KR20080085622A - 전자 열교환소자를 이용한 열교환 모듈 및 그 모듈을이용한 정수기 - Google Patents

Abstract

접착제를 사용하는 일 없이, 유체의 유로로서의 공극을 용이하게 또한 높은 정밀도로 형성할 수 있는 열회로기판을 이용한 고효율의 열교환 모듈 및 이 열교환 모듈을 이용한 정수기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

냉매 혹은 열매를 유통시키는 공극을 구비한 복수 장의 열회로기판과, 상기 복수 장의 열회로기판에 의해 적층 형상으로 협지되며 상기 냉매의 냉각 혹은 상기 열매의 가열을 행하는 1 또는 2 이상의 전자 열교환소자를 구비하고, 상기 열회로기판은, 제 1 열전도체와, 제 2 열전도체와, 상기 제 1 열전도체와 상기 제 2 열전도체 사이에 개재되며 공극을 가지는 제 3 열전도체를 가지고, 상기 제 3 열전도체와 상기 제 1 열전도체 및 상기 제 2 열전도체는 화학 결합되어 있다.

Description

전자 열교환소자를 이용한 열교환 모듈 및 그 모듈을 이용한 정수기{HEAT EXCHANGING MODULE USING AN ELECTRONIC HEAT EXCHANGING DEVICE AND A WATER PURIFIER USING THE MODULE}

도 1 은 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 액체냉각식 열교환 모듈의 구성예 ((a)∼(d)) 를 나타내는 개략 구성도이다.

도 2 는 본 발명의 제 2 실시 형태에 관련된 공랭식 열교환 모듈의 구성예를 나타내는 개략 구성도이다.

도 3 은 열회로기판(Ta)을 나타내는 단면도이다.

도 4 는 열회로기판(Ta)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

도 5 는 열회로기판(Ta)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

도 6 은 열회로기판(Ta)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

도 7 은 열회로기판(Tb)을 나타내는 단면도이다.

도 8 은 열회로기판(Tb)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

도 9 는 열회로기판(Tb)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

도 10 은 열회로기판(Tb)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

도 11 은 열회로기판(Tb)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

도 12 는 열회로기판(Tc)을 나타내는 단면도이다.

도 13 은 열회로기판(Tc)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

도 14 는 열회로기판(Tc)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

도 15 는 열회로기판(Tc)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

도 16 은 열회로기판(Td)을 나타내는 단면도이다.

도 17 은 열회로기판(Td)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

도 18 은 열회로기판(Te, Tf)을 나타내는 단면도이다.

도 19 는 열회로기판(Te, Tf)의 이용 형태를 설명하는 도이다.

도 20 은 열회로기판(Tg)의 이용 형태를 설명하는 도이다.

도 21 은 열회로기판(Th)의 이용 형태를 설명하는 도이다.

도 22 는 액체냉각식 열교환 모듈(M4)을 적용한 정수기의 구성을 나타내는 개략 구성도이다.

도 23 은 공랭식 열교환 모듈(M5)을 적용한 정수기의 구성을 나타내는 개략 구성도이다.

도 24 는 다른 실시예에 관련된 정수기의 외관을 나타내는 정면도이다.

도 25 는 다른 실시예에 관련된 정수기의 서브 탱크의 구성을 나타내는 평면도이다.

*부호의 설명*

M1∼M4 : 액체냉각식 열교환 모듈

M5 : 공랭식 열교환 모듈

P1A, P1B, P2A, P2B : 펠티에 소자

T1∼T3, Ta∼Th : 열회로기판

200 : 히트 싱크

10, 50 : 제 1 열전도체

20, 40 : 제 2 열전도체

30, 60 : 제 3 열전도체

31, 32, 1101, 1102, 1103, 1104, 1111, 1112 : 공극

61, 62, 63 : 보조적 스페이서

210 : 제 2 열전도체

220, 240, 260 : 제 2 열전도체

230, 231, 232 : 절연체

201, 202, 203 : 공극

310, 320, 330, 340 : 열전도체

400 : 실장 기판

410 : 전자 디바이스

420 : 입체 구조 기판

510 : 제 1 열전도체

520 : 제 2 열전도체

530 : 제 3 열전도체

511, 512, 531 : 공극

511a : 입사구

512a : 출사구

600 : 도파로

610 : 전자파

700 : 광섬유

100 : 정수기

101 : 냉수 저장탱크

102 : 취수구

103 :승강 수단

106, 111 : 펌프

300 : 마이크로컴퓨터

SW1, SW2 : 스위치 전원

400 : 정수기

301 : 공랭 팬

500 : 정수기

501a, 501b : 메인 탱크

502a, 502b : 서브 탱크

S : 냉각·가열 시스템

800a, 800b : 라디에이터

802 : 스페이서

803 : 볼트

804, 805 : 대좌

F1∼F4 : 필터 부재

900 : 구획판

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2001-237503호

특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 평2-110959호

본 발명은, 전자 열교환소자를 이용하여 냉매 혹은 열매를 열교환하는 열교환 모듈 및 그 모듈을 이용하여 냉각 또는 가열된 음료수를 얻는 정수기에 관한 것이다.

냉매 혹은 열매를 열교환하기 위해 이용되는 열교환 모듈로는, 펠티에 소자 등의 전자 열교환소자와, 열회로기판을 조합한 것을 생각할 수 있다.

즉, 1 또는 2 이상의 전자 열교환소자를 2 장 이상의 열회로기판에 의해 샌드위치 모양으로 협지하고, 상기 각 열회로기판이 가지는 열교환용 공극에 냉매 혹은 열매를 공급하여 냉매의 냉각 혹은 열매의 가열을 단체(單體)로 행할 수 있는 구조로 한 열교환 모듈이다.

말할 것도 없으나, 펠티에 소자는, 그 특성으로서, 통전하는 전류의 방향을 반대로 하기만 하면 냉각과 가열을 전환할(즉, 발열면(핫사이드)과 흡열면(콜드사 이드)) 수 있다. 즉, 단체의 열교환 모듈에 있어서 통전 방향을 바꾸기만 하면, 냉매를 냉각하는 용도와 열매를 가열하는 용도의 2 가지로 이용하는 것이 가능하다.

여기에서, 열교환 모듈에 적용 가능한 열회로기판으로는, 금속 열전도체박이 붙여진 2개의 기판의 대향하는 면의 소정 부위에 하프에칭하여 홈을 형성하고, 그 후, 이들 홈이 대향하도록 하여 그 2개의 기판을 접착제를 이용해 접착하여 그 홈을 냉매의 유로로서 이용하는 것이 알려져 있다(특허 문헌 1, 특허 문헌 2 참조).

또, 이러한 열회로기판의 다른 구조로는, 절연체로서 폴리이미드(폴리이미드 접착제)를 사용하고, 큐어 온도의 약간의 상이에 의해 열압착하는 구조로 하는 것도 생각할 수 있다.

그러나, 상기 특허 문헌 1, 2의 열회로기판 및 상기 폴리이미드 접착제에 의한 접합의 열회로기판에서는, 2개의 기판을 접착제를 사용하여 고착(접착)하도록 하고 있기 때문에, 이들 2개의 기판 사이에서 충분한 박리 강도를 얻을 수 없어, 유로로서의 홈에 충전되는 냉매가 누설되거나 접착제가 액중(냉매가 액체인 경우)으로 용출되거나, 장기 불안정성 등 많은 문제를 가지고 있으며, 실용적인 열교환 모듈을 구성하는 것은 곤란하다.

또, 상기 특허 문헌 1, 2의 열회로기판에서는, 접착제의 내온도 특성이 예를 들어 0℃∼120℃ 정도의 좁은 온도범위밖에 사용할 수 없었다. 그 때문에, O℃보다 낮은 초저온 혹은 120℃를 넘는 고온의 유체를 유로(홈)에 유통시키는 것은 불가능하였다.

또, 상기 종래 기술에 있어서, 폴리이미드의 큐어 온도의 약간의 상이에 의한 폴리이미드(폴리이미드 접착제)의 열압착(폴리이미드 접착법)에서는, 발생하는 보이드(공공)를 제거할 수 없으며, 게다가 사용하는 폴리이미드도 특정 구조인 것(예를 들어 후지필름일렉트로닉스머테리얼즈사 제조 D10A)만 접착할 수 있고, 다른 구조인 것은 접착하는 것이 매우 곤란하다는 성질을 가진다. 그 때문에, 이 폴리이미드 접착법에 의한 열회로기판의 제조법은 실용 레벨이라고는 하기 어렵다.

또, 폴리이미드의 열압착(폴리이미드 접착법)에 있어서는, 현실에서는 300℃ 이상의 가온이 밀착 강도를 만족시키기 위해 필요하며, 이 가온에 수반되어 발생하는 전기전도체 자체 혹은 열전도체 자체의 산화 등의 열화, 열전도체의 열팽창에 의한 치수 정밀도의 열화 등의 여러 문제를 해결하는 것이 곤란하다.

그리고 상기 종래 기술에 있어서는, 열교환 모듈의 장기 사용에 수반되어 열회로기판으로부터 접착제나 폴리이미드(폴리이미드 접착제)가 냉매 중에 용출되는 일이 있으며, 이 접착제나 폴리이미드의 냉매 중으로의 용출에 의해 센서(예를 들어 바이오센서, 케미컬센서 등) 정밀도에 미치는 악영향 때문에, 높은 정밀도의 센서류에는 사용할 수 없다는 문제가 있다.

그리고 또한, 열교환 모듈을 이용하여 음료수를 고효율로 냉각 또는 가열할 수 있는 정수기를 제작하고자 하는 요망이 있지만, 상기 종래의 열회로기판을 이용한 경우에는, 상기 서술한 바와 같이 접착제나 폴리이미드(폴리이미드 접착제)가 냉매(물) 중에 용출될 우려가 있어, 까다롭게 이물의 혼입을 배제하여 인체에 대한 충분한 안전성이 요구되는 정수기에 적용하는 것은 도저히 곤란했다.

그래서 본 발명은, 접착제를 사용하는 일 없이 유체의 유로로서의 공극을 용이하게 높은 정밀도로 형성할 수 있는 열회로기판을 이용한 고효율의 열교환 모듈 및 이 열교환 모듈을 이용한 정수기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1에 기재된 열교환 모듈은, 냉매 혹은 열매를 유통시키는 공극을 구비한 복수 장의 열회로기판과, 상기 복수 장의 열회로기판에 의해 적층 형상으로 협지되며 상기 냉매의 냉각 혹은 상기 열매의 가열을 행하는 1 또는 2 이상의 전자 열교환소자를 구비하고, 상기 열회로기판은, 제 1 열전도체와, 제 2 열전도체와, 상기 제 1 열전도체와 상기 제 2 열전도체 사이에 개재되며 공극을 가지는 제 3 열전도체를 가지고, 상기 제 3 열전도체와 상기 제 1 열전도체 및 상기 제 2 열전도체는 화학 결합되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 적층체란, 수직 방향뿐만 아니라 다른 방향으로 적층시키는 경우를 포함한다.

또한 청구항 2에 기재된 열교환 모듈은, 냉매 혹은 열매를 유통시키는 공극을 구비한 열회로기판과, 상기 열회로기판을 협지하며, 상기 냉매의 냉각 혹은 상기 열매의 가열을 행하는 1 또는 2 이상의 전자 열교환소자와, 적층 방향 양단에 위치하는 상기 전자 열교환소자의 표면에 형성된 공랭식 히트싱크를 구비하고, 상기 열회로기판은, 제 1 열전도체와, 제 2 열전도체와, 상기 제 1 열전도체와 상기 제 2 열전도체 사이에 개재되며 공극을 가지는 제 3 열전도체를 가지고, 상기 제 3 열전도체와 상기 제 1 열전도체 및 상기 제 2 열전도체는 화학 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 화학 결합은 금속 결합 또는 반데르발스 결합이어도 된다.

또한 상기 제 3 열전도체와 상기 제 1 열전도체 및 상기 제 2 열전도체는 절연체 박막을 사이에 두고 결합되게 할 수 있다.

또한 청구항 5에 기재된 열교환 모듈은, 냉매 혹은 열매를 유통시키는 공극을 구비한 복수 장의 열회로기판과, 상기 복수 장의 열회로기판에 의해 적층 형상으로 협지되며 상기 냉매의 냉각 혹은 상기 열매의 가열을 행하는 1 또는 2 이상의 전자 열교환소자를 구비하고, 상기 열회로기판은, 제 1 열전도체와, 제 2 열전도체와, 상기 제 1 열전도체와 상기 제 2 열전도체 사이에 개재되며 공극을 가지는 절연체층을 가지고, 상기 절연체층과 상기 제 1 열전도체 및 상기 제 2 열전도체는 화학 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 청구항 6에 기재된 열교환 모듈은, 냉매 혹은 열매를 유통시키는 공극을 구비한 열회로기판과, 상기 열회로기판을 협지하며, 상기 냉매의 냉각 혹은 상기 열매의 가열을 행하는 1 또는 2 이상의 전자 열교환소자와, 적층 방향 양단에 위치하는 상기 전자 열교환소자의 표면에 형성된 공랭식 히트싱크를 구비하고, 상기 열회로기판은, 제 1 열전도체와, 제 2 열전도체와, 상기 제 1 열전도체와 상기 제 2 열전도체 사이에 개재되며, 공극을 가지는 절연체층을 가지고, 상기 절연체층과 상기 제 1 열전도체 및 상기 제 2 열전도체는 화학 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 화학 결합은 수소 결합, 이온 결합 또는 반데르발스 결합이어도 된다.

또한, 상기 절연체층과 상기 제 1 열전도체 및 상기 제 2 열전도체는 절연체 박막을 사이에 두고 결합되도록 할 수 있다.

또한, 상기 냉매 또는 상기 열매는, 물, 불소계 불활성 액체 또는 알코올이게 할 수 있다.

또한, 제 1 열전도체, 제 2 열전도체, 제 3 열전도체는, 구리, 스테인리스, 티탄, 백금 혹은 금속 화합물 혹은 고열전도성 세라믹으로 구성되도록 해도 된다.

