결된 후의 형상은 도 11과 도 12에 도시된 바와 같이, 아래로 볼록하거나, 또는 위로 볼록하게 만들 수 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the groove filling material 30 includes an organic solvent aqueous solution. When the groove filling material 30 contains an organic solvent aqueous solution and the amount thereof is appropriately adjusted, it is possible to adjust the vaporization time of the sublimable solid material to a desired degree. Considering that the metal powder is sintered in the sintering step, and when the evaporation time of the sublimable solid material can be controlled, the shape of the lower surface of the penetration portion penetrated into the groove 20 in the sintered wick formed by sintering is variously controlled. It becomes possible. That is, even though the groove 20 is filled with the groove filling material 30 horizontally as shown in FIG. 8, the metal powder is filled and then sintered, the shape after the sintering is as shown in FIGS. 11 and 12. Can be convex or up.

유기용매 수용액으로는 에테르나 알콜 중 어느 하나, 혹은 두개의 혼합이 사용될 수 있다. As the aqueous organic solvent, either one of ether, alcohol, or a mixture of two may be used.

다만, 실시예에 따라서는, 그루브 충진물질(30)이 유기용매 수용액을 포함하지 않고, 승화성 고체물질 만으로 이루어질 수도 있다. However, according to the embodiment, the groove filling material 30 may not include the organic solvent aqueous solution, but may be made of only a sublimable solid material.

그리고, 본 실시예의 경우, 그루브 충진물질(30)은 그루브(20)의 양측면(24)의 적어도 상단부는 제외하고 충진되어 있다. 도 8을 참조하면, 그루브(20)의 전체 높이의 대략 2/3 되는 지점까지만 그루브 충진물질(30)이 채워져 있고 그 위 부분은 비어있다. 달리 표현하면, 그루브 충진물질(30)은 그루브(20)의 전체가 아닌 윗부분을 제외하고 아래 부분을 포함한 일부분에 채워지게 되는 것이다. In addition, in the present embodiment, the groove filling material 30 is filled except at least the upper end portions of both side surfaces 24 of the groove 20. Referring to FIG. 8, the groove filling material 30 is filled only up to about two thirds of the height of the groove 20, and the upper portion of the groove 20 is empty. In other words, the groove filling material 30 is filled in a part including the lower part except the upper part of the groove 20, not the whole part.

한편, 실시예에 따라서는 그루브 충진물질(30)이 그루브(20) 내부공간 전체에 채워질 수도 있다. Meanwhile, in some embodiments, the groove filling material 30 may be filled in the entire space of the groove 20.

한편, 본 실시예의 경우에는 그루브(20)에 충진된 그루브 충진물질(30)의 상면이 평평하지만, 다른 실시예에서는, 그루브에 충진된 충진물질의 상면을 위로 볼록한 형태로 하거나, 아래로 볼록한 형태가 되도록 변형할 수도 있다. 즉, 충진물 질의 상면을, 후에 채워질 금속분말 및 소결된 금속윅의 형상을 고려하여, 충진물질의 성질 상 가능한 범위 이내에서, 원하는 형상으로 변형시킬 수 있는 것이다. Meanwhile, in the present embodiment, the top surface of the groove filling material 30 filled in the groove 20 is flat, but in another embodiment, the top surface of the filling material filled in the groove is convex upward or downward convex. It may be modified to be. That is, in consideration of the shape of the metal powder to be filled later and the shape of the sintered metal wick, the upper surface of the filling material may be deformed into a desired shape within the possible range in view of the properties of the filling material.

상술한 바와 같이, 충진물질에 유기용매 수용액을 포함함으로써 소결에 의해 형성되는 금속 소결윅의 그루브 침투부분의 하면의 형상을 조절할 수도 있지만, 충진물질의 상면의 형상을 조절하여 그 하면의 형상을 조절할 수도 있는 것이다. As described above, the shape of the lower surface of the groove penetrating portion of the metal sintered wick formed by sintering may be adjusted by including the aqueous solution of the organic solvent in the filling material, but the shape of the lower surface is controlled by adjusting the shape of the upper surface of the filling material. It could be.

