KR101600663B1 - 히트파이프 제조방법 - Google Patents

히트파이프 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101600663B1
KR101600663B1 KR1020130086734A KR20130086734A KR101600663B1 KR 101600663 B1 KR101600663 B1 KR 101600663B1 KR 1020130086734 A KR1020130086734 A KR 1020130086734A KR 20130086734 A KR20130086734 A KR 20130086734A KR 101600663 B1 KR101600663 B1 KR 101600663B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
housing
working fluid
heat pipe
main inlet
injection
Prior art date
Application number
KR1020130086734A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150011591A (ko
Inventor
최유진
차준선
Original Assignee
티티엠주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 티티엠주식회사 filed Critical 티티엠주식회사
Priority to KR1020130086734A priority Critical patent/KR101600663B1/ko
Priority to PCT/KR2014/006540 priority patent/WO2015012535A1/ko
Publication of KR20150011591A publication Critical patent/KR20150011591A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101600663B1 publication Critical patent/KR101600663B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0233—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0283—Means for filling or sealing heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/006—Tubular elements; Assemblies of tubular elements with variable shape, e.g. with modified tube ends, with different geometrical features
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/022—Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Abstract

본 발명은 히트파이프 제조방법에 관한 것으로, 주입단(9)을 통해 하우징(3) 내에 작동유체(5)를 주입하는 주입단계(S10); 상기 하우징(3)의 주입단(9)을 부분압착하여, 상기 작동유체(5)가 가열된 때 상기 주입단(9)을 통해 증기 또는 미세분자(mist)의 형태로 배출될 수 있도록 하는 부분압착단계(S20); 상기 하우징(3)을 가열하여, 상기 하우징(3) 내부에서 발생하는 불응축가스를 포함한 이물질을 상기 주입단(9)을 통해 배출되는 상기 작동유체(5)와 함께 제거하는 탈기단계(S30); 및 상기 하우징(3)을 밀봉 처리하는 마감단계(S40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 따라서 부분압착단계에서 부분압착된 부위를 통과하는 작동유체가 액상의 덩어리 상태로 유실되는 것을 억제하면서도, 부분압착 부위의 유로 횡단면적(Af)을 적정 크기로 유지하므로, 탈기단계에서 유실되는 작동유체의 양과, 탈기에 소요되는 시간을 줄여 히트파이프의 생산 효율을 일층 향상시킬 수 있게 된다.

Description

히트파이프 제조방법{Heat Pipe Manufacturing Method}
본 발명은 히트파이프 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가열탈기법에 따라 히트파이프를 제조하는 과정에서, 작동유체가 주입되는 하우징의 주입관을 탈기 전에 부분압착함으로써, 탈기과정을 통해 불응축가스 등의 이물질을 제거하면서도, 탈기 시 발생하는 작동유체의 유실을 효과적으로 억제할 수 있도록 한 히트파이프 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 히트파이트는 은, 구리, 알루미늄 등의 고 열전도성 금속에 비해 열전도성이 수십 배에서 수백 배 크다. 따라서, 히트파이프는 적용 범위가 매우 광범위하여 컴퓨터의 CPU와 같이 특정 위치의 발열부를 냉각시키거나, 배기가스의 열을 회수하고자 하는 경우, 지열 또는 태양열을 포집하고자 할 경우 등 다양한 분야에서 유용하게 적용되고 있는 열수송 장치이다.
또한, 히트파이프는 스테인레스강, 구리, 알루미늄과 같은 금속 등의 기밀성 고체로 만들어지며, 관 등의 형태로 폐쇄 공간 즉, 하우징을 만들어 내부에 작동유체를 담는다. 따라서, 하우징 일측에서 열을 가하면, 해당 가열부의 내부 공간에서 작동유체가 증발되고, 증발된 증기는 열이 가해지지 않는 타측으로 신속히 이동하여 응축함으로써, 유체의 잠열(latent heat)이 가열부(증발부)에서 응축부로 수송되는 기능을 한다. 응축된 액체는 하우징 내부에 마련된 윅(wick) 구조에 의한 모세관력에 의해 다시 가열부로 되돌온다. 이후, 위와 같은 열수송 사이클이 무한 반복됨으로써 가열부의 열은 지속적으로 응축부로 이동된다.
위와 같이 작동하는 히트파이프는 다른 열수송 장치에 비해 비교적 간단한 구조이지만 열수송 능력(히트파이프의 성능)에 영향을 미치는 기본 인자 즉, 작동유체의 종류, 작동유체가 충진되는 하우징의 재질 및 형상, 윅의 재질 및 구조, 잔존하는 불응축(non-condensable) 가스 등을 세심히 고려하여 설계 및 제작되어야 한다. 특히, 히트파이프의 생산자는 수치계산 및 시뮬레이션 등의 이론적 접근으로 열수송의 극대화를 위해 작동유체, 하우징, 윅의 재질과 형상 등을 결정하여 히트파이프를 설계할 수 있다. 그러나, 제조 공정 상 불응축가스를 차단 또는 제거하지 못할 경우, 히트파이프는 시간이 지남에 따라 열성능이 저하되는 것은 물론이고, 가용수명이 현저하게 단축된다.
즉, 히트파이프 내에 발생하는 불응축가스는 히트파이프의 성능 저하를 가져오는 주요 원인이 된다. 왜냐하면, 작동유체는 고온부에서의 증발과 저온부에서의 응축을 반복해야 열전달이 유지되어 효과적인 열평형에 도달할 수 있지만, 작동유체 내에 불응축가스가 포함될 경우 증발되는 작동유체의 양과 응축되는 작동유체의 양이 상대적으로 감소하여 열평형 성능의 감소를 가져오기 때문이다. 또한, 작동 중에 불응축가스는 응축부 일단에 축적되어, 점차 블록화되며 이는 가스 및 작동유체 증기의 경계면에서 급격한 온도강하를 가져오기 때문이다.
또한, 히트파이프는 작동유체에 따라 최적의 성능을 발휘할 수 있는 작동유체의 양이 존재하는 바, 일반적으로 불응축가스를 최소화한 상태에서 하우징 내부 부피의 15 내지 55 %까지 유체 부피를 유지할 경우 히트파이프의 열평형 성능이 발휘되며, 바람직하게는 20 내지 40 %, 더 바람직하게는 25 내지 35 %의 작동유체가 유지된 때, 가장 우수한 히트파이프의 성능이 발휘된다. 해당 범위 이하의 작동유체가 존재할 경우에는 히트파이프의 가열부에서 기화하여 기체가 되는 양이 응축부에서 응축되어 가열부로 되돌아오는 양보다 많아지게 되므로 가열부에서의 드라이아웃(dry-out) 현상이 발생하여 히트파이프로서의 작동이 중단된다. 또한 해당 범위 이상의 작동유체가 존재할 경우에는 가열부에서 유체를 증발시키기 위한 인가 열량이 커지게 되므로 가열 시간이 오래 소요되고, 발생한 증기가 이동할 수 있는 공간이 부족하게 되며, 다량의 유체가 존재하므로 응축부에서 응축되는 증기가 가열부까지 도달하기 이전에 액상과 혼합되어 열전달이 제대로 이루어지지 않는다.
