KR102068392B1 - Flexible heat transfer device - Google Patents

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KR102068392B1
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김호영
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서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 연성 열전달 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 연성 열전달 장치는 연성물질로 형성되고, 상부에 액체의 작동유체가 유동하는 음각의 제 1 유로가 형성되고, 하부의 일단부로부터 열을 공급받아 상기 작동유체의 증발과정이 일어나는 제 1 용기, 연성물질로 형성되어 상기 제 1 용기의 상부에 위치하고, 하부에 기체의 작동유체가 유동하는 음각의 제 2 유로가 형성되는 제 2 용기 및 상기 제 1 용기와 상기 제 2 용기 사이에 형성되어, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로 사이에 상기 작동유체가 이동하도록 하는 연성 재질의 멤브레인으로 형성되는 이동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a flexible heat transfer device, wherein the flexible heat transfer device according to the present invention is formed of a soft material, an intaglio first flow path through which a working fluid of a liquid flows is formed thereon, and heat is supplied from one end of the lower portion. A first container in which the evaporation process of the working fluid takes place, a second material formed of a soft material, positioned above the first container, and having a negative second flow path through which a working fluid of gas flows; And a moving part formed between the first container and the second container, the moving part being formed of a membrane of a soft material to allow the working fluid to move between the first flow path and the second flow path.

Description

연성 열전달 장치{FLEXIBLE HEAT TRANSFER DEVICE}Flexible heat transfer device {FLEXIBLE HEAT TRANSFER DEVICE}

본 발명은 연성 열전달 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연성의 물질로 형성되고 히트 파이프 구조로 열전달을 수행하는 연성 열전달 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a flexible heat transfer device, and more particularly, to a flexible heat transfer device formed of a soft material and performing heat transfer in a heat pipe structure.

도 1은 히트 파이프 내부에서 작동유체의 물질 순환과정을 도시하는데, 히트 파이프는 밀폐된 용기 내에서 작동액체가 열원으로 공급받은 열로 증발되어 이동하고 증발된 작동기체는 열을 방출하며 다시 액체로 응축되는 과정을 순환 반복하여 열원의 열을 외부로 전달하여 방출하는 열전달 장치이다. 1 shows the process of mass circulation of working fluid inside a heat pipe, in which the heat pipe is evaporated and moved to the heat supplied by the working liquid as a heat source in a closed container, and the evaporated working gas releases heat and condenses back into the liquid. It is a heat transfer device that circulates and repeats the process of transferring heat from the heat source to the outside.

히트 파이프는 액체와 기체 사이의 잠열 및 작동기체의 대류에 의한 열전달을 이용하는 것으로 열원의 열을 효과적으로 외부로 전달하는 점에서 매우 유망하나, 닫혀있는 계 내부의 작동유체를 이용하기 때문에 제어가 어렵고 시스템이 붕괴되기 쉽다는 단점이 있다. Heat pipes are very promising in that they transfer heat from the heat source to the outside by using latent heat between liquid and gas and convection of the working gas, but it is difficult to control because the working fluid inside the closed system is used. This has the disadvantage of being prone to collapse.

특히, 상변화에 의해 유입되는 양과 유출되는 양이 달라지게 되면 작동액체의 형상에 변형이 일어난다. 특히, 증발량(D->A)이 액체 유입량(C->D)보다 많을 경우 유로 상에서 액체의 계면은 도 2와 같이 후퇴하게 되고, 이때 열원으로부터의 열전달량이 급감하며 히트 파이프 시스템을 붕괴시킬 수가 있는데, 이를 건조한계(dry out limit)라고 한다. In particular, if the amount of inflow and outflow by the phase change is different, the deformation of the working liquid occurs. In particular, when the evaporation amount (D-> A) is greater than the liquid inflow amount (C-> D), the interface of the liquid on the flow path retreats as shown in FIG. 2, where the amount of heat transfer from the heat source is drastically reduced and the heat pipe system cannot be collapsed. This is called the dry out limit.

또한, 작동액체의 증발은 보통 액체-기체의 계면에서 발생하지만 액체-고체의 계면에서도 발생할 수가 있다. 이러한 액체-고체의 계면에서 발생하는 증발에 의해 시스템 내부에 기포가 발생하게 되고, 기포가 작동유체의 이동에 저항으로 작용하여 히트 파이프 시스템이 붕괴될 수도 있다.  In addition, evaporation of the working liquid usually occurs at the liquid-gas interface but can also occur at the liquid-solid interface. The evaporation occurring at the liquid-solid interface creates bubbles in the system, and bubbles may act as a resistance to the movement of the working fluid, causing the heat pipe system to collapse.

