KR101169441B1 - 열전달 방법 및 열전달 장치 - Google Patents

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Abstract

열원 영역(54)에서 방열 영역(56)으로 그리고 그 반대로 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트의 집합체(60), 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트(60)에 의해 흡수되거나 함유되는 충분한 양의 냉매 유체, 한정된 공간 내에 위치하는 강하면서도 복원력 있는 구조를 포함하고 상기 열원 영역 및/또는 방열 영역에 대해 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트의 집합체에 압력을 가하는 압력 신장 부재(70), 및 상기 한정된 공간 내에 전술한 것들을 밀폐해서 에워싸는 케이스를 포함하며, 상기 압력 신장 부재(70) 상에는 복수의 파문(80)이 구비되는 열전달 장치가 개시된다.

Description

열전달 방법 및 열전달 장치{METHOD FOR HEAT TRANSFER AND DEVICE THEREFOR}
열원(heat source)에서 방열(heat-dissipating) 영역으로 열 전달을 위한 열전달 장치가 개시된다. 상기 열전달 장치는 마이크로 프로세서, 액정 표시 장치(LCD), 마이크로 전자기계 시스템(MEMS), 빛을 비추는 또는 발하는 장치 및 과도 열을 이송하거나 또는 빠르게 열 제어를 필요로 하는 발열 부품 등의 전자부품들의 열 제어에 특히 유용하다.
많은 장치들은, 그들의 동작 및 작업량으로 인해, 방출시키고 소산시키지 않는다면 축적되고 그들의 연속적인 작업에 불리하게 영향을 미치는 열을 생산한다. 이는 다양한 열전달 장치들이 열 관리에 사용되고 있는 프로세서 장치(여기에서 계속 증가하고 있는(ever-increasing) VLSI 및 처리 속도, 그리고 상당한 양의 데이터가 처리됨), 액정 표시 장치(LCD), 발광 다이오드(LED)와 같은 발광 장치 등과 같은 반도체 장치에서 특히 그러하다.
도 1a 및 도 1b(종래기술)에 도시된 것과 같이 미국특허 제6,446,706호 (Thermal Corp.)에 개시된 것과 같은 다중 박판(multiple laminates)을 포함하는 유연한 구조(flexible structure)가 채용될 수 있는 히트 파이프(heat pipes)에 관 해서 의미 있는 진보 중 하나가 만들어진다. 유연한(flexible) 히트 파이프는 폴리프로필렌 층(28), 제1 접착 층(30)에 의해 폴리프로필렌 층(28)에 부착되는 제1 금속 포일(foil) 층(32), 제2 접착 층(34)에 의해 제1 금속 포일 층(32)에 부착되는 제2 금속 포일 층(12), 및 유연하고 다공성인 재료를 사용하여 형성되는 윅(wick) 층(24)을 구비하는 밀폐된 외부 케이스(26)를 포함한다.
상기 히트 파이프는 상기 윅 층(24)이 상기 외부 케이스(26)와 가깝게 접촉한 상태를 유지하고 상기 케이스에서 많은 방향으로 증기가 유동할 수 있도록 상기 윅 층(24)을 지지하는 분리(separation) 층(18)을 더 포함한다. 상기 분리 층(18)은 폴리프로필렌으로 만들어지는 메시 스크린(mesh screen)으로서 달성된다. 상기 윅 층(24)은 구리 펠트(felt) 재료로 만들어진다. 상기 구리 펠트는 각각 20 마이크로 인치의 직경과 0.2 인치의 길이를 가지는 극세사(micro-fibres), 및 상기 윅 구조의 전체 부피의 20%에서 60% 정도로 상기 윅 구조에 채워지는 구리 분말을 포함한다.
상기 박판 층들(laminate layers)의 유연성은 그것이 부착될 수 있도록 하고 냉각될 장치에 들어맞게 하는 반면, 다수의 박판 층들과 유연한 히트 파이프 사이의 접촉면이 유연한 재료와 형상에 의해 영향을 받을 수 있으며, 이에 따라 효과적인 열 전도에 영향을 줄 수 있다.
도 2(종래기술)는 한국특허 공개번호 제10-2004-18107호에 따른 판형(plate-type) 열전달 장치를 도시하고 있다. 상기 열전달 장치는 상판(200) 및 상기 상판(200) 아래에 배치되는 하판(100)을 포함하며, 상기 상판(200)과 상기 하 판(100) 사이에 갭(gap)을 가지고, 상기 하판(100)의 아래쪽 면은 증발부(P1)와 대응되고 열원과 접하고 있다. 상기 열전달 장치는 액체 냉매의 표면 장력에 의해 하판(100)의 상측 면과 가깝게 접하도록 배치되는 윅 플레이트(120), 및 상기 하판(100)과 상기 윅 플레이트(120) 사이의 거리를 유지하도록 하는 스페이서 플레이트(110)를 더 포함한다.
상기 액상 냉매는 증발부(P1)와 응축부(P2) 사이를 순환한다. 즉, 상기 액상 냉매는 상기 하판 사이에서 발생되는 모세관력(capillary force)에 의해 상기 증발부(P1)에 연속적으로 흘러 들고, 상기 증발부(P1)에 증기상으로 유입되며, 응축부(P2)를 향해 증기상으로 흘러 들며, 응축부(P2)에서 응축된다. 상기 스페이서 플레이트(110)는 그것들 사이에서 발생되는 표면 장력을 이용하여 하판(100)과 윅 플레이트(120) 사이의 거리를 유지하는 역할을 한다.
도 3은 한국특허 출원번호 제10-2004-91617호에서 개시하고 있는 세 번째 종래기술인 플랫 시트(flat sheet) 타입 열전달 장치의 도시이다. 도 3에서 도시하고 있는 상기 열전달 장치는 상부 금속 판(300), 하부 금속 판(350), 가압지지 구조물(310), 및 복수의 박판(320, 322)을 포함하며, 상기 가압지지 구조물(310)과 상기 박판(320, 322)은 상기 상판(300)과 상기 하판(350) 사이에 끼워진다. 각각의 박판들은 상호 평행한 관통 패턴들(through patterns)을 가지며, 상기 패턴들은 마이크로 기계 가공(micromachining) 공정에 의해 형성된다. 상기 가압지지 구조물(310)은 열원이 하판(350)의 저면과 접촉하기 때문에 발생하는 냉매의 증발에 의해 만들어진 증기가 수직한 방향으로 움직일 수 있도록 충분한 관통 홀 밀도를 가 지는 메시 스크린(mesh screen)과 같은 다공성 재료로 만들어진다.
