KR20070105224A - Doiuble heat pipe and manufacturing methode thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 이중관 히트파이프의 일예를 도시한 부분단면 사시도, 1 is a partial cross-sectional perspective view showing an example of a double pipe heat pipe according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 이중관 히트파이프의 횡단면도, 2 is a cross-sectional view of a double tube heat pipe according to the present invention;
도 3은 도 2에 도시한 이중관 히트파이프의 종단면도, 3 is a longitudinal cross-sectional view of the double tube heat pipe shown in FIG.
도 4는 본 발명에 따른 히트파이프의 다른 일예를 도시한 부분 단면사시도, 4 is a partial cross-sectional perspective view showing another example of a heat pipe according to the present invention;
도 5는 도 4에 도시한 히트파이프의 종단면도, 5 is a longitudinal sectional view of the heat pipe shown in FIG. 4;
도 6은 본 발명에 따른 이중관 히트파이프의 제조 과정의 일예를 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flow chart for explaining an example of the manufacturing process of the double-pipe heat pipe according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 파이프 본체1: pipe body
11 : 증발부 11: evaporation unit
12 : 전달부 12: transmission unit
13 : 응축부 13: condensation unit
2 : 발포금속2: foamed metal
21 : 유로 21: Euro
22 : 금속막 22: metal film
23 : 도금막 23: plating film
24 : 미세공 24: micropores
3 : 유로분리관3: Euro separation pipe
4 : 열전달핀4: heat transfer pin
42 : 금속막 42: metal film
43 : 도금막 43: plating film
44 : 통기공 44: ventilator
본 발명은 히트파이프 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 파이프 본체의 내부에서 증발부와 귀환부가 분리되어 분리형 히트파이프와 같이 작동될 수 있음으로서 구성이 단순화되어 제작이 용이한 히트파이프 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a heat pipe and a method of manufacturing the same, and more particularly, the evaporation part and the return part are separated from each other inside of one pipe main body, so that the heat pipe can be operated as a separate heat pipe, thus simplifying the construction and making heat easy. A pipe and a method of manufacturing the same.
특히, 분리형타입의 히트파이프의 장점을 가지고 있으면서 히트파이프가 차지하는 부피를 줄일 수 있고 일반 히트파이프와 같이 간단히 설치할 수 있어서 공간제약성이 적고 분리형 히트파이프의 약점을 보안하여 성능은 분리형 성능이면서 편리성과 단가를 일반 히트파이프와 같이 절감할 수 있는 이중관 히트파이프에 관한 것이다.In particular, while having the advantages of the separate type heat pipe, it can reduce the volume occupied by the heat pipe and can be easily installed like a general heat pipe, so it is less space-constrained and secures the weak points of the separate heat pipe. The present invention relates to a double-pipe heat pipe that can reduce the same as a general heat pipe.
일반적으로 내부에서 작동유체의 증발 잠열을 이용하여 작은 온도차에서도 무동력으로 열을 효과적으로 이송하는 열교환장치로 히트파이프(HEAT PIPE)가 사용되고 있다. In general, a heat pipe is used as a heat exchanger that effectively transfers heat at a low temperature by using latent heat of evaporation of a working fluid.
이러한 히트파이프는 밀폐된 용기의 내부에 작동 유체를 주입한 후 진공 배기하여 구성된 것으로서, 한쪽 끝을 가열하면 내부에 저장된 작동유체가 기화되어 양단에 압력 차이가 발생되고, 이러한 압력 차이에 따라 작동 유체가 이동하여 주변으로 열을 방출하고, 열이 방출된 작동 유체는 응축의 과정을 거쳐 냉각된 후 가열부 쪽으로 귀환한다. The heat pipe is configured by injecting a working fluid into a sealed container and evacuating it, and when one end is heated, a working fluid stored therein is vaporized to generate a pressure difference at both ends. Is moved to release heat to the surroundings, and the released working fluid is cooled through the process of condensation and then returned to the heating part.