불응축가스의 발생원인은 다양한데, 우선, 하우징(또는 컨테이너)과 열수송을 담당하는 하우징 내부의 작동유체가 화학반응하여 부식을 일으킴으로써 하우징 및 작동유체 원래의 물질특성 및 형상 등이 변화되고, 그에 따라 수소, 산소 등의 불응축가스가 발생되는 것을 하나의 원인으로 들 수 있다. 하우징 재질은 상온용 히트파이프(사용온도 범위 230 내지 500 K)의 경우, 스테인레스, 구리, 알루미늄, 니켈 등을 사용할 수 있으며, 작동유체로는 메탄올, 에탄올, 암모니아, 에세톤, 불화탄화계 화합물, 그리고 물(water) 등을 사용할 수 있다. 화학반응에 의한 불응축가스의 발생은 하우징 재질과 작동유체를 적절히 조합할 경우 근본적으로 차단할 수 있다. 예를 들면, 구리와 암모니아의 조합 또는 알루미늄과 물의 조합은 화학반응이 발생하여 불응축가스가 발생하는 부적절한 조합이므로 사용할 수 없으나, 다른 조합인 구리와 물, 알루미늄과 아세톤 등의 조합은 화학반응 및 그로 인한 불응축가스의 발생을 방지할 수 있다.
불응축가스는 또한, 화학반응과는 무관하게 제조 공정에서도 발생할 수 있다. 일반적으로 대기 중에 노출된 대부분의 고체물질은 먼지, 기름 등의 오물을 적절한 방법으로 제거한 세척 상태에서도 표면에 질소, 산소, 수분 등이 흡착(adsorption)되며, 작동유체로 사용하는 액체는 비록 초기 상태에서 불순물이 제거된 고 순도라고 하더라도, 해당 액체 속에는 질소 등이 용존 상태로 존재할 수 있고, 아세톤이나 암모니아와 같은 유체는 대기 중의 습기를 흡수할 수 있다. 따라서, 공정 중에 불응축가스가 발생할 수 있는 요인을 제거해야 한다.
이와 같은 히트파이프는 재료와 구조를 고려한 최적 설계가 이루어진 후에 다음 두 가지 방법에 의해 제작된다. 두 방법 모두 히트파이프에 영향을 주는 불응축가스의 차단 또는 제거를 염두에 둔 공정으로 이루어진다.
첫 번째 대표적인 공정은 진공주입법(evacuation and filling)이다. 이 공정은 도 1에 도시된 바와 같이, 히트파이프(101)를 가열하여 하우징 내부표면에 흡착된 불응축가스 분자 및 이물질을 제거한다. 또한, 작동 유체는 사전에 유체 내에 포함된 불응축가스를 제거하는 탈기공정에 의해 불응축가스를 최소화 한 상태에서 공급탱크(103)에 보관하여 진공주입 장치와 연결하여 주입되도록 한다.
진공주입법은 먼저, 히트파이프(101) 하우징 내부의 공기를 제거함으로써 하우징을 진공상태로 만든다. 히트파이프(101) 내의 진공은 일단 또는 다단계의 진공펌프(105)를 이용하여 1x10-1 내지 1x10-4 torr로 유지하는 것이 일반적이다. 이때에, 하우징은 가열된 상태에서 진공 과정을 거치는 것이 바람직하다. 작동유체의 주입은 진공 상태의 하우징에 연결된 밸브(107)를 열어 압력차에 의해 정량의 작동유체가 히트파이프(101) 내로 자동 주입되도록 함으로써 이루어진다. 작동유체가 장입되는 즉시 하우징의 주입단을 압착 또는 압착 후 용접/납땜함으로써 하우징의 밀봉이 완성된다.
이러한 작동유체의 진공주입 방법은 하나 이상의 진공펌프(105)와 제어 가능한 밸브(107) 및 게이지(109)가 설치된 배관라인 등으로 구성된 복잡하고 고가인 진공시스템을 갖추어야 하는 문제점이 있다.
즉, 진공주입법에 의해 제조되는 히트파이프(101)는 단일 채널마다 작동유체의 정량 주입을 제어하기 용이하여 품질이 균일하지만, 설비에 대한 초기 투자비용이 크고, 높은 진공도를 유지하기 위한 소요시간이 길어질 수 있다. 다시 말해, 하우징의 진공상태는 작동유체가 주입된 이 후, 주입 전의 초기 진공도 이하로 낮아져 실제로 완성된 히트파이프 내의 진공도는 유체 주입 전 보다 낮아지게 된다. 따라서, 초기 진공도 및 주입된 유체의 양에 따라 결정되는 히트파이프의 내부 압력은 상압(대기압) 수준까지 낮아질 수 있기 때문에, 작동유체 주입 후의 진공을 유지하기 위해서는 하우징 내부에 높은 진공을 만들어야 하며, 이를 위해서는 장시간의 소요가 불가피해지는 문제점이 있다.
또한, 압력차에 의해 작동유체를 주입하는 경우에는 초기 진공도를 유지하기 어렵고, 다채널(multi-channel) 히트파이프의 경우에는 채널 별로 균등하게 작동유체가 주입되지 않는 문제점이 있다. 이때, 다채널 히트파이프의 각 채널에 동일한 양의 작동유체를 주입하고 초기 진공도를 유지하기 위해서는 작동유체 주입장치와 하우징 내부를 동일한 진공도로 유지되도록 배관을 구성할 수 있으나, 진공 상태에서 작동유체를 기계적으로 주입하고자 할 경우에는 별도로 고가의 주입장치를 설치해야 하는 등 필요 설비가 복잡하게 늘어나는 문제점이 있다.
두 번째 공정은 가열탈기법(heating and degassing)이다. 이 가열탈기법에 따르면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 히트파이프(201)의 하우징(203)과 작동유체는 진공주입법에서와 같이 전처리 공정을 거쳐 준비된다(S210). 이렇게 준비된 하우징(203)에, 히트파이프(201)가 최적 조건으로 완성되었을 때의 작동유체의 양보다 많은 양의 작동유체를 주사기 등의 도구로 주입한다(S220). 그 다음, 작동유체가 주입된 하우징(203) 하단 일부를 오일욕조(205) 등의 가열장치로 가열한다. 이에 따라, 가열에 의해 하우징(203) 내의 작동유체가 비등점 이상이 되었을 때 끓기 시작하면서 작동유체와 하우징(203) 벽에서 그리고 작동유체 내부에서 불응축가스 등의 기포가 발생하고, 이들 기포는 액상 또는 기상의 작동유체와 함께 상부로 이동하여 외부로 배출된다(S230).
이와 같이 액상 또는 기상의 작동유체가 가열탈기 공정에서 불응축가스와 함께 외부로 배출될 수 있기 때문에, 탈부착이 가능한 덮개(207)로 적절한 시간 경과 후에 신속히 상단의 작동유체 주입단(209)을 밀폐한다(S240). 그러나, 1회의 가열에 의한 불응축가스의 배출은 하우징(203) 내부 및 유체에 포함된 불응축가스를 충분히 배출하기에 부족하다. 따라서, 덮개(207)로 밀폐한 하우징(203)을 냉각욕조(211) 등의 냉각장치에서 하부 또는 전체를 냉각하여 하우징(203) 상부에 잔존하는 작동유체의 가스를 액화시킨다. 이 과정에서 불응축가스는 하단부로 다시 내려앉는다(S250). 일정 시간의 냉각 기간이 경과된 후에 다시 밀폐된 하우징(203)의 일단을 작동유체의 비등점 이상까지 가열하고 상부 주입단(209)을 열어 불응축가스를 재차 배출시킨다. 이러한 공정을 2 내지 3 회 반복한 후, 최종적으로 주입단(209)을 폐쇄한 상태에서 계획된 위치를 압착 또는 압착/용접하여 밀봉함으로써 히트파이프(201)를 완성한다(S260).
