KR101163639B1 - Method for manufacturing structure and structure for removing bubble - Google Patents

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조형희
김경민
이상훈
김범석
신상우
송지운
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A structure for removing bubbles and a manufacturing method thereof are provided to improve cooling capacity of boiling heat transfer without special instrument for cooling. CONSTITUTION: A base unit(100) includes a heating surface(102) which receives a heat from a heater. The base unit changes into different shape according to a shape of the heater. A thermal expansion unit(200) is formed on the base unit. The thermal expansion unit is composed of different kinds of materials. The thermal expansion unit includes a first thermal expansion unit and a second thermal expansion unit.

Description

기포 제거용 구조물 및 이를 이용한 구조물 제조방법{Method for Manufacturing Structure and Structure for Removing Bubble}Bubble removing structure and manufacturing method using same {Method for Manufacturing Structure and Structure for Removing Bubble}

본 발명은 비등열전달(boiling heat transfer) 성능을 향상시킨 나노구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 다른 열팽창계수로 이루어진 열팽창부를 이용하여 유체에서 발생되는 버블(bubble)을 신속하게 제거하기 위한 기포 제거용 구조물 및 이를 이용한 구조물 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to nanostructures with improved boiling heat transfer performance, and more particularly, bubbles are removed to quickly remove bubbles generated in a fluid by using thermal expansion units having different thermal expansion coefficients. It relates to a structure and a method for manufacturing the structure using the same.

일반적으로 비등 열전달은 여러 공학 시스템의 열발생 공정에서 널리 이용되는 중요한 열전달 방법 중 하나이다. 임의의 가열면에 액체가 접해 있으면서 비등이 일어나는 경우에 전달되는 열의 대부분이 액체의 기화열로 전환되어 흡수되므로 가열면과 액체간의 온도 차이가 작아도 열전달이 잘 이루어지는 것을 이용한 것이 비등 열전달이다.Boiling heat transfer is generally one of the important heat transfer methods widely used in the heat generation process of many engineering systems. Since most of the heat transferred when boiling occurs while the liquid is in contact with an arbitrary heating surface is converted to the heat of vaporization of the liquid and absorbed, boiling heat transfer is used to achieve good heat transfer even if the temperature difference between the heating surface and the liquid is small.

특히 열전달 표면에서 기포가 발생하는 핵비등 열전달은 일반 단상 열전달보다 훨씬 더 많은 양의 열을 효과적으로 전달할 수 있으므로 화력 발전소와 원자력 발전소의 보일러, 각종 난방 기기의 보일러, 각종 냉동기와 히트 펌프의 증발기, 히트 파이프, 반도체 냉각 등 여러 분야에서 다양한 유체와 함께 적용되고 있다.In particular, nuclear boiling heat transfer, in which bubbles are generated on the heat transfer surface, can effectively transmit much more heat than ordinary single-phase heat transfer, so boilers of thermal and nuclear power plants, boilers of various heating appliances, evaporators of various refrigerators and heat pumps, and heat It is applied with various fluids in various fields such as pipe and semiconductor cooling.

그러나 비등열전달을 이용하는 경우, 증발 등의 가열조작에서 전열면의 온도가 매우 높아 액체 온도와의 온도차이가 크게 차이 날 경우에는, 상기 전열면에서 기포가 매우 활발히 생성되고 상기 기포가 미처 액체 중으로 상승하지 못하여 상기 전열면이 기포로 덮어진 상태가 되며 이와 같은 상태를 막비등(film boiling)이라 한다. 막비등상태에서는 열전달속도가 감소하게 되면서 전열면의 표면을 손상시키는 문제가 발생될 수 있다.However, when boiling heat transfer is used, when the temperature of the heat transfer surface is very high in the heating operation such as evaporation, and the temperature difference from the liquid temperature is significantly different, bubbles are very actively generated on the heat transfer surface and the bubbles rise to the liquid. If not, the heat transfer surface is covered with bubbles, and this state is called film boiling. In the film boiling state, as the heat transfer speed decreases, a problem of damaging the surface of the heat transfer surface may occur.

최근 이와 같은 막비등에 의한 문제점을 개선하기 위해 탄소 나노와이어를 이용하여 전열면의 손상 발생을 방지하고자 하는 시도가 연구되고 있다.Recently, in order to improve the problems caused by the film boiling, attempts to prevent the occurrence of damage to the heat transfer surface using carbon nanowires have been studied.

첨부된 도 1의 (a)를 참조하면, 전열면(3)의 상부에는 다수개의 탄소 나노와이어(4)가 서로 간에 교차된 상태로 설치되고, 상기 전열면(3)의 하측에서 고온의온도가 열전달되면서 기포(2)가 발생된다. 그러나, 상기 열전달면(3)에서는 유체의 점성으로 인해 유동속도가 현저하게 저하되고 대류에 의한 열전달 효과가 감소되며, 이로 인해 고온의 열이 전달되는 열전달면(3)에서는 탄소 나노와이어(4)의 외측으로 열전달이 안정적으로 이루어지지 않는 현상이 발생되었다.Referring to FIG. 1A, a plurality of carbon nanowires 4 are installed at the upper portion of the heat transfer surface 3 so as to cross each other, and at a high temperature at the lower side of the heat transfer surface 3. As heat is transferred, bubbles 2 are generated. However, in the heat transfer surface 3, the flow rate is significantly lowered due to the viscosity of the fluid and the heat transfer effect due to convection is reduced. As a result, the carbon nanowires 4 are used in the heat transfer surface 3 through which high temperature heat is transferred. The phenomenon that the heat transfer is not made to the outside of the stable has occurred.

첨부된 도 1의 (b)를 참조하면, 도 1의 (a)와 같은 상태가 장시간 계속되면서 열전열면(3)에서 발생된 기포는 냉각효과의 감소로 인해 상기 열전달면(3)과 탄소 나노와이어(4)의 온도가 급격히 상승하게 되고, 상기 탄소 나노와이어(4)의 온도 상승으로 인해 상기 탄소 나노와이어(4)의 내부와 상부에 소정의 두께를 이루는 기포층(2)이 형성되면서, 상기 열전달면(3)에서 발생되는 다수의 기포 배출이 저하되는 문제점이 발생되었다.Referring to FIG. 1 (b), bubbles generated in the heat transfer surface 3 while the state as shown in FIG. As the temperature of the wire 4 rises rapidly and the temperature of the carbon nanowires 4 increases, the bubble layer 2 having a predetermined thickness is formed inside and on the carbon nanowires 4. The problem that a plurality of bubbles discharge generated in the heat transfer surface 3 is lowered.

이와 같은 문제점은 상기 열전달면(3)으로 열전도되는 고온의 열이 유체를 통해 신속하게 냉각이 이루어지지 않게 되고 이로 인해 상기 열전달면(3)이 타버리는 치명적인 문제점이 유발되었다.Such a problem causes a high temperature heat that is conducted to the heat transfer surface 3 to be not cooled quickly through the fluid, thereby causing a fatal problem that the heat transfer surface 3 burns out.

예를 들면 컴퓨터의 중앙처리장치(Central Processing Unit)는 작동중에 소정이 온도로 발열이 이루어지는 열전달면이 구비되고, 상기한 중앙처리장치의 열전달면의 냉각을 위해 다양한 쿨러(cooler)가 양상되고 있으며 상기 쿨러는 통상적으로 팬을 이용한 공기 냉각 방식 또는 별도의 냉각수를 이용한 수냉식으로 냉각을 실시하고 있다.For example, a central processing unit of a computer is provided with a heat transfer surface that generates heat at a predetermined temperature during operation, and various coolers are used to cool the heat transfer surface of the central processing unit. The cooler is typically cooled by air cooling using a fan or water cooling using a separate cooling water.

도 2는 과거에서부터 최근에 이르기까지 컴퓨터의 중앙처리장치의 사양 변경에 따른 트랜지스터의 갯수를 나타낸 것이다. 참고로 X축은 년도(year)를 나타낸 것이고, Y축은 트랜지스터 갯수를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the number of transistors according to the specification change of the central processing unit of the computer from the past to the recent. For reference, the X axis represents the year and the Y axis represents the number of transistors.