또한, 상기 전자 열교환소자는 펠티에 소자로 할 수 있다.

또한, 상기 펠티에 소자를 최대 전류점의 10∼30% 의 범위에서 작동하도록 제어하는 제어장치를 구비하도록 할 수 있다.

청구항 13에 관련된 정수기는, 상기 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 열교환 모듈과, 상기 열회로기판이 가지는 상기 공극에 유통되어 상기 전자 열교환소자에 의해 냉각 또는 가열된 냉매 혹은 열매로서의 물이 저장되는 저장 탱크를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 저장탱크는, 탱크 내에 있어서 승강 가능한 승강 수단을 구비한 취수구와, 그 취수구에 접속되는 급수관을 통하여 상기 열회로기판에 대해 탱크 내의 물을 공급하는 펌프와, 상기 열회로기판의 공극을 거쳐 냉각 또는 가열된 물을 탱크 내에 환류시키는 환류 배관을 구비하도록 할 수 있다.

또한, 상기 취수구의 승강 수단은, 미리 설정된 냉각 조건 또는 가열 조건에 기초하여 취수 위치를 점차 조정하는 취수 위치 제어수단을 구비하도록 해도 된다.

또한, 상기 저장 탱크는, 소정의 거리를 통하여 이간시켜 형성되는 제 1 취수 수단과 제 2 취수 수단과, 상기 제 1 취수 수단과 상기 제 2 취수 수단으로부터 취수된 물을 혼합시키는 혼합수단을 구비하도록 할 수 있다.

또한 상기 혼합 수단에 의해 혼합된 물을 상기 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 열교환 모듈에 대해 환류시키는 환류 수단을 추가로 구비하도록 할 수 있다.

또한, 상기 저장탱크는, 상기 열회로기판의 공극을 거쳐 냉각 또는 가열된 물과, 저장되어 있는 물의 혼합을 억제하는 구획 부재를 구비하도록 해도 된다.

또한, 상기 저장탱크는, 상기 열회로기판의 공극을 거쳐 냉각 또는 가열된 물을 통과시키는 필터 부재를 구비하도록 할 수 있다.

또한, 상기 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 열교환 모듈을 제어하는 제어 수단을 추가로 구비하고, 그 제어 수단의 제어에 의해 상기 열회로기판의 공극을 거쳐 가열된 물을 95∼100℃ 까지 가열하고, 그 가열된 물을, 상기 저장 탱크 및 상기 필터 부재 중 적어도 일방에 소정 시간에 걸쳐 저류 혹은 유통시키도록 할 수 있다.

또한, 상기 냉매 또는 상기 열매에는, 상기 필터 부재를 통과한 배수를 이용하도록 해도 된다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명에 관련된 열교환 모듈에 의하면, 접착제를 사용하는 일 없이 유체의 유로로서의 공극을 용이하게 높은 정밀도로 박형(예를 들어 20㎛∼1㎜)으로 형성 가능한 열회로기판을 이용하고 있으므로, 고효율로 냉매의 냉각이나 열매의 가열을 할 수 있다.

유체의 유로의 열전도율은, 열회로기판의 두께에 반비례하여 높아지기 때문에, 박형의 열회로기판을 열교환 모듈에 적용함으로써 매우 효율적으로 열을 이동시키는 것이 가능해진다.

또한 본 발명에 관련된 열교환 모듈을 장기간 사용해도 종래와 같이 열회로기판으로부터 접착제나 폴리이미드(폴리이미드 접착제)가 냉매 중에 용출되는 일이 없고, 접착제나 폴리이미드의 냉매 중으로의 용출에 의해 센서(예를 들어 바이오센서, 케미컬센서 등)의 정밀도에 악영향을 미치는 일이 없기 때문에, 높은 정밀도의 센서류의 냉각 등에도 사용 가능하다.

또한 전자 열교환소자의 발열측 냉각에도 열회로기판을 이용할 수 있기 때문에, 고효율의 방열을 할 수 있다.

전자 열교환소자의 발열측 냉각에 공랭식 히트싱크를 이용하는 구성으로 할 수도 있으며, 그 경우에는 구성을 간단하게 하여 비용을 저렴화할 수 있다. 또, 공랭식 히트싱크에 필요에 따라 냉각 팬을 마련함으로써 냉각 효율을 더욱 높일 수도 있다.

또한, 전자 열교환소자로서의 펠티에 소자를 최대 전류점의 10∼30% 의 범위에서 동작하도록 제어하는 제어장치(예를 들어 마이크로컴퓨터)를 구비하도록 한 경우에는, COP(흡열량/투입전력)를 3.0∼1.5라는 고효율에서의 동작을 가능하게 할 수 있다.

또한, 다른 발명에 관련된 정수기는, 본 발명에 관련된 열교환 모듈에 있어 서, 상기 열회로기판이 가지는 열교환용 공극의 적어도 하나에 냉매 또는 열매로서 예를 들어 정수된 물을 공급하고, 상기 전자 열교환소자의 작용에 의해 냉각 또는 가열된 상기 물을 저장하는 저장탱크를 구비하도록 하였기 때문에, 본 발명에 관련된 열교환 모듈의 특성을 살려 고효율로 냉각 혹은 가열한 음료용 물을 얻을 수 있다.

특히, 본 발명에 관련된 열교환 모듈의 열회로기판은, 접착제를 사용하지 않고 구성되어 있기 때문에, 장기간 사용해도 종래의 열회로기판과 같이 접착제나 폴리이미드(폴리이미드 접착제)가 물에 용출되는 일이 없어, 이물 혼입이 없는 안전성이 높은 음료수를 제공할 수 있다.

또한, 열교환 모듈의 열회로기판을 스테인리스 혹은 고열전도성 세라믹 등으로 구성한 경우에는, 장기간 사용해도 녹스는 일이 없어, 청정한 음료수를 안정적으로 공급할 수 있다.

또한, 상기 저장탱크가, 탱크 내에 있어서 승강 가능한 승강 수단을 구비한 취수구와, 그 취수구에 접속되는 급수관을 통하여 상기 열회로기판에 대해 탱크 내의 물을 공급하는 펌프와, 상기 열회로기판의 공극을 거쳐 냉각 또는 가열된 물을 탱크 내에 환류시키는 환류 배관을 구비하도록 구성한 경우에는, 효율적으로 냉각한 물 또는 가열한 물을 저장할 수 있다.

그리고 또, 상기 취수구의 승강 수단이, 미리 설정된 냉각 조건 또는 가열 조건에 기초하여 취수 위치를 점차 조정하는 취수위치 제어수단(예를 들어, 마이크로컴퓨터)을 구비하도록 구성한 경우에는, 냉각 조건(예를 들어, 펠티에 소자의 전 류치, 그 전류치에 의한 펠티에 소자의 줄열, 제벡 효과에 의한 손실과 펠티에 효과에 의한 흡열량, 취수구의 온도, 펠티에 소자 핫사이드와 콜드사이드의 물의 유량과 온도, 실온 등의 파라미터에 의한다)에 정합시킨 최적의 취수 위치에 취수구를 이동시켜, 보다 효율적으로 물을 냉각, 가열하는 것이 가능하다. 상기 냉각 조건에 따라서도 다르지만, 펠티에 소자의 핫사이드의 온도를 중시하여 제어하면 효과적이라는 실험 결과를 얻고 있다.

또, 상기 저장탱크가, 소정의 거리를 두고 이간시켜 형성되는 제 1 취수 수단과, 제 2 취수 수단과, 상기 제 1 취수 수단과 상기 제 2 취수 수단으로 취수된 물을 혼합시키는 혼합 수단을 구비하도록 구성한 경우에는, 온도가 비교적 낮은 물과 온도가 비교적 높은 물의 혼합을 억제할 수 있어, 열회로기판에 의한 물의 냉각 혹은 가열을 효율적으로 행할 수 있다.

또, 상기 혼합 수단에 의해 혼합된 물을 상기 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 열교환 모듈에 대해 환류시키는 환류 수단을 추가로 구비하도록 한 경우에는, 열회로기판에 의한 물의 냉각 혹은 가열을 보다 효율적으로 행할 수 있다.

또, 상기 저장탱크가, 상기 열회로기판의 공극을 거쳐 냉각 또는 가열된 물과 저장되어 있는 물의 혼합을 억제하는 구획 부재를 구비하도록 구성한 경우에는, 온도가 비교적 낮은 물과 온도가 비교적 높은 물의 혼합을 한층 더 억제할 수 있어, 열회로기판에 의한 물의 냉각 혹은 가열을 효율적으로 행할 수 있다.

또, 상기 저장탱크가, 상기 열회로기판의 공극을 거쳐 냉각 또는 가열된 물 을 통과시키는 필터 부재를 구비하도록 한 경우에는, 상기 열회로기판의 공극을 거쳐 냉각 또는 가열된 물의 정화나 미네랄 등의 미량 원소를 첨가할 수 있다.

또, 상기 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 열교환 모듈을 제어하는 제어 수단을 추가로 구비하며, 그 제어 수단의 제어에 의해 상기 열회로기판의 공극을 거쳐 가열된 물을 95∼100℃까지 가열하고, 그 가열된 물을, 상기 저장탱크 및 상기 필터 부재의 적어도 일방에 소정의 시간에 걸쳐 저장 또는 유통시키도록 구성한 경우에는, 상기 저장탱크 및 필터 부재 중 적어도 일방의 가열살균을 용이하게 행할 수 있다.

또한, 상기 냉매 또는 상기 열매에는, 상기 필터 부재를 통과한 배수를 이용하는 경우에는 배수를 유효 활용할 수 있고, 별도로 냉매 또는 열매를 준비할 필요가 없기 때문에 비용을 저감할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를, 도면을 참조하면서 더욱 구체적으로 설명한다. 여기에서, 첨부 도면에 있어서 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 있으며, 또한 중복되는 설명은 생략되어 있다. 여기에서의 설명은 본 발명이 실시되는 최선의 형태인 점에서, 본 발명은 그 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 액체냉각식 열교환 모듈의 구성예 ((a)∼(d))를 나타내는 개략 구성도, 도 2는 본 발명의 제 2 실시 형태에 관련된 공랭식의 열교환 모듈의 구성예를 나타내는 개략 구성도이다.

도 1에 있어서, (a)에 나타내는 열교환 모듈(M1)은, 전자 열교환소자로서 하 나의 펠티에 소자(P1A)를 2장의 열회로기판(T1, T2) 사이에 협지한 구성으로 되어 있다. 열회로기판(T1, T2)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.

여기서, 펠티에 소자에 대해서는, 도 1에 있어서, T1A, T1B, T2A, T2B의 4 종류가 예시되는데, 소자의 구조는 동일하고, 전류를 공급하는 전원에 의해 구분되어 있다. 즉, 후술하는 스위치 전원(SW1)에 의해 전류가 공급되는 펠티에 소자가 T1A, T1B, 스위치 전원(SW2)에 의해 전류가 공급되는 펠티에 소자가 T1A, T1B이다.

그리고, 열회로기판(T1)에는 일단측으로부터 냉매 또는 열매를 구성하는 유체(1)이, 열회로기판(T2)에는 일단측으로부터 냉매 또는 열매를 구성하는 유체(2)가 각각 공급된다. 실제로는, 예를 들어 마이크로컴퓨터 등으로 유량을 제어 가능한 펌프 등의 압송 수단에 의해 공급된다.

이와 같이 하여 구성된 열교환 모듈(M1)은, 펠티에 소자(P1A)에 예를 들어 스위치 전원(SW1)의 제어에 의해 소정 방향의 직류 전류를 소정 전류량 공급함으로써, 예를 들어 펠티에 소자(P1A)의 열회로기판(T1) 측이 콜드사이드, 열회로기판(T2) 측이 핫사이드인 경우에는, 유체(1)의 열을 빼앗아 냉각하고, 유체(2) 측에 열을 방출하여 가열할 수 있다.

펠티에 소자의 특성으로서, 전류 방향을 역전시키는 것만으로 용이하고 또한 신속하게 핫사이드와 콜드사이드를 바꿀 수 있다. 따라서 예를 들어 스위치 전원(SW1)의 제어에 의해 전류 방향을 역전시키면, 유체(1)와 유체(2)의 냉각과 가열을 바꾸는 것이 가능하다.

또, 유체(1) 및 유체(2)로는 특별히 한정되지 않지만, 물, 불소계 불활성 액 체 또는 알코올 등을 이용할 수 있다. 특히, 열교환 모듈(M1)을 바이오센서, 케미컬센서 등의 센서류나 반도체 디바이스 등의 냉각에 이용하는 경우에는, 만일 유체가 누설되어도 화학반응 등을 일으키지 않는 불소계 불활성 액체를 이용하는 것이 바람직하다.

다음에, 도 1(b)를 참조하여 열교환 모듈(M2)에 대해 설명한다.

열교환 모듈(M2)은, 2개의 펠티에 소자(P1A, P2A)를 접합한 것을 열회로기판(T1, T2) 사이에 협지한 구성으로 되어 있다.

그리고, 열회로기판(T1)에는 일단측으로부터 냉매 또는 열매를 구성하는 유체(1)가, 열회로기판(T2)에는 일단측으로부터 냉매 또는 열매를 구성하는 유체(2)가 각각 공급된다. 실제로는, 예를 들어 마이크로컴퓨터 등으로 유량을 제어 가능한 펌프 등의 압송 수단에 의해 공급된다.

이와 같이 하여 구성된 열교환 모듈(M2)은, 펠티에 소자(P1A)에 예를 들어 스위치 전원(SW1)의 제어에 의해 소정 방향의 직류 전류를 소정 전류량 공급하고, 펠티에 소자(P2A)에 예를 들어 스위치 전원(SW2)의 제어에 의해 소정 방향의 직류 전류를 소정 전류량 공급함으로써, 예를 들어 펠티에 소자(P1A)의 열회로기판(T1) 측이 콜드사이드, 펠티에 소자(P2A)의 열회로기판(T2) 측이 핫사이드인 경우에는, 유체(1)의 열을 빼앗아 냉각하고, 유체(2) 측에 열을 방출하여 가열할 수 있다.