상기 가압지지 구조물(310)은 조립된 때에 상기 박판들(320, 322)의 평행 패턴들의 적어도 일부를 가압한다. 상기 가압지지 구조물(310)로부터의 압력으로 인해 상기 박판(320, 322)들의 평행 패턴들은 상기 하판(350)의 상면에 밀착되며, 이에 따라 상기 패턴들의 초기 상태 갭(gap)보다 더 작은 마이크로 갭(micro gaps)이 형성된다. 상기 마이크로 갭은 에칭 또는 기계 가공과 같은 제조 방법에 의해 구현되기 어려운 수 마이크로 미터의 미세한 냉매 통로를 만든다.
첫 번째 종래기술(미국특허 제6,446,706호)과 관계되는 여러 제한들이 있다. 첫 번째로 복잡한 내부 구조를 가지는 히트 파이프를 만드는 것이 어렵다. 윅 층(24)은 구리 펠트로 만들어지기 때문에 외부 케이스의 내면과 윅 층(24) 사이의 일정하고 강한 접촉을 유지하는 것이 매우 어렵다. 그것으로 인해, 상기 윅 층(24)에 미세 통로를 형성하는 것이 불규칙해지고, 이는 유동을 발생시키는 모세관력(capillary force)의 불균일을 야기한다. 이는 약한 모세관력을 야기하는 높은 유동 저항을 형성한다. 이에 따라, 냉매가 열원 근처에서 활발히 증발할 때, 기체상 냉매의 유동이 컷 오프(cut off)될 수 있다. 게다가, 열 전도도는 지점마다 다르게 된다. 따라서, 상기 열전달 장치의 재현 가능성(reproducibility)이 나쁘다. 다른 제한은 구리 펠트가 얇기 때문에 발생한다. 얇은 구리 펠트를 제조하는 것이 어렵기 때문에 상기 히트 파이프의 전체 얇은 정도는 상기 구리 펠트의 두께에 의해 제한된다.
두 번째 종래기술(한국특허 공개번호 제10-2004-18107호) 또한 제한들을 가진다. 상판과 하판 사이에 삽입되는 얇고 복잡한 구조를 만들기 위해 마이크로 기계 가공(micro machining)이 요구되며, 이는 대량 생산을 제한한다. 이에 따라, 상기 장치의 인클로저(enclosure) 는 수 mm 두께 이하보다 더 얇게 제조될 수 없다. 상기 장치의 구성은 윅 플레이트(120)에 구비되는 평행한 윅들 사이에 형성되는 갭 또는 윅 플레이트(120)와 하판 사이에 형성되는 갭에서의 액상 냉매 유동에 따라 구성된다. 상기 장치는 균일한 갭을 형성하고 인클로저(enclosure)에 의해 제한되는 상기 장치 내에 설치되도록 하판과 상판 상에 형성되는 돌기들(protrusions)을 연결하기 위해 또는 평행한 윅들을 연결하기 위해, 브리지(bridges)와 같은 미세 구조를 포함하기 때문에 매우 복잡하고 수 밀리미터 두께를 가지는 미세 구조를 정확하게 기계 가공하는 것은 어렵다. 또한, 불균일한 갭은 증발부에서 액상 냉매가 말라 증발할 수 없는 상태(drying out)를 초래할 수 있으며, 이 때문에 열전달 장치의 치명적 고장을 야기할 수 있다. 특별히, 그러한 미세 구조는 너무 복잡하고 기계 가공 오류가 발생할 수 있기 때문에 그러한 미세 구조의 대량 생산은 더욱 어렵다.
세 번째 종래기술(한국특허 출원번호 제10-2004-91617호)은 아래와 같은 제한들을 가진다. 도 4a 및 4b에 도시된 것과 같이, 얇은 금속 판 또는 메시(mesh)는 그 재료의 속성과 그 디자인으로 인해 습윤성(wettable)이나 수분 흡수성(liquid-absorbing)을 가지지 않는다. 이는 드라이아웃(dry out) 현상이 일어나도록 할 수 있는 냉매의 반발(repelling)을 만들어 낼 수 있다. 더욱이, 미세한 통로를 유지하는 것은 제조 어려움으로 인해 매우 어렵고, 제조 비용을 증가시킨다. 금속 판 또는 메시의 두께를 줄이는 것이 상기 장치 및 이것이 적용된 전자 장치의 두께를 줄이는데 결정적이나, 이러한 프로세스는 어렵고 추가 비용을 발생시킨다.
이에 따라 전술한 제한들과 불리한 점들을 극복하는 열전달 장치를 가지는 것이 이상적일 수 있으며, 일반 실시예로서 지금 제안되는 열전달 장치는 적어도 열원(heat source) 영역에서 방열(heat dissipation) 영역으로 그리고 그 반대로 액체의 모세관 수송(capillary transport)이 가능한 내부 통로(passages) 및 구멍(holes)을 가지는 섬유 또는 섬유 시트(sheet)의 집합체(aggregate); 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트에 의해 흡수되거나(absorbed) 또는 흡착되는(adsorbed) 충분한 양의 냉매 유체의 공급; 상기 한정된 공간 내에 위치하는 강하면서도 복원력 있는(resilient) 구조를 포함하고 상기 열원 영역(30) 및/또는 방열 영역에 대해 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트의 집합체에 압력을 가하는 압력 신장(tension) 부재(32), 여기서 상기 열원 영역(30) 및/또는 방열 영역에서 복수의 파문(undulations)이 상기 압력 신장 부재에 구비되며; 한정된 공간 내에 전술한 구성들을 밀폐해서 에워싸는 케이스(casing)를 포함한다.
본 발명의 제1 관점에서 상기 파문들은 상기 열원 영역과 방열 영역 중 적어도 하나에 구비된다. 또는 상기 파문들은 상기 열원 영역과 방열 영역 사이에 구비된다. 전술한 파문들은 바람직하게는 가해진 압력을 강화하기 위해서 구비된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 파문들은 측면으로 연장된 돌출부들(protuberances)로서 구비된다. 바람직하게는, 상기 측면으로 연장된 돌출부는 H자 및 유사 형상의 돌출부다.
다른 특정 실시예에서, 상기 파문들은 바람직하게는 기계 가공, 주조, 프레스 몰딩(press-moulding) 또는 유사 공정 또는 그들의 결합에 의해 형성되는 실질적으로 훅(hook) 형상, 원통 모양(cylindrical)을 포함하는 다각형(polygonal) 형상으로 구비되고 인클로징(enclosing) 부재 중 적어도 하나의 내부 표면과 수직한 방향으로 연장되는 돌기들로서 구비될 수 있다. 상기 돌기들 높이는 5mm보다 작으며, 돌기들 사이의 거리와 돌기 직경 사이의 비율이 적어도 7:3이 되도록 약 0.2mm에서 20mm의 범위 내에서 등거리로 간격을 둔다.