다음은, 지그 구비단계(S3) 이다. Next, the jig providing step (S3).

그루브(20) 형성된 가열판(10)의 일측면과 이격되게 위치하는 지그(jig; 40)를 구비한다. A jig 40 is disposed to be spaced apart from one side of the heating plate 10 on which the groove 20 is formed.

도 9에 도시된 바와 같이, 지그(40)는 가열판(10)에 있어서 그루브(20)들이 형성되어 있는 일측면과 대면하고 일정간격 떨어져 위치하여, 가열판과의 사이에 금속분말이 채워질 공간(410)이 확보되도록 구비된다. 가열판(10)의 일측면과 이격되게 위치하는 지그(40)는, 실시예에 따라 2개 이상 적절한 개수로 분할되어 구비될 수 있다. 본 실시예의 경우, 지그(40)는 네 개의 분할된 분할 지그(402, 403, 404, 405)로 구성된다. 가열판(10)의 하부에는 보조적으로 사용된 하부보조 지그(401)가 구비된다. 지그(40)와 하부보조 지그(401)는 모두 카본 그라파이트(carbon graphite) 재질이다.As shown in FIG. 9, the jig 40 faces a side where the grooves 20 are formed in the heating plate 10 and is spaced apart from each other at a predetermined interval, so that the metal powder is filled between the heating plate 10 and the heating plate 10. ) Is provided to ensure. The jig 40 positioned to be spaced apart from one side of the heating plate 10 may be divided into two or more suitable numbers according to the embodiment. In the present embodiment, the jig 40 is composed of four divided split jigs 402, 403, 404, 405. The lower subsidiary jig 401 is used to assist the lower portion of the heating plate 10. The jig 40 and the lower auxiliary jig 401 are both made of carbon graphite.

상기 금속분말 충진단계(S4)는, 가열판(10)의 일측면과 지그(40) 사이에 형성된 공간(410)에 금속분말을 충진하는 단계이다. 금속분말 충진단계(S4)는 통상 지그 구비단계(S3)가 완전히 수행된 후 수행되는 것은 아니며, 우선 가열판(10)의 일측면과 지그(40) 사이에 공간(410)이 형성될 수 있도록 지그가 구비된 후, 그 공 간(410)에 금속분말을 채우고 나서, 나머지 지그가 구비된다. 본 실시예의 경우, 두 개의 지그(402, 404)는 금속분말(50)이 공간(410)에 채워진 후 의도된 위치에 구비된다(도 10 참조). The metal powder filling step (S4) is a step of filling the metal powder in a space 410 formed between one side of the heating plate 10 and the jig 40. The metal powder filling step (S4) is not usually performed after the jig providing step (S3) is completely performed. First, the jig may be formed between the one side of the heating plate 10 and the jig 40. After is provided, after filling the metal powder in the space 410, the remaining jig is provided. In the present embodiment, two jigs 402 and 404 are provided at the intended positions after the metal powder 50 is filled in the space 410 (see FIG. 10).

지그(40)는, 채워진 금속분말을 적당히 눌러 단단하게 될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. The jig 40 is preferably configured to be hardened by appropriately pressing the filled metal powder.

지그(40)의 분할 개수나 금속분말을 공간(410)에 채우는 순서는, 금속분말이 채워진 공간이 도 10에 제시된 바와 같이 유지되는 한, 다양하게 변형이 가능하다. The number of divisions of the jig 40 or the order of filling the metal powder in the space 410 may be variously modified as long as the space filled with the metal powder is maintained as shown in FIG. 10.

상기 소결단계(S5)는 지그 구비단계(S3)와 금속분말 충진단계(S4)가 완료된 후 수행된다. The sintering step (S5) is performed after the jig providing step (S3) and the metal powder filling step (S4) is completed.

