KR20090036371A - 열 스위치 - Google Patents

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KR20090036371A
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광주과학기술원
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Abstract

본 발명은 열 스위치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 유체 저장 채널에 저장 또는 유체 저장 채널로 공급된 열전달 유체를 미세하게 다른 지름을 갖는 다수개의 홀로 공급하여 홀의 상부로 노출된 열전달 유체의 기둥이 열전달 대상인 패널에 면접촉을 하도록 함으로써, 원하는 위치에 대해서만 열적 연결을 가능하도록 제어하고 열전달 효율을 증가시킬 뿐만 아니라, 열전달 유체를 이용한 열적 연결의 개폐를 용이하게 제어할 수 있도록 하는 열 스위치에 관한 것이다.
열 스위치, 열전달, 열전달 유체, 홀, 유체 기둥

Description

열 스위치{Thermal Switch}
본 발명은 열 스위치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 유체 저장 채널에 저장 또는 유체 저장 채널로 공급된 열전달 유체를 미세하게 다른 지름을 갖는 다수개의 홀로 공급하여 홀의 상부로 노출된 열전달 유체의 기둥이 열전달 대상인 패널에 면접촉을 하도록 함으로써, 원하는 위치에 대해서만 열적 연결을 가능하도록 제어하고 열전달 효율을 증가시킬 뿐만 아니라, 열전달 유체를 이용한 열적 연결의 개폐를 용이하게 제어할 수 있도록 하는 열 스위치에 관한 것이다.
열 스위치는 고온부와 저온부 사이에서 온도 제어를 목적으로 사용되는 것으로서, 사용 조건에 따라 고온부와 저온부를 연결 또는 연결 해제하여 고온부의 열이 저온부로 전달되는 것을 제어하는 기능을 한다.
종래의 열 스위치로서 미국 특허공개공보 제2006/0066434호(2006. 3. 30. 공개)에는 유체 방울을 이용하여 고온부와 저온부의 열 전달을 제어하도록 하는 기술이 개시되어 있다.
도 1은 종래 열 스위치의 일례를 도시한 것으로서, 도 1의 (a)는 OFF된 상태를 나타내고 도 1의 (b)는 ON된 상태를 나타낸다.
종래 열 스위치(10)는 제 1 전도판(12) 및 제 2 전도판(16)과, 이들의 간격을 유지하는 스페이서(14)를 포함한다. 제 1 전도판(12)에는 컨택트 패드(18)가 구비되고 컨택트 패드(18)의 상부에는 유체 방울(20)이 구비된다. 유체 방울(20)과 컨택트 패드(18)와의 표면 장력에 의해 유체 방울(20)은 컨택트 패드(18)에 접하게 된다.
여기서 제 2 전도판(16)은 유연한 재질로 이루어지도록 하여 굴곡 가능하도록 구성한다. 제 1 전도판(12)에 부착된 제 1 전극(22a)과 제 2 전도판(16)에 구비된 제 2 전극(22b)에 전원을 공급하여 제 1 전극(22a)과 제 2 전극(22b)에 상호 인력이 작용하도록 함으로써 제 2 전도판(16)의 하부면이 유체 방울(18)에 접하도록 하여 열 스위치를 ON 시킨다. 도 1의 (b)는 이러한 상태를 나타낸 것이다. 이로써 제 1 전도판(12)과 제 2 전도판(16)이 열적으로 연결되게 된다. 한편, 제 2 전도판(16)의 굴곡을 위해서는 상술한 전극(22a, 22b)의 구성과는 다른 방식으로, 제 2 전도판(16)에 압전 소자(Piezoelectric Element)를 구비하도록 하는 구성을 취할 수도 있다.
도 2는 종래 열 스위치의 또 다른 일례를 도시한 것으로서, 도 2의 (a)는 OFF된 상태를 나타내고 도 2의 (b)는 ON된 상태를 나타낸다.
도 2에 도시된 열 스위치(10)는 제 1 전도판(12)과 제 2 전도판(16)을 구비하고, 제 1 전도판(12)의 상부에 컨택트 패드(18)와 유체 방울(20)이 구비되도록 한다. 도 1에 있어서는 제 2 전도판(16)을 유연한 재료로 구성함으로서 제 2 전도판(16)이 유체 방울(20)에 접하도록 하였으나, 도 2에 있어서는 제 2 전도판(16)을 상하 이동시킴으로써 제 2 전도판(16)이 유체 방울(20)에 접하도록 하였다.