본 발명의 제2 관점에서, 상기 압력 신장 부재는 안정하고, 작동 온도 범위에서 어떠한 형태의 가스 또는 증기도 방출하지 않고, 벗겨지지 않으며, 상기 냉매와 반응하지 않는 금속, 폴리머(polymers), 세라믹, 실리콘, 유기 또는 무기 물질로부터 제조되며, 그것은 내부 공간을 유지하도록 형성된다. 상기 압력 신장 부재에 의해 윤곽이 그려지는 상기 내부 공간은 바람직하게는 증기 전도(conduction)를 위한 3차원 공간을 형성하는 연결된 통로(pathways)를 형성할 수 있다.
상기 압력 신장 부재의 특정한 실시예에는 구조화된 층(structural layer)으로 섞어 짜지고(interwoven) 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트에 대항해 그것이 가압되도록 상기 압력 신장 부재 상에 또는 적어도 그것의 일부분 상에서 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 짜여진(woven) 섬유 또는 섬유 시트의 집합체가 구비된다. 바람직하게는, 상기 압력 신장 부재는 그것의 구조가 상기 한정된 공간 내에서 적어도 70%인 증발 공간을 최대화하기 위해 30%를 넘지 않는 최소 공간을 차지하도록 형성된다.
본 발명의 또 다른 관점은 상기 압력 신장 부재의 파문들 중 적어도 하나에서 가해지는 압력에 따라 -40℃와 200℃ 사이에서의 액체-기체 상전이(liquid-gas phase change)를 가지는 유체인 냉매에 관계한다. 그것은 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트를 통해 그리고/또는 상기 압력 신장 부재에 의해 윤곽이 그려지는 상기 연결된 통로에 의해 형성된 3차원 공간을 통해 열원 영역에서 방열 영역으로 그리고 그 반대로 모세관 작용을 통해 대류됨에 따라 상전이를 겪는 것이 또한 바람직할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 바람직하게는 탄소 나노 튜브(carbon nano-tube)와 같이 안정하고 상기 장치의 다른 구성 요소들과 반응하지 않는 비금속(non-metallic), 합성(synthetic), 무기(inorganic) 및 유기(organic) 재료로 만들어지고 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트에 관계하며, 상기 섬유의 가닥(strand)의 직경 대 길이의 평균 비율은 0.05보다 적으며, 상기 섬유 또는 섬유 시트는 그 부피의 90%까지 흡수하는 것이 바람직하다.
액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트의 바람직한 실시예는 1.0mm보다 작은 직경을 가지고, 상기 섬유 부피의 적어도 10%를 차지하며, 1.0mm보다 작은 섬유 벽 두께를 가지고, 0.79mm2보다 작은 단면적을 가지며, 냉매의 섬유 내(intra-fibre) 모세관 유동을 위해 마이크로 또는 나노 미터의 크기를 가지며 적어도 하나의 속이 빈 채널(channel) 관 모양(tubular) 통로(passage)를 가지는 관 모양 구조를 포함한다. 바람직한 가로 세로의 비(aspect ratio)는 약 0.01에서 2.0의 범위 내이며, 상기 섬유는 약 50μm에서 5.0mm의 범위 내인 직경을 가진다.
다음의 실시예에 따르면, 상기 섬유는 상기 열원 영역을 향하여 수렴하고 상기 방열 영역으로 분기하도록 놓여지며, 여기서 상기 섬유는 500μm보다 작은 간격을 둔 각각의 섬유 가닥을 가지는 구조적 모양을 형성하기 위해 섞어 짜질 수 있다.
상기 케이스는, 본 발명의 또 다른 관점에서, 바람직하게는 방수(fluid-proof) 방법으로 그 사이에서 한정된 공간을 에워싸도록 서로 보완하여 서로를 둘러싸는 상부 인클로징(enclosing) 부재와 하부 인클로징(enclosing) 부재를 포함할 수 있고, 케이스는 서로를 힌지식으로(hingedly) 연결하는 상부 인클로징(enclosing)부와 하부 인클로징(enclosing)부를 가지는 단일 부재를 포함하고, 방수(fluid-proof) 방법으로 그 사이에서 한정된 공간을 에워싸도록 서로 보완하여 서로를 둘러싼다. 상기 케이스는 바람직하게는 좋은 열 전도성을 가지는 금속, 비다공성(non-porous) 폴리머(polymers), 세라믹(ceramics), 결정체(crystals), 무기(inorganic) 또는 유기(organic) 재료로 만들어지며, 여기서 상기 케이스의 내부 표면은 상기 냉매 또는 상기 압력 신장 구조와 같은 내부 재료와 어떠한 형태로도 반응하지 않는 반면, 상기 케이스의 내부 표면 영역은 웨트 에칭(wet etching), 드라이 에칭(dry etching), 기계 가공(machining), 프레싱(pressing) 또는 주조(casting) 또는 그들의 결합에 의해 형성되는 복수의 미세 채널(channels)을 제공하는 것에 의해 증가되고 증가된 내부 증기 압력에 대해 복원력이 있다.
그러한 까닭에 상기 케이스는 10.0mm보다 크지 않도록 상기 장치를 제한하고, 상기 케이스 벽은 5.0mm보다 크지 않은 두께이며, 그 안에서의 상기 한정된 공간은 5.0mm보다 작다. 바람직하게는, 섬유는 상기 냉매의 상전이(phase transition)를 위해 케이스 부재의 내부 표면과 접촉하고, 상기 섬유는 상기 압력 신장 구조와 케이스 부재의 내부 표면 사이에 놓여진다. 상기 섬유는 상기 열원 영역과 상기 방열 영역 중 적어도 하나와 압력 강화(pressure-accentuated) 접촉 지점에서 상기 압력 신장 부재의 위 또는 아래 면에 위치된다.
본 발명은 또한 상기 장치의 열원 영역에서 방열 영역으로 열을 전달하는 방법을 개시하며, 이는 냉매 유체의 모세관 대류(convection)가 가능한 복수의 액체 흡수(absorbing) 및 유지(holding) 수단을 공급하는 단계로 상기 대류 수단은 일단에서는 열원 영역과 타단에서는 방열 영역과 접촉하는 형태로 모여지는 단계; 액체 도관(conduit) 수단의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트에 의해 흡수되거나(absorbed) 그리고/또는 흡착되는(adsorbed) 충분한 양의 냉매 유체를 공급하는 단계; 압력 신장(tensioning) 수단에 의해 액체 도관 수단의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트에 압력을 부여하는 단계로 상기 압력 신장 수단에 파문(undulating) 수단을 제공하는 것을 포함하는 단계; 및 밀폐해서 한정된 공간 내에서 전술한 수단들 및 단계들을 수행하는 단계를 포함한다.