대한민국 공개특허 제10-2016-0113103호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0113103

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 히트 파이프의 원리에 따라 열전달을 수행하는 열전달 장치에서 액체 상의 작동유체가 유동하는 제 1 용기와 기체 상의 작동유체가 유동하는 제 2 용기 사이에 연성 재질의 박막 멤브레인을 형성하여 한계 압력차를 높여서 증발부에서 계면이 후퇴하여 건조한계에 의한 시스템 붕괴를 방지하고, 연성물질로 용기를 형성하여 증발시 작동액체의 압력 감소를 지연시켜 고체와 액체 계면에서의 증발로 인한 기포 생성을 줄여서 기포에 의한 시스템 붕괴를 방지하는 연성의 열전달 장치를 제공함에 있다.Therefore, an object of the present invention is to solve such a conventional problem, the first vessel in which the working fluid flows in the liquid phase and the working fluid in the gas flow in the heat transfer device for performing the heat transfer in accordance with the principle of the heat pipe 2 Form a thin film membrane of flexible material to increase the marginal pressure difference, so that the interface retreats at the evaporator to prevent system collapse by the dry system, and to form a container of soft material to delay the pressure reduction of the working liquid during evaporation. The present invention provides a soft heat transfer device that reduces bubble generation due to evaporation at a solid and liquid interface to prevent system collapse due to bubbles.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 연성물질로 형성되고, 상부에 액체의 작동유체가 유동하는 음각의 제 1 유로가 형성되고, 하부의 일단부로부터 열을 공급받아 상기 작동유체의 증발과정이 일어나는 제 1 용기; 연성물질로 형성되어 상기 제 1 용기의 상부에 위치하고, 하부에 기체의 작동유체가 유동하는 음각의 제 2 유로가 형성되는 제 2 용기; 및 상기 제 1 용기와 상기 제 2 용기 사이에 형성되어, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로 사이에 상기 작동유체가 이동하도록 하는 연성 재질의 멤브레인으로 형성되는 이동부를 포함하는 연성 열전달 장치에 의해 달성될 수가 있다. The object is, in accordance with the present invention, is formed of a soft material, the intaglio first flow path is formed in which the working fluid of the liquid flows on the upper side, the heat is supplied from one end of the lower portion of the evaporation process of the working fluid occurs A first container; A second container formed of a soft material and positioned above the first container, and having a negative second flow path through which a working fluid of gas flows; And a moving part formed between the first container and the second container, the moving part being formed of a flexible material membrane to allow the working fluid to move between the first flow path and the second flow path. Can be.

여기서, 상기 제 1 용기는 친수성의 연성물질로 형성될 수가 있다. Here, the first container may be formed of a hydrophilic soft material.

여기서, 상기 제 1 용기는 친수성의 하이드로젤로 형성될 수가 있다. Here, the first container may be formed of a hydrophilic hydrogel.

여기서, 상기 제 2 유로에는 외부의 힘에 의해 상기 제 2 유로가 붕괴되지 않도록 지지하는 복수의 기둥이 형성될 수가 있다. Here, a plurality of pillars may be formed in the second flow path to support the second flow path so as not to collapse by an external force.

여기서, 상기 제 1 유로는 병렬로 배열되는 복수의 일직선 유로로 형성될 수가 있다. Here, the first flow path may be formed of a plurality of straight flow paths arranged in parallel.

여기서, 상기 제 1 유로에는 기포 생성으로 인해 상기 제 1 유로가 붕괴되지 않도록 지지하는 복수의 기둥이 형성될 수가 있다. Here, a plurality of pillars may be formed in the first flow passage to support the first flow passage so as not to collapse due to bubble generation.

상기한 바와 같은 본 발명의 연성 열전달 장치에 따르면 액체 상의 작동유체가 유동하는 제 1 용기와 기체 상의 작동유체가 유동하는 제 2 용기 사이에 작동유체가 이동하는 연성 재질의 박막 멤브레인을 형성하여 한계 압력차를 높임으로써 증발부에서 계면이 후퇴를 지연시켜 건조한계에 의한 시스템 붕괴를 방지할 수 있다는 장점이 있다. According to the flexible heat transfer apparatus of the present invention as described above, the limit pressure is formed by forming a thin film membrane made of a flexible material in which the working fluid moves between the first vessel in which the working fluid in the liquid flows and the second vessel in which the working fluid in the gas flows. By increasing the difference, the interface delays the retreat at the evaporator, thereby preventing the system collapse by the dry system.