이러한 종래 열 스위치의 경우에는 제 1 전도판과 제 2 전도판을 상호 연결하여 열전도가 이루어지는 것을 ON, OFF 할 수 있는 특징이 있으나, 고정된 두 물체 사이에서는 적용할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래 열 스위치의 경우에는 특정 위치의 열전달을 제어할 수 없는 문제점이 존재하였다. 즉, 종래 열 스위치의 경우에는 전도판의 일측의 형상을 변형시키거나 전도판 자체를 이동시킴으로써 열적 연결이 가능하도록 함에 따라 열전달 제어가 용이하지 않은 단점이 존재하였다.
또한 종래 열 스위치의 경우에는 유체 방울이 전도판과 컨택트 패드에 각각 접하는 접점에 의해 열적 연결이 이루어짐으로써 열전달량이 충분하지 않은 단점이 존재하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 원하는 위치에 대해서만 열적 연결을 가능하도록 제어하고 열전달 효율을 증가시킬 뿐만 아니라, 열전달 유체를 이용한 열적 연결의 개폐를 용이하게 제어할 수 있도록 하는 열 스위치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 열 스위치는 히트 소스(heat source)와 히트 싱크(heat sink) 사이의 열 전달을 제어하는 열 스위치에 있어서, 메인 패널; 상기 메인 패널의 하부면에 구비되어 열전달 유체가 내장 또는 상기 열전달 유체가 공급되는 홈 형상의 유체 저장 채널; 및 상기 메인 패널의 상부면에 구비되고 상기 유체 저장 채널과 연통되어 상기 유체 저장 채널로부터 상기 열전달 유체를 공급받아 유체 기둥을 형성하는, 서로 다른 지름을 갖는 복수개의 홀을 포함하여 상기 홀에서의 상기 유체 기둥의 형성 유무를 조절하여 상기 히트 소스와 상기 히트 싱크 사이의 열전달을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유체 저장 채널의 일측에는 상기 유체 저장 채널에 저장된 상기 열전달 유체의 양을 조절하는 열전달 유체 조절부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 홀은 상기 열전달 유체 조절부로부터 멀어질수록 지름이 점점 작아지도록 배열되거나, 지름의 크기가 서로 다른 것들이 혼합되어 배열될 수 있다.
또한, 상기 홀의 내주면은 소수성 재료로 코팅될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 열 스위치는 히트 소스와 히트 싱크 사이의 열 전달을 제어하는 열 스위치에 있어서, 메인 패널; 상기 메인 패널의 상부면과 하부면을 관통하여 형성되며 서로 다른 지름을 갖는 복수의 홀이 어레이 형태로 배열된 홀 어레이; 및 상기 메인 패널의 하부면에 구비되며 상기 홀 어레이에 열전달 유체를 공급하여 상기 홀 어레이에 유체 기둥을 형성하도록 하는 복수의 유체 저장 채널을 포함하여 상기 홀 어레이에서의 상기 유체 기둥의 형성 유무를 조절하여 상기 히트 소스와 상기 히트 싱크 사이의 열전달을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 유체 저장 채널의 일측에는 상기 각 유체 저장 채널에 저장된 상기 열전달 유체의 양을 조절하는 열전달 유체 조절부가 개별적으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 열전달 유체 조절부는 상기 유체 저장 채널 각각에 대해 개별적으로 제어될 수 있다.