이 방법은 바람직하게는 열전달 장치, 열전달 장치와 열 접촉하는 반도체 장치, 칩셋(chipset), 회로 기판(circuit board) 또는 열전달 장치 및/또는 전기 기구(appliance) 또는 기계(machine)를 가지는 전자 부품을 포함하는 열 발생 장치에서 수행될 수 있다.
후술하는 상세한 설명과 첨부된 도면들은 특정한 또는 바람직한 실시예들의 제한되지 않는 그리고 예시로서 본 발명의 더 나은 그리고 한층 더한 이해를 제공할 수 있을 것이다.
도 1a 및 도 1b를 포함하는 도 1(종래기술)은 각각 유연성 있는 박판 층들이 배치된 히트 파이프 형상이 개시된 미국특허 제6,446,706호의 사시도와 개념적 단면도를 도시하고 있다.
도 2(종래기술)는 한국특허 공개번호 제10-2004-18107호에 따른 판 또는 플랫 타입 열전달 장치의 분해도를 도시하고 있다.
도 3(종래기술)은 한국특허 출원번호 제10-2004-91617호에 따른 다른 판 또는 플랫 타입 열전달 장치의 분해도를 도시하고 있다.
도 4a 및 도 4b를 포함하는 도 4(종래기술)는 도 3에서 종래기술 장치의 층(320)과 층(322) 사이의 수분 흡착(water adsorption) 및 흡착 특성의 비교 사진 을 각각 보여주고 있다.
도 5a 및 도 5b를 포함하는 도 5는 1초 경과 전후에 본 발명에 따른 비금속 섬유 시트의 습윤성(wettabitity) 상태를 각각 도시하고 있다.
도 6a 및 도 6b를 포함하는 도 6은 본 발명의 제1 및 제2 실시예의 분해도를 보여주고 있다.
도7a및 도 7b를 포함하는 도 7은 도 6a의 제1 실시예의 단면도를 도시하고 있다.
도 8a 및 8b를 포함하는 도 8은 본 발명의 제3 및 제4 실시예의 분해도를 각각 보여주고 있다.
도 9a, 9b, 9c 및 9d를 포함하는 도 9에서 도 9a와 도 9b는 도 8a의 제3 실시예의 단면도를 도시하고 있으며, 도 9c와 도 9d는 상기 돌기의 다른 실시예를 도시하고 있다.
도 10은 그 내부 표면에 미세한 채널이 형성된 케이스 부재의 사시도와 자세한 단면도를 도시하고 있다.
도 11은 본 발명에 따른 장치의 관 모양 형상 실시예의 개방된 끝을 가지는 사시도를 도시하고 있다.
도 12는 개방된 클램 쉘(clam-shell) 형상을 가지는 도 11의 관 모양 형상 실시예의 단면도를 도시하고 있다.
도 13a와 13b를 포함하는 도 13은 본 발명에서 사용되는 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 및 섬유 시트의 두 실시예의 단면의 끝을 도시하고 있으며, 각각 개념도에서 2개의 관 모양 통로 및 주사 전자 현미경(scanning electron microscope) 사진에서 4개의 관 모양 통로를 도시하고 있다.
도 14a 및 14b를 포함하는 도 14는 단일 관 모양 통로를 가지는 섬유 가닥 및 섬유 집합체의 주사 전자 현미경 사진을 각각 도시하고 있다.
본 장치에 사용되는 습윤성(wettable) 표면 재료의 유효성은 건조한 상태의 비금속성 섬유 시트를 나타내는 도 5a와, 약 1초 경과 후에 액체와 접촉하였던 상기 섬유 시트의 습윤성(wettabitity) 상태를 나타내고 있는 도 5b에 의해 설명될 것이다.
도 6a, 6b, 7a 및 7b는 이제 총체적으로 언급될 것이다. 본 발명에 따른 장치의 전형적인 일반 실시예는 실질적으로 상기 장치의 외부 치수를 정의하는 케이스(50)에 수용되는 다음의 3개 파트들 또는 구성 요소들을 포함할 수 있다. 상기 케이스는 한정된 공간 안에 상기 파트들 또는 구성 요소들을 밀봉해서 둘러싼다.
제1 파트 또는 구성 요소는 액체의 모세관 수송(capillary transport)이 가능한 내부 통로 또는 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트의 집합체(60)이다. ˝집합체(aggregate)˝는 모이거나(aggregated), 짜지거나(woven), 방적되거나(spun) 또는 유사한 물리적 처리가 될 수 있는 섬유(fibres)의 어떤 적당한 구조(structure), 폼(form), 형상(shape) 또는 패턴을 포함한다.
상기 섬유는 냉매 유체를 포함한 유체의 모세관 대류(capillary convection)를 위한 특성들을 가진다. 상기 섬유의 이러한 모세관 특성은 열원 영 역으로부터 방열 영역(heat dissipation region)으로 그리고 그 반대로 냉매 유체의 대류(convection)를 위해 필요할 것이다. 상기 열원 또는 방열 영역은 열 구배(gradient)가 상기 열원과 상기 방열 영역 사이에 존재할 수 있도록 상기 케이스(50)의 상부(51) 및 하부(52) 면 또는 상기 케이스(50)의 근위단(54, proximal end) 및 원위단(56, distal end)과 같이, 전형적으로 상기 장치 또는 케이스에서 서로 대향하는 부분 또는 단부(ends)임을 유념하여야 한다.
본 장치의 제2 구성 요소는 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트에 의해 흡수되거나(absorbed) 또는 흡착되는(adsorbed) 충분한 양의 냉매 유체의 공급이다. 이는 상기 섬유 또는 섬유 시트 내에서 상기 통로 및 구멍에 의해 형성되는 공동(cavities)에 의해 달성될 수 있다.
본 장치의 제3 구성 요소는 기본적으로 강하면서도 복원력 있는(resilient) 구조를 가진 압력 신장(tension) 부재(70)이다. 그것은 외부 압력 또는 힘으로 인해, 또는 지나친 냉매 증발 등으로 인한 내부 압력의 감소로 인해 붕괴되거나(collapsing) 또는 내파되지(imploding) 않도록 상기 케이스의 내부 공간을 지지하기 위해 상기 케이스의 내부 공간을 유지하도록 형성된다.