이와 같이, 가열탈기법은 진공주입법과는 달리 작동유체를 주입하기 위해 구비해야 하는 설비가 가열 및 냉각 장치 그리고 일단의 개구부 즉, 주입단(209)을 착탈식 덮개(207)로 개폐할 수 있는 밀폐장치로 비교적 단순하다. 즉, 작동유체가 대기압 및 상온 중에서 주사기 또는 디스펜서(dispenser) 등의 주입장치를 이용하여 하우징 안으로 주입되기 때문에, 히트파이프의 채널 수와 무관하게 균일한 정량 주입이 가능하며, 히트파이프의 밀봉 공정이 작동유체 주입 후에 이루어지므로 필요한 설비가 상대적으로 단순해진다.
그러나, 이론적으로 대기압 조건의 비등점에서 작동유체의 증기압은 1기압이며, 온도가 상승하면서 하우징(203) 내부의 증기압은 지속적으로 상승하므로, 실제로 하우징(203)의 온도가 비등점에 가까워짐에 따라 액상 또는 기상의 작동유체가 팽창하는 것은 물론이고, 작동유체 내부에서 또는 작동유체와 하우징(203)의 접촉면에서 기포가 불규칙하고 불균일하게 발생하기 때문에, 작동유체 증기와 불응축가스는 일부 액상의 작동유체와 함께 하우징(203) 일단에 개방된 주입단(209)을 통해 급격히 배출되기 시작한다. 이 과정에서 발생하는 작동유체의 유실을 최소화하고, 불응축가스의 배출을 효과적으로 진행시키기 위해서는 주입단(209)에 대한 제어가 필요하게 된다.
이때, 하우징 주입단(209)은 하우징(203) 몸체의 직경과 동일한 크기로 유지될 수 있다. 즉, 주입단(209)을 통해 작동유체를 주입하고, 가열 탈기 후에 하우징(203)의 직경과 같은 크기의 착탈식 덮개(207)로 주입단(209)을 차단한 상태에서 하우징(203)을 압착하여 밀봉함으로써 히트파이프(201)를 완성할 수 있다. 이 경우 주입단(209)이 상대적으로 넓기 때문에, 작동유체의 유실을 방지하기 위해서는 주입단(209)을 통한 배출이 본격적으로 일어나기 전에 주입단(209)을 차단해야 한다. 또한, 유체주입 후 주입단(209)의 밀봉 압착(또는 용접)을 용이하게 하기 위해서는, 히트파이프(201)의 직경보다 작은 크기의 주입관(filling tube) 또는 어댑터를 별도로 준비하여 주입단(209)에 용접, 브레이징, 솔더링 등으로 접합하거나, 원형튜브의 경우에는 스웨이징(swaging) 압축공정에 의해 주입단(209)을 하우징(203) 원래의 직경보다 축소시켜야 한다.
따라서, 가열 시에 하우징(203) 내에서 팽창된 액상 및 기상의 작동유체는 넓은 주입단(209)를 통해 불응축가스와 함께 외부로 배출되므로, 불응축가스만을 선별하여 제거하는 것이 불가능하며, 동반 배출되는 작동유체는 주입단(209)에서 불규칙적으로 솟아올라 제어할 수 없을 뿐 아니라, 허용할 수 있는 범위의 양보다 많은 양이 외부로 유실되는 것은 물론이고, 히트파이프(201)로서 필요한 작동유체 적정량을 맞추기가 어려운 문제점이 있다.
또한, 위와 같이 불응축가스와 동반하여 다량의 작동유체가 배출됨으로써 발생하는 작동유체의 유실을 방지하기 위해, 가열시 주입단(209)가 열려있는 시간을 제한적으로 단속해야 하고, 이로 인해 불응축가스가 충분히 배출되지 않기 때문에, 동일한 가열 및 냉각 공정을 반복하여 불응축가스를 배출시켜야 하므로 공정시간이 길고 대량 생산 시 생산성 향상에 한계가 따르는 문제점이 있다.
한편, 히트파이프 제작자에 따라 위에서 언급한 진공주입법과 가열탈기법을 혼합하여 사용하는 경우도 있다. 이 경우에는 진공펌프에 의해 하우징을 진공 상태로 유지하고, 뷰렛(burette) 등의 주입장치와 하우징의 압력차에 의해 최적량의 작동유체보다 다소 많은 양의 작동유체가 하우징에 주입되도록 하는 진공주입법을 우선 수행하고, 작동유체가 주입된 하우징의 하단을 반복적으로 가열 및 냉각하여 불응축 가스를 배출시킨 후, 밀봉하여 히트파이프를 제작할 수 있다. 그러나, 이러한 복합공정은 진공주입법과 가열탈기법이 갖는 문제점을 모두 갖게 되므로, 오히려 히트파이프의 생산성을 낮추고 품질과 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 종래의 히트파이프 제조방법이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 히트파이프에 주입되는 작동유체는 그 종류에 따라 히트파이프의 성능을 최적화하는 충진량이 존재하는 바, 가열탈기법에 따라 작동유체가 주입된 하우징을 가열하여 하우징 내의 불응축가스 등 이물질을 외부로 배출함에 있어, 불응축가스 등이 배출되는 하우징 주입단을 가열 탈기 공정에 앞서 부분압착함으로써, 이물질 제거라는 탈기 공정의 본래 기능은 그대로 원활하게 수행하면서도, 탈기 시 발생하는 작동유체의 유실은 최소화되도록 하는 데 그 목적이 있다. 또한, 위와 같이 작동유체의 유실을 최소화함으로써, 완성된 히트파이프에 잔류하는 작동유체의 충진량도 최적화될 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 주입단을 통해 하우징 내에 작동유체를 주입하는 주입단계; 상기 주입단계에서 상기 작동유체가 주입된 후 상기 하우징의 주입단을 부분압착하여, 상기 작동유체가 가열된 때 상기 주입단을 통해 증기 또는 미세분자의 형태로 배출될 수 있도록 하는 부분압착단계; 상기 부분압착단계에서 상기 주입단이 부분압착된 상기 하우징을 가열하여, 상기 하우징 내부에서 발생하는 불응축가스를 포함한 이물질을 상기 주입단을 통해 배출되는 상기 작동유체와 함께 제거하는 탈기단계; 및 상기 탈기단계에서 상기 이물질이 제거된 후, 상기 하우징을 밀봉 처리하는 마감단계;를 포함하여 이루어지고, 상기 부분압착단계에서 상기 주입단은 좁고 긴 슬릿 형태의 유로 단면을 갖도록 부분압착되어, 상기 하우징 내에서 가열되는 상기 작동유체가 액상의 덩어리 상태로 배출되는 것을 억제하도록 되어 있는 히트파이프 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 작동유체는 -30 내지 200 ℃에서 사용되는 저온 히트파이프용 작동유체 중에서 선택되되, 대기압 상온에서 액상으로 존재하는 작동유체인 것이 바람직하다.
삭제
삭제
또한, 상기 작동유체는 물, 메탄올, 아세톤, 벤젠, 톨루엔, 사염화에틸렌 황화디메틸, 펜탄과 헵탄을 포함하는 포화탄화수소계 화합물, 및 수소화염화불화탄소계 화합물과 수소화불화탄소 화합물을 포함하는 불화탄소계 화합물 중에서 선택된 작동유체인 것이 바람직하다.
또한, 상기 주입단계에서 상기 하우징으로 주입되는 상기 작동유체의 상기 하우징에 대한 체적비를 초기 주입비, 상기 마감단계에서 상기 하우징 내에 최종 잔류하는 상기 작동유체의 상기 하우징에 대한 체적비를 목표 충진비, 그리고 상기 탈기단계에서 상기 하우징부터 배출되는 상기 작동유체의 상기 하우징에 대한 체적비를 유실비라고 할 때, 상기 초기 주입비는 상기 목표 충진비와 상기 유실비의 합이며, 상기 주입단은 상기 유실비를 3 내지 25 %가 되게 하도록 부분압착되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 주입단은 상기 부분압착단계에서 슬릿 형태로 부분압착된 부분압착 부위의 유로 횡단면 두께가 0.2 내지 0.6 ㎜인 것이 바람직하다.