첨부된 도 2를 참조하면, 중앙처리장치(CPU)는 i486일 때 사용되는 트랜지스터의 갯수에 비해 팬티엄 4로 사양이 향상되면서 사용되는 트랜지스터의 갯수가 기하급수적으로 증가되었고, 상기 중앙처리장치의 열전달면 표면에서 발생되는 발열량 또한 이에 비례하여 현저하게 상승되었으며, 팬티엄 4 이상의 컴퓨터에서는 중앙처리장치에서의 발열량이 상당히 고온으로 올라가는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, the CPU has been increased exponentially with the specification of Pentium 4 compared to the number of transistors used in the i486. The thermoelectric of the CPU In addition, the amount of heat generated on the surface also increased considerably in proportion to this, and in the computer of Pentium 4 or higher, the amount of heat generated by the central processing unit increases significantly.

따라서, 고온 상태로 발열이 이루어지는 중앙처리장치 또는 초고온의 온도로 발열이 이루어지는 각종 산업기기에서 냉각에 대한 관심이 증가되고 있다.
Therefore, interest in cooling is increasing in a central processing unit that generates heat in a high temperature state or in various industrial apparatuses that generate heat at a very high temperature.

본 발명의 실시예들은 고집적으로 인한 고발열이 이루어지는 각종 전자기기 또는 산업기기의 냉각 효율을 비등열전달(boiling heat transfer)에 의한 열전달 로 향상시키고자 하는 것이다.Embodiments of the present invention are intended to improve the cooling efficiency of various electronic or industrial devices with high heat generation due to high integration by heat transfer by boiling heat transfer.

본 발명의 실시예들은 냉각을 위한 별도의 부가장비 또는 설비를 설치하지 않고서도, 버블(bubble)의 생성 및 제거를 신속하게 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 발열부에 유체를 효과적으로 순환 공급하여 상기 발열부의 냉각을 도모하는 것이다.
Embodiments of the present invention can not only quickly create and remove bubbles without additional installation of additional equipment or equipment for cooling, but also effectively circulate and supply fluid to a heat generating unit to generate heat. It is to plan the cooling of the negative.

본 발명의 일 측면에 따르면, 유체와 열전달이 이루어지도록, 열전달면이 마련된 베이스부; 및 상기 베이스부의 상부에 배치되고, 상기 열전달면에서 생성된 버블(Bubble)과 유체 사이의 온도차이에 의한 열팽창(Thermal expansion)에 따라 움직임(Motion)이 발생되는 열팽창부를 포함한다.According to an aspect of the invention, the base portion is provided with a heat transfer surface, so that the heat transfer with the fluid; And a thermal expansion part disposed on the base part and having a motion generated by thermal expansion due to a temperature difference between a bubble generated in the heat transfer surface and a fluid.

상기 열팽창부는, 이종재질로 이루어진다.The thermal expansion portion is made of different materials.

상기 열팽창부는, 온도변화에 따라 열팽창이 이루어지는 제1 열팽창부와; 상기 제1 열팽창부와 상이한 열팽창계수로 이루어진 제2 열팽창부로 이루어진다.The thermal expansion portion, the first thermal expansion portion is thermal expansion is made in accordance with the temperature change; It consists of a 2nd thermal expansion part which consists of a thermal expansion coefficient different from a said 1st thermal expansion part.

상기 열팽창부는, 길이 방향에서 열팽창이 이루어지는 것을 특징으로 한다.The thermal expansion portion is characterized by thermal expansion in the longitudinal direction.

상기 열팽창부는, 길이가 0.01 내지 1000 마이크로 미터인 것을 특징으로 한다.The thermal expansion portion is characterized in that the length is 0.01 to 1000 micrometers.

상기 베이스부는, 상면에 초친수 코팅층(Superhydrophilicity coating layer)이 형성된다.
The base portion, a superhydrophilicity coating layer (Superhydrophilicity coating layer) is formed on the upper surface.

본 발명의 다른 실시예에 따른 기포 제거용 구조물은 고온 또는 초고온상태로 발열이 이루어지는 발열부와; 상기 발열부의 외측에 밀착 배치된 열전달면을 통해 유체에 열을 전달하는 베이스부와; 상기 베이스부의 상부에 소정의 간격으로 이격 배치되고, 상부로 돌출된 블록; 및 상기 베이스부의 상면과 블록 상면에 배치되고, 상기 열전달면과 블록 상면에서 생성된 버블(Bubble)과 유체 사이의 온도차이에 의한 열팽창(Thermal expansion)에 따라 움직임(Motion)이 발생되는 열팽창부를 포함한다.Bubble removing structure according to another embodiment of the present invention and the heat generating portion that generates heat in a high temperature or ultra high temperature state; A base part for transferring heat to the fluid through a heat transfer surface disposed in close contact with the outside of the heat generating part; A block spaced apart from each other at a predetermined interval on an upper portion of the base part and protruding upward; And a thermal expansion part disposed on an upper surface of the base part and an upper surface of the block, wherein a thermal expansion part is generated by thermal expansion due to a temperature difference between a bubble and a fluid generated in the heat transfer surface and the upper surface of the block. do.

상기 베이스부와 블록에 배치된 열팽창부는 높이 차이를 가지며 배치된다.The thermal expansion portion disposed in the base portion and the block is disposed having a height difference.

상기 열팽창부는, 온도변화에 따라 열팽창이 이루어지는 제1 열팽창부와; 상기 제1 열팽창부와 상이한 열팽창계수로 이루어진 제2 열팽창부로 이루어진다.The thermal expansion portion, the first thermal expansion portion is thermal expansion is made in accordance with the temperature change; It consists of a 2nd thermal expansion part which consists of a thermal expansion coefficient different from a said 1st thermal expansion part.

상기 블록은, 캐비티(Cavity) 또는 필라(Pillar) 형상인 것을 특징으로 한다.The block is characterized in that the cavity (Cavity) or pillar (Pillar) shape.

상기 베이스부 상면에 패턴으로 형성되며, 상기 패턴간의 간격은 1 내지 10000 마이크로미터인 것을 특징으로 한다.
It is formed in a pattern on the upper surface of the base portion, the interval between the patterns is characterized in that 1 to 10000 micrometers.

본 발명의 일 실시예에 의한 기포 제거용 구조물의 제조방법은 열전달 상태에 따라 열팽창이 이루어지는 구조물을 생성하기 위해 기판을 준비하고, 상기 기판에 잔존하는 불순물을 제거하는 단계와; 상기 기판을 식각용액에 침전시켜서 제1 열팽창부를 형성하는 단계; 및 상기 기판을 증착시켜 상기 제1 열팽창부와 열팽창계수가 상이한 제2 열팽창부를 형성하는 단계를 포함한다.Method for manufacturing a bubble removing structure according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a substrate to create a structure in which the thermal expansion in accordance with the heat transfer state, and removing impurities remaining on the substrate; Depositing the substrate in an etching solution to form a first thermal expansion portion; And depositing the substrate to form a second thermal expansion portion having a different thermal expansion coefficient from the first thermal expansion portion.

본 발명의 다른 실시예에 의한 기포 제거용 구조물의 제조방법은 열전달 상태에 따라 열팽창이 이루어질, 제1 열팽창부에 대한 제작을 위한 몰드를 제작하는 단계와; 상기 몰드에 금속 전해질이 증착되도록 상기 몰드를 전해 용액에 침전시켜서 제1 열팽창부를 형성하는 단계와; 생성된 제1 열팽창부를 제외한 몰드를 제거하는 단계; 및 상기 제1 열팽창부와 상이한 열팽창계수를 갖는 제2 열팽창부를 형성하기 위해 상기 제1 열팽창부에 금속 입자를 증착하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a bubble removing structure, the method including: manufacturing a mold for manufacturing a first thermal expansion unit, wherein thermal expansion is performed according to a heat transfer state; Depositing the mold in an electrolytic solution to deposit a metal electrolyte in the mold to form a first thermal expansion portion; Removing the mold except for the generated first thermal expansion portion; And depositing metal particles in the first thermal expansion portion to form a second thermal expansion portion having a thermal expansion coefficient different from that of the first thermal expansion portion.

상기 금속 입자를 증착하는 단계는, 상기 제1 열팽창부의 길이 방향을 따라 일측면에만 증착이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
The depositing of the metal particles is characterized in that the deposition is performed only on one side along the longitudinal direction of the first thermal expansion portion.

본 발명의 실시예들은 고온 또는 초고온의 열을 전달받는 열전달면에서의 열전달 및 냉각효과가 상승되고, 이로 인한 비등열전달 효과가 향상된다.Embodiments of the present invention, the heat transfer and cooling effect in the heat transfer surface receiving a high or very high temperature heat is increased, thereby improving the boiling heat transfer effect.