본 발명에 의하면 한 개의 유체 저장 채널에 여러 개의 유체 기둥을 형성할 수 있도록 하여, 한 개의 유체 조절 장치를 사용하여 홀을 통해 원하는 위치에 따라 유체 기둥을 순차적으로 고온부와 저온부 사이에 형성, 제거함으로써 고온부와 저온부의 열전달을 원하는 위치에 따라 제어할 수 있고, 그에 따른 고온부나 저온부의 온도 분포 조절이 가능하다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 열전달 유체의 움직임을 열전달 유체 조절부 혹은 팽창체의 작동을 통해 조절함으로써 고정된 고온부와 저온부 사이의 열전달을 용이하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 고온부와 저온부를 열적으로 분리시켜 고온부의 열용량에 따른 영향이 적어 보다 정확한 온도 제어가 가능하고, 고온부와 저온부의 열전달이 열전달 유체에 의해 이루어지므로 열전달량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 열 스위치에 대해 설명한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 스위치의 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 A-A' 단면도이고, 도 3c는 도 3b의 변형례를 도시한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 스위치의 ON된 상태의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 스위치의 OFF된 상태의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열 스위치(100)는, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 히트 소스 또는 발열체를 이루거나 이에 연결된 제1 패널(120)과, 히트 싱크 또는 냉각부를 이루거나 이에 연결된 제2 패널(122)의 사이에 구비된다. 열 스위치(100)는 제1 패널(120)과 제2 패널(122) 사이의 열적 연결을 개폐함으로써 제1 패널(120)과 제2 패널(122) 사이의 열 전달을 제어하게 된다. 즉, 제1 패널(120)은 고온부가 되고, 제2 패널(122)은 저온부가 되며, 열 스위치(100)는 고온부인 제1 패널(120)과 저온부인 제2 패널(122) 사이에서 열 전달을 제어하게 되는 것이다. 그러나, 본 발명의 실시에 있어서 제1 패널(120)을 저온부로 하고 제2 패널(122)을 고온부로 하는 것이 가능함은 물론이다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 열 스위치(100)는, 판상의 메인 패널(102)과, 메인 패널(102)의 상하면을 관통하여 형성된 복수개의 홀(104)과, 홀(104)의 하부에 구비되어 열전달 유체(112)를 저장하는 유체 저장 채널(108)과, 유체 저장 채널(108)에 열전달 유체(112)를 공급하기 위한 열전달 유체 공급관(132) 및 열전달 유체 공급관(132)을 통해 열전달 유체(112)를 공급 또는 배출시킴으로써 유체 저장 채널(108)에 저장되는 열전달 유체(112)의 양을 조절하는 열전달 유체 조절부(130)를 포함하여 형성된다.
판상의 메인 패널(102)은 열전달 계수가 낮은 재질로 이루어짐이 바람직하다. 이는 제1 패널(120)과 제2 패널(122) 사이에 메인 패널(102)이 설치된 후 메인 패널(102)을 통해 제1 패널(120)과 제2 패널(122)의 열전달이 이루어지는 것을 방지하기 위한 것이다. 메인 패널(102)은 유리, 파이렉스 글래스(Pyrex Glass), 석 영, 실리콘(Silicon), 폴리머(Polymer) 등의 재료로 이루어질 수 있으며, 메인 패널(102)을 통한 열전달을 방지하기 위해 메인 패널(102)의 상부면 또는 하부면 중 어느 하나 이상에 단열 재료를 적층시켜 구성할 수도 있다.
메인 패널(102)의 가공에 있어서는 기계적 방식에 의한 가공 방법을 사용할 수 있으며, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술 분야에 적용하기 위한 가공 방식으로 반도체 웨이퍼를 식각하여 형성하는 것도 가능하다.
전술한 바와 같이 열 스위치(100)의 메인 패널(102)은 열전달 계수가 낮은 것이 바람직하나, 열전달 유체(112)는 열전달 계수가 높은 것이 바람직하다. 이를 위해 열전달 유체(112)는 액체 금속(Liquid Metal)으로 이루어지거나 물을 포함하는 수용액일 수 있다. 액체 금속으로는 수은, 갈륨, 또는 인듐과 같은 금속이나 갈륨-인듐 합금과 같은 합금일 수 있다.
홀(104)의 내주면은 소수성 재료로 코팅되는 것이 바람직하며, 유체 저장 채널(108)의 내면은 친수성 재료로 코팅되는 것이 바람직하다. 홀(104)의 내주면은 유체가 접촉하여 유체 기둥을 형성하는 표면이므로, 열전달 유체 공급관(132)을 통해 유체가 흡수되는 경우 유체 기둥을 제거가 용이하게 이루어질 수 있도록 할 필요가 있다. 반면, 유체 저장 채널(108)의 내면은 열전달 유체(112)가 저장되는 곳이므로, 열전달 유체(112)가 잘 머무를 수 있도록 친수성 재료로 코팅되는 것이 바람직하다.