또한, 친수성의 연성물질로 용기를 형성하여 열원으로부터 열을 전달 받아 작동유체가 증발할 때 작동유체 내부의 압력 강하를 지연시켜 고체와 액체 계면에서의 증발에 의한 기포 생성을 억제시킴으로써 기포 생성에 의한 시스템 붕괴를 방지할 수 있다는 장점도 있다. In addition, by forming a container with a hydrophilic soft material and receiving heat from a heat source, when the working fluid evaporates, the pressure drop inside the working fluid is delayed, thereby suppressing bubble generation due to evaporation at the solid and liquid interface. It also has the advantage of preventing system collapse.

또한, 전체 장치를 연성 물질로 형성하여 웨어러블 디바이스와 같은 플렉서블 디바이스의 열전달 장치로 사용될 수 있다는 장점도 있다. In addition, the entire device may be formed of a flexible material and may be used as a heat transfer device of a flexible device such as a wearable device.

도 1은 히트 파이프의 일반적인 작동원리를 설명하는 도면이다.
도 2는 열원에 의해 작동유체가 증발하여 계면이 후퇴하는 모습을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 열전달 장치를 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 3의 a-a'를 따라 제 1 용기의 제 1 유로를 도시하는 도면이다.
도 5는 도 3의 b-b'을 따라 제 2 용기의 제 2 유로를 도시하는 도면이다.
1 is a view for explaining the general operating principle of the heat pipe.
2 is a view showing a state in which the working fluid is evaporated by the heat source and the interface retreats.
3 is a cross-sectional view showing a flexible heat transfer apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a first flow path of the first container along a-a 'in FIG. 3.
FIG. 5 is a view showing a second flow path of the second container along b-b 'of FIG. 3.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of the embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다 Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be embodied in various different forms, and the present embodiments merely make the disclosure of the present invention complete, and those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 연성 열전달 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings for describing a flexible heat transfer apparatus according to embodiments of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 열전달 장치를 도시하는 단면도이고, 도 4는 도 3의 a-a'를 따라 제 1 용기의 제 1 유로를 도시하는 도면이고, 도 5는 도 3의 b-b'을 따라 제 2 용기의 제 2 유로를 도시하는 도면이다. 3 is a cross-sectional view illustrating a flexible heat transfer apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a view showing a first flow path of a first container along a-a 'of FIG. 3, and FIG. 5 is FIG. 3. It is a figure which shows the 2nd flow path of a 2nd container along b-b 'of the figure.

본 발명의 일 실시예에 따른 연성 열전달 장치는 제 1 용기(110), 제 2 용기(120) 및 이동부(130)를 포함하여 구성될 수가 있다. The flexible heat transfer apparatus according to an embodiment of the present invention may include a first container 110, a second container 120, and a moving unit 130.

제 1 용기(110)는 상부에 액체 상의 작동유체가 유동하는 음각의 제 1 유로(112)가 형성되고 일단부에서는 열원으로부터 열을 전달받아 작동액체가 기체로 증발하게 된다. 이하 설명에서는 제 1 용기의 일단부에 위치하는 열원으로부터 열을 전달받아 작동액체를 기체로 증발시키는 도 3의 D부분을 증발부라고 칭하기로 한다. The first container 110 has a negative first flow path 112 through which a working fluid in a liquid flows is formed at an upper portion thereof, and receives the heat from a heat source at one end so that the working liquid evaporates into a gas. In the following description, part D of FIG. 3 for receiving heat from a heat source positioned at one end of the first container to evaporate the working liquid into gas will be referred to as an evaporator.

제 1 유로(112)는 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 병렬도 배열되는 복수의 일직선 형태의 유로로 형성될 수가 있다. 후술할 내용이지만 제 1 용기(110)와 제 1 용기(110)의 상부에 위치하는 제 2 용기(120) 사이에는 박막의 이동부(130)가 형성되는데, 따라서 음각의 제 1 유로(112)는 상부에 위치하는 이동부(130)에 의해 밀폐된 유로를 형성할 수가 있다. 제 1 유로(112)의 일단부에는 전술한 바와 같이 증발부가 형성되고, 타단부에서는 열방출에 의해 응축되어 다시 액화된 작동유체가 제 1 유로(112) 상으로 공급되어 제 1 유로(112) 내부의 압력차에 의해 제 1 유로(112) 상을 유동하게 된다. As shown in FIG. 4, the first flow path 112 may be formed of a plurality of straight flow paths arranged in parallel. Although described later, a thin film moving part 130 is formed between the first container 110 and the second container 120 positioned above the first container 110, so that the first flow path 112 of the intaglio is inclined. Can form a flow path sealed by the moving unit 130 located above. As described above, an evaporation part is formed at one end of the first flow path 112, and at the other end, a working fluid condensed by heat release and liquefied again is supplied onto the first flow path 112, so that the first flow path 112 is formed. Due to the pressure difference therein, the first flow path 112 flows.