이러한 히트 파이프는 진공의 파이프 본체의 내부에 작동 유체를 저장하여 구성되며, 일측은 증발기의 역할을 하는 증발부가 형성되고, 타측은 응축기의 역할을 하는 응축부가 형성되어 있다. 또한 이러한 히트 파이프는 내벽의 습윤 상태를 유지하기 위한 수단으로 윅(WICK)이 설치된 것과 윅이 설치되지 않은 것이 있으며, 이 윅은 모세관 형상의 구조물로서 그루브(GROOVE) 형태, 매쉬(MESH), 신터(SINTER) 형태가 있다. The heat pipe is configured by storing the working fluid inside the pipe body of the vacuum, one side is formed with an evaporator to serve as an evaporator, the other side is formed with a condenser to serve as a condenser. In addition, these heat pipes have a wick installed and a wick not installed as a means for maintaining the wet state of the inner wall. The wick is a capillary structure, which is a groove (GROOVE) type, a mesh (MESH) and a sinter. There is a (SINTER) form.
위와 같은 히트파이프 중는 응축부와 증발부가 분리되고 귀환부에 의해 응축부와 증발부가 연결된 히트파이프가 있다. Among the heat pipes as described above, there is a heat pipe in which the condenser and the evaporator are separated and the condenser and the evaporator are connected by the return unit.
이러한 분리형 히트파이프는 증발부와 응축부가 약 70m정도 분리되었다는 것이고 작동원리는 진공 밀폐된 루프내부의 작동유체가 증발부에서 고온의 열 유체에 의해 가열되면 작동유체는 증발하여 증기 상승관을 통하여 응축부로 이동하게 되고 여기서 증기는 응축기 관외부의 저온유체에 의하여 액체 하강관을 통하여 증발기로 이동하여 순환하며 열을 이동하게 된다. This separation type heat pipe is that the evaporator and the condenser are separated about 70m. The principle of operation is that when the working fluid inside the vacuum-closed loop is heated by the hot thermal fluid in the evaporator, the working fluid evaporates and condenses through the steam riser. In this case, the steam moves to the evaporator through the liquid down tube by the low temperature fluid outside the condenser tube, circulates, and moves the heat.
따라서 분리형 히트파이프는 증발부와 응축부간의 거리를 아주 멀리 할 수 있다는 장점이 있으며, 증발부와 응축부간의 설치위치에서 반드시 고도차가 있어야하고, 그 고도차는 증기와 액체를 수송하는 압력손실에 상당하는 액주 높이보다 반드시 고도차가 있어야 하고, 그 고도차는 증기와 액체를 수송하는 압력손실에 상당하는 액주 높이보다 반드시 커야 한다는 단점이 있었다. Therefore, the separate heat pipe has the advantage that the distance between the evaporator and the condenser can be very far, and there must be an altitude difference in the installation position between the evaporator and the condenser, and the altitude difference corresponds to the pressure loss for transporting vapor and liquid The altitude difference must be greater than the height of the liquor, and the altitude difference must be greater than the height of the liquor, which corresponds to the pressure loss for transporting steam and liquid.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조가 단순하여 가공이 용이하여 제작 단가가 낮음으로 저렴하고, 작동 유체의 흐림이 원활한 할뿐만 아니라 열전달 효율이 향상되었으며, 분리형 히트파이프와 같이 증발부와 응축부간의 거리를 아주 멀리 할 수 있는 이중관 히트파이프 및 그 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the structure is simple, easy processing, low production cost is low, not only smooth the blur of working fluid, but also improved heat transfer efficiency, separate heat pipe An object of the present invention is to provide a double pipe heat pipe and a method of manufacturing the same, which can distance the evaporator from the condenser very far.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 양단이 밀봉된 통체 형상으로 내부에 작동유체가 내장된 파이프 본체와 ; 상기 파이프 본체의 내부에 형성된 윅의 내면에 유로 분리관을 설치하되, 증발부와 응축부를 제외한 전달부에만 유로 분리관을 설치하여 구성됨을 특징으로 한다. The present invention for solving the technical problem is a pipe body with a working fluid embedded therein in a cylindrical shape sealed at both ends; The flow path separation pipe is installed on the inner surface of the wick formed inside the pipe body, and the flow path separation pipe is installed only on the transmission part except the evaporation part and the condensation part.
또한 본 발명은 상기 윅을 열전달 면적을 넓히기 위해 다공성 구조를 갖는 발포금속으로 형성함에 의해 이루어진다. In another aspect, the present invention is made by forming the wick with a foamed metal having a porous structure in order to increase the heat transfer area.