상기 압력 신장 부재(70)는 상기 케이스(50)의 한정된 공간 내에 위치하고 전술한 열원 영역에 대해 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트의 집합체(60) 상에 압력을 가하도록 위치하며, 참고로 열원 영역은 상기 케이스의 근위단(54)으로서 도시되어 있으며, 방열 영역은 상기 케 이스의 원위단(56)으로 도시되어 있다.
본 압력 신장 부재(70)의 독특한 특징은 복수의 파문(80, undulations)이 상기 압력 신장 부재(70) 상에 구비된다는 것이다. 상기 파문(80)은 바람직하게는 상기 열원(54) 및 방열 영역(56) 중 하나 또는 둘 다에 구비될 수 있으며, 상기 영역들은 상기 케이스(50)의 서로 대향하는 면(51, 52)일 수도 있다.
상기 파문은 또한 상기 열원 영역(74, 54)과 상기 방열 영역(76, 56) 사이에 구비될 수 있으며, 이는 상기 두 영역을 연결하는 등거리의 돌기들(82)의 열(row)로서 도 6b에 도시되고 있는 것과 같다. 상기 파문은 상기 파문 패턴에 따라 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트 상에 가해지는 압력을(상기 종래기술의 균일하게 가해지는 압력과 비교하여) 본질적으로 강하게 하기 위해 구비된다. 이하에서 파문의 2 특정 타입이 설명되나, 이 2개의 타입으로부터 많은 다른 타입들이 도출될 수 있다.
제1 타입은 대칭적인 배열로 상기 압력 신장 부재(70)의 측면들로부터 연장되는 복수의 측면 리브(rib) 연장부로 도 6b에서 도시하고 있는 측면으로 연장된 돌출부(84, protuberances)로서 설명될 수 있다. 상기 열전달 장치의 형상에 따라 상기 압력 신장 부재(70)의 파문 배열과 디자인은 대칭적이거나 비대칭적일 수 있다. 상기 리브 연장부는 상기 도면들에서 H 형상의 돌출부(84)로서 보여질 수 있다. 상기 리브 연장부는 또한 상기 돌출부(84)를 가지는 것으로 도시되고 있는 길이 방향 측면들에 더해서 상기 압력 신장 부재(70)의 단부로부터 연장되도록 구비될 수도 있다(미도시). 이러한 H 형상의 돌출부(84)가 액체의 모세관 수송이 가능 한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트의 집합체 또는 층(layer)의 상부 또는 아래에 구비되면, 파문 압력(undulating pressure)은 상기 파문을 따라 상기 섬유 상에 발생될 수 있다.
파문의 제2 타입은 수직한 방향으로 상기 압력 신장 부재(70)의 상부 또는 하부 면으로부터 연장되도록 구비되는 돌기(82)로서 설명될 수 있다. 케이스가 장방형 블록 또는 플레이트 형상을 가지기 때문에 상기 돌기(82)는 상기 압력 신장 부재의 표면으로부터 수직하게 연장되도록 구비될 수 있다. 상기 구성 요소들이 상기 케이스의 내부 표면 굴곡(curvature)을 따라 놓여질 수 있는 관 모양(tubular), 다각형 모양(polygonal) 또는 원통 모양(cylindrical)의 케이스에 대해 상기 돌기는 상기 케이스의 내부 표면에 수직한 방향으로 연장되도록 구비될 수 있다.
상기 돌기(82)의 바람직한 실시예는 도면들에서 도시되고 있는 것과 같이 실질적으로 훅(hook) 형상이다. 상기 돌기의 다른 대안적 형상은 원통 모양 같은 돌기를 포함하는 다각형 모양을 포함한다. 모든 이러한 돌기들은 바람직하게는 기계 가공, 주조, 프레스 몰딩(press-moulding) 또는 유사한 공정 또는 이들의 결합에 의해 형성될 수 있다. 상기 훅(hook) 같은 돌기는, 예를 들어 상기 압력 신장 부재의 적당한 부분을 몰드 프레싱(mould-pressing)하여 제조될 수 있다.
상기 돌기의 높이는 바람직하게는 5mm 이하이고 각각의 돌기는 바람직하게는 약 0.2mm에서 약 20mm의 범위 내에서 상호 등거리로 배치된다. 돌기들 사이의 거리와 돌기 직경의 비율은 바람직하게는 7:3이다.
상기 압력 신장 부재(70)는 바람직하게는 그것이 주어진 작동 온도 범위 내에서 어떠한 형태의 가스 또는 증기도 방출하지 않을 정도로 또는 벗겨지지 않을 정도로 그리고 냉매와 반응하지 않을 정도로 안정한 금속, 폴리머, 세라믹, 실리콘, 유기 또는 무기 물질로부터 제조될 수 있다.
여기서 모든 도면들은 도 6a, 9b, 11 및 12에서 다양한 형상으로 도시되고 있는 것과 같이, 구조화된 층(60, structural layer)으로 섞어 짜지고 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트에 대해 상기 압력 신장 부재(70)의 적어도 일부가 가압되도록 상기 압력 신장 부재(70) 또는 케이스에 들어맞는 분리된 층(60)으로 짜지거나(woven), 또는 방적되며(spun), 모여진 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트를 도시하고 있는 반면, 강화된 압력이 여전히 상기 섬유 상에 가해질 수 있도록 특정 두께의 상기 섬유가 상기 파문, 즉 상기 돌출부(84) 또는 돌기(82)를 덮은 채로 상기 섬유는 상기 압력 신장 부재 상에 짜질 수 있다.
상기 압력 신장 부재(70)는 바람직하게는 그 구조의 전체 부피가 상기 케이스 내에서 최소 부피를 차지하도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 케이스의 한정된 공간 내에서 증발 공간을 최대로 할 수 있다. 따라서, 상기 부재의 압력 신장 부분을 최대화하기 위해 상기 리브 연장부 레이아웃(layout)은 상기 열원 영역 상의 압력 신장 부재 부분(74) 또는 케이스 부분(54) 또는 방열 영역(76, 56) 상의 대응 부분과 같이 상기 압력이 강화되어야 하는 영역에서 최대화될 수 있다. 이에 따라 상기 영역들 사이(78)에서의 상기 압력 신장 부재의 구조는 바람직하게는 도 6a 및 도 6b에서 도시되고 있는 것과 같이 최소화될 수 있다. 더 많은 빈(void or empty) 공간이 냉매를 증발시키는데 유용하도록 상기 압력 신장 부재가 차지하고 있는 공간은 바람직하게는 상긴 한정된 공간의 전체 부피의 30%를 초과하지 않도록 제한될 수 있다. 상기 빈 공간은 증기 유도, 응축 또는 열원 영역에 따른 냉매 액체의 증발을 위한 연결된 3차원 통로 길(ways)로서 유리하게 형성될 수 있다.