이때, 본 발명에서 제 1 용기(110)는 연성물질로 형성될 수가 있고, 바람직하게는 친수성의 연성물질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 친수성의 하이드로젤로 형성될 수가 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 제 1 용기(110)를 친수성의 연성물질로 형성하는 것의 물리적인 의미와 관련해서는 후술하기로 한다. At this time, in the present invention, the first container 110 may be formed of a soft material, preferably, is formed of a hydrophilic soft material. For example, it may be formed of a hydrophilic hydrogel, but is not limited thereto. The physical meaning of forming the first container 110 of a hydrophilic soft material in the present invention will be described later.

제 2 용기(120)는 하부에 기체 상의 작동유체가 유동하는 음각의 제 2 유로(122)가 형성되는데, 제 1 용기(110)와 제 2 용기(120) 사이에 위치하는 박막의 이동부(130)와 함께 제 2 유로(122)는 밀폐된 유로를 형성하여 작동기체가 이동하는 경로를 형성한다. 증발부에서 증발된 작동유체는 박막의 멤브레인으로 형성되는 이동부(130)를 통과하여 제 2 용기(120)의 제 2 유로(122)로 공급되고, 제 2 유로(122) 상으로 공급된 기체의 작동유체는 내부의 압력차에 의해 제 2 유로(122) 상을 이동하고 다시 이동부(130)를 통해 제 1 유로(112)로 이동하여 열을 방출하며 응축하여 액체로 바뀌게 된다.The second container 120 has a negative second flow path 122 through which a gaseous working fluid flows, which is located between the first container 110 and the second container 120. The second flow passage 122 together with 130 forms a closed flow passage to form a path through which the working gas moves. The working fluid evaporated from the evaporator passes through the moving part 130 formed as a membrane of a thin film, and is supplied to the second flow path 122 of the second vessel 120, and the gas supplied onto the second flow path 122. The working fluid of is moved on the second flow path 122 by the pressure difference therein and again moves to the first flow path 112 through the moving part 130 to release heat and condense to change into a liquid.

이때, 제 2 용기(120)는 제 1 용기(110)와 마찬가지로 연성물질로 형성될 수가 있고, 바람직하게는 제 1 용기(110)와 같은 물질로 형성될 수가 있다. In this case, like the first container 110, the second container 120 may be formed of a soft material, and preferably, the second container 120 may be formed of the same material as the first container 110.

제 2 유로(122) 상에는 도 5에 도시되어 있는 것과 같이 복수의 기둥(124)이 형성될 수가 있는데, 이는 외부의 힘에 의해 연성의 제 2 용기(120)가 변형되어 제 2 유로(122)를 막아 시스템이 붕괴되는 것을 방지하도록 한다. As shown in FIG. 5, a plurality of pillars 124 may be formed on the second flow path 122. The flexible second container 120 is deformed by an external force to deform the second flow path 122. To prevent the system from collapsing.

마찬가지로 도 4의 제 1 용기(110)에서는 제 1 유로(112) 사이에 형성된 면(114)이 제 2 용기(120)의 기둥(124)과 같은 역할을 수행할 수가 있다. 나아가, 제 1 유로(112)도 제 2 유로(122)와 마찬가지로 도 5와 같이 복수의 기둥(미도시))이 형성되는 형태로 형성될 수도 있다. Similarly, in the first container 110 of FIG. 4, the surface 114 formed between the first flow paths 112 may serve as the pillar 124 of the second container 120. In addition, like the second flow path 122, the first flow path 112 may also be formed in a form in which a plurality of pillars (not shown) are formed as shown in FIG. 5.