전류 방향의 제어에 의해 냉각과 가열을 바꿀 수 있는 것은, 열교환 모듈(M1)의 경우와 동일하다.

다음에, 도 1(c)를 참조하여 열교환 모듈(M3)에 대해 설명한다.

열교환 모듈(M3)은, 1장의 열회로기판(T1)을 2개의 펠티에 소자(P1A, P2B) 사이에 협지하고, 또한 펠티에 소자(P1A)의 개방면에 열회로기판(T2)을 접합하고, 펠티에 소자(P1B)의 개방면에 열회로기판(T3)이 접합되어 구성되어 있다.

그리고 열회로기판(T1)에는 일단측으로부터 냉매 또는 열매를 구성하는 유체(1)가, 열회로기판(T2)에는 일단측으로부터 냉매 또는 열매를 구성하는 유체(2)가, 열회로기판(T3)에는 일단측으로부터 냉매 또는 열매를 구성하는 유체(3)가 각각 공급된다. 실제로는, 유체(1∼3)는 예를 들어 마이크로컴퓨터 등으로 유량을 제어 가능한 펌프 등의 압송 수단에 의해 공급된다.

이와 같이 하여 구성된 열교환 모듈(M3)은, 펠티에 소자(P1A와 P1B)에 접촉하는 열회로기판(T1) 측이 콜드사이드, 펠티에 소자(P1A)와 열회로기판(T2)이 접촉하는 측과 펠티에 소자(P1B)와 열회로기판(T3)이 접촉하는 측이 핫사이드인 경우에는, 유체(1)의 열을 빼앗아 냉각하고, 유체(2)와 유체(3) 측에 열을 방출하여 가열할 수 있다.

전류 방향의 제어에 의해 냉각과 가열을 바꿀 수 있는 것은, 열교환 모듈(M1, M2)의 경우와 동일하다.

다음에, 도 1(d)를 참조하여 열교환 모듈(M4)에 대해 설명한다.

열교환 모듈(M4)은, 2개의 펠티에 소자(P1A, P2A)를 접합한 것과, 2개의 펠티에 소자(P1B, P2B)를 접합한 것에 의해 열회로기판(T1)을 협지함과 함께, 펠티에 소자(P2A)의 개방면에 열회로기판(T2)을 접합하고, 펠티에 소자(P2B)의 개방면에 열회로기판(T2)이 접합되어 구성되어 있다.

그리고 열회로기판(T1)에는 일단측으로부터 냉매 또는 열매를 구성하는 유체(1)가, 열회로기판(T2)에는 일단측으로부터 냉매 또는 열매를 구성하는 유체(2)가, 열회로기판(T3)에는 일단측으로부터 냉매 또는 열매를 구성하는 유체(3)가 각각 공급된다. 실제로는, 유체(1∼3)는, 예를 들어 마이크로컴퓨터 등으로 유량을 제어 가능한 펌프 등의 압송 수단에 의해 공급된다.

이와 같이 하여 구성된 열교환 모듈(M4)은, 펠티에 소자(P1A와 P1B)에 접촉하는 열회로기판(T1) 측이 콜드사이드, 펠티에 소자(P2A)와 열회로기판(T2)이 접촉하는 측과 펠티에 소자(P2B)와 열회로기판(T3)이 접촉하는 측이 핫사이드인 경우에는, 유체(1)의 열을 빼앗아 냉각하고, 유체(2)와 유체(3) 측에 열을 방출하여 가열할 수 있다.

전류 방향의 제어에 의해 냉각과 가열을 바꿀 수 있는 것은, 다른 열교환 모듈(M1∼M3)의 경우와 동일하다.

또, 액체냉각식 열교환 모듈의 구성은, 도 1(a)∼(d)에 나타내는 것에 한정되지 않고, 냉매 혹은 열매를 유통시키는 공극을 구비한 복수 장의 열회로기판과, 그 복수 장의 열회로기판에 의해 펠티에 소자를 적층 형상으로 협지하는 구성으로 되어 있는 것이면 어떤 형식이어도 된다.

계속해서, 도 2를 참조하여 본 발명의 제 2 실시 형태에 관련된 공랭식 열교환 모듈(M5)의 구성예에 대해 설명한다.

공랭식 열교환 모듈(M5)은, 2개의 펠티에 소자(P1A, P2A)를 접합한 것과 2개의 펠티에 소자(P1B, P2B)를 접합한 것에 의해 열회로기판(T1)을 협지함과 함께, 펠티에 소자(P2A와 P2B)의 개방면에 방열 핀(fin)을 가지는 히트싱크(라디에이터; 200)가 각각 접속되어 있다.

그리고, 열회로기판(T1)에는 일단측으로부터 냉매 또는 열매를 구성하는 유체(1)가 공급된다. 실제로는, 유체(1)는, 예를 들어 마이크로컴퓨터 등으로 유량을 제어 가능한 펌프 등의 압송 수단에 의해 공급된다.

이와 같이 하여 구성된 열교환 모듈(M5)은, 펠티에 소자(P1A와 P1B)에 접촉하는 열회로기판(T1) 측이 콜드사이드, 펠티에 소자(P2A)와 히트 싱크(200)가 접촉하는 측과 펠티에 소자(P2B)와 히트 싱크(200)가 접촉하는 측이 핫사이드인 경우에는, 유체(1)의 열을 빼앗아 냉각하여 히트 싱크(200)에 열을 방출시킬 수 있다.

또한 전류 방향의 제어에 의해 냉각과 가열을 바꿀 수 있는 것은 앞에 나온 열교환 모듈(M1∼M4)의 경우와 마찬가지이다.

또, 필요에 따라 히트싱크(200)에 전동식 냉각 팬을 마련하도록 하여 방열 효과를 높이도록 해도 된다.

또, 공랭식 열교환 모듈의 구성은, 도 2에 나타내는 것에 한정되지 않고, 냉매 혹은 열매를 유통시키는 공극을 구비한 열회로기판과, 그 열회로기판을 협지하여 냉매의 냉각 혹은 열매의 가열을 행하는 1 또는 2 이상의 펠티에 소자와, 적층 방향 양단에 위치하는 펠티에 소자의 표면에 형성된 공랭식 히트싱크를 가지는 구성이면 포함된다.

여기에서, 도 3 내지 도 21을 참조하여 본 발명에 관련된 열교환 모듈(M1∼M5)에 적용할 수 있는 열회로기판(Ta∼Th)의 구성에 대해 설명한다.

도 3은 열회로기판(Ta)을 나타내는 단면도, 도 4는 열회로기판(Ta)의 접합 공정을 설명하는 단면도, 도 5는 열회로기판(Ta)의 접합 공정을 설명하는 단면도, 도 6은 열회로기판(Ta)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

도 3에 나타내는 열회로기판(Ta)은, 제 1 열전도체(10)와, 제 2 열전도체(20)와, 제 1 열전도체(10)와 제 2 열전도체(20) 사이에 개재되며 공극(31, 32)을 가지는 제 3 열전도체(30)를 가지고, 제 3 열전도체(30)와 제 1 열전도체(10) 및 제 2 열전도체(20)는 화학 결합되어 있다. 이 화학 결합은, 금속 결합 또는 반데르발스 결합이다.

여기에서는, 제 1 열전도체(10)가 존재하는 층을 제 1 층으로 하고, 제 3 열전도체(30)가 존재하는 층을 제 2 층으로 하고, 제 2 열전도체(20)가 존재하는 층을 제 3 층으로 한다.

도 3에 있어서, 제 1 열전도체(10), 제 2 열전도체(20) 및 제 3 열전도체(30)는 각각 이종 또는 동종의 열전도체, 혹은 일부만 이종의 열전도체이다. 이들 열전도체는 예를 들어 금속이다.

제 3 열전도체(30)에는, 화학 에칭, 플라즈마 에칭, 기계 가공, 프레스 천공, 레이저 트리밍, 마이크로 샌드블라스트법 등에 의해 복수의 공극(31, 32)가 형성되어 있다.

다음에, 열회로기판(Ta)의 제조 방법, 즉 도 3에 나타낸 열회로기판(Ta)의 접합(직접 접합) 공정에 대해, 도 4∼도 6을 참조하여 설명한다.

이 열회로기판(Ta)의 제조 방법은, 다음의 (1)∼(5)의 공정을 포함하고 있 다.

(1)처음에, 제 2 층에 대응하는 제 3 열전도체(30)에 화학 에칭, 플라즈마 에칭, 기계 가공, 프레스 천공, 레이저 트리밍, 마이크로 샌드블라스트법 등에 의해 복수의 공극을 형성한다.

(2)다음에, 제 1 열전도체(10), 제 2 열전도체(20) 및 제 3 열전도체(30)에서의 서로 다른 열전도체와 접촉하는 표면(대향하는 표면), 즉, 도 4에 나타내는 바와 같이 제 1 열전도체(10)에서의 제 2 열전도체(20)와 접촉하는 표면(10A), 제 3 열전도체(30)에서의 제 1 열전도체(10)와 접촉하는 표면(30A) 및 제 2 열전도체(20)와 접촉하는 표면(30B), 및 제 2 열전도체(20)에서의 제 3 열전도체(20)와 접촉하는 표면(20A)을, 알칼리성 용액(예를 들어 5%∼35% 가성소다 용액, 5%∼35% 탄산소다 용액 등) 또는 산성 용액(예를 들어 10%∼35% 묽은 염산, 묽은 황산 용액, SSP 용액 등)에 의해, 그 각 표면의 산화 피막의 제거, 탈지 세정, 소프트 에칭을 하여 충분히 청정한 상태로 한다.

(3)계속하여, 상기 각 표면(10A, 20A, 30A, 30B)에 관해, 앵커 효과를 갖게 하기 위해 면조도를 1㎛∼5㎛로 조정한다.

(4)더 계속하여, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제 1 열전도체(10)의 표면(10A)과 제 3 열전도체(30)의 표면(30A)을 접촉시키고, 250℃∼350℃의 온도, 10MPa∼50MPa의 압력하에서 10분∼120분간 열압착하여, 제 1 열전도체(10)와 제 3 열전도체(30)를 접합시킨다. 이 열압착시에, 20kHz∼100kHz, 출력 100W∼1kW의 적절한 초음파, 즉 초음파 진동을 세로 방향 혹은 가로 방향으로 더해도 된다. 그 결 과, 이 초음파 진동에 의한 마찰에 의해, 접합을 더욱 용이하게 할 수 있다.

(5)그리고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 상기 (4)의 공정의 경우와 마찬가지로, 제 3 열전도체(30)의 표면(30B)과 제 2 열전도체(20)의 표면(20A)을 접촉시키고, 250℃∼350℃의 온도, 10MPa∼50MPa의 압력하에서 10분∼120분간 열압착하여, 제 3 열전도체(30)와 제 2 열전도체(20)를 접합시킨다. 이 열압착시에, 20kHz∼100kHz, 출력 100W∼1kW의 적절한 초음파, 즉 초음파 진동을 세로 방향 혹은 가로 방향으로 더해도 된다. 그 결과, 이 초음파 진동에 의한 마찰에 의해, 접합을 더욱 용이하게 행할 수 있다.

상기 서술한 (1)∼(5)의 공정을 실시함으로써 도 3에 나타낸 열회로기판(Ta)이 제작된 것이 된다.

상기 (1)∼(5)의 각 공정에 의한 제조 방법에 의해, 하프 에칭 등 가공 진행 도중에 가공을 멈춰야 하는 가공법으로 홈을 제작하는 방법 등의 경우와 비교하여, 높은 정밀도로 안정된 공극이나 홈을 제작할 수 있었다.

그런데, 상기 서술한 공극은, 소정의 유체를 충전 가능하며, 그 유체의 유로로서 기능한다. 이 소정의 유체는, 예를 들어 고온 및/또는 고압력 및/또는 초저온의 유체, 금속 유체, 전자 유체 또는 이온성 유체이다.

여기에서, 두께 170㎛의 열전도체로서 구리를 채용했을 때의 제조 방법과 종래 기술의 제조 방법의 공극 정밀도를 비교한 결과에 대해 설명한다.

상기 제조 방법의 경우에서는, 공극 깊이±2㎛의 오차 범위 내로 억제할 수 있었다. 또, 공극에 관해서는, 원형, 사각형, 타원형, 및 이들의 조합 등 임의의 형상의 것을 높은 정밀도로 제작할 수 있으며, 게다가 복잡한 계단 형상의 공극도 높은 정밀도로 제작할 수 있었다.

이에 반해, 종래 기술의 제조 방법의 경우에 있어서, 하프 에칭 방식에서는 공극 깊이±24㎛의 오차가 있었다. 그리고 접착제를 사용한 경우는 압착시의 프레스압에 의해 추가로 ±15㎛, 즉 {(±24㎛)+(±15㎛)}의 격차가 생겼다.

상기 제조 방법에 의해 제작된 2개의 금속(열전도체)에 관한 박리강도 시험에 있어서는, 접합한 금속끼리가 접합면 이외의 개소에서 파괴되어 측정 불능이라는 매우 강한 필(peel) 강도가 얻어졌다.

제 1 열전도체와 제 3 열전도체의 접합, 및 제 3 열전도체와 제 2 열전도체의 접합은 각각 직접 접합하도록 했지만, 이것에 한정되는 일 없이 절연체 박막을 통하여 접합하도록 해도 된다.

다음에, 다른 구성에 관련된 열회로기판(Tb)에 대해 설명한다.

도 7은 열회로기판(Tb)을 나타내는 단면도, 도 8은 열회로기판(Tb)의 접합 공정을 설명하는 단면도, 도 9는 열회로기판(Tb)의 접합 공정을 설명하는 단면도, 도 10은 열회로기판(Tb)의 접합 공정을 설명하는 단면도, 도 11은 열회로기판(Tb)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

열회로기판(Tb)은, 열회로기판(T)과는 동일한 층에서도 이종의 열전도체가 이용되고 있는 점과 각종 형상의 공극이 형성되어 있는 점이 상이하다. 그래서, 이들 차이점에 대해 설명한다.