한편, 도 3c를 참조하면 메인 패널(102)의 상면 중 홀(104) 상단의 주변에는 대략 삼각형의 삼각 돌기(105)가 형성될 수도 있다. 삼각 돌기(105)가 형성된 부분 에서 홀(104)의 내주면으로는 급격한 경사를 이루며, 메인 패널(102)의 상면 방향으로는 완만한 경사를 이룬다. 이에 따라 열전달 유체(112)가 홀(104) 내부로 차오르는 경우 삼각 돌기(105)의 단부에서 열전달 유체(112)가 메인 패널(102)의 상부 방향의 면과 이루는 각도가 작음으로써 접촉각을 감소시킬 수 있다. 따라서, 홀(104)의 열전달 유체(112)는 메인 패널(102)의 상면 방향으로 이동하는 것이 방지되어 열 스위치의 역할을 충분히 수행할 수 있고 오작동의 위험이 최소화된다. 더불어, 삼각 돌기(105)의 표면에는 소수성 재료가 코팅되어 유체 기둥의 제거를 더욱 용이하게 할 수도 있음은 물론이다.
열전달 유체 조절부(130)는 펌프 또는 실린더와 같은 구성요소로 이루어져 상기 유체 저장 채널(108)에 저장되는 열전달 유체(112)의 양을 조절함으로써 홀(104)에 유체 기둥이 형성되거나 제거되도록 한다.
이러한 구성에 따른 열 스위치(100)의 작동에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 설명에서 열 스위치(100)가 'OFF'되었다 함은 제1 패널(120)과 제2 패널(122)이 열적으로 연결되지 않은 상태를 의미하고, 'ON'되었다 함은 열전달 유체(112)에 의해 제1 패널(120)과 제2 패널(122)이 열적으로 연결된 상태를 의미한다.
도 4의 최상단 도면과 같이 열전달 유체 조절부(130)가 작동하지 않는 경우에는 열전달 유체(112)가 제1 패널(120)에 접촉하지 않은 상태이므로 열 스위치(100)는 OFF된 상태에 있다. 이러한 상태에서 도 4의 두 번째 도면과 같이 열전달 유체 조절부(130)를 작동시켜 열전달 유체 공급관(132)을 통해 열전달 유 체(112)를 공급하면, 유체 저장 채널(108)에 저장된 열전달 유체(112)는 홀(104)의 상부로 이동하여 제1 패널(120)에 접함으로써 유체 기둥을 형성하게 된다. 유체 저장 채널(108)은 하방으로 개방되어 있는 상태이므로 열전달 유체(112)의 하부는 제2 패널(122)에 접한 상태로서, 제1 패널(120)과 제2 패널(122)은 열전달 유체(112)를 매개로 하여 열적으로 연결된다.
한편, 복수개의 홀(104)은 열전달 유체 조절부(130)로부터 멀어질수록 지름이 점점 작아지도록 배열되어 있다. 따라서, 열전달 유체 조절부(130)를 통해 유체를 유체 저장 채널(108)로 공급하게 되면 유체는 지름이 가장 큰 구멍에서부터 지름이 작은 구멍 순으로 순차적으로 유체 기둥을 형성하게 된다. 즉, 유체 기둥은 복수개의 홀(104) 중 열전달 유체 조절부(130)에 가장 근접한 홀(104)부터 열전달 유체 조절부(130)에서 멀어지는 방향에 위치하는 홀(104)의 순서로 형성된다. 도 4의 두 번째 도면과 같이 열전달 유체 조절부(130)로부터 첫 번째 홀부터 유체 기둥이 형성되기 시작하여, 순차적으로 유체 기둥이 형성되며, 열전달 유체(112)의 공급이 계속되면 결국 다섯 번째 도면과 같이 홀 전체에 유체 기둥이 형성된다.
이와 같이 지름이 큰 홀(104)부터 순차적으로 유체 기둥이 형성되는 이유는 다음과 같다. 유체가 구멍으로부터 배출되기 위해서는 수학식 1로 표현되는 임계 압력 이상의 압력이 가해져야 한다.
Figure 112007072412333-PAT00001
(σlg는 표면장력, θ는 접촉각, β는 채널 확대각, r은 홀 반지름)
수학식 1에 의하면 홀의 지름이 작은 경우 이를 통해 유체가 배출될 수 있는 임계 압력이 커지게 된다. 따라서, 유체가 공급될 때에는 큰 지름을 가지는 홀부터 유체 기둥이 형성되는 것이다. 또한, 하나의 유체 기둥이 형성된 뒤에 다음 홀에 유체 기둥이 형성되기 위한 임계 압력은 이미 형성되어 있는 유체 기둥의 압력값이 더해지므로 수학식 2와 같이 된다.