본 발명의 실시예들은 냉각을 위해 형성되는 열전달면의 면적이 소형 또는 초소형으로 이루어지는 경우에도, 냉각 효과가 우수하며 고집적으로 인한 고발열과 소형화로 대표되는 차세대 전자/산업기기에 적용하여 안정적인 냉각을 실시할 수 있다.Embodiments of the present invention, even if the area of the heat transfer surface formed for cooling is made of small or very small, the cooling effect is excellent and applied to the next-generation electronic / industrial equipment represented by high heat generation and miniaturization due to high integration to perform stable cooling can do.

본 발명의 실시예들은 냉각을 위한 별도의 부가장비 없이 기존의 비등열전달의 냉각 능력을 향상시키는 효과가 있다.Embodiments of the present invention has the effect of improving the cooling capacity of the existing boiling heat transfer without additional equipment for cooling.

본 발명의 실시예들은 높은 발열량에 노출되는 원자로에서의 노심 냉각 또는 스팀 제너레이터의 표면 냉각 및 CPU의 냉각에 적용시켜 사용할 수 있다.
Embodiments of the present invention may be applied to core cooling or surface cooling of a steam generator and cooling of a CPU in a reactor exposed to high calorific value.

도 1은 종래의 나노구조물에서의 비등열전달 상태를 간략히 도시한 도면.
도 2는 컴퓨터 중앙처리장치의 사양에 따른 트랜지스터의 갯수를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 기포 제거용 구조물을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 열팽창부를 도시한 도면.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 기포 제거용 구조물을 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 구조물 제조방법의 제조방법을 도시한 순서도.
도 8은 도 7의 방법에 의해 제조된 열팽창부를 확대 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 구조물 제조방법의 제조방법을 도시한 순서도.
도 10은 도 9의 방법에 의해 제조되는 열팽창부의 제조 방법을 간략히 도시한 도면.
도 11 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 열팽창부가 마련된 베이스부를 확대 도시한 도면.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 기포 제거용 구조물의 작동 상태를 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 열팽창부에서 기포의 생성과 성장 및 탈락에 따른 온도 변화 상태를 도시한 그래프.
도 17은 는 본 발명의 일 실시예에 의한 기포 제거용 구조물과 종래의 나노 구조물의 임계 열유속 상태를 비교 도시한 그래프.1 is a view briefly showing a boiling heat transfer state in a conventional nanostructure.
2 is a graph showing the number of transistors according to the specification of the computer central processing unit.
Figure 3 is a perspective view showing a bubble removing structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a thermal expansion unit according to an embodiment of the present invention.
5 to 6 is a perspective view showing a bubble removing structure according to another embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flow chart showing a manufacturing method of a structure manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an enlarged view of the thermal expansion part manufactured by the method of FIG. 7. FIG.
9 is a flow chart showing a manufacturing method of a structure manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a view briefly showing a method of manufacturing a thermal expansion unit manufactured by the method of FIG. 9. FIG.
11 to 12 are enlarged views of a base portion provided with a thermal expansion portion according to an embodiment of the present invention.
13 to 15 is a view showing an operating state of the bubble removing structure according to an embodiment of the present invention.
16 is a graph showing a state of temperature change according to the generation, growth and dropping of bubbles in the thermal expansion unit according to an embodiment of the present invention.
17 is a graph showing a comparison of the critical heat flux state of the bubble removing structure and the conventional nanostructures according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 기포 제거용 구조물의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 설명에 앞서서 본 발명의 일 실시예에서는 후술할 열전달면에서 발생되는 버블 또는 발열부의 급격한 온도 상승에 따라 급격하게 증가되는 버블의 신속한 제거를 통해 비등열전달에 의한 냉각성능을 향상시키고자 한다.The configuration of the bubble removing structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Prior to the description, one embodiment of the present invention is to improve the cooling performance by boiling heat transfer through the rapid removal of bubbles generated in the heat transfer surface to be described later or bubbles rapidly increased in response to a rapid temperature rise.

첨부된 도 3 내지 도 4를 참조하면, 베이스부(100)는 고온의 열이 발생되는 발열부(미도시)로부터 열을 전달받는 열전달면(102)이 마련되고, 상기 열전달면(102)을 통해 열전도가 이루어진다. 상기 베이스부(100)는 설명의 편의를 위해 사각형상으로 이루어진 것으로 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며 발열부의 형상에 따라 다양한 형상으로 변경가능함을 밝혀 둔다. 또한, 상기 베이스부(100)는 상면에 열전달면(102)으로부터 전달된 고온의 열을 전도받는 유체가 존재하게 되고, 상기 유체를 통해 발열부에서 발생된 고온이 냉각된다.3 to 4, the base part 100 is provided with a heat transfer surface 102 that receives heat from a heat generating unit (not shown) where high temperature heat is generated, and the heat transfer surface 102 is provided. Through heat conduction is achieved. Although the base portion 100 is shown as being made in a rectangular shape for convenience of description, it is for convenience of description and it turns out that it can be changed into various shapes according to the shape of the heat generating portion. In addition, the base portion 100 has a fluid that receives the heat of the high temperature transferred from the heat transfer surface 102 on the upper surface, the high temperature generated in the heat generating portion through the fluid is cooled.

상기 베이스부(100)는 발열부에서 전달된 고온의 열이 유체에 전달되면서 상기 유체의 온도가 상승되고, 상기 열전달면(102)의 표면 온도가 상기 유체의 포화온도보다 높을 경우에 상기 액체는 기체로 변화되며, 상기 열전달면(102)의 표면 온도가 급속히 증가되면 될수록 상기 열전달면(102)에서의 기체 발생은 증가되며, 이로 인해 버블(bubble)이 발생된다.The base portion 100 is the liquid is heated when the high temperature heat transmitted from the heating portion is transferred to the fluid temperature of the fluid, the surface temperature of the heat transfer surface 102 is higher than the saturation temperature of the fluid The gas is changed into a gas, and as the surface temperature of the heat transfer surface 102 is rapidly increased, gas generation at the heat transfer surface 102 is increased, thereby generating bubbles.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 의한 베이스부(100)는 상면에 열팽창부(200)가 배치되고, 상기 열팽창부(200)는 이종재질로 이루어진다. 상기 열팽창부(200)가 이종 재질로 이루어지는 이유는, 상기 버블과 유체 사이의 온도차이에 의한 열팽창(Thermal expansion)에 따라 상기 열팽창부(200)에서 움직임(Motion)을 발생시켜 상기 기포를 보다 신속하게 제거시키기 위해서이다.
To this end, the base portion 100 according to the embodiment of the present invention is disposed with a thermal expansion portion 200 on the upper surface, the thermal expansion portion 200 is made of a heterogeneous material. The thermal expansion unit 200 is formed of a heterogeneous material because the thermal expansion unit 200 generates a motion in the thermal expansion unit 200 according to thermal expansion due to a temperature difference between the bubble and the fluid. To eliminate it.

첨부된 도 4를 참조하면, 열팽창부(200)는 제1 열팽창부(210)와, 제2 열팽창부(220)로 이루어지고, 상기 제1 열팽창부(210)는 제1 열팽창 계수를 가지며 온도 변화에 따라 열팽창이 발생되고, 제2 열팽창부(220)는 제2 열팽창 계수를 가지며 온도 변화에 따라 길이 방향에서 열팽창이 발생된다.Referring to FIG. 4, the thermal expansion unit 200 includes a first thermal expansion unit 210 and a second thermal expansion unit 220, and the first thermal expansion unit 210 has a first thermal expansion coefficient and has a temperature. Thermal expansion occurs according to the change, and the second thermal expansion unit 220 has a second thermal expansion coefficient and thermal expansion occurs in the longitudinal direction according to the temperature change.

상기 제1 열팽창부(210)와 제2 열팽창부(220)는 서로 다른 열팽창 계수를 가지며 열팽창이 이루어진다.The first thermal expansion unit 210 and the second thermal expansion unit 220 have different thermal expansion coefficients and thermal expansion.

즉, 상기 제1 열팽창부(210)는 제2 열팽창부(220)에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 열팽창이 이루어지고, 상기 제2 열팽창부(220)는 상기 제1 열팽창부의 열팽창온도보다 상대적으로 높은 온도에서 열팽창이 이루어지면서 버블과 유체 사이의 온도 차이에 의한 열팽창에 따라 움직임이 발생될 수 있다.That is, the first thermal expansion unit 210 is thermally expanded at a relatively lower temperature than the second thermal expansion unit 220, and the second thermal expansion unit 220 is relatively higher than the thermal expansion temperature of the first thermal expansion unit 220. While thermal expansion occurs at a temperature, movement may occur due to thermal expansion due to a temperature difference between a bubble and a fluid.