열회로기판(Tb)에 있어서도, 열회로기판(T)의 경우와 마찬가지로, 제 1 층에 제 1 열전도체가, 제 2 층에 제 3 열전도체가, 제 3 층에 제 2 열전도체가 각각 사용되는 것으로 한다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 층에는 제 1 열전도체(10, 50)가 사용되며, 제 1 열전도체(10)와 제 1 열전도체(50)는 이종의 열전도체이다. 또, 제 2 층에는 제 3 열전도체(30, 60)가 사용되며, 제 3 열전도체(30)와 제 3 열전도체(60)는 이종의 열전도체이다. 그리고 제 3 층에는 제 2 열전도체(20, 40)가 사용되며, 제 2 열전도체(20)와 제 2 열전도체(40)는 이종의 열전도체이다.

또, 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층의 각 층에 사용되는 열전도체는 각각 이종의 열전도체이며, 일부의 층에서는 다른 층에 사용되는 열전도체와 동종의 열전도체이다. 이들 열전도체는 예를 들어 금속이다.

열회로기판(Tb)에 있어서는, 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층에 사용되는 열전도체는 각각이 이종 또는 동종의 열전도체여도 된다. 또, 임의의 2개의 층에 사용되는 열전도체가 동종의 열전도체이고, 다른 1개의 층에 사용되는 열전도체가 상기 임의의 2개의 층에 사용되는 열전도체와는 다른 열전도체여도 된다. 게다가 동일한 층에 사용되는 열전도체에 있어서도 이종 또는 동종의 열전도체여도 된다.

도 7에 나타내는 열회로기판(Tb)에 있어서는, 화학 에칭, 플라즈마 에칭, 기계 가공, 프레스 천공, 레이저 트리밍, 마이크로 샌드블라스트법 등에 의해, 복수의 공극(1101, 1102, 1103, 1104)가 형성되어 있다.

공극(1101)은, 제 1 층의 제 1 열전도체(10)에 형성된 공극(1101A)과, 제 2 층의 제 3 열전도체(30)에 형성된 공극(1101B)과, 제 3 층의 제 2 열전도체(40)에 형성된 공극(1101C)을 가지고 있다.

공극(1102)은, 제 2 층의 제 3 열전도체(30)에 형성된 공극이다.

공극(1103)은, 제 2 층의 제 3 열전도체(30)에 형성된 공극(1103B)과, 제 3 층의 제 2 열전도체(20)에 형성된 공극(1103C)을 가지고 있다.

공극(1104)은, 제 2 층의 제 3 열전도체(30)에 형성된 공극(1104B)과, 제 3 층의 제 2 열전도체(20)에 형성된 공극(1104C)을 가지고 있다.

제 2 층에 형성되어 있는 공극(1104B)에서는, 제 3 열전도체(30)와는 이종의 열전도체(60)가 배치되어 있다.

제 2 층에서의 제 3 열전도체와, 제 1 층에서의 제 1 열전도체 및 제 3 층에에서의 제 2 열전도체는 화학 결합되어 있다. 이 화학 결합은, 금속 결합 또는 반데르발스 결합이다.

다음에, 열회로기판(Tb)의 제조 방법, 즉, 도 7에 나타낸 열회로기판(Tb)의 접합(직접 접합) 공정에 대해 도 8∼도 11을 참조하여 설명한다.

이 열회로기판(Tb)의 제조 방법은, 다음의 (1)∼(5)의 공정을 포함하고 있다.

여기에서, 도 7에 있어서, 공극(1101)을 가지는 제 1 열전도체(10), 제 3 열전도체(30), 제 2 열전도체(40)에 주목하여, 이들 열전도체의 접합에 대해 설명한다.

(1)처음에, 제 1 층에 대응하는 제 1 열전도체(10), 제 2 층에 대응하는 제 3 열전도체(30), 제 3 층에 대응하는 제 2 열전도체(40)에 화학 에칭, 플라즈마 에 칭, 기계 가공, 프레스 천공, 레이저 트리밍, 마이크로 샌드블라스트법 등에 의해 복수의 공극을 형성한다.

(2)다음에, 제 1 열전도체(10), 제 2 열전도체(40) 및 제 3 열전도체(30)에서의 서로 다른 열전도체와 접촉하는 표면(대향하는 표면), 즉, 도 6에 나타내는 바와 같이 제 1 열전도체(10)에서의 제 2 열전도체(40)와 접촉하는 표면(10A), 제 3 열전도체(30)에서의 제 1 열전도체(10)와 접촉하는 표면(30A) 및 제 2 열전도체(20)와 접촉하는 표면(30B), 및 제 2 열전도체(40)에서의 제 3 열전도체(20)와 접촉하는 표면(40A)을, 알칼리성 용액(예를 들어 5%∼35% 가성소다 용액, 5%∼35% 탄산소다 용액 등) 또는 산성 용액(예를 들어 10%∼35% 묽은 염산, 묽은 황산 용액, SSP 용액 등)에 의해, 그 각 표면의 산화 피막의 제거, 탈지 세정, 소프트 에칭을 하여 충분히 청정한 상태로 한다.

(3)계속하여, 상기 각 표면(10A, 20A, 30A, 40B)에 관해, 앵커 효과를 갖게 하기 위해 면조도를 1㎛∼5㎛로 조정한다.

(4)더 계속하여, 제 1 열전도체(10)의 표면(10A)과 제 3 열전도체(30)의 표면(30A)을 접촉시키고, 250℃∼350℃의 온도, 10MPa∼50MPa의 압력하에서 10분∼120분간 열압착하여, 제 1 열전도체(10)와 제 3 열전도체(30)를 접합시킨다. 이 열압착시에, 20kHz∼100kHz, 출력 100W∼1kW의 적절한 초음파, 즉 초음파 진동을 세로 방향 혹은 가로 방향으로 더해도 된다. 그 결과, 이 초음파 진동에 의한 마찰에 의해, 접합을 더욱 용이하게 실시할 수 있다.

(5)그리고, 상기 (4)의 공정의 경우와 마찬가지로, 제 3 열전도체(30)의 표 면(30B)과 제 2 열전도체(40)의 표면(40A)을 접촉시키고, 250℃∼350℃의 온도, 10MPa∼50MPa의 압력하에서 10분∼120분간 열압착하여, 제 3 열전도체(30)와 제 2 열전도체(40)를 접합시킨다. 이 열압착시에, 20kHz∼100kHz, 출력 100W∼1kW의 적절한 초음파, 즉 초음파 진동을 세로 방향 혹은 가로 방향으로 더해도 된다. 그 결과, 이 초음파 진동에 의한 마찰에 의해, 접합을 더욱 용이하게 실시할 수 있다.

상기 서술한 (1)∼(5)의 공정을 실시함으로써, 열회로기판(Tb)이 제작된 것이 된다.

그런데, 공극이 큰 경우, 예를 들어 도 9에 나타내는 바와 같이 제 1 열전도체(10)에 형성된 공극(1101A)이, 높이 H(제 1 열전도체(10)의 높이 H이기도 하다) 폭 W, 길이 D(제 1 열전도체(10)의 길이 D이기도 하다)의 사이즈이고, 그 폭 W가 소정치(예를 들어 3㎜)를 넘는 공극인 경우는, 그 공극에 그 열전도체의 두께 H(높이 H))와 동등한 두께를 가지는 보조적 스페이서를 삽입하여 열압착하도록 한다. 공극의 폭 W가 소정치(3㎜) 이하의 작은 공극인 경우에는 보조적 스페이서는 불필요하다.

즉, 제 1 열전도체(10)와 제 3 열전도체(30)를 접합할 때에는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제 1 열전도체(10)에 형성된 공극(1101A)에 보조적 스페이서(61)를 삽입하고, 또, 제 3 열전도체(30)에 형성된 공극(1101B)에 보조적 스페이서(63)를 삽입하여 상기 (4)의 공정(열압착)을 실시한다.

또, 제 3 열전도체(30)와 제 2 열전도체(40)를 접합할 때에도, 도 11에 나타내는 바와 같이, 제 2 열전도체(40)에 형성된 공극(1101C)에 보조적 스페이서(62) 를 삽입하여 상기 (5)의 공정(열압착)을 실시한다.

이와 같이, 공극이 큰 경우, 제 1 열전도체(10), 제 2 열전도체(40), 및 제 3 열전도체(30) 각각의 열전도체와 동일한 두께를 가지는 보조적 스페이서(61, 62, 63)를 해당하는 공극에 삽입하여 열압착함으로써, 압착의 균일성을 유지할 수 있다.

상기 서술한 (1)∼(5)의 접합 공정을 반복함으로써, 도 7에 나타낸 바와 같이, 공극(1102)과 같이 닫혀진 공극, 혹은 공극(1101, 1031, 1104)과 같이 밖으로 열린 다층 구조를 가지는 임의의 형상의 공극을 제작할 수 있다.

또, 보조적 스페이서를 조합함으로써, 높이 H, 폭 W, 길이 D에 대해 7㎛∼100㎜ 이상의 자유로운 크기의 공극을 형성하는 것이 가능하고, 종래 기술에 있어서는 불가능했던 다층의 멀티 채널을 제작할 수 있다.

본 실시의 형태 2에 있어서는, 상기 (1)∼(5)의 각 공정에 의한 제조 방법에 의해, 하프 에칭 등 가공 진행 도중에 가공을 멈춰야 하는 가공법으로 홈을 제작하는 방법 등의 경우와 비교하여, 높은 정밀도로 안정된 공극이나 홈을 제작할 수 있다.

그런데, 상기 서술한 공극은, 소정의 유체를 충전 가능하고, 그 유체의 유로로서 기능한다. 이 소정의 유체는, 예를 들어 고온 및/또는 고압력 및/또는 초저온의 유체, 금속 유체, 전자 유체 또는 이온성 유체이다.

여기에서, 두께 170㎛의 열전도체로서 구리를 채용했을 때의 상기 제조 방법의 경우와 종래 기술의 제조 방법의 경우의 공극 정밀도를 비교한 결과를 설명한 다.

상기 제조 방법의 경우에서는, 공극 깊이±2㎛의 오차 범위 내로 억제할 수 있었다. 또, 공극에 관해서는, 원형, 사각형, 타원형, 및 이들의 조합 등 임의의 형상의 것을 높은 정밀도로 제작할 수 있으며, 게다가 복잡한 계단 형상의 공극도 높은 정밀도로 제작할 수 있었다.

이에 반해, 종래 기술의 제조 방법의 경우에 있어서, 하프 에칭 방식에서는 공극 깊이±24㎛의 오차가 있었다. 그리고 접착제를 사용한 경우는 압착시의 프레스압에 의해 다시 ±15㎛, 즉 {(±24㎛)+(±15㎛)}의 격차가 생겼다. 게다가, 종래 기술에 있어서는, 공극은 원형 또는 단순한 홈 형상인 것에 한정된다.

상기 제조 방법에 의해 제작된 2개의 금속(열전도체)에 관한 박리강도 시험에 있어서는, 접합된 금속끼리 접합면 이외의 개소에서 파괴되어 측정 불능이라는 매우 강한 필 강도가 얻어졌다.

또, 제 1 열전도체(10)와 제 3 열전도체(30)가, 제 1 열전도체(50)와 제 3 열전도체(30)가, 제 3 열전도체(30)와 제 2 열전도체(40)가, 제 3 열전도체(30)와 제 2 열전도체(20)가 미리 임의의 형상으로 가공된 금속편이며, 이들 금속편을 접착제를 사용하는 일 없이 원자간 접착, 수소이온 결합, 또는 수소이온 결합에 의해 직접 접합하도록(결합하도록) 해도 된다.

또, 상기 서술한 제 1 열전도체(10, 50), 제 2 열전도체(20, 40), 제 3 열전도체(30, 60)로서, 시판되는 경질 기판, 세라믹 기판, 또는 플렉시블 프린트기판 등의 기판의 금속박 부분을 그대로 사용하도록 해도 된다.

게다가 상기 서술한 제 1 열전도체(10, 50), 제 2 열전도체(20, 40), 제 3 열전도체(30, 60)로서의 카본, 카본 구조체 등의 난절삭재에 대해 마이크로 샌드블라스트에 의해 공극을 높은 정밀도로 제작하고, 이들의 고정밀도 공극을 가지는 난절삭재를 상기 (4) 및 (5)의 공정에 의한 접합방법(제조방법)에 의해 접합하도록 해도 된다. 그 간극으로는, 원형, 사각형, 타원형 및 이들의 조합 등 임의의 형상인 것을 높은 정밀도로 제작하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 땜납 등의 보조제를 사용하지 않고 기판 패턴부의 양호한 전기적 접속을 동시에 행할 수 있다.

게다가 상기 (1)∼(5)의 공정을 반복함으로써, 다층 구조의 입체 구조 기판을 구성할 수 있다.

제 1 열전도체와 제 3 열전도체의 접합, 및 제 3 열전도체와 제 2 열전도체의 접합은, 각각 직접 접합하도록 하였지만, 이것에 한정되는 일 없이, 절연체 박막을 사이에 두고 접합하도록 해도 된다.

다음에, 다른 구성에 관련된 열회로기판(Tc)에 대해 설명한다.

도 12는 열회로기판(Tc)을 나타내는 단면도, 도 13은 열회로기판(Tc)의 접합 공정을 설명하는 단면도, 도 14는 열회로기판(Tc)의 접합 공정을 설명하는 단면도, 도 15는 열회로기판(Tc)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

도 12에 나타내는 열회로기판(Tc)는, 제 1 열전도체(210)와, 제 2 열전도체(220)와, 제 1 열전도체(210)와 제 2 열전도체(220) 사이에 개재되며, 공극(1111, 1112)을 가지는 절연체(절연체층; 230)를 가지며, 절연체(230)와 제 1 열전도체(210) 및 제 2 열전도체(220)는 화학 결합되어 있다. 이 화학 결합은, 수소 결합, 이온 결합 또는 반데르발스 결합이다.