또한, 상기 부분압착 부위는 유로 횡단면적이 상기 부분압착단계에서 부분압착되기 전의 상기 하우징의 유로 횡단면적의 10 내지 40 %인 것이 바람직하다.
또한, 상기 탈기단계에서 상기 하우징을 가열하는 시간은 3 내지 25 초로 유지되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 주입단계에서 상기 하우징에 상기 작동유체를 주입하기 전에, 상기 하우징 내부의 벽면에 흡착되어 있거나 또는 상기 작동유체에 포함되어 있는 상기 이물질을 사전에 제거하는 전처리단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 하우징이 관체인 때, 상기 전처리단계에서 상기 이물질을 제거한 후 상기 주입단계에서 상기 하우징에 상기 작동유체를 주입하기 전에, 상기 주입단 반대쪽의 상기 하우징 타단을 밀봉하는 관막음단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 관막음단계에서 상기 하우징의 타단을 밀봉한 후 상기 주입단계에서 상기 하우징에 상기 작동유체를 주입하기 전에, 상기 하우징의 기밀을 검사하는 기밀시험단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 부분압착단계에서 상기 주입단을 부분압착한 후 상기 탈기단계에서 상기 하우징을 가열하기 전에, 상기 부분압착단계에서 부분압착된 상기 주입단의 부분압착 부위 인접 부분에 냉각수단을 설치하여, 상기 탈기단계에서 가열되어 상승하는 액상 또는 기상의 작동유체를 일부 냉각함으로써 상기 주입단을 통한 배출을 억제하되, 상기 냉각수단에 의한 냉각에 의해 응축되지 않는 불응축가스는 상기 주입단을 통해 배출되도록 하는 부분냉각단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각수단은 상기 하우징 전체 길이의 10 내지 40 %를 덮는 길이를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마감단계에서 상기 하우징은 상기 부분압착단계에서 부분압착된 상기 주입단의 부분압착 부위를 밀봉하도록 되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 히트파이프 제조방법에 따르면, 히트파이프 하우징에 작동유체를 주입하고 난 후에 하우징의 작동유체 주입구를 부분압착하되, 부분압착된 부위의 유로 횡단면이 길고 가는 슬릿 형태를 갖도록 하므로, 탈기단계에서 불응축가스 등 이물질과 함께 주입단의 부분압착 부위를 통과하는 작동유체가 액상의 덩어리 상태로 유실되는 것을 막을 수 있게 된다.
또한, 위와 같이 부분압착 부위는 유로 횡단면 두께가 가늘면서도 길기 때문에, 충분한 유로 횡단면적이 확보되므로, 탈기에 필요한 시간을 적정수준 이하로 유지할 수 있게 된다.
또한, 위와 같이 작동유체가 액상의 덩어리 상태로 불규칙하게 유실되는 것을 막을 수 있으므로, 탈기 후 하우징에 잔류하는 작동유체의 충진량을 사전에 정확하게 정량할 수 있게 된다.
따라서, 탈기단계에서 유실되는 작동유체의 양이 감소될 뿐 아니라, 탈기에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 주입단계에서 최적량의 작동유체를 하우징에 주입할 수 있으므로, 히트파이프의 생산수율을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 탈기 후 하우징에 잔류하는 작동유체의 충진량을 균일하게 유지할 수 있으므로, 히트파이프의 품질이나 성능에 대한 신뢰성을 높일 수 있게 된다.
도 1은 종래의 진공주입법에 따른 히트파이프 제조방법을 설명하는 블록도.
도 2는 종래의 가열탈기법에 따른 히트파이프 제조방법을 설명하는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 가열탈기법에 따른 히트파이프 제조방법을 순차적으로 나타낸 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 히트파이프 제조방법을 도시한 흐름도.
도 5는 도 4에 도시된 히트파이프 제조방법을 순차적으로 도시한 도면.
도 6은 장방형 유로 횡단면을 갖는 하우징에 의해 도 4 및 도 5에 도시된 부분압착단계를 설명하는 도면.
도 7은 도 4 및 도 5에 도시된 부분압착단계에 의해 부분압착된 하우징의 압착 전후 상태를 비교 도시한 도면.
도 8은 원형 유로 횡단면을 갖는 하우징에 의해 도 4 및 도 5에 도시된 부분압착단계를 설명하는 도면.
도 9는 하우징 냉각단계를 더 포함한 본 발명에 따른 히트파이프 제조방법을 설명하는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 히트파이프 제조방법에 의해 제조된 히트파이프에 대한 성능시험 과정을 도시한 도면.
이하, 본 발명에 따른 히트파이프 제조방법을 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 히트파이프 제조방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 크게 주입단계(S10), 부분압착(pre-crimping)단계(S20), 탈기단계(S30), 및 마감단계(S40)를 포함하여 이루어지며, 부분냉각단계(S50), 전처리단계(S60), 관막음단계(S70), 및 기밀시험단계(S80)를 더 포함한다.
여기에서, 먼저 상기 주입단계(S10)는 도 10에 도면부호 1로 도시된 히트파이프의 몸체를 이루는 하우징(3) 내부로 작동유체(5)를 주입하는 단계로서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(3)의 일측으로 개방된 주입단(9)을 통해 하우징(3) 내부로 작동유체(5)를 주입한다.
통상, 히트파이프는 사용온도에 따라 극저온, 저온, 중온, 고온 등으로 분류되며, 분류된 온도범위마다 최적합한 작동유체가 존재하는 바, 본 발명에서 채용되는 작동유체(5)는 온도분류 상 저온 즉, 상온에 해당하는 -30 내지 200 ℃의 온도범위에서 최적의 성능을 발휘하는 작동유체 중에서 선택되며, 이중에서도 특히, 대기압 상온에서 액상으로 존재하는 작동유체가 선택되는 바, 예컨대, 물, 메탄올, 아세톤, 벤젠, 톨루엔, 사염화에틸렌 황화디메틸, 펜탄(n-pentane)과 헵탄(n-heptane)을 포함하는 포화탄화수소계 화합물, 및 수소화염화불화탄소계 화합물과 수소화불화탄소 화합물을 포함하는 불화탄소계 화합물 중에서 선택될 수 있다.
또한, 주입단계(S10)에서 하우징(3) 안으로 작동유체(5)를 주입할 때는 종래의 가열탈기법과 유사하게 대기압 상온의 조건에서 주입 작업이 수행된다. 뿐만 아니라, 작동유체(5)의 밀봉을 위해 별도의 장치를 추가로 사용하지 않고, 하우징(3)의 주입단(9)을 원래의 형태로 유지한 상태에서 작동유체(5)를 주입한다.