본 실시예에서는 상기 제1 내지 제2 열팽창부(210,220)의 재질에 대해 특별히 한정하지는 않으며, 서로 다른 열팽창 계수(thermal expansion coefficient)를 갖는 재질로 이루어지기만 하면 된다.In the present embodiment, the material of the first to second thermal expansion parts 210 and 220 is not particularly limited, and may be made of a material having different thermal expansion coefficients.

상기 열팽창부(200)는 고집적으로 인한 소형화를 위해 나노구조물로 이루어지는 것이 바람직하며, 이를 통해 초소형의 크기를 유지하면서도 냉각성능은 향상된 열전달을 실시할 수 있다.The thermal expansion unit 200 is preferably made of a nanostructure for miniaturization due to high integration, through which the cooling performance can be improved while maintaining the ultra-small size.

상기 제1,2 열팽창부(210,220)는 서로 동일한 길이로 이루어질 수 있으며, 일 예로 0.01 내지 1000 마이크로 미터의 길이를 가질 수 있으나, 상기 길이로 반드시 한정하지 않는다. 또한 상기 제1,2 열팽창부(210,220)는 길이 방향에서 열팽창이 이루어지며, 상기 제1,2 열팽창부(210,220)에 전달되는 열전달 상태에 따라 움직임이 발생된다.The first and second thermal expansion parts 210 and 220 may be formed to have the same length. For example, the first and second thermal expansion parts 210 and 220 may have a length of 0.01 to 1000 micrometers, but is not limited thereto. In addition, the first and second thermal expansion parts 210 and 220 are thermally expanded in the longitudinal direction, and movement occurs according to the heat transfer state transmitted to the first and second thermal expansion parts 210 and 220.

열전달면(102)은 상부에 초친수 코팅층(superhydrophobic coating layer)(102a)이 형성되어 있어서, 유체가 열전달면(102)에 붙는 성질이 증가되고 이로인해 상기 유체가 열전달면(102)으로의 공급이 보다 용이해 질 수 있다.
The heat transfer surface 102 has a superhydrophobic coating layer 102a formed thereon, which increases the property of the fluid adhering to the heat transfer surface 102, thereby supplying the fluid to the heat transfer surface 102. This can be easier.

본 발명의 일 실시예에 의한 열팽창부의 배치 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.An arrangement state of the thermal expansion part according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

첨부된 도 3을 참조하면, 열팽창부(200)는 베이스부(100)의 상면에서 가로 및 세로 방향으로 소정의 간격이 유지되면서 배치된다. 상기 열팽창부(200)는 베이스부(100)의 상면 전체에 걸쳐서 배치되거나, 열전달이 급격하게 이루어지는 곳에 집중 배치될 수 있다. 상기 열팽창부(200)는 베이스부(100)의 상면에서 서로 간에 일정한 간격으로 이격배치되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 열교환부(100)가 일정한 간격으로 이격 배치되지 않고 밀착 배치될 경우에는 열전달면(102)에서 생성된 버블이 서로 간에 합쳐지면서 소정의 면적을 갖는 막이 형성되고, 이로 인해 상기 열교환부(200)에서 생성된 버블의 이탈이 방해되면서 열전달 효율이 저하되고, 신속한 버블의 이탈이 방해되기 때문이다. 본 실시예에서 설명한 배치 관계는 본 발명의 이해를 돕기 위해 일 예로 도시한 것 일뿐, 상기 배치 상태로 반드시 한정하지 않는다.Referring to FIG. 3, the thermal expansion part 200 is disposed while maintaining a predetermined interval in the horizontal and vertical directions on the upper surface of the base part 100. The thermal expansion part 200 may be disposed over the entire upper surface of the base part 100 or may be concentrated in a place where heat transfer is rapidly performed. The thermal expansion unit 200 is preferably spaced apart from each other at regular intervals on the upper surface of the base portion 100. When the heat exchanger 100 is arranged in close contact with each other without being spaced at regular intervals, bubbles generated in the heat transfer surface 102 are combined with each other to form a film having a predetermined area, thereby forming the heat exchanger ( This is because the heat transfer efficiency is lowered while the release of bubbles generated in 200 is hindered, and rapid release of bubbles is hindered. The arrangement relationship described in this embodiment is only shown as an example to help understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the arrangement state.

본 발명의 다른 실시예에 의한 열팽창부의 배치 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.An arrangement state of the thermal expansion portion according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

첨부된 도 5를 참조하면, 열팽창부(200)는 베이스부(100)의 상면에서 다수개의 열팽창부(200)가 단위 유닛을 이루며 격자 형태로 이격 배치될 수 있다. 이와 같이 단위 유닛을 이루며 이격 배치될 경우에는, 열팽창부(200)가 배치된 부분과, 미배치된 부분에서 발생된 버블이 서로 간에 합쳐져서 막을 형성하는 비율이 상대적으로 감소되면서 버블의 발생에 따른 제거가 보다 용이하게 이루어지고, 열전달 효율이 향상될 수 있다.
Referring to FIG. 5, in the thermal expansion unit 200, a plurality of thermal expansion units 200 may be spaced apart from each other in a lattice form on the upper surface of the base unit 100. In this case, when spaced apart from each other to form a unit unit, the portion in which the thermal expansion unit 200 is disposed and the bubbles generated in the unplaced portion merge with each other to form a film, thereby relatively reducing the formation of bubbles. Can be made more easily, and the heat transfer efficiency can be improved.

본 발명의 다른 실시예에 의한 기포 제거용 구조물의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.The structure of the bubble removing structure according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

첨부된 도 6을 참조하면, 본 실시예는 고온 또는 초고온상태로 발열이 이루어지는 발열부(400)가 구비되고, 상기 발열부(400)의 외측에 밀착 배치된 열전달면(102)을 통해 유체에 열을 전달하는 베이스부(100)가 마련된다. 상기 베이스부(100)의 구성은 앞서 설명한 바와 유사 내지 동일하여 상세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 6, the present embodiment includes a heat generating unit 400 that generates heat in a high temperature or ultra high temperature state, and is connected to a fluid through a heat transfer surface 102 disposed in close contact with the outside of the heat generating unit 400. Base portion 100 for transferring heat is provided. The configuration of the base unit 100 is similar to or the same as described above, and thus detailed description thereof will be omitted.

상기 베이스부는 상부에 소정의 간격으로 이격 배치되고, 상부로 돌출된 블록(300)이 마련된다. 상기 블록(300)은 캐비티(Cavity) 또는 필라(Pillar) 형상으로 이루어질 수 있다. 여기서 캐피티 또는 필라 형상의 의미는 평면에서 홈(groove)처럼 파인 형상이나 튀어나온 형상을 총칭하는 것으로서, 원형, 삼각형, 사각형등 다양한 형상으로 변형될 수 있다.The base portion is spaced apart at a predetermined interval on the upper portion, the block 300 protruding upward is provided. The block 300 may be formed in a cavity or pillar shape. Here, the term 'capital' or 'pillar' refers to a shape that is hollow or protrudes like a groove in a plane, and may be transformed into various shapes such as a circle, a triangle, and a rectangle.

이를 통해 상기 블록(300)은 베이스부(100)의 면적과, 상기 블록(300)의 면적이 더해지면서 열전달면이 증가되고, 열전달방출영역이 그만큼 넓어질 수 있는 효과가 유발된다.As a result, the block 300 has an area in which the area of the base part 100 and the area of the block 300 are added to increase the heat transfer surface, and the heat transfer area can be widened.

상기 블록(300)의 배치와 모양은 다양하게 변형이 가능하다. 즉 비등열전달 시 생성되어 떨어져 나오는 버블의 크기는 비등열전달 조건에 따라 다양하므로, 발생하는 버블의 크기를 고려하여 상기 블록(300)의 배치와 모양을 다양하게 변형할 수 있다. The arrangement and shape of the block 300 can be variously modified. That is, since the size of the bubble generated and separated during boiling heat transfer varies according to boiling heat transfer conditions, the arrangement and shape of the block 300 may be variously modified in consideration of the size of the generated bubble.