여기에서는, 제 1 열전도체(210)가 존재하는 층을 제 1 층으로 하고, 절연체(절연체층; 230)가 존재하는 층을 제 2 층으로 하고, 제 2 열전도체(220)가 존재하는 층을 제 3 층으로 한다.

도 12에 있어서, 제 1 열전도체(210) 및 제 2 열전도체(220)는, 이종 또는 동종의 열전도체, 예를 들어 금속이다. 절연체(230)는 가용성 절연체(예를 들어 폴리이미드, 액정 폴리머 등)이다.

절연체(230)에는, 화학 에칭, 플라즈마 에칭, 기계 가공, 프레스 천공, 레이저 트리밍, 마이크로 샌드블라스트법 등에 의해 복수의 공극(1111, 1112)이 형성되어 있다.

다음에, 열회로기판(Tc)의 제조 방법, 즉 도 12에 나타낸 열회로기판(Tc)의 접합(직접 접합) 공정에 대해 도 13∼도 15를 참조하여 설명한다.

이 열회로기판(Tc)의 제조 방법은, 다음의 (1)∼(6)의 공정을 포함하고 있다.

(1)처음에, 제 1 열전도체(210) 및 제 2 열전도체(220)에서의 절연체(230)와 접촉하는 표면(대향하는 표면), 즉 도 13에 나타내는 바와 같이, 제 1 열전도체(210)에서의 절연체(230)와 접촉하는 표면(210A), 제 2 열전도체(220)에서의 절연체(230)와 접촉하는 표면(220A)을, 알칼리성 용액(예를 들어 5%∼35% 가성소다 용액, 5%∼35% 탄산소다 용액 등) 또는 산성 용액(예를 들어 10%∼35% 묽은 염산, 묽은 황산 용액, SSP 용액 등)에 의해, 그 각 표면의 산화 피막의 제거, 탈지 세 정, 소프트 에칭을 하여 충분히 청정한 상태로 한다.

(2)또, 상기 제 1 및 제 2 열전도체에서의 절연체와 접촉하는 각 표면에 관해, 앵커 효과를 갖게 하기 위해 면조도를 1㎛∼5㎛로 조정한다.

(3)다음에, 제 2 층에 대응하는 절연체(230)에, 화학 에칭, 혹은 플라즈마 에칭, 기계 가공, 프레스 천공, 레이저 가공, 마이크로 샌드블라스트 등에 의해 임의의 패턴으로 공극을 형성한다.

(4)계속하여, 절연체(230)에서의 제 1 열전도체(210)와 접촉하는 표면(230A) 및 제 2 열전도체(220)와 접촉하는 표면(230B)에 대해, 그 가용성 절연체의 종류(예를 들어 폴리이미드, 액정 폴리머 등)에 따라 적절한 용제를 0.2㎛∼2㎛의 두께로 도포한다.

(5)더 계속하여, 도 14에 나타내는 바와 같이, 제 1 열전도체(210)의 표면(210A)과 절연체(230)의 표면(230A)을 접촉시키고, 250℃∼350℃의 온도, 10MPa∼50MPa의 압력하에서 10분∼120분간 열압착하여, 제 1 열전도체(210)와 절연체(230)를 접합시킨다. 이 열압착시에, 20kHz∼100kHz, 출력 100W∼1kW의 적절한 초음파, 즉 초음파 진동을 세로 방향 혹은 가로 방향으로 더해도 된다. 그 결과, 이 초음파 진동에 의한 마찰에 의해, 접합을 더욱 용이하게 실시할 수 있다.

(6)그리고, 도 15에 나타내는 바와 같이, 상기 (5)의 공정의 경우와 마찬가지로, 절연체(230)의 표면(230B)과 제 2 열전도체(220)의 표면(220A)을 접촉시키고, 250℃∼350℃의 온도, 10MPa∼50MPa의 압력하에서 10분∼120분간 열압착하여, 제 3 열전도체(30)와 제 2 열전도체(20)를 접합시킨다. 이 열압착시에, 20kHz∼ 100kHz, 출력 100W∼1kW의 적절한 초음파, 즉 초음파 진동을 세로 방향 혹은 가로 방향으로 더해도 된다. 그 결과, 이 초음파 진동에 의한 마찰에 의해, 접합을 더욱 용이하게 행할 수 있다.

상기 서술한 (1)∼(6)의 공정을 실시함으로써, 도 12에 나타낸 열회로기판(Tc)이 제작된 것이 된다.

상기 (1)∼(6)의 각 공정에 의한 제조 방법에 의해, 하프 에칭 등 가공 진행 도중에 가공을 멈춰야 하는 가공법으로 홈을 제작하는 방법 등의 경우와 비교하여, 높은 정밀도로, 안정된 공극이나 홈을 제작할 수 있었다.

그런데, 상기 서술한 공극은, 소정의 유체를 충전 가능하며, 그 유체의 유로로서 기능한다. 이 소정의 유체는, 예를 들어 고온 및/또는 고압력 및/또는 초저온의 유체, 금속유체, 전자 유체 또는 이온성 유체이다.

제 1 층에 대응하는 제 1 열전도체와 제 2 층에 대응하는 절연체의 접합, 및 제 2 층에 대응하는 절연체와 제 3 층에 대응하는 제 2 열전도체의 접합은 각각 직접 접합하도록 했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 일 없이, 절연체 박막을 통하여 접합하도록 해도 된다.

다음에, 다른 구성에 관련된 열회로기판(Td)에 대해 설명한다.

도 16은 열회로기판(Td)을 나타내는 단면도, 도 17은 열회로기판(Td)의 접합 공정을 설명하는 단면도이다.

열회로기판(Td)에 있어서는, 제 1 층∼제 4 층으로 구성되며, 제 1 층에는 제 1 열전도체가, 제 2 층 및 제 3 층에는 절연체(절연체층)가, 제 4 층에는 제 2 열전도체가 각각 사용되는 것으로 한다.

도 16에 나타내는 바와 같이, 제 1 층에는 제 1 열전도체(21)가 사용되고 있다. 또, 제 2 층에는 절연체(231)가 사용되고 있다. 제 3 층에는 절연체(232, 250)가 사용되고, 절연체(232)와 절연체(250)는 이종의 절연체이다. 그리고 제 4 층에는 제 2 열전도체(220, 240, 260)이 사용되고, 제 2 열전도체(220)와 제 2 열전도체(240)와 제 2 열전도체(260)는 이종의 열전도체이다.

제 1 층 및 제 4 층에 사용되는 열전도체는, 각각 이종 또는 동종의 열전도체여도 된다. 또 동일한 층에 사용되는 열전도체에 있어서도 이종 또는 동종의 열전도체여도 된다. 이들 열전도체는 예를 들어 금속이다.

도 16에 나타내는 열회로기판(Td)에 있어서는, 화학 에칭, 플라즈마 에칭, 기계 가공, 프레스 천공, 레이저 트리밍, 마이크로 샌드블라스트법 등에 의해 복수의 공극(201, 202, 203)이 형성되어 있다.

공극(201)은, 제 2 층의 절연체(231)에 형성된 공극(201B)과, 제 3 층의 절연체(232)에 형성된 공극(201C)을 가지고 있다.

공극(202)은, 제 1 층의 제 1 열전도체(210)에 형성된 공극(202A)과, 제 2 층의 절연체(231)에 형성된 공극(202B)을 가지고 있다.

공극(203)은, 제 1 층의 제 1 열전도체(210)에 형성된 공극(203A)과, 제 2 층의 절연체(231)에 형성된 공극(203B)과, 제 3 층의 절연체(250)에 형성된 공극(203C)과, 제 4 층의 제 2 열전도체(240)에 형성된 공극(203D)을 가지고 있다.

제 1 층에서의 제 1 열전도체와 제 2 층에서의 절연체가, 제 2 층에서의 절 연체와 제 3 층에서의 절연체가, 제 3 층에서의 절연체와 제 4 층에서의 제 2 열전도체가 상기 실시의 형태 3의 경우와 마찬가지로 화학 결합되어 있다. 이 화학 결합은, 수소 결합, 이온 결합 또는 반데르발스 결합이다.

다음에, 열회로기판(Td)의 제조 방법, 즉 도 16에 나타낸 열회로기판(Td)의 접합(직접 접합) 공정에 대해 설명한다.

이 열회로기판(Td)의 제조 방법은, 다음의 (1)∼(8)의 공정을 포함하고 있다.

(1)처음으로, 제 1 층에 대응하는 제 1 열전도체(210) 및 제 4 층에 대응하는 제 2 열전도체(220, 240, 260)에, 화학 에칭, 플라즈마 에칭, 기계 가공, 프레스 천공, 레이저 트리밍, 마이크로 샌드블라스트법 등에 의해 복수의 공극을 형성한다.

(2)다음에, 제 1 열전도체(210)에서의 제 2 층에 대응하는 절연체(231)와 접촉하는 표면(대향하는 표면), 제 2 열전도체(220)에서의 제 3 층에 대응하는 절연체와 접촉하는 표면과, 제 2 열전도체(240)에서의 제 3 층에 대응하는 절연체(250)와 접촉하는 표면과, 제 2 열전도체(260)에서의 제 3 층에 대응하는 절연체(232)와 접촉하는 표면을, 알칼리성 용액(예를 들어 5%∼35% 가성 소다 용액, 5%∼35% 탄산소다 용액 등) 또는 산성 용액(예를 들어 10%∼35% 묽은 염산, 묽은 황산 용액, SSP 용액 등)에 의해, 그 각 표면의 산화 피막의 제거, 탈지 세정, 소프트 에칭을 실시하여 충분히 청정한 상태로 한다.

(3)또, 상기 제 1 및 제 2 열전도체에서의 절연체와 접촉하는 각 표면에 관 해, 앵커 효과를 갖게 하기 위해 면조도를 1㎛∼5㎛로 조정한다.

(4)계속하여, 제 2 층에 대응하는 절연체(231) 및 제 3 층에 대응하는 절연체(232, 240)에, 화학 에칭, 혹은 플라즈마 에칭, 기계 가공, 프레스 천공, 레이저 가공, 마이크로 샌드블라스트 등에 의해 임의의 패턴으로 공극을 형성한다.

(5)그리고 제 2 층에 대응하는 절연체(231)에서의 제 1 열전도체(210) 및 제 3 층에 대응하는 절연체(232) 혹은 절연체(250)와 접촉하는 표면과, 제 3 층에 대응하는 절연체(232)에서의 절연체(231)와 접촉하는 표면과, 제 3 층에 대응하는 절연체(250)에서의 절연체(231)와 접촉하는 표면에 대해, 그 가용성 절연체의 종류(예를 들어 폴리이미드, 액정 폴리머 등)에 따라 적절한 용제를 0.2㎛∼2㎛의 두께로 도포한다.

여기에서, 용제로는, 예를 들어 NNP, 가성 소다 등의 강알칼리, 혹은 염산 등의 강산을 들 수 있다.

(6)계속하여, 제 1 층에 대응하는 제 1 열전도체(210)와 제 2 층에 대응하는 절연체(231)를 접촉시키고, 250℃∼350℃의 온도, 10MPa∼50MPa의 압력하에서 10분∼120분간 열압착하여 제 1 열전도체(210)와 절연체(231)를 접합시킨다. 이 열압착시에, 20kHz∼100kHz, 출력 100W∼1kW의 적절한 초음파, 즉 초음파 진동을 세로 방향 혹은 가로 방향으로 더해도 된다. 그 결과, 이 초음파 진동에 의한 마찰에 의해, 접합을 더욱 용이하게 실시할 수 있다.

(7)더 계속하여, 상기 (6)의 공정의 경우와 마찬가지로, 제 3 층에 대응하는 절연체와 제 4 층에 대응하는 절연체를 접촉시키고, 250℃∼350℃의 온도, 10MPa∼ 50MPa의 압력하에서 10분∼120분간 열압착하여 제 3 층에 대응하는 절연체와 제 4 층에 대응하는 절연체를 접합시킨다. 이 열압착시에, 20kHz∼100kHz, 출력 100W∼1kW의 적절한 초음파, 즉 초음파 진동을 세로 방향 혹은 가로 방향으로 더해도 된다. 그 결과, 이 초음파 진동에 의한 마찰에 의해, 접합을 더욱 용이하게 실시할 수 있다.

상기 서술한 (1)∼(7)의 공정이 종료한 시점에서의 구조체(입체 구조 기판)는, 도 17에 나타내는 상태로 되어 있다.

(8)그리고 도 17에 나타내는 상태로부터, 제 2 층의 절연체와 제 3 층의 절연체를 접촉시키고, 250℃∼350℃의 온도, 10MPa∼50MPa의 압력하에서 15분∼120분간 열압착하여 제 2 층의 절연체(231)와 제 3 층의 절연체(232, 250, 260)를 접합시킨다.

이 열압착시에, 20kHz∼100kHz, 출력 100W∼1kW(혹은 출력 50∼800W)의 적절한 초음파, 즉 초음파 진동을 세로 방향 혹은 세로 방향으로 가하여 화학 활성화시키고, 또한 마찰에 의한 접합을 이용하도록 해도 된다. 이것에 의해, 가용성 절연체의 접합을 달성할 수 있고, 접착제의 사용에 의한 폐해를 없애어, 매우 양질의 설계치 그대로의 복수의 공극을 가지는 열회로기판(Td)을 제작할 수 있다.

상기 서술한 (1)∼(8)의 공정을 실시함으로써, 도 16에 나타낸 열회로기판(Td)이 제작된 것이 된다.

그런데, 공극이 큰 경우, 예를 들어 도 9에 나타낸 경우와 마찬가지로, 열전도체 혹은 절연체에 형성된 공극이 높이 H, 폭 W, 길이 D의 사이즈로, 그 폭 W가 소정치(예를 들어 3㎜)를 넘는 공극인 경우는, 그 공극에 그 열전도체 혹은 절연체의 두께 H(높이 H))와 동등한 두께를 가지는 보조적 스페이서를 삽입하여 열압착하도록 한다. 공극의 폭 W가 소정치(3㎜) 이하인 작은 공극의 경우에는 보조적 스페이서는 불필요하다.