소결단계(S5)는, 금속분말(50)을 녹는점에 가까운 온도로 가열하여 금속분말(50)들이 서로 접한 면에서 접합이 이루어지거나 일부가 증착하여 서로 연결되어 내부에 수많은 기공이 형성되면서 전체가 한 덩어리가 되어 다공성의 소결윅(sintering wick)을 형성하도록 하는 단계 이다. 특히, 본 발명에 의한 증발기 제조방법의 경우, 금속분말 소결윅으로 형성되는 것과 동시에, 금속재질인 가열판(10)의 일측면에 결합이 이루어지게 된다. 즉, 별도의 공정에 의한 것이 아니고, 하나의 공정으로 금속분말의 소결과 가열판에의 결합이 이루어진다. The sintering step (S5), the metal powder 50 is heated to a temperature close to the melting point, the metal powder 50 is bonded to each other in contact with each other or a part is deposited by being connected to each other to form a large number of pores therein Is a lump to form a porous sintering wick. In particular, in the case of the evaporator manufacturing method according to the present invention, the metal powder is sintered wick and at the same time, the bonding is made to one side of the heating plate 10 of the metal material. That is, not by a separate process, but sintering of metal powder and bonding to a heating plate are performed by one process.

가열 온도는 사용되는 금속분말에 따라 적절하게 정하여 진다. 도 10에 도시된 바와 같이, 금속분말(50), 지그(40) 및 가열판(10)이 상호 결합된 상태로 가열하게 된다. The heating temperature is appropriately determined according to the metal powder used. As shown in FIG. 10, the metal powder 50, the jig 40, and the heating plate 10 are heated in a mutually coupled state.

한편, 소결단계(S5)에서 그루브(20) 안에 충진되어 있는 그루브 충진물 질(30)은 승화된다. 따라서, 소결이 완료되면, 그루브(20)에는 그루브 충진물질(30)이 있던 자리는 빈 공간이 되어 증기의 통로 역할을 하게 된다. Meanwhile, in the sintering step S5, the groove filling material 30 filled in the groove 20 is sublimed. Therefore, when the sintering is completed, the groove 20 is the place where the groove filling material 30 is located in the empty space to serve as a passage of the steam.

상술한 바와 같이, 그루브 충진물질(30)에 유기용매 수용액을 포함시켜, 승화성 고체물질의 승화시점을 조절함으로써, 그루브(20) 내로 침투된 소결윅 부분의 하면의 형상을 조절하는 것이 가능하다. 또한, 그루브 충진물질(30)의 상면의 형상을 조절하여, 그루브(20) 내로 침투된 소결윅 부분의 하면의 형상을 조절하는 것도 가능하다. As described above, it is possible to control the shape of the lower surface of the sintered wick portion penetrated into the groove 20 by including the organic solvent aqueous solution in the groove filling material 30 to adjust the sublimation time of the sublimable solid material. . In addition, by adjusting the shape of the upper surface of the groove filling material 30, it is also possible to adjust the shape of the lower surface of the sintered wick portion penetrated into the groove 20.

본 실시예의 경우, 그루브 충진물질(30)로서, 승화성 고체물질과 유기용매 수용액을 포함하고 있다. In the present embodiment, the groove filling material 30 includes a sublimable solid material and an organic solvent aqueous solution.

따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 그루브 충질물질(30)은 그 상면이 평평하도록 그루브(20) 내에 충진되어 있지만, 기화 시간을 촉진하여 도 11에 도시된 바와 같이 소결윅(52)의 그루브 내의 침투부분(54)의 하면의 형상이 위로 볼록하도록 형성시킬 수도 있다. 그리고, 유기용매 수용액의 양을 조절함으로써 기화시간을 조절하여 도 12에 도시된 바와 같이, 소결윅(52)의 침부부분(55)의 하면을 아래로 볼록하게 형성할 수도 있다. 다만, 소결윅의 삽입부분의 하면은, 도면과 같이 매끄럽지 않을 수도 있으나, 전체적으로 관찰하면, 아래로 볼록하거나 위로 볼록한 형상이 될 수 있다.Thus, as shown in FIG. 8, the groove filling material 30 is filled in the groove 20 so that its top surface is flat, but promotes the evaporation time and thus the groove of the sintered wick 52 as shown in FIG. 11. The shape of the lower surface of the penetrating portion 54 in the inner portion may be formed to be convex upward. And, by adjusting the amount of the organic solvent aqueous solution by controlling the evaporation time, as shown in Figure 12, the lower surface of the needle portion 55 of the sintered wick 52 may be formed convexly downward. However, the lower surface of the insertion portion of the sintered wick may not be smooth as shown in the drawing, but when viewed as a whole, it may be convex downward or convex upward.