비등열전달에 영향을 미치는 인자에는 공급되는 유체의 온도, 발열부에서 가해지는 열량, 압력 등 다양하므로, 이러한 인자들을 고려하여 상기 블록(300)의 배치와 모양을 다양하게 할 수 있다. Factors affecting the boiling heat transfer may vary in the temperature of the fluid to be supplied, the amount of heat applied to the heat generating unit, the pressure, and the like, so that the arrangement and shape of the block 300 may be varied in consideration of these factors.

일반적으로 떨어져 나오는 버블의 지름은 수십 마이크로 미터에서 수백 마이크로 미터 정도로 알려져 있으므로, 본 발명에서는 블록(300)을 형성하는 크기를 1 내지 10000 마이크로 미터로 하여 작은 버블이 발생하는 경우에도 버블 발생의 시드 역할을 할 수 있다.In general, since the diameter of the falling bubble is known from several tens of micrometers to several hundred micrometers, in the present invention, the size of the block 300 is set to 1 to 10000 micrometers so that even if small bubbles are generated, the seed role of bubble generation is generated. can do.

또한 블록(300)의 간격을 1 내지 10000 마이크로 미터로 하여, 버블이 충분히 생성되었을 시에도 서로 엉겨 붙지 않도록 할 수 있다. In addition, the interval between the blocks 300 is set to 1 to 10000 micrometers, so that the bubbles do not get entangled with each other even when sufficient bubbles are generated.

본 실시예에서 도시한 블록(300)의 간격 및 배치는 설명의 편의를 위해 도시한 일 실시예에 불과한 것이며 상기 블록(300)의 모양이 반드시 사각형일 필요는 없으며, 발생하는 버블의 크기를 고려하여 다양한 모양이 가능할 수 있음을 밝혀둔다.The spacing and arrangement of the block 300 shown in this embodiment is just one embodiment shown for convenience of description, and the shape of the block 300 does not necessarily have to be a rectangle, taking into account the size of the bubbles generated. Note that various shapes may be possible.

상기 베이스부(100)는 상면과 블록(300) 상면에 배치되고, 상기 열전달면(102)과 블록(300) 상면에서 생성된 버블(Bubble)과 유체 사이의 온도차이에 의한 열팽창(Thermal expansion)에 따라 움직임(Motion)이 발생되는 열팽창부(200)를 포함한다.The base part 100 is disposed on an upper surface and an upper surface of the block 300, and thermal expansion due to a temperature difference between a bubble and a fluid generated in the upper surface of the heat transfer surface 102 and the block 300. In accordance with the motion (Motion) includes a thermal expansion unit 200.

열팽창부(200)는 제1 열팽창부(210)와, 제2 열팽창부(220)로 이루어지고, 상기 제1 열팽창부(210)는 제1 열팽창 계수를 가지며 온도 변화에 따라 열팽창이 발생되고, 제2 열팽창부(220)는 제2 열팽창 계수를 가지며 온도 변화에 따라 길이 방향에서 열팽창이 발생된다.The thermal expansion unit 200 includes a first thermal expansion unit 210 and a second thermal expansion unit 220, the first thermal expansion unit 210 has a first thermal expansion coefficient and thermal expansion is generated according to a temperature change. The second thermal expansion unit 220 has a second thermal expansion coefficient and thermal expansion occurs in the longitudinal direction according to the temperature change.

상기 제1 열팽창부(210)와 제2 열팽창부(220)는 서로 다른 열팽창 계수를 가지며 열팽창이 이루어진다.The first thermal expansion unit 210 and the second thermal expansion unit 220 have different thermal expansion coefficients and thermal expansion.

즉, 상기 제1 열팽창부(210)는 제2 열팽창부(220)에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 열팽창이 이루어지고, 상기 제2 열팽창부(220)는 상기 제1 열팽창부의 열팽창온도보다 상대적으로 높은 온도에서 열팽창이 이루어지면서 버블과 유체 사이의 온도 차이에 의한 열팽창에 따라 움직임이 발생될 수 있다.That is, the first thermal expansion unit 210 is thermally expanded at a relatively lower temperature than the second thermal expansion unit 220, and the second thermal expansion unit 220 is relatively higher than the thermal expansion temperature of the first thermal expansion unit 220. While thermal expansion occurs at a temperature, movement may occur due to thermal expansion due to a temperature difference between a bubble and a fluid.

본 실시예에서는 상기 제1 내지 제2 열팽창부(210,220)의 재질에 대해 특별히 한정하지는 않으며, 서로 다른 열팽창 계수(thermal expansion coefficient)로 이루어지기만 하면 된다.In the present embodiment, the material of the first to second thermal expansion parts 210 and 220 is not particularly limited, and may be formed of different thermal expansion coefficients.

상기 열팽창부(200)는 고집적으로 인한 소형화를 위해 나노구조물로 이루어지는 것이 바람직하며, 이를 통해 초소형의 크기를 유지하면서도 냉각성능은 향상된 열전달을 실시할 수 있다.The thermal expansion unit 200 is preferably made of a nanostructure for miniaturization due to high integration, through which the cooling performance can be improved while maintaining the ultra-small size.

상기 제1,2 열팽창부(210,220)는 서로 동일한 길이로 이루어질 수 있으며, 일 예로 0.1 내지 1000 마이크로 미터의 길이를 가질 수 있으나, 상기 길이로 반드시 한정하지 않는다. 또한 상기 제1,2 열팽창부(210,220)는 길이 방향에서 열팽창이 이루어지며, 상기 제1,2 열팽창부(210,220)에 전달되는 열전달 상태에 따라 움직임이 발생된다.
The first and second thermal expansion parts 210 and 220 may have the same length as each other. For example, the first and second thermal expansion parts 210 and 220 may have a length of 0.1 to 1000 micrometers, but are not limited thereto. In addition, the first and second thermal expansion parts 210 and 220 are thermally expanded in the longitudinal direction, and movement occurs according to the heat transfer state transmitted to the first and second thermal expansion parts 210 and 220.

본 발명에 의한 나노 구조물 제조방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다.A method for manufacturing a nanostructure according to the present invention will be described with reference to the drawings.

첨부된 도 7 내지 도 8을 참조하면, 열전달 상태에 따라 열팽창이 이루어지는 나노구조물을 생성하기 위해 기판을 준비하고, 상기 기판에 잔존하는 불순물을 제거(ST100)하여 상기 기판에 잔존하는 불순물과 유기물을 우선적으로 제거한다.7 to 8, a substrate is prepared to generate a nanostructure in which thermal expansion is performed according to a heat transfer state, and impurities remaining in the substrate are removed by removing impurities remaining on the substrate (ST100). Remove it first.

상기 기판에 불순물이 잔존할 경우에는, 제조 공정에서 에러가 발생 되거나, 최종 생산된 제품에서 불량이 발생될 확률이 높기 때문에 반드시 실시하는 것이 바람직하다.When impurities remain on the substrate, it is preferable to carry out an error in a manufacturing process or a defect in a final produced product is high.

상기 기판은 실리콘 웨이퍼를 사용하며 황산과 과산화수소(hydrogen peroxide)를 3:1의 비율로 혼합하고 80℃의 온도로 가열한 후에, 상기 기판을 침전시켜서 불순물을 제거한다.The substrate is a silicon wafer, and sulfuric acid and hydrogen peroxide are mixed at a ratio of 3: 1 and heated to a temperature of 80 ° C., and then the substrate is precipitated to remove impurities.

또한, 상기 기판은 아세톤과 메탄올이 각각 담긴 용액에 5분씩 담가두고 초음파분쇄기(sonicator)를 이용하여 추가적인 세정을 실시할 수 있다.In addition, the substrate may be immersed for 5 minutes in a solution containing acetone and methanol, respectively, and may be further cleaned using a sonicator.

첨부된 도 8을 참조하면, 기판을 질산은(AgNO3)과 불산(HF)을 섞어 희석시킨 식각용액에 침전시키면, 상기 식각용액에 이온으로 존재하던 은(Ag) 입자가 기판 표면에 galvanic bonding을 통해 달라붙고, 상기 은 입자가 달라붙은 부분에서는 국소적으로 산화가 일어나며, 산화된 SiO2는 용액에 포함된 불산에 의해 식각 된다.Referring to FIG. 8, when the substrate is precipitated in an etching solution diluted by mixing silver nitrate (AgNO 3 ) and hydrofluoric acid (HF), silver (Ag) particles present as ions in the etching solution may be galvanic bonded to the substrate surface. The silver particles adhere to each other and locally oxidize at the portion where the silver particles adhere to each other, and the oxidized SiO 2 is etched by hydrofluoric acid contained in the solution.