이와 같이, 공극이 큰 경우, 제 1 열전도체, 제 2 열전도체 및 절연체의 두께와 동일한 두께를 가지는 보조적 스페이서를 해당하는 공극에 삽입하여 열압착함으로써, 압착의 균일성을 유지할 수 있다.

또, 보조적 스페이서를 조합함으로써, 높이 H, 폭 W, 길이 D에 대해 7㎛∼100㎜ 이상의 자유로운 크기의 공극을 형성하는 것이 가능하고, 종래 기술에 있어서는 불가능했던 다층의 멀티 채널을 제작할 수 있다.

종래 기술에 있어서는, 폴리이미드의 큐어 온도의 약간의 상이에 의한 폴리이미드(폴리이미드 접착제)의 열압착(폴리이미드 접착법) 시에 발생하는 미소한 보이드를 완전하게 억제할 수 있으며, 매우 양질인 접합 구조를 얻을 수 있다.

또, 상기 (1)∼(8)의 각 공정에 의한 제조 방법에 의해, 하프 에칭 등 가공 진행 도중에 가공을 멈춰야 하는 가공법으로 홈을 제작하는 방법 등의 경우와 비교하여 높은 정밀도로, 안정된 공극이나 홈을 제작할 수 있었다.

그런데, 상기 서술한 공극은, 소정의 유체를 충전 가능하며, 그 유체의 유로로서 기능한다. 이 소정의 유체는, 예를 들어, 고온 및/또는 고압력 및/또는 초저온의 유체, 금속 유체, 전자 유체 또는 이온성 유체이다.

여기에서, 두께 170㎛의 열전도체로서 구리를 채용했을 때의, 상기 제조 방 법의 경우와 종래 기술의 제조 방법의 경우의 공극 정밀도를 비교한 결과를 설명한다.

상기 제조 방법의 경우에서는, 공극 깊이±2㎛의 오차 범위 내로 억제할 수 있었다. 또, 공극에 관해서는, 원형, 사각형, 타원형, 및 이들의 조합 등 임의의 형상의 것을 높은 정밀도로 제작할 수 있으며, 게다가 복잡한 계단 형상의 공극도 높은 정밀도로 제작할 수 있었다.

이에 반해, 종래 기술의 제조 방법의 경우에 있어서, 하프 에칭 방식에서는 공극 깊이±24㎛의 오차가 있었다. 그리고 접착제를 사용한 경우는 압착시의 프레스압에 의해 다시 ±15㎛, 즉 {(±24㎛)+(±15㎛)}의 격차가 생겼다. 게다가, 종래 기술에 있어서는, 공극은 원형 또는 단순한 홈 형상의 것에 한정된다.

실시의 형태 4에 있어서, 제 1 층에 대응하는 제 1 열전도체와 제 2 층에 대응하는 절연체의 접합, 및 제 3 층에 대응하는 절연체와 제 4 층에 대응하는 제 2 열전도체의 접합은 각각 직접 접합하도록 했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 일 없이 절연체 박막을 통하여 접합하도록 해도 된다.

다음에, 다른 구성에 관련된 열회로기판(Te)에 대해 설명한다.

도 18은 열회로기판(Te)을 나타내는 단면도, 도 19는 열회로기판(Te)의 이용 형태를 설명하는 도이다.

도 18(a)에 나타내는 열회로기판(Te)은, 도 7에 나타낸 열회로기판(Tb)의 구성에 있어서, 열전도체(310, 320)를 추가한 구성으로 되어 있다. 도 16(a)에 있어서 도 7에 나타낸 구성요소와 동일한 기능을 하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

이 열회로기판(Te)에 있어서, 열전도체(310, 320)는 예를 들어 금속이며, 열전도체(310)와 제 1 층의 제 1 열전도체는 화학 결합되어 있음과 함께, 열전도체(320)와 제 3 층의 제 2 열전도체는 화학 결합되어 있다. 이 화학 결합은, 예를 들어 금속 결합 또는 반데르발스 결합이다.

도 18(b)에 나타내는 열회로기판(Tf)은, 도 16에 나타낸 열회로기판(Td)의 구성에 있어서 열전도체(330, 340)를 추가한 구성으로 되어 있다. 도 18(b)에 있어서 도 16에 나타낸 구성요소와 동일한 기능을 하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

이 열회로기판(Tf)에 있어서, 열전도체(330, 340)는 예를 들어 금속이며, 열전도체(330)와 제 1 층의 제 1 열전도체는 화학 결합되어 있음과 함께, 열전도체(340)와 제 4 층의 제 2 열전도체는 화학 결합되어 있다. 이 화학 결합은, 예를 들어 금속 결합 또는 반데르발스 결합이다.

상기 서술한 열전도체(310∼340)와 제 1 열전도체 혹은 제 4 열전도체는 열회로기판(Tb)에서의 (2)∼(5)의 공정을 실시함으로써 화학 결합되게 된다. 여기에서는, 그 상세한 설명은 생략한다.

다음에, 도 18(a), (b)에 나타낸 열회로기판(Te, Tf)의 이용 형태에 대해, 도 19를 참조하여 설명한다.

도 19에 있어서, 실장 기판(400)에는 전자 디바이스(410)가 실장되어 있고, 이 전자 디바이스(410)의 몰드의 상면에는, 예를 들어 도 18(a), (b)에 나타낸 열 회로기판(Te, Tf)이 밀착하여 마련되어 있다.

다음에, 다른 구성에 관련된 열회로기판(Tg)에 대해 설명한다.

도 20은 열회로기판(Tg)의 이용 형태를 설명하는 도면이다. 도 20에 있어서, (a)는 열회로기판(Tg)의 측면도를 나타내고, (b)는 열회로기판(Tg)의 상면도를 나타내고 있다.

열회로기판(Tg)은, 도 20(a)에 나타내는 바와 같이, 제 1 층에 제 1 열전도체(510)가, 제 2 층에 제 3 열전도체(530)가, 제 3 층에 제 2 열전도체(520)가 각각 사용되고 있다. 또, 제 1 열전도체(510)에 공극(511) 및 공극(512)이 형성되어 있음과 함께, 제 3 열전도체(530)에 공극(531)이 형성되어 있다. 제 2 열전도체(520)에는 공극은 형성되어 있지 않다.

제 1 열전도체(510), 제 2 열전도체(520) 및 제 3 열전도체(530)는 각각 동종 또는 이종의 열전도체, 예를 들어 금속이다.

열회로기판(Tg)에 있어서, 제 3 열전도체(530)와, 제 1 열전도체(510) 및 제 2 열전도체(520)는, 상기 실시의 형태 1의 경우와 마찬가지로 화학 결합되어 있다. 이 화학 결합은, 금속 결합 또는 반데르발스 결합이다.

도 20에 나타내는 열회로기판(Tg)은, 예를 들어 열회로기판(Ta)에서 설명한 (1)∼(5)의 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 제작할 수 있다.

상기 (1)의 공정에 상당하는 공정에 있어서는, 제 1 층에 대응하는 제 1 열전도체(510) 및 제 2 층에 대응하는 제 3 열전도체(530)에 대해, 화학 에칭, 플라즈마 에칭, 기계 가공, 프레스 천공, 레이저 트리밍, 마이크로 샌드블라스트법 등 에 의해 공극을 형성한다.

이 경우, 제 1 열전도체(510)에 대해서는, 소정 거리 이간된 2개의 공극(511, 512)을 형성하도록 한다. 한편, 제 3 열전도체(530)에 대해서는, 도 20(a)에 나타내는 바와 같이, 상기 2개의 공극(511, 512)에 대응하여 마련되고, 단면이 45도로 경사되는 면(경사면 531A, 531B)을 가지며, 이들 면(531A)과 면(531B) 사이에 공극을 형성하도록 한다.

그리고, 제작된 열회로기판(Tg)에 있어서는, 공극(공간; 511), 공극(공간; 531) 및 공극(공간; 512)에서 광 등의 전자파의 도파로(600)가 형성된 것이 된다. 이 도파로(600)의 도중은 굴곡된 구성으로 되어 있어도 된다.

이것에 의해, 공극(511)의 입사구(511a)에 대해 수직으로 입사하는 광 등의 전자파(610)는, 도파로(600)에서 전파된다. 즉, 면(531A) 및 면(531B)에 의해 반사되어 공극(512)의 출사구(512a)로부터 상방향(수직)으로 출사되게 된다. 이러한 점에서, 제 3 열전도체(530)는 반사율이 높은 예를 들어 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 광 등 전자파를 45도의 경사로 제 3 열전도체(금속)로 반사시켜, 효율적으로 전파시킬 수 있다.

이와 같이, 공극(531)을 가지는 제 3 열전도체(530)에서의 공극(531)은, 전자파의 굴절 및 반사하는 수단(도파로)으로서 이용된다. 바꿔 말하면, 공극, 즉 도파로(600)를 가지는 입체구조기판을 전자파를 굴절 및 반사시키는 수단으로서 이용할 수 있다.

다음에, 다른 구성에 관련된 열회로기판(Th)에 대해 설명한다.

도 21은 열회로기판(Th)의 이용 형태를 설명하는 도이다. 도 21에 있어서, (a)는 열회로기판(Th)의 측면도를 나타내고, (b)는 열회로기판(Th)의 상면도를 나타내고 있다.

도 21에 나타내는 열회로기판(Th)은, 도 20에 나타낸 열회로기판(Tg)의 구성에 있어서, 도파로(600)를 대체하여 광섬유(700)를 채용한 구성으로 되어 있다. 도 21에 있어서, 도 20에 나타낸 구성요소와 동일한 기능을 하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

광섬유(700)는, 공극(511), 공극(531) 및 공극(512)으로 형성되는 공극(공간)에, 파이버 등의 수지를 충전하여 형성되어 있다.

이것에 의해, 공극(511)의 입사구(511a)에 대해 수직으로 입사하는 광 등의 전자파(610)는, 광섬유(700)에서 전파되어 공극(512)의 출사구(512a)로부터 상방향(수직)으로 출사되게 된다.

이와 같이, 공극(531)을 가지는 제 3 열전도체(530)에서의 공극(531)은, 전기회로의 요소(광섬유)로서 이용된다. 바꿔 말하면, 공극, 즉 광섬유(700)를 가지는 입체 구조 기판을, 광섬유를 포함하는 전기회로로서 이용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 열회로기판(Ta∼Th)에 의하면, 다음의 (1)∼(8)의 작용 효과를 얻을 수 있다.

(1)폴리이미드 접착제를 포함하는 접착제를 사용하는 일 없이, 제 1 열전도체와 제 2 열전도체 사이에 개재되며, 공극을 가지는 제 3 열전도체 또는 절연체와, 상기 제 1 열전도체 및 상기 제 2 열전도체가 화학 결합되게 되어 있으므로, 공극이나 홈을 용이하게 또한 높은 정밀도(예를 들어 공극 깊이±2㎛의 오차 범위 내로 억제)로, 게다가 그 공극에 관해서는, 원형, 사각형, 타원형 및 이들의 조합 등 임의의 형상의 것을 높은 정밀도로 제작할 수 있으며, 게다가 복잡한 계단 형상의 공극도 높은 정밀도로 제작할 수 있었다.

(2)상기 서술한 바와 같이, 폴리이미드 접착제를 포함하는 접착제를 사용하는 일 없이, 공극을 가지는 제 3 열전도체 또는 절연체와, 제 1 열전도체 및 제 2 열전도체가 화학 결합되게 되어 있으므로, 폴리이미드 접착제를 사용한 것에 기인하는 보이드를 방지할 수 있다. 게다가, 폴리이미드 접착제를 사용할 필요가 없기 때문에, 폴리이미드 접착법일 때 필요한 밀착 강도를 만족시키기 위한 300℃ 이상의 가온이 필요없어지고, 이로 인해, 종래 기술에 있어서 발생하고 있던 전기 전도체 자체 혹은 열전도체 자체의 산화 등의 열화, 열전도체의 열팽창에 의한 치수 정밀도의 열화 등을 억제할 수 있다.

(3)상기 서술한 바와 같이, 폴리이미드 접착제를 포함하는 접착제를 사용하는 일 없이, 공극을 가지는 제 3 열전도체 또는 절연체와, 제 1 열전도체 및 제 2 열전도체가 화학 결합되게 되어 있으므로, 접착제를 이용한 경우에 발생하고 있던, 충분한 박리 강도를 얻을 수 없는 것에 기인하는 유로로서의 홈에 충전되는 냉매의 누설이나 접착제의 액중(냉매가 액체인 경우)으로의 용출을 방지할 수 있다.

이것에 의해 공극은 밀폐성이 확보되므로, 그 공극에 고압력 상태의 유체를 충전할 수 있다.

(4)상기 서술한 바와 같이, 폴리이미드 접착제를 포함하는 접착제를 사용하 는 일 없이, 공극을 가지는 제 3 열전도체 또는 절연체와, 제 1 열전도체 및 제 2 열전도체가 화학 결합되게 되어 있으므로, 접착제의 내온도특성(예를 들어 0℃∼120℃ 정도의 좁은 온도 범위)에 의존하는 일 없이 0℃보다 낮은 초저온 혹은 120℃를 넘는 고온의 유체를 공극에 유통시킬 수 있다.

(5)상기 서술한 바와 같이, 폴리이미드 접착제를 포함하는 접착제를 사용하는 일 없이, 공극을 가지는 제 3 열전도체 또는 절연체와, 제 1 열전도체 및 제 2 열전도체가 화학 결합되게 되어 있으므로, 종래 기술과 같이 열회로기판의 장기 사용에 수반되어 접착제나 폴리이미드(폴리이미드 접착제)가 냉매 중에 용출된다는 문제가 발생하는 일은 없고, 이것에 의해 본 발명의 구조체를 적용한 입체 구조 기판을, 예를 들어 바이오센서, 케미컬센서 등 높은 정밀도의 센서(고감도의 화학 센서)류에 사용할 수 있다.