이때, 도 4에 도시된 것과 같은 제 1 유로(112) 사이의 면(114) 또는 제 1 유로(112)에 형성되는 기둥(미도시)은 외부의 힘에 의해 연성의 제 1 용기(110)가 변형되어 제 1 유로(112)를 막아 시스템이 붕괴되는 것을 막는 것과 동시에, 후술하는 바와 같이 제 1 용기(110)와 작동액체 사이의 계면에서의 증발에 의해 생성되는 기포에 의해 제 1 유로(112)가 붕괴되지 않도록 지지하는 역할을 할 수 있다. 또한, 후술할 내용이지만, 제 1 유로 사이의 면(114) 또는 제 1 유로에 형성되는 기둥(미도시)의 면적이 증가할수록 액체 내부의 압력강하를 지연시킴으로써 기포 형성으로 인한 시스템 붕괴를 지연시킬 수 있다. At this time, the pillar 114 (not shown) formed on the surface 114 or the first flow path 112 between the first flow path 112 as shown in FIG. 4 is the first flexible container 110 by an external force. Is deformed to block the first flow path 112 to prevent the system from collapsing, and at the same time, as described later, the first flow path is formed by bubbles generated by evaporation at the interface between the first vessel 110 and the working liquid. 112 may serve to support the collapse. In addition, as will be described later, as the area of the surface 114 between the first flow path or the pillar (not shown) formed in the first flow path increases, the pressure drop in the liquid is delayed, thereby delaying the collapse of the system due to bubble formation. Can be.

이동부(130)는 연성 재질의 멤브레인으로 형성되어 제 1 용기(110)와 제 2 용기(120) 사이에 형성된다. 도면에서는 제 1 용기(110)와 제 2 용기(120) 사이의 전면에 형성되는 것을 도시하고 있는데, 제 1 유로(112)와 제 2 유로(122) 사이에 형성되어 전술한 바와 같이 밀폐된 유로를 형성할 수만 있다면 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 이동부(130)의 두께가 두꺼운 경우 제 1 유로(112)와 제 2 유로(122) 사이에 작동유체의 이동에 저항으로 작용할 수가 있으므로, 이동부(130)는 박막으로 제작하는 것이 바람직하다. The moving part 130 is formed of a flexible membrane and is formed between the first container 110 and the second container 120. In the drawings, the first container 110 and the second container 120 are formed on the front surface, which is formed between the first flow path 112 and the second flow path 122 and is closed as described above. It is not limited to this as long as it can form. In this case, when the thickness of the moving part 130 is thick, the moving part 130 may act as a resistance to the movement of the working fluid between the first flow path 112 and the second flow path 122, so that the moving part 130 is preferably made of a thin film. Do.

전술한 바와 같이 본 발명은 히트 파이프의 원리에 따라서 열원의 열을 방출하는데, 작동 과정을 설명하기로 한다. 열원으로부터 공급되는 열은 증발부에서 제 1 유로(112) 상에 있는 액체의 작동유체를 증발시킨다. 증발되어 기체로 상변화가 일어난 작동기체는 이동부(130)의 기공을 통과하여 제 2 유로(122)로 이동하게 되고, 제 2 유로(122)로 공급된 작동기체는 내부의 압력 차이에 의해 후단부로 이동하게 된다. 후단부 도달한 작동기체는 다시 이동부(130)를 통과하게 되는데, 이때 열을 방출하며 응축하여 액체로 상변화를 하게 된다. 응축되어 제 1 유로(112)의 후단에 다시 공급된 작동액체는 내부의 압력차이에 의해 다시 증발부를 향하여 유동하게 되며, 상기와 같은 과정을 반복하며 상변화에 의한 잠열과 대류에 의한 열전달을 반복하며, 열원의 열을 전달하여 외부로 방출시킬 수가 있다. As described above, the present invention dissipates the heat of the heat source according to the principle of the heat pipe, the operation process will be described. The heat supplied from the heat source evaporates the working fluid of the liquid on the first flow path 112 in the evaporator. The working gas that has evaporated and changed phase into gas moves through the pores of the moving part 130 to the second flow path 122, and the working gas supplied to the second flow path 122 is caused by a pressure difference therein. It moves to the rear end. The working gas reaching the rear end passes through the moving part 130 again, and releases heat to condense and change phase into liquid. The working liquid, which is condensed and supplied again to the rear end of the first flow path 112, flows again toward the evaporation part due to the pressure difference in the interior, and repeats the above process and repeats the latent heat and phase transfer by convection. It can transmit heat from the heat source and release it to the outside.

이하, 도 3 내지 도 5를 참조로 설명한 본 발명의 연성 열전달 장치의 특징을 설명하기로 한다. Hereinafter, the features of the flexible heat transfer apparatus of the present invention described with reference to FIGS. 3 to 5 will be described.