본 장치를 위한 이상적인 냉매는 -40℃에서 200℃ 범위에서 액체-기체 상전이를 가지는 유체일 수 있다. 대부분의 유체에 있어 증발점 및 응축점은 압력에 따라 다르다. 본 장치는 압력의 2 타입, 즉 상기 파문에 의해 가해지는 강화된 압력, 그리고 상기 압력 신장 부재의 파문 형상에 의해 형성되는 3차원 빈 통로 망상 조직(network)에 의해 상기 한정된 공간 내에서 증발하는 냉매의 양으로부터 발생하는 증기 압력을 제공할 수 있다. 증기상의 상기 냉매의 양에 의존해서, 상기 빈 공간의 온도와 상기 통로 길의 성질(nature), 즉, 막다른 길 또는 연결된 통로인지에 따라, 증기 압력 구배(gradient)는 상기 열원 영역과 방열 영역 사이에서 발생할 수 있다. 이는 효율적인 열 전도를 위해 상기 냉매의 바람직한 상전이(phase transitions)에 영향을 미칠 수 있는 온도와 압력의 적절한 범위를 제공하는 것에 도움이 될 수 있다.
상기 장치 내에서 상기 냉매 전이(transition)의 완전한 사이클은 아래와 같이 설명될 수 있다. 상기 열원 영역(64)에서 상기 냉매 유체는 상(phase)을 변화시키기에 충분한 엔트로피 에너지까지 열을 흡수하고 증발할 것이다. 상기 냉매 기체는 압력 신장 부재의 돌기(82)와 돌출부(84) 형상에 의해 제한되는 상기 케이스의 한정된 공간의 빈 공간을 통해 퍼진다. 상기 열원 영역으로부터 증기가 많으면 많을수록, 상기 열 구배에 따른 온도는 더 낮아진다.
상기 온도는 상기 방열 영역에서 제일 낮으며, 여기서 보다 적은 엔트로피를 가지는 상기 증기는 증가된 증기 압력을 초래하고 이에 따라 액상으로 돌아가게 상기 냉매 기체의 응축을 도와주도록 더 짙어지는 경향이 있다. 상기 냉매 액체는 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트에 의해 흡착되고(adsorbed) 흡수되며(absorbed), 상기 섬유를 통한 모세관 작용을 통해 원래의 열원 영역으로 보내진다.
그러한 과업을 달성하기 위해, 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트는 바람직하게는 안정하고, 주어진 작동 온도 범위 내에서 어떤 형태의 가스 또는 증기를 방출하지 않고, 벗겨지지 않으며, 상기 케이스의 내부 표면과 상기 압력 신장 부재와 같은 상기 장치의 다른 구성 요소들과 반응하지 않는 비금속(non-metallic), 합성(synthetic), 무기(inorganic) 및 유기(organic) 재료로 만들어진다. 특정 바람직한 재료는 탄소 나노 튜브(carbon nano-tubes)이다. 그러한 재료에 있어 상기 섬유의 관 모양(tubular) 구조는 액체 상에서 상기 냉매의 효율적인 섬유 내(intra-fibre) 모세관 유동을 위해 마이크로 또는 나노 미터의 크기를 가지며 그 안에 하나 또는 그 이상의 속이 빈 관 모양의 통로를 가지도록 공업적으로 생산될 수 있다.
액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트의 물리적 치수에서, 각각의 섬유 가닥(strand)의 지름 대 길이의 평균적 비율은 바람직하게는 0.05보다 적다. 내부 통로 및 구멍을 가지는 이상적인 섬유 또는 섬유 시트는 그 부피의 90%까지 흡수 또는 함유할 수 있는 것일 수 있다. 바람직한 관 모양 통로 지름은 1.0mm보다 작으며, 단면적이 0.79mm2보다 작다. 상기 관 모양 통로는 이상적으로는 상기 섬유 부피의 적어도 10% 정도를 차지하고, 상기 섬유 벽 두께는 1.0mm보다 작아야 한다. 전체적으로, 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트의 이상적 지름은 약 50μm에서 5.0mm의 범위 내에 있다.
상기 채널(channels)의 깊이는 500 마이크로미터보다 작아야 하고, 그 단면적은 2.5mm2보다 작아야 하며, 이때 가로 세로의 비(aspect ratio)가 2.0보다 작고 0.01보다 크다.
액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트는 밀도에서 헐렁한 형태와 빽빽한 형태 사이의 범위를 가질 수 있는 구조를 형성하기 위해 어떤 적당한 방법으로 집합될 수 있다. 상기 집합은 섬유의 가닥들이 열원 영역으로부터 방열 영역까지 길이 방향으로 놓여질 수 있도록 짜기(weaving), 방적(spinning), 꼬기(laying), 정렬시키기(aligning) 또는 단순히 성장시키기(simply grown) 등과 같은 적당한 방법에 의해 얻어질 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유는 각각의 섬유 가닥이 500μm보다 작은 간격을 가지는 구조적 모양을 형성하기 위해 섞어 짜질 수 있다. 상기 가닥들의 그러한 가까운 근접에 대해, 상기 냉매 유체가 그 속으로 흡수 또는 함유될 때 각각의 섬유 내의 속이 빈 관 모양 통로를 통해 상기 가닥 내(intra-strand) 모세관 작용에 더해서, 외부 섬유 가 닥 표면 상에서 상기 냉매 유체의 흡착(adsorption) 또는 함유(containment)는 상기 냉매 유체에 대한 상기 섬유 표면의 흡착 또는 친화성(affinity)의 결과로서 가깝게 위치한 인접 섬유의 섬유 내 또는 가닥 내 모세관 작용을 증진시킬 수 있다.
상기 섬유는 상기 열원 영역을 향하여 수렴하거나 상기 방열 영역으로 분기하는 방식으로 놓여지는 것이 바람직하다.
도 6a에서 분해 도시되고 있는 특정 실시예는 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트의 단일 층(layer)을 포함하는, 본 열전달 장치가 도 7a 및 도 7b에서 단면도로 도시되고 있는 것과 같이 조립될 때, 상기 압력 신장 부재(70)는 상기 돌기(82)의 하부 표면이 상기 섬유(60)에 대해 가압된 채로 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트의 상기 층 상부에 놓여진다. 상기 돌기(82)는 상기 측면 리브 또는 돌출부(84)에 더해서 구비된다. 상기 돌기는 상기 돌출부(84)의 측면 수평면 상부에 구비된다. 그 결과 상기 돌기(82)는 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지고 있는 섬유 또는 섬유 시트(60)의 상기 층에 대해 압력 점(points)을 형성한다.