(6)상기 서술한 바와 같이, 폴리이미드 접착제를 포함하는 접착제를 사용하는 일 없이, 공극을 가지는 제 3 열전도체 또는 절연체와, 제 1 열전도체 및 제 2 열전도체가 화학 결합되게 되어 있으므로, 제 1 열전도체 혹은 제 2 열전도체로서 세라믹이나 카본 등의 난절삭재료를 이용한 경우에도, 제 3 열전도체 또는 절연체와, 제 1 열전도체 및 제 2 열전도체를 접합할 수 있다.

(7)상기 서술한 바와 같이, 폴리이미드 접착제를 포함하는 접착제를 사용하는 일 없이, 공극을 가지는 제 3 열전도체 또는 절연체와, 제 1 열전도체 및 제 2 열전도체가 화학 결합되게 되어 있으므로, 스루홀을 이용하지 않는 다층화에 의한 회로의 집적밀도를 향상시킬 수 있다.

(8)상기 서술한 바와 같이, 폴리이미드 접착제를 포함하는 접착제를 사용하는 일 없이, 공극을 가지는 제 3 열전도체와, 제 1 열전도체 및 제 2 열전도체가 화학 결합되게 되어 있으므로, 임의의 형상인 것을 높은 정밀도로 제작 가능한 공극(공간)을 갖는 제 3 열전도체에 대해서는, 그 공극(공간)을 전자파의 도파로(전자파를 굴절 및 반사시키는 수단)로서 이용할 수 있으며, 또한 그 공극을 이 공극에 파이버 등의 수지를 충전하여 광섬유(전기회로의 효소)로서 이용할 수 있다.

상기 서술한 (1) 및 (2)로부터, 안정된 집열, 방열 특성을 얻을 수 있는 유로(공극) 및 그 치수 정밀도가 우수한 유로를 형성할 수 있다. 또, 상기 서술한 (3) 및 (4)로부터, 유로를 흐르는 기체, 액체 등 유체에 대해, 광범위한 환경 적응 특성(예를 들어 고압, 고온, 초저온 등)을 갖게 할 수 있다. 그리고 상기 서술한 (5)로부터, 용출 등이 없는 장기 안정성이 우수한 유로(공극)를 형성할 수 있다.

다음에, 도 22, 도 23을 참조하여, 본 발명에 관련된 열교환 모듈을 응용한 정수기의 구성예에 대해 설명한다.

여기에서, 도 22는, 액체냉각식 열교환 모듈(M4)을 적용한 정수기(100)의 구성을 나타내는 개략 구성도, 도 23은 공랭식 열교환 모듈(M5)을 적용한 정수기(400)의 구성을 나타내는 개략 구성도이다.

먼저, 도 22에 있어서, 정수기(100)는, 냉수 저장탱크(예를 들어 3.2리터 저장; 101)를 구비하며, 도시하지 않는 급수구를 통하여 정수된 물이 저장된다. 정수 방식은 특별히 제한되지 않고 소정의 정수 필터 등을 통하여 행해진다. 또, 냉수 저장탱크(101)로부터의 물을 이용할 때 다시 정수하도록 해도 된다.

냉수 저장탱크(100) 는, 승강 수단(예를 들어, 리니어 모터 등; 103)을 구비한 취수구(102), 탱크 하방에 설치되는 물 취출용 밸브(104)를 구비하고 있다.

도시는 생략하지만, 냉수 저장탱크(101) 내에는 복수의 온도 센서가 형성되어, 탱크 내의 수온을 측정할 수 있게 되어 있다.

취수구(102)는 가용성 호스(105)를 구비하며, 펌프(106)에 접속되어 있다. 펌프(106)는, 배관(107)을 통하여 액체냉각식 열교환 모듈(M4)의 열회로기판(T1)의 일단에 접속되고, 취수구(102)로부터 도입한 물이 유체(1)로서 압송되게 되어 있다. 열회로기판(T1)의 타단에는 냉수 저장탱크(101)로 돌아가는 배관(108)이 접속되고, 열회로기판(T1)으로 열교환(본 실시예에서는 냉각)된 물이 냉수 저장탱크(101)에 저장되게 되어 있다.

본 실시예에 있어서는, 열회로기판(T1∼T3)으로서 60㎜×65㎜의 크기이고, 유로(공극)의 깊이가 0.2㎜인 것을 채용하고 있다.

또, 정수기(100)는, 핫사이드 냉각용 탱크(109)를 구비하며, 냉각수가 저장되게 되어 있다. 그 냉각수는, 배관(100)을 통하여 접속되는 펌프(111)에 의해 퍼올려지고, 배관(112)을 통하여 열교환 모듈(M4)의 열회로기판(T2, T3)의 일단에 유체(2, 3)로서 압송되게 되어 있다. 열회로기판(T2, T3)의 타단에는 배관(113a, 113b)이 접속되고 히트 싱크(114)에서 냉각수를 방열한 후, 배관(115)을 통하여 핫사이드 냉각용 탱크(109)에 되돌아가게 되어 있다.

열교환 모듈(M4)의 펠티에 소자(P1A, P1B)에는 스위치 전원(SW1)이, 펠티에 소자(P2A, P2B)에는 스위치 전원(SW2)이 각각 접속되어 있다.

정수기(100)는, 추가로 제어장치로서 마이크로컴퓨터(300)를 구비하며, 이 마이크로컴퓨터(300)는 펌프(106, 111), 취수구의 승강 수단(103), 스위치 전원(SW1, SW2)에 접속되어 각 장치를 제어하게 되어 있다.

구체적으로는, 원하는 냉수의 온도에 따라 스위치 전원(SW1, SW2)을 소정의 타이밍으로 온·오프시킴과 함께, 펌프(106, 111)의 회전수를 적당히 조정한다. 또, 냉수 저장탱크(101)에 저장되는 물의 온도에 따라 취수구의 승강 수단(103)을 구동시켜, 펠티에 소자의 콜드사이드(펠티에 소자(P1A, P1B)와 열회로기판(T1)의 접촉측)와, 펠티에 소자의 핫사이드(펠티에 소자(P2A)와 열회로기판(T2)의 접촉면, 펠티에 소자(P2B)와 열회로기판(T3)의 접촉측)의 온도차가 예를 들어 15∼20℃로 유지되도록 제어한다.

여기에서, 본 실시예에 관련된 정수기(100)에 의한 냉각 실험의 결과에 대해 서술한다.

냉수 저장탱크(101)에 상온(25℃)의 물을 3.2리터 저장한 상태로, 마이크로컴퓨터(300)의 제어에 의해 각 장치를 구동시켰더니, 32분에 냉수 저장탱크(101) 내의 물을 3℃까지 냉각할 수 있었다.

또, 열교환 모듈(M4)의 근방에서 측정한 결과, 콜드사이드의 열회로기판(T1)의 출구측에서는 전원 투입후 수 초만에 4℃ 이하의 냉수를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

상기 실험에 있어서는, 냉각 개시시에 펠티에 소자(P1A, P1B)에 합계 7.5A, 펠티에 소자(P2A, P2B)에 합계 16A의 전류를 통전하여 급속 냉각하였다. 이 때의 전력은 292.5W이며, 냉각 능력은 526W에 이르렀다.

그 후, 냉수 저장탱크(101) 내의 물이 냉각됨에 따라, 취수구의 승강 수단(103)을 구동시키고 취수구(102)를 상승시켜, 펠티에 소자의 콜드사이드(펠티에 소자(P1A, P1B)와 열회로기판(T1)의 접촉측)와, 펠티에 소자의 핫사이드(펠티에 소자(P2A)와 열회로기판(T2)의 접촉면, P2B와 열회로기판(T3)의 접촉측)의 온도차를 15∼20℃로 유지하면서, 스위치 전원(SW1, SW2)을 제어하여 펠티에 소자(P1A, P1B, P2A, P2B)로의 전류량을 변화시키고, 또 펌프(111)의 회전수를 제어하여 핫사이드의 열회로기판(T2, T3)으로의 냉각수의 유량을 컨트롤하여 냉각수 온도가 60℃ 이하가 되도록 제어하였다.

게다가 냉수 저장탱크(101) 내에서 5℃ 이하의 영역이 일정량을 넘고부터는, 펌프(106)의 회전수를 제어하여 콜드사이드의 열회로기판(T1)으로의 물의 유량을 점차 증가시켜 탱크 내의 전체량이 3℃ 이하가 될 때까지 실험을 계속하였다. 이 때의 콜드사이드의 열회로기판(T1)으로의 물의 유량은 120∼230cc/min, 핫사이드의 열회로기판(T2, T3)으로의 냉각수의 유량은 약 400cc/min였다.

여기에서, 본 실시예에 대한 비교예로서, 열교환 모듈(M4) 대신에 일반적인 펠티에 소자용 수냉 재킷을 사용하여 동일한 냉각 실험을 실시한 결과에 대해 서술한다.

이 비교 실험에서 이용한 수냉 재킷의 유로의 깊이는 약 4㎜였다.

냉수 저장탱크(101)의 취수구(102)의 위치는 최상부에 고정하고, 다른 조건은 상기 실시예와 동일하게 하였다. 또, 각 파라미터는 동적으로는 변화시키지 않 고 종래부터 일반적으로 행해지고 있는 방법, 즉 최저 도달 온도가 3℃ 이하를 확보한 범위에서 펠티에 소자의 콜드사이드의 유량이 최대가 되도록 조정했지만, 동일 전류치라도 펠티에 소자는 자신의 온도에 따라 흡열량이 변화하기 때문에, 유량과 전류치는 적당히 조정하였다.

비교 실험은 총 5회 행하였는데, 그 결과, 수냉 재킷을 사용한 경우에는, 냉수 저장탱크(101) 내의 3.2리터의 상온(25℃)의 물 전량을 3℃로 냉각하는데 평균 90분 이상을 필요로 하였다.

이 결과로부터, 일반적인 수냉 재킷을 사용한 경우에 비해, 본 실시예에 관련된 정수기는 약 3배에 가까운 속도로 3℃의 물(3.2리터)을 얻을 수 있는 냉각 성능을 가지는 것을 알 수 있다.

본 실시예에서는, 액체냉각식 열교환 모듈로서 도 1의 (d)에 나타내는 열교환 모듈(M4)을 이용하는 경우에 대해 서술했지만 이것에 한정되는 것은 아니며, 용도나 비용에 따라 다른 열교환 모듈(M1∼M3)을 채용할 수도 있다.

또, 상기 서술한 바와 같이 펠티에 소자의 특성으로서 전류의 방향을 바꾸는 것만으로 콜드사이드와 핫사이드를 바꿀 수 있으므로, 마이크로컴퓨터(300)의 제어에 의해 스위치 전원(SW1, SW2)으로부터의 전류 방향을 바꿈으로써, 저장탱크(101)에 가열된 물(온수)을 저장하는 것도 가능하다. 그 때에는, 핫사이드 냉각용 탱크(109) 내의 냉각수는 필요없다고도 할 수 있지만, 반대로 열회로기판(T2, T3)을 통하여 생성되는 냉각된 물을 회수하여 이용하게도 할 수 있다.

또, 각 펠티에 소자(P1A, P1B, P2A, P2B)를 최대 전류점의 10∼30%의 범위에 서 동작하게 제어하도록 한 경우에는, COP(흡열량/투입 전력)를 3.0∼1.5라고 하는 고효율에서의 동작을 가능하게 할 수 있다.

다음에, 도 23을 참조하여 공랭식 열교환 모듈(M5)을 적용한 정수기(400)의 구성에 대해 설명한다. 도 22의 정수기(100)와 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명은 생략한다.

본 실시예에 관련된 정수기(400)에서는, 액체냉각식 열교환 모듈(M4) 대신에, 도 2에 나타내는 공랭식 열교환 모듈(M5)에 공랭 팬(301)을 부가한 것이 채용되어 있다.

마이크로컴퓨터(300)는, 취수구의 승강 수단(예를 들어, 리니어 모터 등 103), 펌프(106), 스위치 전원(SW1, SW2) 및 공랭 팬(301)에 접속되며, 각 장치를 제어하게 되어 있다.

본 실시예에 관련된 정수기(400)에 의한 냉각 실험을 하였더니, 상온(25℃)의 3.2리터의 물을 3℃까지 낮추는데 46분 걸렸다.

액체냉각식 열교환 모듈(M4)을 이용한 정수기(100)에 비해 냉각 속도는 뒤떨어지지만, 핫사이드 냉각용 탱크(109)나 펌프(111)가 불필요해지고 비용이 적게 드는 점이나, 소형화를 도모하기 쉽다는 등의 메리트도 있다.

히트 싱크(200)에 부설되어 있는 공랭 팬(301)은 필수는 아니며, 용도 등에 따라 공랭 팬(301)을 생략하도록 해도 된다.

또, 마이크로컴퓨터(300)의 제어에 의해 스위치 전원(SW1, SW2)으로부터의 전류 방향을 바꿈으로써, 저장탱크(101)에 가열된 물(온수)을 저장하는 것도 가능 한 점은 정수기(100)와 동일하다.

이와 같이, 본 실시예에 관련된 정수기(100, 400)에 의하면, 종래에 비해 단시간에 냉각 혹은 가열한 물을 효율적으로 얻을 수 있다는 효과가 있다.

특히, 본 발명에 관련된 열교환 모듈(M1∼M5)에 적용되는 열회로기판(T1∼T3 (Ta∼Th))이 구비하는 우수한 특성으로부터, 장기간에 걸친 사용에 의해서도 접착제나 용제가 녹아나올 걱정은 전무하며, 안전성이 높은 음료수를 제공하는 정수기로서 매우 우수하다고 할 수 있다. 또, 열회로기판(T1∼T3)을 스테인리스나 고열전도성 세라믹 등으로 구성하는 경우에는, 장기간의 사용에 의해서도 녹슬지 않아, 청정한 음료수를 안정적으로 공급할 수 있다.