한편, 하우징(3)로 주입되는 작동유체(5)의 양은 하우징(3)에 최종적으로 잔류하는 작동유체(5)의 양과 주입단계(S10)에서 하우징(3)로 주입되는 작동유체의 양 그리고 아래에 설명되는 탈기단계(S30)에서 유실되는 작동유체(5)의 양을 고려하여 설정되는 바, 하우징(3) 전체의 내부 체적에 대하여 주입단계(S10)에서 하우징(3)로 주입된 작동유체(5)가 하우징(3) 내에서 차지하는 체적의 비를 초기 주입비, 하기의 마감단계(S40)에서 하우징(3) 내에 최종 잔류하는 작동유체(5)가 하우징(3) 내에서 차지하는 체적의 비를 목표 충진비, 그리고 탈기단계(S30)에서 하우징(3)부터 배출되는 작동유체(5)가 하우징(3) 내에서 차지하는 체적의 비를 유실비라고 할 때, 작동유체(5)의 초기 주입비는 목표 충진비와 유실비의 합과 같다. 따라서, 초기 주입비 즉, 작동유체(5)의 초기 주입량은 목표 충진비 즉, 최종 목표로 하는 작동유체(5)의 충진량에 유실비 즉, 탈기 과정에서 외부로 배출되는 작동유체(5)의 유실량을 더한 것과 같게 된다.
본 발명의 주입단계(S10)에서 유실비는 3 내지 25 %로 설정되는 바, 작동유체(5)의 초기 주입비가 목표 충진비보다 3 내지 25 % 더 많게 되며, 바람직하게는 초기 주입비를 목표 충진비보다 5 내지 20 % 더 많게, 더욱 바람직하게는 8 내지 15 % 더 많게 한다. 예컨대, 목표 충진비가 하우징(3) 내부 체적의 28%라고 하면, 최적의 초기 주입비는 하우징(3) 내부 체적의 36 내지 45 %가 된다. 따라서, 탈기단계(S30)를 거치는 과정에서 하우징(3) 내부 체적의 8 내지 17 %가 외부로 배출되어 유실되고, 종국에는 목표한 데로 하우징(3) 내부 체적의 28%만이 작동유체(5)로 충진된다.
상기 부분압착단계(S20)는 작동유체의 유실비가 위와 같이 유지되도록 하우징(3)의 주입단(9)을 사전에 부분압착하는 단계로서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 위 주입단계(S10)에서 작동유체(5)의 주입이 종료된 하우징(3)의 주입단(9)을 부분압착한다. 이때, 부분압착된 주입단(9)은 하기의 탈기단계(S30)에서 가열될 때 하우징(3) 내에 충진된 작동유체가 주입단(9)을 통해 증기 또는 미세분자(mist)의 형태로 배출되게 하는 형상 및 치수를 갖도록 한다.
즉, 부분압착단계(S20)에서 일부분이 미리 압착되는 하우징(3) 주입단(9)은 도 6 내지 도 8에 도시된 것처럼, 부분압착 전 하우징(3)의 유로 단면 형상과 상관없이 좁고 긴 슬릿 형태의 유로 단면을 갖도록 부분압착된다. 이는 하기의 탈기단계(S30)에서 가열되는 하우징(3) 내부의 작동유체(5)가 주입단(9)의 부분압착 부위(7)에 의해 액상의 덩어리 상태로 배출되는 것을 억제하여 증기 또는 미세분자 형태로 배출되도록 하면서도, 배출에 소요되는 시간을 적정하게 유지할 수 있는 정도의 단면적은 확보할 수 있도록 하기 위함이다. 따라서, 예컨대 도 6에 도시된 것처럼 장방형의 유로 단면을 갖는 하우징(3)은 두께방향으로 부분압착되어 도 7에 도시된 것처럼 부분압착 부위(7)의 두께(t2)가 압착 전 두께(t1)보다 더 가늘어져 일자형의 슬릿을 형성한다. 또한, 원형의 유로 단면을 갖는 하우징(3)은 예컨대 도 8에 도시된 것처럼 반달형으로 부분압착되어 도시된 것처럼 원호형의 슬릿을 형성한다.
이와 같이, 부분압착단계(S20)에서 슬릿 형태로 부분압착되는 하우징(3) 주입단(9)은 부분압착 부위(7)의 유로 횡단면 두께(t2)가 0.2 내지 0.6 ㎜로 유지되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.4 ㎜를 유지하는 것이 좋다. 해당 범위의 두께를 갖는 부분압착 부위(7)는 작동유체(5)의 유실을 최소화하는 동시에, 불응축가스 등 이물질을 효과적으로 배출시킬 수 있다. 부분압착 부위(7)의 유로 횡단면 두께(t2)가 0.2㎜ 미만으로 너무 가늘면 불응축가스 등의 이물질을 배출시키기 위한 하우징(3) 내부의 압력이 높아야 하므로, 작동유체(5)를 비등점 이상의 높은 온도로 지속 가열해야 하고, 따라서 불응축가스 등의 배출에 필요한 시간이 길어져 생산성 측면에서 효율성이 떨어진다. 또한, 유로 횡단면 두께(t2)가 0.6㎜ 이상인 경우, 위에서 언급한 바와 같이, 작동유체(5)는 비등하여 증기와 같은 기상 뿐 아니라 액상의 덩어리 상태로 주입단(9)을 통해 유실되므로, 하우징(3) 내부에 최적의 충진량 예컨대, 하우징(3) 내부체적의 28 내지 36 %를 잔류시키기 어렵기 때문에 불응축가스 등의 이물질이 완전히 배출되기 전에 부분압착 부위(7)를 차단해야 한다.
또한, 작동유체의 종류에 따라 열팽창계수와 비등점 이상에서의 증기압 상승 정도가 서로 다른데 예컨대, 아세톤, 톨루엔, 알코올 등의 유기화합물은 물에 비해 액상의 열팽창계수가 5배 이상 크고, 각 유체의 비등점 기준으로 ±20℃ 범위에서 작동유체로 사용할 수 있는 메탈올 등은 사염화에틸렌 유체의 증기압에 비해 10 내지 15 % 이상 높은 증기압을 나타낸다. 따라서, 하우징(3) 내에 주입된 작동유체(5)와 불응축가스 등의 이물질이 배출되는 양상과 배출시간은 서로 다르다. 그러나 부분압착단계(S20)에서 부분압착 부위(7)의 유로 횡단면 두께(t2)를 본 발명에 따라 위에서 언급한 것처럼 0.2 내지 0.6 ㎜, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.4 ㎜로 유지하면, 짧은 시간에 불응축가스 등의 이물질은 배출시키면서도, 원하는 데로 적정량의 작동유체는 잔류시킬 수 있게 된다. 이때, 부분압착 부위(7)는 위에서 언급한 바와 같이, 유로 횡단면의 두께(t2)를 가늘게 하면서도 최소한의 횡단면적(Af)을 확보하여야 하는 바, 부분압착 부위(7)의 유로 횡단면적(Af)은 부분압착되기 전 하우징(3) 유로 횡단면적(Ai)의 10 내지 40 %를 유지하도록 하는 것이 바람직하며, 20 내지 30 %로 유지하는 것이 더욱 바람직하다. 이때, 부분압착 부위(7)의 유로 횡단면적(Af)이 부분압착 전 유로 횡단면적(Ai)의 10% 미만이 되는 경우, 위에서 유로 횡단면의 두께와 관련하여 언급한 바와 같이, 작동유체(5)를 비등점 이상의 높은 온도로 지속 가열해야 하므로, 불응축가스 등의 배출에 필요한 시간이 길어져 생산 효율성이 떨어진다. 반대로, 부분압착 전 유로 횡단면적(Ai)의 40%를 초과하는 경우에도 위에서 유로 횡단면의 두께와 관련하여 언급한 것처럼, 비등으로 인해 작동유체(5)가 액상의 덩어리 상태로 주입단(9)에서 배출되어 유실되므로, 하우징(3) 내부에 최적량의 작동유체(5)를 충진하기 어렵게 되고, 따라서 불응축가스 등의 이물질이 완전히 배출되기 전에 부분압착 부위(7)를 차단해야 하기 때문에 품질저하가 초래된다.