Figure 112007072412333-PAT00002
(r1은 홀의 지름, r2는 형성된 유체 기둥의 지름)
이에 따르면, 열전달 유체 조절부(130)로부터 공급되는 유체의 양을 제어함으로써 열전달을 수행하고자 하는 특정 위치를 지정할 수 있다. 예를 들어, 열전달 유체 조절부(130)로부터 근접한 두 개의 홀만 ON시키기 위해서는 공급되는 유체의 양을 제어하여 도 4의 세 번째 도면과 같이 두 개의 유체 기둥만 형성시킬 수 있다. 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 열 스위치(100)는 특정 위치의 열전달을 제어할 수 있다. 도시되지 않았으나, 도 4와 같이 지름의 크기를 순차적으로 배열하는 대신 지름의 크기가 서로 다른 홀들이 혼합되도록 배열하는 경우, 열전달을 수행하고자 하는 특정 위치를 지정할 수도 있음은 물론이다.
도 5를 참조하면 유체 기둥이 제거되는 순서는 유체 기둥이 형성되는 순서의 역순을 따르게 된다. 도 5의 첫 번째 도면은 도 3의 다섯 번째 도면과 같이 모든 홀에 유체 기둥이 형성되어 있는 상태이며, 열전달 유체 조절부(130)를 통해 유체 저장 채널(108)에 저장되어 있는 열전달 유체(112)를 흡수하면 지름이 가장 작은 홀의 유체 기둥부터 제거된다. 즉, 도 5의 두 번째 도면과 같이 열전달 유체 조절부(130)에서 가장 멀리 떨어진 홀부터 유체 기둥이 제거되어 홀의 지름이 점점 커지는 순서로 유체 기둥이 순차 제거된다. 그 이유는 유체가 홀로부터 제거되는 경우에는 임계 압력이 큰 쪽에서부터, 즉 유체 기둥을 형성하려는 힘이 작은 쪽에서부터 기둥이 제거되기 때문이다. 이때, 홀 간의 지름 크기 변화량을 수 % 이하로 하여 미세하게 조절하면 하나의 열전달 유체 조절부로도 열 스위치를 다양하게 작동시킬 수 있다.
한편, 도시되지 않았으나 열전달 유체 조절부(130)를 통해 유체 저장 채널(108) 내부의 열전달 유체(112)의 양을 조절하는 대신, 유체 저장 채널 내에 팽창용 유체가 내장된 팽창체를 구비하여, 팽창체로 공급되는 팽창용 유체의 양을 조절함으로써 팽창체의 부피를 조절할 수도 있다. 팽창체의 부피가 조절되면 유체 저장 채널 내부의 열전달 유체의 양을 조절할 수 있다. 팽창체는 고무와 같이 신축성 있는 재료로 이루어지고, 팽창용 유체는 기체 또는 액체로 이루어져 실린더 또는 펌프 등으로 팽창용 유체의 양을 조절할 수 있도록 한다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 스위치에 대해 설명한다.
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 스위치의 상부 사시도이고, 도 6b 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 스위치의 하부 사시도이다. 도 6a의 실시예는 복수개의 홀이 일렬로 배열하는 대신 매트릭스 타입의 어레이(array) 형상으로 배열된다는 점 이외에는 도 3a의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다. 또한, 도 6a에서 제1 패널과 제2 패널의 도시는 생략하였음을 밝혀 둔다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 열 스위치는, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 판상의 메인 패널(202)과, 메인 패널(202)의 상하면을 관통하여 형성된 복수개의 홀 어레이(204)와, 홀 어레이(204)의 하부에 구비되어 열전달 유체를 저장하는 유체 저장 채널(208)과, 유체 저장 채널(208)에 열전달 유체를 공급하기 위한 열전달 유체 공급관(232) 및 열전달 유체 공급관(232)을 통해 열전달 유체를 공급 또는 배출시킴으로써 유체 저장 채널(208)에 저장되는 열전달 유체의 양을 조절하는 열전달 유체 조절부(230)를 포함하여 형성된다.