또한, 그루브 충진물질로서, 승화성고체물질과 유기용매 수용액을 적절하게 포함하거나, 이와 함께 혹은 이와 별도로 그루브(20)에 충진된 충진물질의 형상을 적절하게 조절하면, 도 13에 도시된 바와 같이, 소결윅(52)의 침투부분(56) 혹은 삽입부분을 형성할 수도 있다. 이러한 형상으로 하면, 증기통로를 위한 공간도 충분히 확보가 되고, 소결윅(52)과 가열판(10)과의 접촉부분도 늘어나게 되어, 열전달이 효과적으로 일어나게 되어 바람직하다. In addition, as the groove filling material, when a sublimable solid material and an organic solvent aqueous solution are appropriately included, or when the shape of the filling material filled in the groove 20 is appropriately adjusted, as shown in FIG. In addition, the penetrating portion 56 or the insertion portion of the sintered wick 52 may be formed. In such a shape, the space for the vapor passage is also sufficiently secured, and the contact portion between the sintered wick 52 and the heating plate 10 also increases, and heat transfer is effectively performed.

한편, 본 실시예의 소결단계(S5)에 있어서, 온도와 시간, 소결 분위기 등에 관하여 도 14를 참조하며, 구체적으로 설명한다. On the other hand, in the sintering step (S5) of the present embodiment, with reference to Figure 14 with respect to temperature, time, sintering atmosphere and the like, it will be described in detail.

상기 소결단계는, 가열구간(Ⅰ)과 온도유지구간(Ⅱ)과 냉각구간(Ⅲ)으로 이루어진다. The sintering step consists of a heating section (I), a temperature holding section (II) and a cooling section (III).

상기 가열구간(Ⅰ)은, 통상의 실온인 시작온도(T1)에서 유지온도(T2)까지 온도가 상승되도록 가열하는 구간이다. 온도조건은 분위기(environment) 조건과 윅재료, 사용되는 장치(예; 노(furnace))에 따라 변하지만, 본 실시예의 경우와 같이 니켈, 금속분말을 사용하여 진공가압통전로를 사용하는 경우, 가열속도는 60~80℃/min 범위이고, 유지온도는 600~800℃ 이며, 5~30 min 간의 유지시간으로 제조하였다. 제시된 조건은, 형성된 소결윅의 통기도 60% 이상을 확보하기 위한 조건들이다. 한편, 온도 조건의 범위는 목표 기공율(통기도)에 따라 변할 수 있다. The heating section (I) is a section for heating so that the temperature is increased from the start temperature (T1), which is the normal room temperature, to the holding temperature (T2). The temperature conditions vary depending on the environment conditions, the wick material, and the equipment used (e.g. furnace). The heating rate is in the range of 60 ~ 80 ℃ / min, the holding temperature is 600 ~ 800 ℃, was prepared with a holding time of 5 ~ 30 min. The conditions presented are those for securing the air permeability of the formed sintered wick 60% or more. On the other hand, the range of temperature conditions may vary depending on the target porosity (air permeability).