이와 같은 과정이 시간에 따라 계속 진행되면서 은 입자가 붙은 부분의 실리콘은 지속적으로 식각 되고, 붙지 않은 부분이 남아서 나노선 형태로 존재(ST200)하게 된다. 은 입자를 이용한 실리콘 식각의 경우, 표면에 지속적으로 은 입자가 달라붙고 또한 식각 되어 깎여 들어간 부분에도 은 입자가 남아있게 된다.As the process continues over time, the silicon in the silver particle portion is continuously etched, and the non-stick portion remains in the nanowire form (ST200). In the case of silicon etching using silver particles, silver particles continuously adhere to the surface, and silver particles remain in the etched and scraped portions.

그리고, 상기 기판을 진공 챔버속에 배치시키고, 상기 제1 열팽창부와 상이한 열팽창계수로 이루어진 금속입자를 진공챔버에 공급한 상태에서 플라즈마를 발생시켜 상기 제1 열팽창부의 일측에 제2 열팽창부의 막을 형성(ST300)한다. 이때, 상기 제2 열팽창부가 부착되는 위치는 별도의 방향제어를 통해 실시하여 최종적으로 제작된 열팽창부를 전자현미경으로 살펴보면 도 8의 (a) 또는 (b)에 도시된 바같이 나노 구조를 갖는 열팽창부가 제작된다.
The substrate is placed in a vacuum chamber, and plasma is generated in a state in which metal particles having a thermal expansion coefficient different from the first thermal expansion portion are supplied to the vacuum chamber to form a film of the second thermal expansion portion on one side of the first thermal expansion portion ( ST300). At this time, the position where the second thermal expansion portion is attached is carried out through a separate direction control to look at the finally produced thermal expansion portion with an electron microscope thermal expansion portion having a nano structure as shown in (a) or (b) of FIG. Is produced.

본 발명의 다른 실시예에 의한 구조물 제조방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다.A structure manufacturing method according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

첨부된 도 9 내지 도 10을 참조하면, 열전달 상태에 따라 열팽창이 이루어질, 제1 열팽창부에 대한 제작을 위한 몰드(M)를 제작(ST1000)한다. 상기 몰드(M)는 제1 열팽창부가 형성될 부분에 홈이 형성된 구조로 이루어진다.9 to 10, a thermal expansion is performed according to a heat transfer state, and a mold M for manufacturing a first thermal expansion part is manufactured (ST1000). The mold M has a structure in which a groove is formed in a portion where the first thermal expansion portion is to be formed.

그리고, 상기 몰드(M)에 금속 전해질이 증착되도록, 상기 몰드(M)를 전해 용액에 침전시켜서 제1 열팽창부를 형성(ST2000)한다. 상기 전해질은 일 예로 구리가 사용될 수 있으나, 철(Fe), 니켈(Ni) 또는 Bi가 사용될 수 있으며 특별히 특정 금속으로 한정하지 않는다.In order to deposit the metal electrolyte on the mold M, the mold M is precipitated in an electrolytic solution to form a first thermal expansion part ST2000. As the electrolyte, copper may be used as an example, but iron (Fe), nickel (Ni) or Bi may be used, and is not particularly limited to a specific metal.

상기 몰드(M)는 소정의 크기로 이루어진 수조 또는 탱크에 전해액이 구비되고, 상기 전해액에 애노드 단자(22)와 캐소드 단자(24)를 각각 삽입 배치시킨 상태에서 파워소스를 공급하면, 상기 애노드 단자(22)에서 캐소드 단자(24)쪽으로 이온이 이동되면서, 상기 홈에 구리가 증착된다.The mold (M) is provided with an electrolytic solution in a water tank or a tank having a predetermined size, and the anode terminal is supplied when a power source is supplied while the anode terminal 22 and the cathode terminal 24 are respectively inserted into the electrolyte solution. As ions move toward the cathode terminal 24 at 22, copper is deposited in the grooves.

그리고, 상기 소정 시간이 경과 후에, 상기 몰드(M)를 건져내고 생성된 제1 열팽창부를 제외한 몰드(M)를 산용액에 침전시켜서 상기 몰드(M)를 제거(ST3000)한다. 이때, 생성된 제1 열팽창부에는 화학적인 변화를 발생하지 않는 용액을 사용하는 것이 바람직하다.After the predetermined time elapses, the mold M is removed and the mold M, except for the first thermal expansion portion, is precipitated in an acid solution to remove the mold M (ST3000). In this case, it is preferable to use a solution that does not generate a chemical change in the generated first thermal expansion portion.

그리고, 상기 기판을 진공 챔버속에 배치시키고, 상기 제1 열팽창부와 상이한 열팽창계수로 이루어진 금속입자를 진공챔버에 공급한 상태에서 플라즈마를 발생시켜 상기 제1 열팽창부의 일측에 제2 열팽창부의 막을 형성(ST4000)한다. 이때, 상기 제2 열팽창부가 부착되는 위치는 별도의 방향제어를 통해 실시한다.The substrate is placed in a vacuum chamber, and plasma is generated in a state in which metal particles having a thermal expansion coefficient different from the first thermal expansion portion are supplied to the vacuum chamber to form a film of the second thermal expansion portion on one side of the first thermal expansion portion ( ST4000). At this time, the position where the second thermal expansion portion is attached is carried out through a separate direction control.

이때, 상기 제1 열팽창부에 증착된 금속 입자는 상기 제1 열팽창부의 길이 방향을 따라 일측면에만 증착이 이루어진다.At this time, the metal particles deposited on the first thermal expansion portion are deposited only on one side along the longitudinal direction of the first thermal expansion portion.

첨부된 도 11 내지 도 12를 참조하면, 앞서 설명된 몰드(M)에 의해 제작된 열팽창부(200)는 열전달면(102)의 상부에 다수개가 단위유닛을 이루며 배치된다.
11 to 12, the thermal expansion part 200 manufactured by the mold M described above is disposed on the upper portion of the heat transfer surface 102 to form a unit unit.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 기포 제거용 구조물의 작동 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.An operational state of the bubble removing structure according to the present invention configured as described above will be described with reference to the drawings.

첨부된 도 6 또는 도 13을 참조하면, 베이스부(100)는 발열부(400)에서 발생되는 고온 또는 초고온의 열을 전달받고, 열전달면(102)을 통해 유체에 전도된다.Referring to FIG. 6 or 13, the base part 100 receives heat of a high temperature or an ultra high temperature generated from the heat generating part 400, and is conductive to the fluid through the heat transfer surface 102.

상기 열전달면(102)의 표면온도는 상기 가열부(400)를 통해 열전도되는 고온의 열에 의해 급격히 상승되고, 상기 유체의 포화온도보다 높을 경우에 상기 열전달면(102)에서 버블(2)이 발생되기 시작한다. 상기 버블(2)은 열전달면(102)에서 최초 생성된 후에 주변의 유체보다 상대적으로 표면 온도가 높은 상태로 유지되고, 상기 버블(2) 주위로 상대적으로 저온 상태의 유체 공급이 이루어지지 않으면서 부피가 증가된다.The surface temperature of the heat transfer surface 102 rapidly rises due to the high temperature of heat conducting through the heating unit 400, and when the temperature is higher than the saturation temperature of the fluid, the bubble 2 is generated on the heat transfer surface 102. It begins to be. After the bubble 2 is first generated at the heat transfer surface 102, the bubble temperature is maintained at a relatively high surface temperature than the surrounding fluid, and a relatively low temperature fluid supply is not performed around the bubble 2. Volume is increased.

상기 버블(2)은 열팽창부(200)가 배치된 사이사이 마다 생성될 수 있으나, 설명의 편의를 위해 1개만 생성된 것으로 설명한다.The bubble 2 may be generated every time the thermal expansion unit 200 is disposed, but only one of the bubbles 2 is generated for convenience of description.

도 13에 도시된 바와 같이, 버블(2)은 열팽창부(200)의 길이 방향을 따라서 하측에서 상측으로 이동되고, 상기 버블(2)이 갖는 고온이 열이 제2 열팽창부(220) 전체에 전달되며, 이로 인해 상기 제2 열팽창부(220)는 일측 방향으로 열팽창되기 시작한다.As shown in FIG. 13, the bubble 2 is moved from the lower side to the upper side in the longitudinal direction of the thermal expansion part 200, and the high temperature of the bubble 2 is transferred to the entire second thermal expansion part 220. And the second thermal expansion part 220 begins to thermally expand in one direction.