또, 정수기(100, 400)의 주된 용도는 음료수 제공이라고 할 수 있지만, 반드시 이것에 한정되지 않고, 냉수 혹은 온수를 필요로 하는 용도이면 그 전용은 용이하다. 예를 들어 반도체 디바이스의 테스트 장치 등에 냉수나 온수를 공급하는 칠러로서 응용하는 것도 가능하다.

또, 저장탱크(101)에 저장해 두는 물은 상기 실시예에 나타내는 바와 같이 미리 소정의 필터 등으로 정수해도 되고, 혹은 그 물을 사용하기 직전에 정수하도록 해도 된다.

다음에, 도 24와 도 15를 참조하여 다른 실시예에 관련된 정수기(500)에 대해 설명한다.

여기에서, 도 24는 정수기(500)의 외관을 나타내는 정면도, 도 25는 서브탱크의 구성을 나타내는 평면도이다.

본 실시예에 관련된 정수기(500)는, 도 24에 나타내는 바와 같이, 상방에 메인탱크(501a, 501b)와 서브 탱크(502a, 502b)를 구비하며, 그 하방측에 냉각·가열 시스템(S)이 형성되는 구성으로 되어 있다.

메인탱크(501a, 501b)에는 상온(예를 들어 24℃)의 물이 예를 들어 4리터 저장되어 있다. 물 도입부(550, 551)를 통해 물을 보급할 수 있게 되어 있다.

메인탱크(501a, 501b)에 저장되어 있는 물은, 튜브(503, 504)를 통하여 하방의 서브탱크(502a, 502b)에 유도되고 있다.

서브탱크(502a, 502b)는, 냉각·가열 시스템(S)으로 냉각된 냉수 혹은 가열된 온수를 저장(예를 들어 2리터)하는 것이다.

서브탱크(502a, 502b)는, 도 25에 나타내는 바와 같이 안깊이 방향으로 복수의 구획판(구획부재; 900)가, 측벽과의 사이에 소정의 공극(904)을 형성하여 세워 설치되어 있다.

또, 서브탱크(502a, 502b)의 일단측에는 가열 시스템(S)으로 냉각된 냉수 혹은 가열된 온수를 도입하는 도입부(901)와, 그 근방에 있으며 서브탱크(502a, 502b) 내의 물을 취출하는 취출부(902)가 형성되어 있다.

또, 서브탱크(502a, 502b)의 타단측에도 서브탱크(502a, 502b) 내의 물을 취출하는 취출부(903)가 형성되어 있다.

또, 도시는 생략했지만, 취출부(902)에서 취출되는 물(A)과, 취출부(903)에서 취출되는 물(B)을 혼합시키는 혼합부(혼합 수단)가 형성되고, 이 혼합부에서 혼합된 물이 냉각·가열 시스템(S)에 환류되게 되어 있다.

그리고, 도입부(901)로부터 도입된 냉수 또는 온수는, 상기 구획판(900)의 존재에 의해, 화살표 D로 나타내는 바와 같이 공극(904)을 통해서만 대류되(즉, 사행되)므로, 취출부(902)측의 물과 취출부(903)측의 물이 서로 섞이는 것이 억제된다.

이것에 의해, 예를 들어 도입부(901)로부터 냉각된 물(C)이 유입하는 경우에, 취출부(902)측에서 취출되는 물(A)의 온도는 예를 들어 4℃, 취출부(903)측에서 취출되는 물(A)의 온도는 예를 들어 24℃로 할 수 있다. 이 경우에 상기 혼합부에서 물(A)과 물(B)이 혼합된 결과, 예를 들어 10∼14℃의 물을 냉각·가열 시스템(S)에 환류시킬 수 있으며, 냉각·가열 시스템(S)에 과도한 부하를 발생시키지 않고 효율적으로 냉수를 생성할 수 있다.

도입부(901)로부터 온수를 도입하는 경우에는, 냉각·가열 시스템(S)에 과도한 부하를 발생시키지 않고 효율적으로 온수를 생성할 수 있다.

다음에, 냉각·가열 시스템(S)에 대해 설명한다.

냉각 가열 시스템(S)에는, 앞서 설명한 공랭식 열교환 모듈(M5)이 이용되고, 그 상하에 라디에이터(800a, 800b)가 형성되어 있다.

이 라디에이터(800a, 800b)는, 예를 들어 0.8∼1㎜ 정도의 매우 좁은 간격으로 방열 핀(801)이 다수에 걸쳐 세워 설치되어 있다.

각 방열 핀(801) 사이에는, 0.8∼1㎜ 정도 두께의 스페이서(802)가 개재되어 간격을 유지하고 있다. 또, 각 스페이서(802)는 볼트(803)에 의해 고정되어 있다.

각 방열 핀(801)의 상하단은, 대좌(804, 805)에 납땜에 의해 고정되어 있다.

상기 스페이서(802) 및 볼트(803)는, 라디에이터(800a, 800b)의 제조 공정에서는 필수이지만, 상기 서술한 바와 같이 대좌(804, 805)에 각 방열 핀(801)의 상하단이 납땜된 후에는, 스페이서(802) 및 볼트(803)를 풀어도 된다.

또, 특별히 한정되지는 않지만, 대좌(804, 805)에 미리 에칭 등의 방법에 의해 각 방열 핀(801)의 상하단을 삽입통과 가능한 홈을 형성하는 경우에는, 제조 공정에 있어서, 그 홈을 따라 각 방열 핀(801)을 삽입통과시켜 위치 결정할 수 있어 작업성을 향상시킬 수 있다.

각 방열 핀(801)의 간격은, 상기 스페이서(802)의 두께 혹은 대좌(804, 805)에 형성되는 홈 간격의 조정에 의해 임의의 간격으로 할 수 있다.

또, 방열 핀(801) 및 대좌(804, 805)의 재질은, 구리 혹은 알루미늄 등을 사용할 수 있다.

또, 도 24에 있어서 부호 F1∼F4로 나타내는 것은 필터 부재이다.

이 필터 부재(F1∼F4)에는 활성탄 등이 봉입(후처리 활성탄 필터라고 불린다)되고, 냉각·가열 시스템(S)으로 가열된 냉수 혹은 온수가 튜브를 통하여 유통되며 불순물 등의 제거 혹은 미네랄 등의 미량 원소가 첨가된다.

또, 냉각·가열 시스템(S)의 제어에 의해, 메인 탱크(501a, 501b), 서브 탱크(502a, 502b) 및 필터 부재(F1∼F4)의 내부를 가열 살균하는 것이 가능하다.

구체적으로는, 냉각·가열 시스템(S)에 의해 95∼100℃의 열수를 생성하고, 그 열수를 메인 탱크(501a, 501b), 서브 탱크(502a, 502b) 및 필터 부재(F1∼F4)에 약 5분 정도에 걸쳐 저장 혹은 유통시킴으로써, 메인 탱크(501a, 501b), 서브 탱 크(502a, 502b) 및 필터 부재(F1∼F4)의 내부에 번식하는 잡균을 사멸시킬 수 있다.

또, 기존의 제어 기술을 적용하여 소정 시간마다 혹은 야간 등의 소정 시간대에 상기 서술한 가열살균을 자동적으로 행하는 것도 가능하여, 항상 청정한 음료수를 제공하는데 이바지할 수 있다.

또 특히, 본 실시예에 의하면, 별도 가열 장치를 부가할 필요가 없고, 냉각·가열 시스템(S)의 제어의 방법으로 대응할 수 있으므로, 비용이 커지는 일 없이 가열살균을 실현할 수 있다는 큰 메리트가 있다.

본 발명은, 전자 디바이스, 광 디바이스 혹은 바이오 디바이스, 연료 전지 전극, 또는 이들이 실장된 실장 기판 등의 온도, 습도 혹은 액체, 기체 농도 등 환경 관리를 적절히 설정하거나 하기 위해 적용 가능한 열교환 모듈을 제공할 수 있다. 또, 단시간에 냉수 혹은 온수를 얻을 수 있으며, 또한 가열살균을 용이하게 행할 수 있는 정수기를 제공할 수 있다.

Claims (21)

1. 냉매 혹은 열매를 유통시키는 공극을 구비한 복수 장의 열회로기판과,

   상기 복수 장의 열회로기판에 의해 적층 형상으로 협지되며 상기 냉매의 냉각 혹은 상기 열매의 가열을 행하는 1 또는 2 이상의 전자 열교환소자를 구비하고,

   상기 열회로기판은,

   제 1 열전도체와,

   제 2 열전도체와,

   상기 제 1 열전도체와 상기 제 2 열전도체 사이에 개재되며 공극을 가지는 제 3 열전도체,

   를 가지고,

   상기 제 3 열전도체와 상기 제 1 열전도체 및 상기 제 2 열전도체는 화학 결합되어 있는 것

   을 특징으로 하는 열교환 모듈.
2. 냉매 혹은 열매를 유통시키는 공극을 구비한 열회로기판과,

   상기 열회로기판을 협지하며 상기 냉매의 냉각 혹은 상기 열매의 가열을 행하는 1 또는 2 이상의 전자 열교환소자와,

   적층 방향 양단에 위치하는 상기 전자 열교환소자의 표면에 형성된 공랭식 히트싱크를 구비하고,

   상기 열회로기판은,

   제 1 열전도체와,

   제 2 열전도체와,

   상기 제 1 열전도체와 상기 제 2 열전도체 사이에 개재되며 공극을 가지는 제 3 열전도체,

   를 가지고,

   상기 제 3 열전도체와 상기 제 1 열전도체 및 상기 제 2 열전도체는 화학 결합되어 있는

   것을 특징으로 하는 열교환 모듈.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 화학 결합은 금속 결합 또는 반데르발스 결합인 것을 특징으로 하는 열교환 모듈.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 3 열전도체와 상기 제 1 열전도체 및 상기 제 2 열전도체는 절연체 박막을 사이에 두고 결합되어 있는

   것을 특징으로 하는 열교환 모듈.
5. 냉매 혹은 열매를 유통시키는 공극을 구비한 복수 장의 열회로기판과,

   상기 복수 장의 열회로기판에 의해 적층 형상으로 협지되며 상기 냉매의 냉각 혹은 상기 열매의 가열을 행하는 1 또는 2 이상의 전자 열교환소자를 구비하고,

   상기 열회로기판은,

   제 1 열전도체와,

   제 2 열전도체와,

   상기 제 1 열전도체와 상기 제 2 열전도체 사이에 개재되며 공극을 가지는 절연체층,

   을 가지며,

   상기 절연체층과 상기 제 1 열전도체 및 상기 제 2 열전도체는 화학 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환 모듈.
6. 냉매 혹은 열매를 유통시키는 공극을 구비한 열회로기판과,

   상기 열회로기판을 협지하며 상기 냉매의 냉각 혹은 상기 열매의 가열을 행하는 1 또는 2 이상의 전자 열교환소자와,

   적층 방향 양단에 위치하는 상기 전자 열교환소자의 표면에 형성된 공랭식 히트싱크를 구비하고,

   상기 열회로기판은,

   제 1 열전도체와,

   제 2 열전도체와,

   상기 제 1 열전도체와 상기 제 2 열전도체 사이에 개재되며, 공극을 가지는 절연체층,

   을 가지고,

   상기 절연체층과 상기 제 1 열전도체 및 상기 제 2 열전도체는 화학 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환 모듈.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 화학 결합은 수소 결합, 이온 결합 또는 반데르발스 결합인 것을 특징으로 하는 열교환 모듈.
8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 절연체층과 상기 제 1 열전도체 및 상기 제 2 열전도체는 절연체 박막을 사이에 두고 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환 모듈.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 냉매 또는 상기 열매는, 물, 불소계 불활성 액체 또는 알코올인 것을 특징으로 하는 열교환 모듈.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    제 1 열전도체, 제 2 열전도체, 제 3 열전도체는, 구리, 스테인리스, 티탄, 백금 또는 금속 화합물 혹은 고열전도성 세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환 모듈.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전자 열교환소자는 펠티에 소자인 것을 특징으로 하는 열교환 모듈.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 펠티에 소자를 최대 전류점의 10∼30% 의 범위에서 동작하도록 제어하는 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 열교환 모듈.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 열교환 모듈과,

    상기 열회로기판이 가지는 상기 공극에 유통되어 상기 전자 열교환소자에 의해 냉각 또는 가열된 냉매 혹은 열매로서의 물이 저장되는 저장탱크,

    를 구비하는 것을 특징으로 하는 정수기.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 저장탱크는,

    탱크 내에 있어서 승강 가능한 승강 수단을 구비한 취수구와,

    그 취수구에 접속되는 급수관을 통하여 상기 열회로기판에 대해 탱크 내의 물을 공급하는 펌프와,

    상기 열회로기판의 공극을 거쳐 냉각 또는 가열된 물을 탱크 내에 환류시키 는 환류 배관,

    을 구비하는 것을 특징으로 하는 정수기.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 취수구의 승강 수단은, 미리 설정된 냉각 조건 또는 가열 조건에 기초하여 취수 위치를 점차 조정하는 취수위치 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 정수기.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 저장 탱크는,

    소정의 거리를 두고 이간시켜 형성되는 제 1 취수 수단과 제 2 취수 수단과,

    상기 제 1 취수 수단과 상기 제 2 취수 수단으로부터 취수된 물을 혼합시키는 혼합수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 정수기.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 혼합 수단에 의해 혼합된 물을 상기 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 열교환 모듈에 대해 환류시키는 환류 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 정수기.
18. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 저장탱크는,

    상기 열회로기판의 공극을 거쳐 냉각 또는 가열된 물과, 저장되어 있는 물의 혼합을 억제하는 구획 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 정수기.
19. 제 13 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 저장탱크는,

    상기 열회로기판의 공극을 거쳐 냉각 또는 가열된 물을 통과시키는 필터 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 정수기.
20. 제 13 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 열교환 모듈을 제어하는 제어 수단을 추가로 구비하고,

    그 제어 수단의 제어에 의해 상기 열회로기판의 공극을 거쳐 가열된 물을 95∼100℃ 까지 가열하고,
21. 제 13 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 냉매 또는 상기 열매로는, 상기 필터 부재를 통과한 배수를 이용하는 것을 특징으로 하는 정수기.

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