상기 온도유지구간(Ⅱ)은, 유지온도(T2)로 소정의 유지시간동안 유지하고 있는 구간이다. 본 실시예의 경우 유지시간은 5분으로 한다. 하지만, 유지시간은 소결금속의 종류와 유지온도(T2)에 따라 5분 이상 30분 이하의 범위로 할 수 있다. The temperature holding section II is a section held for a predetermined holding time at the holding temperature T2. In this embodiment, the holding time is 5 minutes. However, the holding time can be in the range of 5 minutes or more and 30 minutes or less depending on the type of sintered metal and the holding temperature (T2).

상기 냉각구간(Ⅲ)은, 유지온도(T2)에서 실온인 시작온도(T1)로 냉각시키는 구간이다. 냉각구간의 소요시간은 30~60 min 이내인 것이 바람직하며, 본 실시예의 경우에는 60분으로 되어 있다.The cooling section III is a section for cooling from the holding temperature T2 to the starting temperature T1 at room temperature. The time required for the cooling section is preferably within 30 to 60 min, and in this embodiment, it is 60 minutes.

냉각을 위해 별도의 냉각수단을 구비할 수도 있으나, 별도의 냉각수단 없이도 가열을 하지 않은 채 실온환경에서 실온의 시작온도(T1)까지 자연대류에 의한 냉각이 이루어지도록 할 수 있다. Although it may be provided with a separate cooling means for cooling, it can be made by the natural convection cooling to the start temperature (T1) of the room temperature in the room temperature environment without heating without a separate cooling means.

또한, 본 실시예의 경우, 소결시 주변환경은 10-3 Torr 범위 내의 진공이나, 또는 불활성가스 분위기 환경으로 한다. 이러한 소결환경을 구현하기 위해서는 밀폐된 챔버 내에서 소결이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 도 14에는 제어온도가 표시되어 있다. In the case of the present embodiment, the surrounding environment during sintering is a vacuum in the range of 10 −3 Torr or an inert gas atmosphere. In order to implement such a sintering environment, it is preferable to perform sintering in a closed chamber. 14 shows the control temperature.

또한, 증발기(1)는 가열판(10)의 측벽부의 상단부에는 덮개부재(16)가 구비된다. 덮개부재(16)에는 액체 이송관(230)이 결합되어 있어서 응축기(210)로부터 액체상태의 작동유체가 증발기(1)이 내부공간으로 유입된다. 이러한 덮개 부재(16)의 결합공정은 소결단계(S5)가 완료된 후 수행된다. In addition, the evaporator 1 is provided with a cover member 16 at the upper end of the side wall portion of the heating plate 10. The liquid transport tube 230 is coupled to the cover member 16 such that the working fluid in the liquid state from the condenser 210 flows into the internal space of the evaporator 1. The bonding process of the cover member 16 is performed after the sintering step (S5) is completed.

상술한 바와 같은 구성의 루프 히트파이프 시스템용 증발기 제조방법의 작용효과에 대해 설명한다. The effect of the evaporator manufacturing method for a loop heat pipe system of the above-mentioned structure is demonstrated.

종래 증발기 제조방법의 경우 소결체를 형성한 후에, 그 소결체에 그루브를 형성하고, 다시 소결체를 가열판에 접합시켜야 하는 복잡한 공정을 거쳐야 했으나, 본 발명의 증발기 제조 방법에 의하면 금속분말을 가열판에 위치시킨 후 한번의 소결과정을 거치기만 하면, 소결윅이 형성되는 것은 물론, 소결윅이 가열판에 결합되기 때문에, 제조공정이 간단하고, 이에 따라 제조비용도 절감된다는 장점이 있다. In the conventional method of manufacturing an evaporator, after forming a sintered body, a groove has to be formed in the sintered body, and the sintered body is bonded to a heating plate again. However, according to the method of manufacturing an evaporator of the present invention, after the metal powder is placed on a heating plate, If only one sintering process is performed, the sintering wick is formed, as well as the sintering wick is coupled to the heating plate, the manufacturing process is simple, thereby reducing the manufacturing cost.