상기 탈기단계(S30)는 작동유체(5)의 주입이 완료된 하우징(3)을 가열하여 하우징(3) 내부에서 발생하는 불응축가스를 포함한 이물질을 제거하는 단계로서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 위 부분압착단계(S20)에서 주입단(9)이 부분압착된 하우징(3)을 가열한다. 이를 위해 도 5에 도시된 것처럼 가열용 욕조(11;heating bath) 등의 가열수단이 사용되는 바, 하우징(3)은 작동유체(5)가 주입된 상태로 그 하부가 가열용 욕조(11)에 침잠된다.
이와 같이 가열용 욕조(11)에 의해 하우징(3)이 가열되면, 하우징(3) 내벽면 등에 흡착되어 있던 질소, 산소, 수분 또는 작동유체(5)에 녹아 있던 질소, 수분 등의 불응축가스를 포함하는 이물질이 기화되어 주입단(9)을 통해 하우징(3)부터 제거된다. 이때, 작동유체(5)도 가열되어 액상 또는 기상으로 주입단(9)을 통해 배출되나, 위에서 설명한 것처럼 주입단(9)의 유로 횡단면 두께(t2)가 부분압착 부위(7)에서 일정 치수 범위로 즉, 0.2 내지 0.6 ㎜, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.4 ㎜로 가늘게 되어 있으므로, 액상 덩어리보다는 미세분자 즉, 미스트 상태로 배출된다. 이와 같이, 부분압착 부위(7)는 유로 횡단면이 가늘면서도, 도 6 내지 도 8에 따라 위에서 언급한 것처럼, 길게 되어 최소한의 횡단면적(Af)을 유지하므로, 배출에 필요한 시간을 비교적 짧게 유지할 수 있다.
따라서, 탈기단계(S30)의 공정시간은 3 내지 35 초로 유지하면 되고, 바람직하게는 7 내지 23 초, 더욱 바람직하게는 10 내지 17 초로 유지할 때, 작동유체(5)의 유실을 최소화하여 목표 충진량을 확보하면서도, 불응축가스 등 이물질을 효과적으로 배출, 제거할 수 있게 된다. 이때, 공정시간이 3초 미만이면, 하우징에 대한 가열량이 부족하여 불응축가스의 배출이 충분히 이루어지지 않으며, 반대로 35초를 초과하는 경우에는 작동유체(5)의 유실량이 커져 하우징(3) 내부체적의 28 내지 36 %에 이르는 작동유체(5)의 최적 충진비를 유지할 수 없게 된다.
끝으로, 상기 마감단계(S40)는 하우징(3)의 주입단(9)을 밀봉하여 히트파이프(1)을 완성하는 단계로서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 위 탈기단계(S30)에서 가열 탈기에 의해 내부의 불응축가스 등 이물질이 제거된 하우징(3)을 밀봉하여 마감 처리하는 바, 특별히 다른 이유가 없다면 부분압착단계(S20)에서 부분압착된 주입단(9)의 부분압착 부위(7)를 추가로 최종 압착하거나 용접하여 밀봉 마감하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 히트파이프 제조방법은 변형된 실시 형태로서, 부분냉각단계(S50), 전처리단계(S60), 관막음단계(S70), 및/또는 기밀시험단계(S80)를 더 포함할 수 있다.
여기에서, 먼저 상기 부분냉각단계(S50)는 위 탈기단계(S30)에서 가열되는 작동유체(5) 일부를 냉각하여 하우징(3)부터 유실되는 작동유체(5)의 양을 줄이는 단계로서, 이를 위해 탈기단계(S30)에서 하우징(3)을 가열하기 전에, 도 9에 도시된 바와 같이, 위 부분압착단계(S20)에서 부분압착된 주입단(9)의 부분압착 부위(7) 인접 부분에 냉각수단(13)을 설치한다. 즉, 냉각수단(13)을 설치하는 시점은 하우징(3)의 가열이 시작되는 탈기단계(S30) 이전, 부분압착단계(S20)가 종료된 직후인 것이 바람직하다.
따라서, 탈기단계(S30)에서 가열되어 상승하는 액상 또는 기상의 작동유체(5)는 일부가 냉각되어 저온 액상의 작동유체(5)로 회수되므로, 주입단(9)을 통한 배출이 억제된다. 다시 말해, 도 9에 도시된 것처럼, 부분압착 부위(7) 바로 밑에 냉각수단(13)이 설치될 경우, 하우징(3) 내부에서 배출을 위해 상승하는 액상의 작동유체(5)는 물론, 기화된 작동유체와 불응축가스의 혼합가스가 냉각수단(13)에 의해 냉각된다. 이에 따라, 냉각 또는 응축된 액상의 작동유체(5)는 하우징(3) 내벽을 따라 하단으로 이동하여 회수되므로, 주입단(9)을 통해 외부로 배출되는 양을 최소화할 수 있게 된다. 그러나, 냉각수단(13)에 의해 냉각되어 응축되지 않는 불응축가스 즉, 해당 냉각온도에서 응축되지 않는 산소, 수소, 질소, 이산화탄소 등의 불응축가스는 주입단(9)을 통해 외부로 배출되므로, 효과적으로 제거된다.
이와 같은 냉각수단(13)의 채용은 히트파이프(1)이 긴 경우에 탈기단계(S30)에서 작동유체(5)의 유실을 억제하는데 매우 효과적이며, 예컨대, 작동유체(5)의 초기 주입량을 위에서 언급한 권장량보다 3 내지 5 % 줄여도, 냉각수단(13)을 채용하지 않은 때와 동일한 목표 충진량을 얻을 수 있게 된다. 이때, 상기 냉각수단(13)의 길이는 상기 하우징(3) 전체 길이의 10 내지 40 %를 덮을 수 있는 길이를 가지는 것이 바람직한데, 이는 냉각수단(13)의 길이가 히트파이프(1) 전체 길이의 40%를 초과하는 경우, 탈기단계(S30)에서 하우징(3)이 냉각수단(13)에 의해 지속적으로 열을 빼앗겨 작동유체(5)를 비등점까지 가열하고 하우징(3)을 그 이상의 온도로 유지하기 위해 하우징(3)에 대한 가열 시간이 길어지며, 10% 보다 작은 경우에는 부분압착 부위(7) 근방에서 효과적인 냉각효과를 기대할 수 없어 냉각 응축에 의한 작동유체(5)의 회수가 불가능해지기 때문이다.
상기 전처리단계(S60)는 하우징(3)에 작동유체(5)를 주입하기 전에 하우징(3)과 작동유체(5)를 미리 세정하는 단계로서, 도 4에 도시된 것처럼, 작동유체(5)를 하우징(3)에 주입하는 주입단계(S10) 전에 수행된다. 특히, 하우징(3)에 대한 전처리는 하우징(3) 내외면에 묻어 있는 먼지, 기름 등의 이물질을 세척하여 제거하는 것 뿐 아니라, 세척한 뒤에도 여전히 하우징(3) 표면에 흡착되어 있는 질소, 산소, 수분 등을 사전에 제거한다. 또한, 작동유체(5)도 하우징(3)에 주입하기 전에 탈기공정 등을 통해 불순물 등 이물질을 제거하여 고순도를 유지한다.
상기 관막음단계(S70)는 하우징(3)이 특히 양단이 개방된 관체인 때, 작동유체(5)를 담을 수 있도록 관체의 개방된 일단을 밀봉하는 단계로서, 도 4에 도시된 것처럼, 위 전처리단계(S60)에서 이물질을 제거한 후 주입단계(S10)에서 하우징(3)에 작동유체(5)를 주입하기 전에 수행되는 바, 개방된 일단을 밀봉하는 공정이면 어떤 방식도 채용이 가능하며, 통상 압착이나 용접을 통해 밀봉 마감된다. 이때, 밀봉된 일단의 반대쪽은 개방된 채로 남아 이후 주입단계(S10)에서 작동유체(5)를 주입하는 주입단(9)으로 된다.