또한 제1 열팽창부(210)는 외주면이 상기 버블(2)의 온도에 비해 상대적으로 저온 상태인 유체와 접촉된 상태가 유지되고, 상기 제2 열팽창부(220)의 열팽창률에 비해 상대적으로 적게 팽창되면서, 상기 제2 열팽창부(220)의 급격한 팽창을 도모한다.
In addition, the first thermal expansion unit 210 maintains a state in which the outer circumferential surface is in contact with the fluid having a relatively low temperature compared to the temperature of the bubble 2, and is relatively less than the thermal expansion rate of the second thermal expansion unit 220. While expanding, the second thermal expansion unit 220 is rapidly expanded.

첨부된 도 14 내지 도 15를 참조하면, 버블(2)은 제2 열팽창부(220)에 생성된 후에, 상기 버블(2) 주위에서 순환되는 유체의 대류 현상에 의해 상측으로 이동되고, 원형의 형상으로 형상이 변경된 상태로 열교환부(200) 사이에 위치되며, 상기 버블(2)이 열팽창부(200)의 길이 방향을 따라서 이동되면서 발생되는 제1 열팽창부(210)와 제2 열팽창부(220)의 열팽창률에 의해 상기 열팽창부(200)의 상단에서 움직임(motion)이 발생된다.14 to 15, after the bubble 2 is generated in the second thermal expansion portion 220, the bubble 2 is moved upward by the convective phenomenon of the fluid circulated around the bubble 2, and is circular. The first thermal expansion unit 210 and the second thermal expansion unit are positioned between the heat exchange unit 200 in a state where the shape is changed into a shape, and the bubble 2 is moved along the longitudinal direction of the thermal expansion unit 200. The motion is generated at the upper end of the thermal expansion part 200 by the thermal expansion rate of 220.

상기 열팽창부(200)의 움직임 방향은 길이 방향에서 발생되며, 상기 열팽창부(200)에 생성된 버블(2)은 상기 열팽창부(200)의 길이 방향을 따라 상부로 이동되다가 상기 움직임에 의해 열팽창부(200)의 단부에서 이탈되는 힘이 가해진다.The movement direction of the thermal expansion unit 200 is generated in the longitudinal direction, the bubble (2) generated in the thermal expansion unit 200 is moved upward along the longitudinal direction of the thermal expansion unit 200, the thermal expansion by the movement A force deviating from the end of the portion 200 is applied.

상기 버블(2)은 열팽창부(200)의 단부에서의 움직임에 의해 열팽창부(200)의 외측으로 이탈되고, 열전달면(102)에서 생성된 버블(2)이 신속하게 제거된다. 그리고, 상기 열팽창부(200) 사이 또는 열전달면(102)을 향해 상대적으로 저온의 유체가 화살표 방향을 따라서 신속하게 공급되면서 상기 열전달면(102)의 냉각이 이루어진다.
The bubble 2 is released to the outside of the thermal expansion unit 200 by the movement at the end of the thermal expansion unit 200, the bubble 2 generated in the heat transfer surface 102 is quickly removed. In addition, while the relatively low temperature fluid is rapidly supplied along the arrow direction between the thermal expansion parts 200 or toward the heat transfer surface 102, the heat transfer surface 102 is cooled.

본 발명의 일 실시예에 의한 기포 제거용 구조물을 통한 버블의 성장 및 탈락에 따른 상태를 도 16을 참조하여 설명한다. 참고로 X축은 시간이고, Y축은 온도를 나타낸다. 상기 온도는 버블에 의한 주위의 온도 변화를 나타낸 것이다.A state according to the growth and dropping of bubbles through the bubble removing structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 16. For reference, the X axis represents time and the Y axis represents temperature. The temperature represents a change in the ambient temperature due to the bubble.

첨부된 도 16을 참조하면, 가열부(400)에 의해 고온의 열이 열전달면(102)에 전도되면서, 0.4초 후인 a점에서 열팽창부(200)에 버블이 생성되고, 상기 버블 주위의 유체온도는 상승되기 시작한다. 상기 버블의 직경이 점차 증가되면서 상기 버블에 대한 냉각이 이루어지지 않으면서 유체의 온도는 b점 위치로 상승되고, 상기 버블이 열팽창부(200)의 움직임에 의해 탈락된 c점 이후부터 유체의 온도가 하강된다. 이와 같은 버블의 생성 과 성장 및 탈락에 따른 일련의 과정이 반복적으로 일루어지면서 열전달면(102)을 통한 냉각이 향상된다.
Referring to FIG. 16, a high temperature heat is conducted to the heat transfer surface 102 by the heating unit 400, and bubbles are generated in the thermal expansion unit 200 at a point 0.4 seconds later, and the fluid around the bubble is generated. The temperature begins to rise. As the diameter of the bubble is gradually increased, the temperature of the fluid is raised to a point b without cooling the bubble, and the temperature of the fluid from the point c after the bubble is dropped by the movement of the thermal expansion unit 200 is increased. Is lowered. As a series of processes resulting from the creation, growth, and dropping of such bubbles is repeatedly performed, cooling through the heat transfer surface 102 is improved.

본 발명의 일 실시예에 의한 기포 제거용 구조물과 종래의 나노 구조물의 임계열유속 특성을 도시한 도 17을 참조하여 설명한다. 굵은 실선으로 도시한 그래프는 본 발명의 임계열유속을 도시한 그래프이고, 점선으로 도시한 그래프는 종래의 임계열유속을 도시한 그래프이다. 여기서 임계열유속의 의미는 열전달면에서 열을 최대한으로 발열시킬 수 있는 한계치를 말한다. 또한 X축은 열전달면의 온도에서 유체의 온도를 뺀 값으로마 열전달면의 과열도이고, Y축은 발열량을 나타낸다. 또한 CHF(Critical Heat Flux)는 임계 열유속의 약자를 의미한다.Referring to Figure 17 showing the critical heat flux characteristics of the bubble removing structure and the conventional nanostructures according to an embodiment of the present invention. The graph shown by the thick solid line is a graph showing the critical heat flux of the present invention, and the graph shown by the dotted line is a graph showing the conventional critical heat flux. Here, the critical heat flux means a limit value that can generate heat to the maximum in the heat transfer plane. In addition, the X-axis is a value obtained by subtracting the temperature of the fluid from the temperature of the heat transfer surface, and the superheat degree of the heat transfer surface, and the Y axis represents the calorific value. In addition, CHF (critical heat flux) means the abbreviation of the critical heat flux.

첨부된 도 17을 참조하면, 본 발명과 종래의 그래프 궤적을 살펴보면, 버블 발생 이전인 A구간에서는 본 발명과 종래 모두 비슷한 궤적을 보이면서 이동되거나, 본 발명에 의한 그래프의 궤적이 종래의 궤적보다 높은 기울기를 가지며 상승되는 것을 알 수 있다.Referring to the accompanying FIG. 17, the present invention and the conventional graph trajectory are described in the section A before the bubble generation, while both the present invention and the conventional trajectory are moved, or the trajectory of the graph according to the present invention is higher than the conventional trajectory. It can be seen that the slope is raised.

A 구간에서부터 B구간에서는 열전달면에서 버블의 발생 및 성장이 이루어지는 구간으로서, 본 발명은 열팽창부에서 버블이 생성된 후에, 그래프에 도시된 바와 같은 궤적을 가지며 임계 열유속 그래프 곡선이 이동된다. 이에 반해 종래의 임계열유속 그래프는 열전달면에 열팽창부가 구비되어 있지 않아서 버블 생성에 따른 발열량이 감소되고 이로 인해 발열량이 본 발명의 임계열유속 그래프에 비해 낮은 상태로 발열된다.In section A to section B, the bubble is generated and grown in the heat transfer plane. In the present invention, after the bubble is generated in the thermal expansion portion, the graph has a trajectory as shown in the graph and the critical heat flux graph curve is moved. On the other hand, the conventional critical heat flux graph is not provided with a thermal expansion portion on the heat transfer surface, so that the amount of heat generated by the generation of bubbles is reduced, and thus the heat value is generated in a lower state than the critical heat flux graph of the present invention.