또한, 종래 증발기 제조방법의 경우, 가열판과 소결윅을 결합시키기 위해 단순압착방식이나 금속결합방식을 채용하고 있기 때문에 결합계면의 결합상태가 양호하지 않았으나, 본 발명의 증발기 제조방법의 경우에는, 금속분말이 소결이 되면서 직접 가열판에 결합되기 때문에, 소결왹과 가열판 사이의 결합계면의 결합상태가 종래에 비해 현저히 양호하기 때문에, 접촉컨덕턴스가의 값이 증가한다는 장점이 있다. In addition, in the conventional evaporator manufacturing method, since the simple bonding method or the metal bonding method is employed to combine the heating plate and the sintered wick, the bonding state of the bonding interface is not good, but in the case of the evaporator manufacturing method of the present invention, Since the powder is directly bonded to the heating plate while being sintered, since the bonding state of the bonding interface between the sintering fan and the heating plate is remarkably better than in the related art, the value of the contact conductance value is increased.

또한, 종래 증발기 제조방법의 경우, 증기통로 역할을 하는 미세채널(그루브)이 소결윅에 형성되어 있어서, 가열판과의 접촉면의 면적이 충분하지 않았으나, 본 발명에 따른 증발기 제조방법 중 일 실시예로서, 그루브가 가열판에 형성되고 그루브 충진물질을 그루브에 충진하여 소결윅의 일부부분이 그루브 내로 침투하도록 구성된 실시예에 따르면, 침부된 소결위 부분이 그루브 양측면에 결합되는 부분이 있기 때문에, 가열면적, 결합면적이라고도 불리는 접촉면의 면적이 늘어나게 되어 접촉 컨덕턴스의 값이 증가한다는 장점이 있다. 달리 표현하면, 열 접촉저항이 감소되는 효과가 있다. 또한, 접합계면에서 작동유체의 증발되는 양이 많아지게 되는 데, 이는 곧 증기의 질량유동율(kg/g)이 증가함을 의미한다. In addition, in the conventional evaporator manufacturing method, since the microchannel (groove) serving as a steam passage is formed in the sintered wick, the area of the contact surface with the heating plate was not sufficient, but as an embodiment of the evaporator manufacturing method according to the present invention According to the embodiment in which the groove is formed in the heating plate and the groove filling material is filled in the groove so that a part of the sintered wick penetrates into the groove, the area of the sintered sintered part is joined to both sides of the groove, so that the heating area, The area of the contact surface, also called the bonding area, is increased, which increases the value of the contact conductance. In other words, the thermal contact resistance is reduced. In addition, the amount of evaporation of the working fluid increases at the junction interface, which means that the mass flow rate (kg / g) of the steam increases.

또한, 본 발명의 루프 히트파이프용 증발기 제조방법에 의하며, 그루브 충진물질을 조절하여 소결윅의 침투부분의 형상을 원하는 형상으로 하는 것이 가능하다는 장점이 있다. 소결윅의 그루브로의 침투부분의 형성을 조절하기 위해서는, 그루브 충진물질에 유기용매 수용액을 포함시키거나, 혹은 그루브에 충진된 상태의 충진물질의 상면의 형상을 조절하면 된다. 그루브 내에서 소결윅의 침투부분의 형상을 조절함으로써, 증기통로역할을 하는 그루브의 안의 공간의 단면 형상을 원 하는 형상으로 조절할 수 있다는 장점도 있다. In addition, according to the method of manufacturing an evaporator for a loop heat pipe of the present invention, there is an advantage in that the shape of the penetration portion of the sintered wick can be adjusted to a desired shape by adjusting the groove filling material. In order to control the formation of the penetrating portion of the sintered wick into the groove, an organic solvent aqueous solution may be included in the groove filling material, or the shape of the top surface of the filling material filled in the groove may be adjusted. By controlling the shape of the penetration portion of the sintered wick in the groove, there is an advantage that the cross-sectional shape of the space inside the groove serving as the steam passage can be adjusted to the desired shape.