증발부의 온도가 높아질 경우 액체 상의 작동유체의 증발량 증가하게 되는데, 이를 계면의 형상변화로 설명할 수가 있다. 액체의 증발은 접촉선(contact line) 부근의 얇은 액막에서 일어나는데, 증발량이 증가하였다는 것은 접촉각(contact angle)이 작아져서 액막의 두께가 감소하였음을 의미한다. 이는 계면의 곡률 반경을 증가시켜 Laplace 압력으로 표현되는 증발부에 위치하는 액체의 압력을 감소시키게 된다. 제 1 유로(112) 상에서 증발부로 공급되는 유량은 압력차에 비례하기 때문에 이러한 압력 강하는 증발부로의 작동액체의 유입량을 증가시키게 되는데, 정상적으로 작동하는 히트 파이프의 증발부는 증발량과 유입량이 동일하여 질량보존을 이루게 된다. When the temperature of the evaporator increases, the amount of evaporation of the working fluid in the liquid phase increases, which can be explained by the change of the shape of the interface. Evaporation of the liquid occurs in a thin liquid film near the contact line, and an increase in the amount of evaporation means that the thickness of the liquid film is reduced due to the smaller contact angle. This increases the radius of curvature of the interface to reduce the pressure of the liquid in the evaporation zone, expressed as Laplace pressure. Since the flow rate supplied to the evaporator on the first flow path 112 is proportional to the pressure difference, the pressure drop increases the inflow of the working liquid into the evaporator. Preservation is achieved.

하지만, 증발부에서의 계면이 후퇴하는 한계 접촉각(receding contact angle)이 존재하고, 이때의 한계 압력차는 다음의 수학식 1로 표현될 수가 있다. However, there is a limiting contact angle at which the interface at the evaporator retreats, and the limit pressure difference at this time may be expressed by the following equation (1).

<수학식 1><Equation 1>

Figure 112017016170546-pat00001
Figure 112017016170546-pat00001

(여기서, σ는 표면장력이고 r은 기공의 반지름이다.) (Where σ is the surface tension and r is the radius of the pore)

즉, r이 작아질수록 한계 압력차가 증가하여 계면의 후퇴를 지연시킬 수가 있다. In other words, as r becomes smaller, the threshold pressure difference increases, which can delay the retreat of the interface.

또한, 제 1 유로(112)에 해당하는 액상유동 구간의 유량은 Carman-Kozeny theory에 따라 다음의 수학식 2로 표현될 수가 있다.In addition, the flow rate of the liquid flow section corresponding to the first flow path 112 may be represented by the following equation (2) according to Carman-Kozeny theory.

<수학식 2> <Equation 2>

Figure 112017016170546-pat00002
Figure 112017016170546-pat00002

(여기서,

Figure 112017016170546-pat00003
는 기공도,
Figure 112017016170546-pat00004
은 도관의 반지름,
Figure 112017016170546-pat00005
는 작동액체의 점성도,
Figure 112017016170546-pat00006
는 비틀림 정도,
Figure 112017016170546-pat00007
은 액상유동 구간의 길이이다.)(here,
Figure 112017016170546-pat00003
The porosity,
Figure 112017016170546-pat00004
The radius of the conduit,
Figure 112017016170546-pat00005
Is the viscosity of the working liquid,
Figure 112017016170546-pat00006
Is the degree of twist,
Figure 112017016170546-pat00007
Is the length of the liquid flow section.)

상기 수학식 1과 수학식 2를 기초로 파악하였을 때, 본 발명의 히트 파이프 구조에서 다음과 같은 두 가지의 경우에 의해 건조한계에 도달하여 시스템이 붕괴될 수가 있다. Based on Equation 1 and Equation 2, in the heat pipe structure of the present invention, the following two cases can reach the dry system and the system may collapse.

(1) 증발부의 온도가 상승하여 접촉각이 감소하며 한계 압력차에 도달하여 한계 후퇴 접촉각에 도달하면 액체의 계면이 후퇴한다. (1) As the temperature of the evaporator rises, the contact angle decreases. When the limit pressure difference is reached and the limit retraction contact angle is reached, the interface of the liquid retreats.

(2) 증발부의 온도가 증가하여 증발량이 증가하였으나, 액체의 유동 저항이 커져서 유입되는 유량이 부족할 경우 액체의 계면이 후퇴한다. (2) Although the evaporation amount increased due to the increase in the temperature of the evaporation unit, the liquid interface retreats when the flow rate is insufficient due to the large flow resistance of the liquid.