본 발명의 다른 일 양상에 따르면 본 발명은 일측 단부가 개방된 파이프 본 체의 내부에 넓을 표면적을 갖도록 요철 또는 기공을 갖는 윅을 형성하는 단계와 ; 상기 윅이 형성된 파이프 본체의 내부 중 전달부에 유로 분리관을 설치하는 단계와 ; 상기 윅이 형성되고 유로 분리관이 설치된 파이프 본체의 내부에 작동유체를 주입하는 단계와 ; 파이프 본체의 개방된 단부를 밀폐시키고 공기를 배출시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다. According to another aspect of the invention, the present invention comprises the steps of forming a wick having concave-convex or pores so as to have a wide surface area in the inside of the pipe body, the one end is open; Installing a flow path separating tube in a transmission part of an inside of the pipe body in which the wick is formed; Injecting a working fluid into the pipe body in which the wick is formed and the flow path separation tube is installed; Sealing the open end of the pipe body and venting the air.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다. The invention will become more apparent through the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings. Hereinafter will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce through embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 이중관 히트파이프의 일예를 도시한 부분단면 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이중관 히트파이프의 횡단면도이고, 도 3은 도 2에 도시한 이중관 히트파이프의 종단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 히트파이프의 다른 일예를 도시한 부분 단면사시도이며, 도 5는 도 4에 도시한 히트파이프의 종단면도이다. 1 is a partial cross-sectional perspective view showing an example of a double pipe heat pipe according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of a double pipe heat pipe according to the present invention, Figure 3 is a longitudinal cross-sectional view of the double pipe heat pipe shown in Figure 2, 4 is a partial cross-sectional perspective view showing another example of the heat pipe according to the present invention, Figure 5 is a longitudinal cross-sectional view of the heat pipe shown in FIG.
도시한 바와 같이 본 발명에 따른 이중관 히트파이프는 내부에 유로 분리관(3)을 더 구비하고 있다. As shown, the double pipe heat pipe according to the present invention further includes a flow
상기 유로 분리관(3)은 도 2에 도시한 바와 같이, 증발부(11)에서 가열된 작동유체가 응축부(13)로 이동하는 통로와 응축부(13)에서 냉각되어 증발부(11)로 귀환되는 작동유체의 통로를 분리하여 두 작동유체 즉, 가열된 작동유체의 열이 귀환되는 작동유체에 전달되는 것을 방지함으로서 보다 열 전달 효율을 높일 수 있다. As shown in FIG. 2, the flow
상기 파이프 본체(1)는 밀폐된 원통형 통체로서 그 내부에는 작동유체가 저 장되어 있으며 일측 단부는 증발기의 역할을 하는 증발부(11)이고, 타측 단부는 응축기 역할을 하는 응축부(13)를 구성하며, 중단은 작동유체가 증발부(11)로부터 응축부(13)로 또는 응축부(13)로부터 증발부(11)로 이동되게 하는 통로 역할을 하는 전달부(12)로 구성되며, 이러한 구분은 물리적인 구조에 따른 구분이 아니라 내부의 작동에 따라 구분한 것이다. The pipe body (1) is a closed cylindrical cylinder, the working fluid is stored therein one end is an evaporator (11) serving as an evaporator, the other end is a condenser (13) acting as a condenser The interruption consists of a