끝으로, 상기 기밀시험단계(S80)는 작동유체(5)를 주입하기 전에 하우징(3)의 기밀 상태를 검사하는 단계로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 특히, 위와 같이 관막음단계(S70)를 통해 하우징(3)의 타단을 밀봉한 경우에는 주입단계(S10)에서 하우징(3)에 작동유체(5)를 주입하기 전에, 하우징(3)의 기밀 상태를 검사한다.
이하, 본 발명에 따른 히트파이프 제조방법을 적용하여 평판형 알루미늄 히트파이프를 제조하는 방법을 실시예 1로 설명한다.
실시예 1에 적용되는 히트파이프용 알루미늄 하우징은 재질 A1050합금이며, 외형의 크기는 두께 1.6㎜, 폭 30.0㎜, 길이 200㎜이며, 다채널(multi-channel)구조이다. 또한, 채널의 수는 12개이고, 각 채널은 모세관력을 극대화시키기 위한 그루브 윅(groove wick) 구조를 갖는다.
작동유체는 탈기 전처리단계를 거친 순수 아세톤을 사용한다. 제조 조건 별 히트파이프의 성능을 비교하기 위해서, 작동유체의 목표 충진비는 제조 조건에 관계없이 알루미늄 하우징 내부 체적의 35%를 유지하도록 한다. 또한, 전처리단계에서 알루미늄 하우징을 세척한다.
그 후, 관막음단계에서 하우징의 일단부를 밀봉 압착한다.
그 다음, 주입단계에서 대기압, 상온의 조건으로 알루미늄 하우징의 타단부 즉, 주입단을 통하여 주사기를 이용하여 작동유체인 아세톤을 주입한다. 이때, 아세톤은 주사기를 통하여 12개의 각 채널에 개별 채널 체적의 46%가 되도록 주입된다.
그리고 나서, 부분압착단계를 통해 히트파이프 하우징의 주입단을 사전에 부분압착하는데, 이때 압착되는 하우징의 외부 두께는 초기 두께 대비 40%로 압착된다. 또한, 압착된 부분압착 부위의 평균 유로 횡단면 두께는 0.36㎜이며, 부분압착 부위의 횡단면적은 하우징의 원래 단면적 대비 25.17%로 된다. 실제 유로 횡단면적이 부분압착 부위의 평균 유로 횡단면 두께로 계산한 단면적보다 작은 것은 채널 내부의 격벽에 그루브 윅이 존재하여 이 윅에 의해 점유된 면적만큼 실제 부분압착 부위의 단면적이 작아지기 때문이다.
부분압착이 종료된 후에는 하우징이 압착 지그(jig)에 고정된 상태에서 가열용 오일욕조에 침잠되어 탈기단계가 수행된다. 하우징의 일단부가 오일에 의해 가열되기 시작한 후부터 5초 후 불응축가스, 아세톤 증기 및 일부 액체가 분사되기 시작하며, 7초를 더 유지하여 총 12초의 가열시간이 경과한 후 가열 탈기가 종료된다.
그 다음, 마감단계에서 하우징은 부분압착 부위가 최종 압착되어 밀봉되며, 비로소 히트파이프의 제작이 완료된다.
완성된 히트파이프의 작동유체 충진량은 35%로 확인되며, 완성된 히트파이프의 성능시험은 도 10에 도시된 바와 같이, 히트파이프를 수직으로 배치하고, 하단부(H) 면적 30㎜ x 30㎜에 5 Watt의 열량이 인가되도록 열원을 배치함으로써 이루어진다. 이때, 온도는 열원부에서 위로 10㎜ 거리에서 측정한 가열부 온도(T1)와 히트파이프의 열원부 반대쪽 일단부에서 측정한 응축부 온도(T2)의 차이(ΔT=T1-T2)로 측정된다. 열량이 인가된 후 5분 후에 온도차(ΔT)는 평균 1.2℃로 측정되었다.
실시예 2는 실시예 1과 공정 순서 및 작동유체의 초기 주입량도 하우징 내부 체적 대비 46%로 같은 양을 주입한다.
다만, 부분압착 단계에서 부분압착되는 하우징의 두께는 압착 전 두께 대비 20%가 되도록 압착된다. 또한, 유로 횡단면의 평균 두께는 0.68㎜가 되며, 부분압착 부위의 유로 횡단면적은 부분압착전 유로 횡단면적 대비 62.08%가 된다.
또한, 탈기단계에서 오일욕조에 의한 가열시간은 8초를 유지하여 하우징에 잔류되는 작동유체의 양이 내부 체적대비 35%가 되도록 한다.
실시예 3은 실시예 1과 공정 순서 및 작동유체의 초기 주입량도 하우징 내부 체적 대비 46%로 같은 양을 주입한다.
이때, 부분압착 단계에서 부분압착되는 하우징의 두께는 압착 전 두께 대비 60%가 되도록 압착된다. 또한, 유로 횡단면의 평균 두께는 0.11㎜가 되며, 부분압착 부위의 유로 횡단면적은 부분압착전 유로 횡단면적 대비 3.92%가 된다.
또한, 탈기단계에서 오일욕조에 의한 가열시간은 35초를 유지하여 하우징에 잔류되는 작동유체의 양이 마찬가지로 내부 체적대비 35%가 되도록 한다.
실시예 2 및 실시예 3의 성능시험은 실시예 1과 동일한 방법으로 수행되며, 실시예 2 및 3에서 응축부와 가열부의 온도차이(ΔT)는 평균 5.2 및 4.7 ℃로 확인되었다.
실시예 1 내지 3의 실험결과를 정리하면, 아래 표 1과 같다.