한편, 본 발명의 루프 히트파이프용 증발기 제조방법에 의해 제조된 증발기는, 종래 방법에 의해 생산된 증발기에 비해, 접촉면의 결합상태가 양호하고, 실시예에 따라 접촉면의 면적도 증가되고, 작동유체가 기화되는 기화 면적도 증가하기 때문에 소결윅과 가열판 간의 접촉 컨덕턴스의 값이 높다는 장점이 있다. 본 발명에 의해 제조된 증발기의 경우, 소결윅과 가열판의 접촉계면의 상태를 보면, 종래 단순압착방식이나 재소결등의 금속적 결합방식에 의한 접촉계면과의 상태를 비교하여 보면 구별될 수도 있다. On the other hand, the evaporator manufactured by the loop heat pipe evaporator manufacturing method of the present invention, compared to the evaporator produced by the conventional method, the contact state of the contact surface is good, the area of the contact surface is also increased according to the embodiment, the working fluid Since the area of vaporized gas is increased, the contact conductance between the sintered wick and the heating plate is high. In the case of the evaporator manufactured by the present invention, the state of the contact interface between the sintered wick and the heating plate may be distinguished by comparing the state of the contact interface by a conventional metal bonding method such as simple pressing or resintering. .

도 1은 종래기술의 루프 히트파이프 시스템(110)의 개념도,1 is a conceptual diagram of a loop heat pipe system 110 of the prior art,

도 2는 도 1의 증발기의 개략적 단면도, 2 is a schematic cross-sectional view of the evaporator of FIG. 1,

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ에 따른 개략적 단면도, 3 is a schematic cross-sectional view according to III-III of FIG.

도 4는 도 2의 소결윅을 180도 회전한 상태의 개략적 사시도, 4 is a schematic perspective view of a state in which the sintered wick of FIG. 2 is rotated 180 degrees;

도 5는 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 증발기(1)를 포함한 루프 히트파이프 시스템(200)의 전체구성, 5 is an overall configuration of a loop heat pipe system 200 including an evaporator 1 manufactured by the manufacturing method of the present invention.

도 6은, 본 발명에 따른 일 실시예의 루프 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법의 흐름도, 6 is a flowchart of a method of manufacturing an evaporator for a loop heat pipe system according to an embodiment of the present invention;

도 7은 그루브(20)가 가공된 금속소재의 가열판(10)의 개략적 단면도, 7 is a schematic cross-sectional view of the heating plate 10 of the metal material, the groove 20 is processed,

도 8은, 도 7의 그루브의 길이방향에 대해 직각을 이루는 가상의 단면을 도시한 도면, FIG. 8 is a view showing a virtual cross section perpendicular to the longitudinal direction of the groove of FIG. 7;

도 9는, 지그가 구비된 상태의 개략적 단면도, 9 is a schematic cross-sectional view of a state in which a jig is provided,

도 10은, 도 9의 상태에서 금속분말이 충진된 상태의 개략적 단면도, 10 is a schematic cross-sectional view of a metal powder filled state in the state of FIG. 9;

도 11 내지 13은, 그루브내의 소결윅의 다양한 형상을 예시한 도면들, 11 to 13 illustrate various shapes of sintered wicks in grooves,

도 14는 가열시간과 가열온도를 두 개의 축으로 하는 그래프. 14 is a graph with two axes of heating time and heating temperature.

Claims (7)