따라서, 한계 압력차를 증가시켜 계면의 후퇴를 지연시키기 위해 제 1 유로(112)의 폭 r을 줄일 수가 있다. 하지만, 이는 수학식 2에서와 같이 제 1 유로(112)에서의 유동에 있어서 유동 저항으로 작용하여 증발부로 공급되는 작동액체의 유량을 감소시킬 수가 있다. Therefore, the width r of the first flow path 112 can be reduced in order to increase the threshold pressure difference and delay the retreat of the interface. However, this can act as a flow resistance in the flow in the first flow path 112 as shown in Equation 2 can reduce the flow rate of the working liquid supplied to the evaporator.

이에 본 발명에서는 제 1 유로(112)를 도 4와 같이 최적화된 폭을 가지는 복수의 유로로 형성하여 유동 저항은 최소화하되 한계 압력차를 증가시키도록 하였다. 나아가, 본 발명에서 유로의 상부면을 형성하는 멤브레인 형태의 이동부(130)에 형성된 미세한 기공에 의해 상기 수학식 1에서 기공의 반지름 r이 작아지도록 작용하여 한계 압력차를 증가시킬 수가 있고, 따라서 계면의 후퇴를 지연시킬 수가 있다. Accordingly, in the present invention, the first flow path 112 is formed of a plurality of flow paths having an optimized width as shown in FIG. 4 to minimize the flow resistance but increase the limit pressure difference. Furthermore, in the present invention, the micropore formed in the membrane-shaped moving part 130 forming the upper surface of the flow path acts to decrease the radius r of the pore in Equation 1, thereby increasing the limit pressure difference. The retraction of the interface can be delayed.

또한, 작동액체의 증발은 보통 작동액체의 액체-기체 계면에서 발생하지만, 액체-고체의 계면에서 발생할 수도 있다. 이 경우, 고체인 제 1 용기(110)와 작동액체 사이의 계면에서 기포가 발생하여 이러한 기포가 미세 기공을 막으면 이는 작동액체에 유동저항으로 작용하여 시스템을 붕괴시킬 수가 있다. 따라서, 액체-고체의 계면에서의 증발에 의한 기포의 발생을 억제시키는 것이 필요하다. In addition, evaporation of the working liquid usually occurs at the liquid-gas interface of the working liquid, but may also occur at the liquid-solid interface. In this case, if bubbles are generated at the interface between the solid first vessel 110 and the working liquid, and these bubbles block the micropores, they may act as a flow resistance to the working liquid and collapse the system. Therefore, it is necessary to suppress the generation of bubbles due to evaporation at the liquid-solid interface.

액체-고체의 계면에서 한계 압력에 도달한 경우 증발이 발생하게 되는데, 한계 압력의 크기는 작동액체와 제 1 용기(110) 사이의 결합력이 클수록 크다. 따라서, 물을 작동액체로 사용하는 경우 한계 압력의 크기를 크게 하기 위해 제 1 용기(110)를 친수성의 물질로 형성하는 것이 바람직하다. When the limit pressure is reached at the liquid-solid interface, evaporation occurs. The magnitude of the limit pressure is larger as the bonding force between the working liquid and the first vessel 110 increases. Therefore, when water is used as the working liquid, it is preferable to form the first vessel 110 with a hydrophilic material to increase the magnitude of the threshold pressure.

또한, 증발이 일어나 액체의 부피가 감소할수록 액체 내부의 압력은 감소하게 된다. 이때, 작동액체가 유동하는 제 1 유로(112)를 연성의 물질로 형성하는 경우 액체 내부의 압력은 연성 물질의 tensile stress와 같게 되고, 제 1 유로(112)를 연성물질로 형성하는 경우 압력이 감소하는 속도를 지연시킬 수가 있다. In addition, as the evaporation occurs and the volume of the liquid decreases, the pressure inside the liquid decreases. In this case, when the first flow path 112 through which the working liquid flows is formed of a soft material, the pressure inside the liquid becomes equal to the tensile stress of the soft material, and when the first flow path 112 is formed of the soft material, the pressure is increased. You can delay the rate of decline.

본 발명에서 작동액체의 압력은 다음과 같은 수학식 3으로 근사화될 수가 있다. The pressure of the working liquid in the present invention can be approximated by the following equation (3).