구분

형상 및 크기		 부분압착
가열
탈기시간
성능
온도차(△T)

두께변화		 부분압착 부위
유로 횡단면 두께		 부분압착 부위
유로 횡단면적


실시예 1		 다채널 알루미늄 튜브(12채널)
- 두께: 1.6㎜
- 폭 : 30㎜
- 길이: 200㎜
40%
0.36㎜
25.17%
12 sec
1.2 ℃
실시예 2 20% 0.68㎜ 62.08% 8 sec 5.2 ℃
실시예 3 60% 0.11㎜ 3.92% 26 sec 4.7 ℃
1 : 히트파이프 3 : 하우징
5 : 작동유체 7 : 부분압착 부위
9 : 주입단 11 : 가열용 욕조
13 : 냉각수단

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 주입단(9)을 통해 하우징(3) 내에 작동유체(5)를 주입하는 주입단계(S10);
    상기 주입단계(S10)에서 상기 작동유체(5)가 주입된 후 상기 하우징(3)의 주입단(9)을 좁고 긴 슬릿 형태의 유로 단면을 갖도록 부분압착하여, 상기 작동유체(5)가 가열된 때 상기 주입단(9)을 통해 액상의 덩어리 상태로 배출되는 것을 억제하여 증기 또는 미세분자(mist)의 형태로 배출될 수 있도록 하는 부분압착단계(S20);
    상기 부분압착단계(S20)에서 상기 주입단(9)이 부분압착된 상기 하우징(3)을 가열하여, 상기 하우징(3) 내부에서 발생하는 불응축가스를 포함한 이물질을 상기 주입단(9)을 통해 배출되는 상기 작동유체(5)와 함께 제거하는 탈기단계(S30); 및
    상기 탈기단계(S30)에서 상기 이물질이 제거된 후, 상기 하우징(3)을 밀봉 처리하는 마감단계(S40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 작동유체(5)는 -30 내지 200 ℃에서 사용되는 저온 히트파이프용 작동유체 중에서 선택되되, 대기압 상온에서 액상으로 존재하는 작동유체인 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 작동유체(5)는 물, 메탄올, 아세톤, 벤젠, 톨루엔, 사염화에틸렌 황화디메틸, 펜탄과 헵탄을 포함하는 포화탄화수소계 화합물, 및 수소화염화불화탄소계 화합물과 수소화불화탄소 화합물을 포함하는 불화탄소계 화합물 중에서 선택된 작동유체인 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 주입단계(S10)에서 상기 하우징(3)으로 주입되는 상기 작동유체(5)의 상기 하우징(3)에 대한 체적비를 초기 주입비, 상기 마감단계(S40)에서 상기 하우징(3) 내에 최종 잔류하는 상기 작동유체(5)의 상기 하우징(3)에 대한 체적비를 목표 충진비, 그리고 상기 탈기단계(S30)에서 상기 하우징(3)부터 배출되는 상기 작동유체(5)의 상기 하우징(3)에 대한 체적비를 유실비라고 할 때, 상기 초기 주입비는 상기 목표 충진비와 상기 유실비의 합이며, 상기 주입단(9)은 상기 유실비를 3 내지 25 %가 되게 하도록 부분압착되는 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 주입단(9)은 상기 부분압착단계(S20)에서 슬릿 형태로 부분압착된 부분압착 부위(7)의 유로 횡단면 두께(t2)가 0.2 내지 0.6 ㎜인 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 부분압착 부위(7)는 유로 횡단면적(Af)이 상기 부분압착단계(S20)에서 부분압착되기 전의 상기 하우징(3)의 유로 횡단면적(Ai)의 10 내지 40 %인 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 탈기단계(S30)에서 상기 하우징(3)을 가열하는 시간은 3 내지 35 초로 유지되는 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  9. 청구항 2 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주입단계(S10)에서 상기 하우징(3)에 상기 작동유체(5)를 주입하기 전에, 상기 하우징(3) 내부의 벽면에 흡착되어 있거나 또는 상기 작동유체(5)에 포함되어 있는 상기 이물질을 사전에 제거하는 전처리단계(S60);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 하우징(3)이 관체인 때, 상기 전처리단계(S60)에서 상기 이물질을 제거한 후 상기 주입단계(S10)에서 상기 하우징(3)에 상기 작동유체(5)를 주입하기 전에, 상기 주입단(9) 반대쪽의 상기 하우징(3) 타단을 밀봉하는 관막음단계(S70);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 관막음단계(S70)에서 상기 하우징(3)의 타단을 밀봉한 후 상기 주입단계(S10)에서 상기 하우징(3)에 상기 작동유체(5)를 주입하기 전에, 상기 하우징(3)의 기밀을 검사하는 기밀시험단계(S80);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 청구항 2 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마감단계(S40)에서 상기 하우징(3)은 상기 부분압착단계(S20)에서 부분압착된 상기 주입단(9)의 부분압착 부위(7)를 밀봉하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
KR1020130086734A 2013-07-23 2013-07-23 히트파이프 제조방법 KR101600663B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130086734A KR101600663B1 (ko) 2013-07-23 2013-07-23 히트파이프 제조방법
PCT/KR2014/006540 WO2015012535A1 (ko) 2013-07-23 2014-07-18 히트파이프 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130086734A KR101600663B1 (ko) 2013-07-23 2013-07-23 히트파이프 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150011591A KR20150011591A (ko) 2015-02-02
KR101600663B1 true KR101600663B1 (ko) 2016-03-07

Family

ID=52393518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130086734A KR101600663B1 (ko) 2013-07-23 2013-07-23 히트파이프 제조방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101600663B1 (ko)
WO (1) WO2015012535A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105865242A (zh) * 2016-04-14 2016-08-17 青岛海尔特种电冰箱有限公司 导热板及其板体的生产方法
FR3061745A1 (fr) * 2017-01-06 2018-07-13 Institut National Des Sciences Appliquees De Lyon Dispositif de diffusion thermique
KR102091068B1 (ko) 2017-12-14 2020-03-19 최영환 히트 플레이트 모체의 완성전 이물질 제거를 위한 전처리방법
KR102236758B1 (ko) * 2019-11-19 2021-04-07 엠에이치기술개발 주식회사 히트파이프를 이용한 냉각장치 제조방법
KR20230086287A (ko) 2021-12-08 2023-06-15 아주대학교산학협력단 히트파이프 제조방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006200775A (ja) * 2005-01-19 2006-08-03 Furukawa Sky Kk ヒートパイプ及びその製造方法
JP2009228909A (ja) * 2008-03-19 2009-10-08 Hitachi Cable Ltd ヒートパイプの製造方法及びヒートパイプ

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09170889A (ja) * 1995-12-18 1997-06-30 Fujikura Ltd ヒートパイプの製造方法
JPH09280759A (ja) * 1996-04-17 1997-10-31 Fujikura Ltd ヒートパイプの製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006200775A (ja) * 2005-01-19 2006-08-03 Furukawa Sky Kk ヒートパイプ及びその製造方法
JP2009228909A (ja) * 2008-03-19 2009-10-08 Hitachi Cable Ltd ヒートパイプの製造方法及びヒートパイプ

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150011591A (ko) 2015-02-02
WO2015012535A1 (ko) 2015-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101600663B1 (ko) 히트파이프 제조방법
EP0603180B1 (de) Kryopumpe
KR20210099107A (ko) 열 이용 시스템 및 발열 장치
EP0558495A1 (en) Process for regenerating a cryopump and suitable cryopump for implementing this process.
DE3046458A1 (de) Refrigerator-kryostat
KR100782913B1 (ko) 물의 재생방법 및 장치
KR101600667B1 (ko) 엇댄 구조의 윅을 갖는 박형 히트파이프
GB2479460A (en) Method and apparatus for constructing a heat pipe
DE102006012210A1 (de) Verfahren zum Abfüllen eines verflüssigten Gases mit niedriger Temperatur
DE102016201654B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Entladen eines Wasserstoffspeichers bei Parabolrinnenreceivern
WO2018055277A1 (fr) Compresseur d'hydrogene a hydrure metallique
CN104138668B (zh) 电磁式熔盐蒸发方法
EP0468197B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verflüssigen von dampf- oder gasförmigen Medien
US7404255B2 (en) Apparatus and method for removing non-condensing gas in heat pipe
CN112460841B (zh) 一种基于压缩机原理的冷热水一体制取装置
EP1080332B1 (en) Process for the production of a refrigerating circuit comprising non-evaporable getter material
US2779143A (en) Method of closing a heat exchanger
Ren et al. Experimental analysis of residual gas of vacuum annulus in parabolic trough solar receivers
DE4336035A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Kryopumpe sowie Vakuumpumpensystem mit Kryopumpe und Vorpumpe
CN1940451A (zh) 处理工作流体的方法及制备热管的方法
EP1811247B1 (de) Verfahren zur Montage eines Wärmepumpenmoduls
CN215724162U (zh) 外置式液氮槽加热装置
CN208297226U (zh) 一种高效的低温除湿阱
JPS61134592A (ja) ヒ−トパイプの製造法
JONES Aluminum/ammonia heat pipe gas generation and long term system impact for the Space Telescope's Wide Field Planetary Camera

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
LAPS Lapse due to unpaid annual fee