상기 돌기(82)는 또한 도 7a 및 도 7b에서 단면도로 도시되고 있는 것과 같이 압력 신장 부재(70)의 바닥 면으로부터 돌출되도록 구비될 수 있다. 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트(60)의 단일 층이 압력 신장 부재(70)의 아래에 위치되어 상기 하부 돌기(82)는 이에 따라 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트에 대해 압력 점(points)을 형성한다.
상기 돌기(82)의 배치는 또한 열 전도에 가장 유리한 방법으로 제공될 수 있다. 도 6a에서, 상기 돌기(82)는 두 영역, 즉 열원 영역(74)과 방열 영역(76)에 밀집된 방법으로 제공되는 것으로 도시되고 있다. 이러한 배치 패턴에서 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트는 표면 영역 접촉(surface area contact)을 최대화하고 이에 따라 상기 열원으로부터 상기 섬유로 열 전도를 최대화하기 위해 상기 열원 영역에서 가압된다. 상기 방열 영역에서, 상기 돌기(82)에 대해 가압되는 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트는 상기 표면 영역 접촉을 최대화하고 상기 섬유로부터 상기 방열 영역으로 열 전도를 최대화할 것이다.
돌기(82) 배치의 다른 예는 상기 두 영역 사이에서 또는 두 영역을 연결하는 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트가 상기 두 영역 사이에서 보다 넓은 표면 영역 접촉 및 이에 따른 보다 효율적인 열 전도를 위해 상기 압력 신장 부재의 압력 점에 대해 가압되도록 상기 돌기(82)가 일렬로 상기 열원 영역(74)과 상기 방열 영역(74)을 연결하도록 구비되는 도 6b에 도시되고 있다.
본 장치의 다른 실시예에서, 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트의 복수의 층들(60a, 60b), 즉, 도 8a, 8b, 9a, 9b에서 집합적으로 도시되고 있는 것과 같이 압력 신장 부재(70)의 상부 표면 및 하부 표면 각각에 하나씩 구비되는 것이 가능하다. 상기 돌기(82)는 상부(60a) 및 하부(60b)에 대해 각각 가압하도록 압력 신장 부재(70)의 위에 및 아래에 구비된다. 그러한 형상은 케이스의 마주보는 면(50a, 50b)에서 열원 영역과 방열 영역을 가지는 형상인 열전달 장치에 유리할 수 있을 것이라는 점이 기대된다.
도 9c 및 도 9d는 압력 신장 구조를 만드는 다른 방법을 도시하고 있다. 상기 압력 신장 구조는 서로의 상부에 분리된 섬유 시트를 더하거나 또는 상기 형상에 섬유 또는 섬유 시트를 압착하거나 상기 형상 또는 그 결합에 두꺼운 섬유 시트로부터 기계 가공함으로써 액체 수송에 사용되는 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트(60)와 같은 재료로 만들어진다.
상기 케이스의 내부 표면에 관해서, 상기 하부 케이스 부재의 내부는 도 6a, 6b, 8a, 8b에서 도시되고 있는 것과 같이 길이 방향 리브(ribs, 55)가 구비된다. 또는 도 10에서 도시되고 있는 것과 같이 복수의 미세한 채널(channels, 57)이 구비된다. 이러한 미세한 채널(57)은 웨트 에칭(wet etching), 드라이 에칭(dry etching), 기계 가공(machining), 프레싱(pressing) 또는 주조(casting) 또는 그들의 결합에 의해 형성될 수 있다.
상기 길이 방향 리브(55)는 열 전도를 위해 표면을 증가시키는 동시에 상기 압력 신장 부재의 파문과 같은 방법으로 압력 점(point)을 제공한다. 상기 미세한 채널(57)은 또한 증가된 모세관 작용을 제공하는 것과 동시에 열 전도를 위해 증가된 표면 영역을 제공할 수 있다.
본 열전달 장치의 상기 케이스(50)가 방수(fluid-proof) 방법으로 또는 밀폐해서 그 사이에서 한정된 공간을 에워싸도록 서로 보완하여 서로를 둘러싸는 상부 인클로징(enclosing) 부재(50a)와 하부 인클로징(enclosing) 부재(50b)를 포함할 수 있다는 것이 일반적으로 고려될 수 있는 반면, 상기 케이스의 길이 방향으로 이어지는 힌지부(hinge portion, 58)에 의해 서로를 힌지식으로(hingedly) 연결하는 상부 인클로징(enclosing)부(53a)와 하부 인클로징(enclosing)부(53b)를 가지는 단일 부재를 포함하는 케이스가 구비되는 것도 가능하다. 상기 상부 인클로징부(53a)와 하부 인클로징부(53b)는 닫힌 관 모양 형상으로 도 11에서 그리고 클램 쉘(clam-shell) 및 힌지 형상으로 열리는 관 모양 케이스를 보여주는 도 12에서 도시하고 있는 것과 같이 방수(fluid-proof) 방식으로 그 사이에서 한정된 공간을 에워싸도록 서로 보완하여 서로를 둘러싼다.
상기 케이스는 좋은 열 전도성을 가지는 금속, 비다공성(non-porous) 폴리머(polymers), 세라믹(ceramics), 결정체(crystalline), 무기(inorganic) 또는 유기(organic) 재료 또는 그들로부터의 복합재(composites)로부터 만들어질 수 있다. 바람직하게는 상기 선택된 재료들에 의해 증가된 내부 증기 압력에 대해 탄력성 있는(resilient) 케이스가 된다. 상기 장치의 치수는 실제적인 이유로 10.0mm보다 크지 않은 케이스 치수에 의해 주로 제한된다. 상기 케이스 벽은 5.0mm보다 크지 않은 두께인데, 상기 케이스 내에서 둘러싸지는 상기 한정된 공간은 5.0mm보다 작다.
액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트의 물리적 특징은 도 13a, 13b, 14a 및 14b에서 총체적으로 보여질 것이다. 도 13a는 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트의 집합체(aggregate)의 주사 전자 현미경(scanning electron microscope) 사진을 보여주는데 반해, 도 13b는 상기 섬유의 단일 가닥의 개방된 단부의 SEM 사진을 도시하고 있다. 상기 섬유는 단일의 속이 빈 관 모양 통로를 가지는 것으로 도시되고 있다. 복수의 관 모양 통로를 가지는 섬유들은 2개 및 4개의 관 모양 통로(62)가 개념도 및 SEM 사진의 형태로 각각 설명되고 있는 도 14a 및 14b에서 도시되고 있다.