즉, 증발부(11)가 가열되면 내부의 작동유체가 기화되어 압력차에 의해 응축부(13)로 이동하고 주변으로 열을 방출한 후 응축부(13)에서 응축되어 증발부(11)로 귀환한다. That is, when the
상기 유로 분리관(3)은 열전도율이 낮은 금속이나 합성 수지 등으로 만들어진다. The flow
위와 같이 구성된 이중관 히트파이프의 파이프 본체(1)의 내벽에 형성된 윅(2)은 도 2내지 도 5에 도시한 바와 같이 발포금속으로 만들어질 수 있다. The
이와 같이 윅(2)을 발포금속으로 제작함으로서 구조가 단순하여 가공이 용이하여 제작 단가가 낮음으로 저렴하고, 작동 유체의 흐림이 원활한 할뿐만 아니라 열전달 효율이 향상시킬 수 있다. As described above, the
상기 발포금속은 작은 구멍이 서로 연결되어 형성된 미세공(24)을 갖고 있다. The foamed metal has
상기 발포금속(2)은 도시한 바와 같이 중앙에 유로(21)를 형성한 구조로 설치된다. The
또한 상기 파이프 본체(1)의 외부에는 도시한 바와 같이 열전도핀(4)을 더 설치할 수 있다. 상기 열전도핀(4)은 상기 증발부(1)에서는 열을 용이하게 흡수하고 응축부(13)에서는 열을 보다 용이하게 방출할 수 있게 하기 위한 것으로서, 파이프 본체(1)의 내부에 구성된 발포금속(2)과 같은 발포금속으로 구성된다. In addition, a
상기와 같이 구성된 발포금속을 구비한 히트파이프를 구성하는 발포금속(2)에 형성된 다수의 미세공(24)은 후술하는 발포금속(2)의 형성과정에서 형성된 서로 인접한 미세 공간으로서 서로 연결되거나 분리되어 있어 작동유체와의 접촉 면적은 넓혀지게 하나 작동유체의 흐름이 원활하지 못할 수 있다. 따라서, 상기 발포금속(2)을 관통하여 유로(21)를 형성함으로서 작동유체의 흐름이 원활하게 되고, 미세공(24)으로 작동유체의 공급 즉, 미세공(24)의 작동유체가 유로(21)를 통해 보다 용이하게 이동되어 열을 전달할 수 있다. The plurality of
상기와 같이 구성된 이중관 히트파이프의 제조 방법은 아래와 같다. The manufacturing method of the double pipe heat pipe comprised as mentioned above is as follows.
일측 단부가 개방된 파이프 본체(1)의 내부에 넓을 표면적을 갖도록 요철 또는 기공을 갖는 윅(2)을 형성하는 단계와 ; 상기 윅(2)이 형성된 파이프 본체의 내부 중 전달부(12)에 유로 분리관(3)을 설치하는 단계와 ; 상기 윅(2)이 형성되고 유로 분리관(3)이 설치된 파이프 본체의 내부에 작동유체를 주입하는 단계와 ; 파이프 본체의 개방된 단부를 밀폐시키고 공기를 배출시키는 단계로 이루어진다. Forming a wick (2) having irregularities or pores so as to have a wide surface area inside the pipe body (1) at which one end is opened; Installing a flow path separating tube (3) in the delivery part (12) of the inside of the pipe body in which the wick (2) is formed; Injecting a working fluid into the pipe body in which the
먼저, 본 발명의 히트파이프의 내부에 윅(2)을 형성하는 방법은 다양하나, 본원 발명에서는 도시하고 전술한 바와 같이 발포금속(2)을 윅으로 형성한 것을 일예로 설명한다. First, there are various methods for forming the
발포금속을 설치하기 위해서 일측 단부가 개방된 상태의 파이프 본체(1)를 준비한다. In order to install the foamed metal, the pipe
파이프 본체(1)의 개방된 단부를 통해 상기 발포금속(2)을 형성하기 위한 폴리우레탄필터 폼을 압입한 후, 전 처리하여 금속막(22)을 형성한다. The polyurethane filter foam for forming the foamed
상기 폴리우레탄필터 폼은 다수의 기공이 형성된 스펀지 형상의 구조를 갖고 있으며, 이러한 폴리우레탄필터 폼에 진공 DC 마그네트론 스퍼터링(DC magnetron sputtering) 증착 또는 진공 증착 (evaporation)을 실시함으로서 기공에 금속막(22)이 형성된다. 상기와 같이 폴리우레탄필터 폼의 기공 사이에 금속막(22)이 형성된 상태에서 열을 가하여 금속막(22)들 사이에 있는 폴리우레탄필터 폼을 소각시킨다. The polyurethane filter foam has a sponge-like structure in which a plurality of pores are formed, and the polyurethane filter foam is subjected to vacuum DC magnetron sputtering deposition or vacuum evaporation to form a
이와 같이 폴리우레탄필터 폼이 소각되며, 금속막(22)만이 남게 되어 금속막(22)들 사이에 미세공(24)이 형성된다. As such, the polyurethane filter foam is incinerated, and only the