C구간에서는 본 발명의 경우에는 열팽창부에서의 움직임(motion)에 의한 버블이 탈락되면서, 버블 주변의 유체의 순환 및 공급에 의한 냉각이 신속히 이루어지면서 종래의 임계열유속의 그래프에 비해 상대적으로 높은 임계열유속 그래프가 나타난다.In the C section, in the case of the present invention, as the bubble is dropped by the motion in the thermal expansion portion, the cooling is performed by the circulation and supply of the fluid around the bubble, and the threshold is relatively higher than the graph of the conventional critical heat flux. A heat flux graph is displayed.

따라서, 본 발명은 버블의 생성과 성장 및 제거에 따른 일련의 과정에 따른 임계열유속이 향상되고, 이로 인한 열전달명에서의 방열 및 냉각이 보다 안정적으로 이루어진다.
Therefore, the present invention improves the critical heat flux according to a series of processes according to the generation, growth, and removal of bubbles, and thus the heat dissipation and cooling in heat transfer name are more stably achieved.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention as set forth in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

100 : 베이스부
102 : 열전달면
200 : 열팽창부
210 : 제1 열팽칭부
220 : 제2 열팽창부
300 : 블록100: base part
102: heat transfer surface
200: thermal expansion unit
210: first thermal expansion portion
220: second thermal expansion portion
300: block

Claims (14)

유체와 열전달이 이루어지도록, 열전달면이 마련된 베이스부; 및
상기 베이스부의 상부에 배치되고, 상기 열전달면에서 생성된 버블(Bubble)과 유체 사이의 온도차이에 의한 열팽창(Thermal expansion)에 따라 움직임(Motion)이 발생되는 열팽창부를 포함하는 기포 제거용 구조물.A base portion provided with a heat transfer surface to allow heat transfer with the fluid; And
And a thermal expansion unit disposed above the base unit and including a thermal expansion unit in which movement occurs due to thermal expansion due to a temperature difference between a bubble and a fluid generated at the heat transfer surface. 제1 항에 있어서,
상기 열팽창부는,
이종재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 기포 제거용 구조물.The method according to claim 1,
The thermal expansion portion,
Bubble removal structure, characterized in that consisting of different materials. 제1 항에 있어서,
상기 열팽창부는,
온도변화에 따라 열팽창이 이루어지는 제1 열팽창부;
상기 제1 열팽창부와 상이한 열팽창계수로 이루어진 제2 열팽창부로 이루어진 것을 특징으로 하는 기포 제거용 구조물.The method according to claim 1,
The thermal expansion portion,
A first thermal expansion unit in which thermal expansion is performed according to a temperature change;
Bubble removing structure, characterized in that consisting of a second thermal expansion portion made of a different coefficient of thermal expansion than the first thermal expansion portion. 제3 항에 있어서,
상기 열팽창부는,
길이 방향에서 열팽창이 이루어지는 것을 특징으로 하는 기포 제거용 구조물.The method of claim 3,
The thermal expansion portion,
Bubble-free structure, characterized in that the thermal expansion in the longitudinal direction. 제1 항에 있어서,
상기 열팽창부는,
길이가 0.01 내지 1000 마이크로 미터인 것을 특징으로 하는 기포 제거용 구조물.The method according to claim 1,
The thermal expansion portion,
Bubble removing structure, characterized in that the length of 0.01 to 1000 micrometers. 제1 항에 있어서,
상기 베이스부는,
상면에 초친수 코팅층(superhydrophobic coating layer)이 형성된 것을 특징으로 하는 기포 제거용 구조물.The method according to claim 1,
The base unit includes:
Bubble removing structure, characterized in that the superhydrophobic coating layer (superhydrophobic coating layer) formed on the upper surface. 고온 또는 초고온상태로 발열이 이루어지는 발열부;
상기 발열부의 외측에 밀착 배치된 열전달면을 통해 유체에 열을 전달하는 베이스부;
상기 베이스부의 상부에 소정의 간격으로 이격 배치되고, 상부로 돌출된 블록; 및
상기 베이스부의 상면과 블록 상면에 배치되고, 상기 열전달면과 블록 상면에서 생성된 버블(Bubble)과 유체 사이의 온도차이에 의한 열팽창(Thermal expansion)에 따라 움직임(Motion)이 발생되는 열팽창부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기포 제거용 구조물.A heat generating unit generating heat in a high temperature or ultra high temperature state;
A base unit for transferring heat to the fluid through a heat transfer surface disposed in close contact with the outside of the heat generating unit;
A block spaced apart from each other at a predetermined interval on an upper portion of the base part and protruding upward; And
It is disposed on the upper surface and the upper surface of the base portion, and includes a thermal expansion portion in which the motion (Motion) is generated in accordance with the thermal expansion (Thermal expansion) due to the temperature difference between the bubble (Bubble) generated in the heat transfer surface and the block upper surface Bubble removal structure, characterized in that. 제7 항에 있어서,
상기 베이스부와 블록에 배치된 열팽창부는 높이 차이를 가지며 배치된 것을 특징으로 하는 기포 제거용 구조물.The method of claim 7, wherein
Foam expansion structure, characterized in that the thermal expansion portion disposed in the base portion and the block having a height difference. 제7 항에 있어서,
상기 열팽창부는,
온도변화에 따라 열팽창이 이루어지는 제1 열팽창부;
상기 제1 열팽창부와 상이한 열팽창계수로 이루어진 제2 열팽창부로 이루어진 것을 특징으로 하는 기포 제거용 구조물.The method of claim 7, wherein
The thermal expansion portion,
A first thermal expansion unit in which thermal expansion is performed according to a temperature change;
Bubble removing structure, characterized in that consisting of a second thermal expansion portion made of a different coefficient of thermal expansion than the first thermal expansion portion. 제7 항에 있어서,
상기 블록은,
캐비티(Cavity) 또는 필라(Pillar) 형상인 것을 특징으로 하는 기포 제거용 구조물.The method of claim 7, wherein
The block is,
Bubble removal structure, characterized in that the cavity (Cavity) or pillar (Pillar) shape. 제7 항에 있어서,
상기 블록은,
상기 베이스부 상면에 패턴으로 형성되며, 상기 패턴간의 간격은 1 내지 10000 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 기포 제거용 구조물.The method of claim 7, wherein
The block is,
Is formed in a pattern on the upper surface of the base portion, the spacing between the patterns is characterized in that the bubble removing structure characterized in that 1 to 10000 micrometers. 열전달 상태에 따라 열팽창이 이루어지는 구조물을 생성하기 위해 기판을 준비하고, 상기 기판에 잔존하는 불순물을 제거하는 단계;
상기 기판을 식각용액에 침전시켜서 제1 열팽창부를 형성하는 단계; 및
상기 기판을 증착시켜 상기 제1 열팽창부와 열팽창계수가 상이한 제2 열팽창부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 제조방법.Preparing a substrate to create a structure in which thermal expansion occurs according to a heat transfer state, and removing impurities remaining on the substrate;
Depositing the substrate in an etching solution to form a first thermal expansion portion; And
Depositing the substrate to form a second thermal expansion portion having a different thermal expansion coefficient from the first thermal expansion portion. 열전달 상태에 따라 열팽창이 이루어질, 제1 열팽창부에 대한 제작을 위한 몰드를 제작하는 단계;
상기 몰드에 금속 전해질이 증착되도록 상기 몰드를 전해 용액에 침전시켜서 제1 열팽창부를 형성하는 단계;
생성된 제1 열팽창부를 제외한 몰드를 제거하는 단계; 및
상기 제1 열팽창부와 상이한 열팽창계수를 갖는 제2 열팽창부를 형성하기 위해 상기 제1 열팽창부에 금속 입자를 증착하는 단계를 포함하는 구조물 제조방법.Manufacturing a mold for manufacturing the first thermal expansion part, the thermal expansion being performed according to the heat transfer state;
Depositing the mold in an electrolytic solution such that a metal electrolyte is deposited on the mold to form a first thermal expansion portion;
Removing the mold except for the generated first thermal expansion portion; And
Depositing metal particles on the first thermal expansion portion to form a second thermal expansion portion having a thermal expansion coefficient different from that of the first thermal expansion portion. 제13 항에 있어서,
상기 금속 입자를 증착하는 단계는,
상기 제1 열팽창부의 길이 방향을 따라 일측면에만 증착이 이루어지는 것을 특징으로 하는 구조물 제조방법.The method of claim 13,
Depositing the metal particles,
Method of manufacturing a structure, characterized in that the deposition is made only on one side along the longitudinal direction of the first thermal expansion.
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