요약하면, 본 열전달 장치는 아래 단계들에서 열원 영역으로부터 방열 영역으로 상기 장치에서 열을 전달하기 위한 방법을 사용하여 작동하며, 상기 단계들은,
- 냉매 유체의 모세관 대류(convection)가 가능한 액체 수단의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 복수의 섬유 또는 섬유 시트를 제공하는 단계로, 상기 대류 수단은 일단에서는 열원 영역과 타단에서는 방열 영역과 접촉하는 형태로 모여지는 단계;
- 내부 통로 및 구멍 도관(conduit) 수단을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트에 의해 흡수되거나(absorbed) 그리고/또는 흡착되거나(adsorbed) 그리고/또는 함유되는(contained) 충분한 양의 냉매 유체를 공급하는 단계;
- 압력 신장(tensioning) 수단에 의해 내부 통로 및 도관 수단을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트에 압력을 부여하는 단계로 상기 압력 신장 수단에 파문 수단을 제공하는 것을 포함하는 단계; 및
- 밀폐되도록 한정된 공간 내에서 전술한 수단들 및 단계들을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 장치 및 방법의 전술한 구성은 다른 장치 또는 물건과 열 접촉하는 열 전달을 위한 장치, 특히 생산된 초과 열(excess heat)이 최적의 성능을 위해 제 거되어야 하는 또는 빠르고 컨트롤된 가열이 요구되는 반도체 장치, 칩셋(chipset), 회로 기판(circuit board) 또는 전자 부품에서 수행될 수 있다.
따라서, 많은 전술한 구성 요소들은 전술한 방법 또는 본 열전달 장치의 주요한 특징들로부터 이탈하지 않은 채로 수정되거나 변경되거나 동등한 구성 요소 또는 부품들로 교체될 수 있다는 것은 숙련된 사람에게 자명하다. 이러한 교체, 대안 또는 변경은 아래 청구항들의 범위와 자구 내에 포함되도록 고려되어야 한다.

Claims (45)

  1. 열원 영역(54, 74)에서 방열 영역(56, 76)으로 그리고 그 반대로 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 섬유 또는 섬유 시트의 집합체(60);
    액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트에 의해 흡수되거나 함유되는 충분한 양의 냉매 유체;
    한정된 공간 내에 위치하는 강하면서도 복원력 있는 구조를 포함하고 상기 열원 영역(54, 74) 및/또는 방열 영역(56, 76)에 대해 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트의 집합체에 압력을 가하는 압력 신장 부재(70); 및
    상기 한정된 공간 내에 전술한 구성들을 밀폐해서 에워싸는 케이스를 포함하며, 상기 압력 신장 부재(70) 상에는 복수의 파문(80)이 구비되는 열전달 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 파문(80)은 상기 열원 영역(54, 74)과 상기 방열 영역(56, 76) 중 적어도 하나에 구비되는 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 파문(80)은 상기 열원 영역(54, 74)과 상기 방열 영역(56, 76) 사이 에(78) 구비되는 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 파문(80)은 측면으로 연장된 돌출부(84)인 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 측면으로 연장된 돌출부(84)는 H-자 형상인 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 파문(80)은 상기 케이스(50)의 서로 대향하는 면(51, 52) 중 적어도 하나의 내부 표면과 수직한 방향으로 연장된 돌기(82)인 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 돌기(82)는 훅 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력 신장 부재는 유체를 흡수하지 않고 안정하며 냉매와 반응하지 않는 금속, 폴리머, 세라믹, 실리콘, 유기 또는 무기 재료 중 어느 하나 또는 결합으로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 압력 신장 부재의 적어도 일부분은 섞어 짜져서 구조화된 층이 되고 액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트에 대해 가압되는 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
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  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 청구항 1에 있어서,
    액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트는 안정하고, 어떠한 형태의 가스 또는 증기를 방출하지 않고, 벗겨지지 않으며, 상기 장치의 다른 구성 요소들과 반응하지 않는 비금속, 합성, 무기 및 유기 재료 중 어느 하나로부터 만들어지는 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 청구항 1에 있어서,
    액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트는 냉매의 섬유 내 모세관 유동을 위해 마이크로 또는 나노 미터의 크기이며, 적어도 하나의 속이 빈 관 모양 통로를 가지는 관 모양 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유는 상기 열원 영역을 향하여 수렴하고 상기 방열 영역으로 분기하도록 놓여지는 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  32. 삭제
  33. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스는 적어도 하나의 상부 인클로징 부재(12a)와 적어도 하나의 하부 인클로징 부재(12b)를 포함하고, 상기 케이스는 방수 방법으로 그 사이에서 한정된 공간을 에워싸도록 서로 보완하여 서로를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  34. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스는 서로를 힌지식으로 연결하는 상부 인클로징부와 하부 인클로징부를 가지는 단일 부재를 포함하고, 방수 방법으로 그 사이에서 한정된 공간을 에워싸도록 서로 보완하여 서로를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  35. 삭제
  36. 청구항 33 또는 청구항 34에 있어서,
    상기 케이스의 내부 표면 영역은 복수의 미세 채널을 제공하는 것에 의해 증가되는 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 청구항 33 또는 청구항 34에 있어서,
    상기 섬유는 상기 냉매의 상전이를 위해 열이 교환되는 케이스 부재의 내부 표면의 적어도 일부분과 접촉하는 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  41. 삭제
  42. 삭제
  43. 청구항 1에 있어서,
    액체의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트의 집합체(60)는 압력 신장 부재(70)의 모양으로서 일체로 짜지거나 제조되는 것을 특징으로 하는 열전달 장치.
  44. 냉매 유체의 모세관 대류가 가능한 액체 대류 수단의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 복수의 섬유 또는 섬유 시트를 제공하는 단계로 상기 대류 수단은 일단에서는 열원 영역과 타단에서는 방열 영역과 접촉하는 형태로 모여지는 단계;
    액체 도관 수단의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트에 의해 흡수되거나 또는 함유되는 충분한 양의 냉매 유체를 공급하는 단계;
    액체 도관 수단의 모세관 수송이 가능한 내부 통로 및 구멍을 가지는 상기 섬유 또는 섬유 시트에 압력 신장 수단에 의해 압력을 부여하는 단계로 상기 압력 신장 수단에 파문 수단을 제공하는 것을 포함하는 단계; 및
    전술한 수단들 및 단계들을 밀폐해서 한정된 공간 내에서 수행하는 단계를 포함하는 열전달 장치의 열원 영역에서 방열 영역으로 열전달 방법.
  45. 삭제
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