이와 같이 금속막(22)만을 남겨 발포금속을 형성할 수 있으나 이렇게 만들어진 발포금속은 강도가 약할 뿐만 아니라 상기 폴리우레탄필터 폼과 접착력이 약하여 소각 과정이 이루어지기 전에 폴리우레탄필터 폼으로부터 분리될 수 있으므로 통기공이 정상적으로 형성된 발포금속을 얻을 수 없다. As such, the foamed metal may be formed by leaving only the
이에 따라 상기 금속막(22)을 형성하는 과정을 수행한 후 그 표면에 다시 도금막(23)을 형성하는 과정을 더 수행한다.Accordingly, after the
상기 도금막(23)은 도금조에서 스트라이크 처리한 후에 전해 도금 방식을 통해 약 10~20㎛ 두께로 구리 또는 알루미늄 등을 도금하여 구성된다. The plated
상기와 같은 과정에 의해 만들어지는 발포금속은 상기한 바와 같이 공기의 흐름을 보다 원활하게 하기 위해 유로(21)를 형성할 수 있으며, 상기 유로(21)를 형성하기 위해서는 폴리우레탄필터 폼을 전처리하기 전에 폴리우레탄필터 폼을 관통하여 유로(21)를 형성한 후 후속과정을 수행함으로서 유로(21)를 형성할 수 있다. The foamed metal produced by the above process may form a
위와 같이 발포금속(2)이 파이프 본체(1)의 내부 벽에 증착된 상태로 일체화되면 파이프 본체(1)의 내부에 작동유체를 저장한 후, 개방된 단부를 막으며, 밀폐된 파이프 본체(1)로부터 공기를 배기한다. When the foamed
위의 과정에서 발포금속이 형성된 후 금속발포폼(2)에 형성도니 유로(21)의 중간 즉, 전달부(12)에 해당하는 부분에 유로 분리관(3)을 설치한다. After the foamed metal is formed in the above process, the flow
상기 유로분리관(3)은 도 6에 도시한 바와 같이, 금속막 도금이 이루어진 상태에서 설치함으로서 금속막과 유로 분리관(3)이 일체화되는 것을 방지하였으며, 이렇게 유로분리관(3)이 발포금속(2)과 분리 또는 분리되지 않으나 서로 달리 구성함으로서 전달부(12)의 열이 유로 분리관(3)에 전달되어 유로 분리관(3)의 내부에 흐르는 작동유체의 열이 유로 분리관(3)의 외부에 흐르는 냉각된 작동유체에 전달되는 것을 차단하였다. As shown in FIG. 6, the flow
상기의 과정에서 배기 공정을 먼저 수행한 후 내부에 작동유체를 주입할 수도 있다. In the above process, the exhaust process may be performed first, and then a working fluid may be injected therein.
또한, 상기의 발포금속(2)을 형성하는 과정에서 파이프 본체(1)의 외부에도 발포금속을 형성하여 열전도핀(4)이 형성되게 할 수 있으며, 상기 열전도핀(4)은 발포금속이 아닌 통상의 판체 형상의 냉각핀을 설치할 수도 있다. 그러나 발포금속 의 형상으로 형성함으로서 제작 공정을 단축시키고 열전달 효율을 높일 수 있다. In addition, in the process of forming the foamed
본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 기술되었지만, 후술하는 청구범위에 의해 제시되는 본 발명의 범주와 기술적 사상을 벗어남이 없이 많은 수정 및 변형이 가능하다. While the invention has been described with reference to the preferred embodiments, many modifications and variations are possible without departing from the scope and spirit of the invention as set forth in the claims below.
상술한 바와 같이 본 발명은 발포금속을 파이프 본체의 내부에 일체화시킴으로서 구조가 단순하여 가공이 용이하여 제작 단가가 낮음으로 저렴하고, 작동 유체의 흐림이 원활한 할뿐만 아니라 열전달 효율이 향상시킬 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention integrates the foamed metal into the inside of the pipe main body, and thus, the structure is simple and easy to process, so that the manufacturing cost is low, and the working fluid is not only smoothly blurred, but also the effect of improving heat transfer efficiency. There is.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.While the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many various obvious modifications are possible without departing from the scope of the invention from this description. Therefore, the scope of the invention should be construed by the claims described to include many such variations.
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