루프 히트파이프(LHP; Loop Heat Pipe) 시스템용 증발기를 제조하는 방법에 있어서, A method of manufacturing an evaporator for a loop heat pipe (LHP) system, 금속 소재의 가열판의 일측면에 오목하고 길게 팬 줄의 홈 형태의 그루브(groove)를 가공하는 그루브 가공단계;Groove processing step of processing the groove-shaped groove (groove) of the concave and elongated fan string on one side of the heating plate of the metal material; 상기 가열판의 그루브에, 승화성 고체물질을 포함한 그루브 충진물질을 충진하는 그루브 충진 단계;A groove filling step of filling a groove of the heating plate with a groove filling material including a sublimable solid material; 상기 그루브가 형성된 가열판의 일측면과 이격되게 위치하는 지그(jig)를 구비하는 지그 구비단계;A jig providing step including a jig positioned to be spaced apart from one side of the heating plate on which the groove is formed; 상기 가열판의 일측면과 상기 지그 사이에 형성된 공간에 금속분말을 충진하는 금속분말 충진단계; 및 A metal powder filling step of filling a metal powder in a space formed between one side of the heating plate and the jig; And 상기 금속분말을, 소결되도록 가열하여 다공성의 소결윅(sintering wick)을 형성시키는 소결단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 루프 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.And a sintering step of heating the metal powder so as to sinter to form a porous sintering wick. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 승화성 고체물질은 나프탈렌인 것을 특징으로 하는 루프 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.The sublimable solid material is naphthalene, characterized in that the method for producing an evaporator for a loop heat pipe system. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 그루브 충진물질은 유기용매 수용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 루프 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.The groove filling material is a method of manufacturing an evaporator for a loop heat pipe system, characterized in that it comprises an organic solvent solution. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 유기용매 수용액은 에테르와 알콜 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 루프 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.The organic solvent aqueous solution is a method for producing an evaporator for a loop heat pipe system, characterized in that it comprises at least one of ether and alcohol. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속분말은 니켈이고 상기 가열판은 구리이며, The metal powder is nickel and the heating plate is copper; 상기 소결단계는,The sintering step, 시작온도에서 유지온도까지 상승시키는 가열구간과, 상기 유지온도를 소정의 유지시간동안 유지하는 온도유지구간 및 상기 유지온도에서 상기 시작온도로 냉각시키는 냉각구간으로 이루어지고,A heating section for raising the starting temperature to a holding temperature, a temperature holding section for holding the holding temperature for a predetermined holding time, and a cooling section for cooling the holding temperature to the starting temperature, 상기 가열구간에 있어서, 그 지속시간인 가열시간은 10min 이하이고, 가열속도는 60~80℃/min이고,In the heating section, the heating time, the duration of which is 10 minutes or less, the heating rate is 60 ~ 80 ℃ / min, 상기 온도유지구간에 있어서, 상기 유지온도는 600~800 ℃의 범위 내이고, 상기 유지시간은 5~30 min 범위 내이고, In the temperature holding section, the holding temperature is in the range of 600 ~ 800 ℃, the holding time is in the range of 5 ~ 30 min, 상기 냉각구간에 있어서, 그 지속시간은 30~60 min 내이며, In the cooling section, the duration is within 30 ~ 60 min, 상기 소결시 환경은 10-3 Torr 범위 내의 진공 또는 불활성가스 분위기 환경인 것을 특징으로 하는 루프 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.The sintering environment is a method of manufacturing an evaporator for a loop heat pipe system, characterized in that the vacuum or inert gas atmosphere environment in the range of 10 -3 Torr. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 그루브 가공단계에 있어서, 상기 그루브는 이격되어 대면하는 양측면과 바닥면을 가지고, 상기 양측면은 소정의 높이를 가지도록 가공되며, In the groove processing step, the groove has two side surfaces and a bottom surface facing away from each other, the both sides are processed to have a predetermined height, 상기 그루브 충진단계에 있어서, 상기 그루브 충진물질은 상기 그루브의 양측면의 적어도 상단부는 제외하고 충진되는 것을 특징으로 하는 루프 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법. In the groove filling step, the groove filling material is filled except at least the upper end of the both sides of the groove, the method of manufacturing an evaporator for a loop heat pipe system. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 그루브 충진단계에 있어서, 상기 그루브에 충진된 그루브 충진물질의 상면은, 위로 볼록한 형태와, 아래로 볼록한 형태와, 평평한 형태 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 루프 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.In the groove filling step, the top surface of the groove filling material filled in the groove is any one of the convex form, the convex form and the flat form, characterized in that the evaporator for a loop heat pipe system.
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