<수학식 3><Equation 3>

Figure 112017016170546-pat00008
Figure 112017016170546-pat00008

(여겨서,

Figure 112017016170546-pat00009
는 작동액체의 압력,
Figure 112017016170546-pat00010
는 제 1 용기(110)의 Young's modulus,
Figure 112017016170546-pat00011
는 액상유동 경로에서 액체가 차지하는 비율,
Figure 112017016170546-pat00012
는 순 증발량(증발량-응축량)을 의미한다.)(Here,
Figure 112017016170546-pat00009
Is the working liquid pressure,
Figure 112017016170546-pat00010
Young's modulus of the first vessel (110),
Figure 112017016170546-pat00011
Is the proportion of liquid in the liquid flow path,
Figure 112017016170546-pat00012
Means net evaporation (evaporation-condensation).)

따라서, 더 부드러운 연성물질로 제 1 용기(110)를 형성할수록, 액상유동 경로에서 연성물질이 차지하는 비율이 클수록 작동액체의 내부압력의 감소 속도는 감소하고, 액체-고체 계면에서 발생하는 증발로 인한 기포의 발생을 억제시킬 수가 있다. Therefore, as the first container 110 is formed of a softer soft material, the larger the ratio of the soft material in the liquid flow path is, the lower the rate of decrease in the internal pressure of the working liquid is, and due to evaporation occurring at the liquid-solid interface, The generation of bubbles can be suppressed.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the invention claimed in the claims, it is intended that any person skilled in the art to which the present invention pertains falls within the scope of the claims described herein to various extents which can be modified.

110: 제 1 용기 112: 제 1 유로
120: 제 2 용기 122: 제 2 유로
124: 기둥 130: 이동부
110: first container 112: first flow path
120: second container 122: second flow path
124: pillar 130: moving part

Claims (6)

연성물질로 형성되고, 상부에 액체의 작동유체가 유동하는 음각의 제 1 유로가 형성되고, 하부의 일단부로부터 열을 공급받아 상기 작동유체의 증발과정이 일어나는 제 1 용기;
상기 제 1 용기의 상부에 위치하고, 하부에 기체의 작동유체가 유동하는 음각의 제 2 유로가 형성되는 제 2 용기; 및
상기 제 1 용기와 상기 제 2 용기 사이에 형성되어, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로 사이에 상기 작동유체가 이동하도록 하는 연성 재질의 멤브레인으로 형성되는 이동부를 포함하고,
상기 제 1 용기는 연성물질로 형성되어 작동유체의 증발이 일어날 때 작동유체의 압력이 감소하는 속도를 감소시킬 수가 있어서 액체의 작동유체와 제 1 용기 사이의 계면에서 발생하는 증발로 인하여 기포가 발생하여 상기 멤브레인의 기공을 막아 열전달 시스템이 붕괴되는 것을 방지하는 연성 열전달 장치.
A first container formed of a soft material and having an intaglio first flow path through which a working fluid of a liquid flows, and receiving heat from one end of the lower part to evaporate the working fluid;
A second container positioned above the first container and having a negative second flow path through which a working fluid of gas flows; And
A moving part formed between the first container and the second container, the moving part being formed of a flexible material membrane for allowing the working fluid to move between the first flow path and the second flow path,
The first container is formed of a soft material to reduce the rate at which the pressure of the working fluid decreases when the working fluid evaporates, so that bubbles are generated due to evaporation occurring at the interface between the working fluid of the liquid and the first container. To prevent pores of the membrane to decay the heat transfer system.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 용기는 친수성의 연성물질로 형성되는 연성 열전달 장치.
The method of claim 1,
And the first container is formed of a hydrophilic soft material.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 용기는 친수성의 하이드로젤로 형성되는 연성 열전달 장치.
The method of claim 2,
The first vessel is a flexible heat transfer device formed of a hydrophilic hydrogel.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 유로에는 외부의 힘에 의해 상기 제 2 유로가 붕괴되지 않도록 지지하는 복수의 기둥이 형성된 연성 열전달 장치.
The method of claim 1,
And a plurality of pillars formed in the second flow passage to support the second flow passage so as not to collapse by an external force.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유로는 병렬로 배열되는 복수의 일직선 유로로 형성되는 연성 열전달 장치.
The method of claim 1,
And the first flow path is formed of a plurality of straight flow paths arranged in parallel.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유로에는 기포 생성으로 인해 상기 제 1 유로가 붕괴되지 않도록 지지하는 복수의 기둥이 형성되는 연성 열전달 장치.

The method of claim 1,
And a plurality of pillars formed in the first flow passage so as to prevent the first flow passage from collapsing due to bubble generation.

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