홀 어레이(204)는 도 6a와 같이 매트릭스 타입의 어레이(array) 형상으로 배열된다. 각 열을 이루는 홀들(종방향)은 동일한 유체 저장 채널(208)의 상부에 위치하며, 각 유체 저장 채널(208)에는 개별적으로 별도의 열전달 유체 조절부(230)가 구비된다. 각 열을 이루는 홀들은 열전달 유체 조절부(230)에서 멀어질수록 지름이 작아지도록 배열된다. 한편, 각 행을 이루는 홀들(횡방향)끼리는 서로 지름이 동일할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 각 행을 이루는 홀들끼리 서로 지름이 동일할 경우 복수개의 열전달 유체 조절부(230)끼리의 제어량의 기준이 서로 동일하므로 보다 용이하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
열전달 유체 조절부(230)는 유체 저장 채널(208) 각각에 대하여 개별적으로 제어된다. 따라서, 특정한 열전달 유체 조절부(230)를 선택함으로써 특정 행에 존재하는 홀을 제어할 수 있다. 특정 열에 존재하는 홀을 제어하기 위해서는 개별 유체 저장 채널(208)로 공급되는 열전달 유체의 양을 조절하면 되며, 이는 도 3a의 실시예에서 이미 설명한 바 있다. 한편, 열전달 유체 조절부(230) 대신에 팽창체가 구비될 수도 있음은 상기에서 언급한 바와 같다.
이와 같이 홀 어레이를 구성함으로써, 열전달을 수행하고자 하는 위치를 2차원적으로 특정할 수 있게 된다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열 스위치에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열 스위치의 사시도이다. 도 7의 실시예는 홀 어레이를 구성하는 홀들이 지름의 크기에 따라 순차적으로 배열되는 대신, 열전달을 하고자 하는 특정 위치에 맞도록 랜덤하게 배열된다는 점 이외에는 도 6a의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열 스위치는, 도 7을 참조하면, 메인 패널(302) 상에 홀 어레이(304)가 형성되되 지름의 크기가 서로 다른 홀들이 혼합되어 배열된다. 각 유체 저장 채널에는 개별적으로 별도의 열전달 유체 조절부(330)및 열전달 유체 공급관(332)이 구비되고, 열전달 유체 조절부(330)는 유체 저장 채널 각각에 대하여 개별적으로 제어됨은 도 6a의 실시예에서 설명한 바와 같다.
특정한 열전달 유체 조절부(330)를 선택하여 유체 저장 채널에 열전달 유체를 공급하면 종방향으로 동일한 열에 존재하는 홀들 중에서 가장 지름이 큰 홀부터 유체 기둥이 생성되기 시작하고, 이와 인접해 있지 않더라도 그 다음으로 지름이 큰 홀에 유체 기둥이 생성된다. 따라서, 위치에 따라 미세한 열전달이 이루어져야 하는 경우 홀 어레이(304)를 열전달의 설계 사항에 맞도록 제조하고, 각 열전달 유체 조절부(330)의 공급량 또는 흡수량을 조절함으로써 위치에 따라 보다 구체적이고 세밀한 열전달이 가능해진다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 고온부와 저온부 사이에서 온도 제어를 목적으로 사용되는 열 스위치에 관한 것으로서, 본 발명의 개량된 구성에 의하면 목적에 맞게 홀 형상을 설계하여 유체의 압력차를 발생시키고 결과적으로 유체 기둥을 순차적으로 형성시켜 원하는 부위의 열전달 제어 및 가열, 냉각 등을 실현할 수 있어 산업상 이용가능성이 매우 높으며 다양한 응용분야에 활용할 수 있다.
도 1은 종래 열 스위치의 일례를 도시한 것으로서, 도 1의 (a)는 OFF된 상태를 나타내고 도 1의 (b)는 ON된 상태를 나타낸다.
도 2는 종래 열 스위치의 또 다른 일례를 도시한 것으로서, 도 2의 (a)는 OFF된 상태를 나타내고 도 2의 (b)는 ON된 상태를 나타낸다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 스위치의 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 A-A' 단면도이다.
도 3c는 도 3b의 변형례를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 스위치의 ON된 상태의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 스위치의 OFF된 상태의 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 스위치의 상부 사시도이다.
도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 스위치의 하부 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열 스위치의 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 - 열 스위치 102, 202, 302 - 메인 패널
104 - 홀 204, 304 - 홀 어레이
108, 208 - 유체 저장 채널 112 - 열전달 유체
130, 230, 330 - 열전달 유체 조절부
132, 232, 332 - 열전달 유체 공급관

Claims (8)

  1. 히트 소스(heat source)와 히트 싱크(heat sink) 사이의 열 전달을 제어하는 열 스위치에 있어서,
    메인 패널;
    상기 메인 패널의 하부면에 구비되어 열전달 유체가 내장 또는 상기 열전달 유체가 공급되는 홈 형상의 유체 저장 채널; 및
    상기 메인 패널의 상부면에 구비되고 상기 유체 저장 채널과 연통되어 상기 유체 저장 채널로부터 상기 열전달 유체를 공급받아 유체 기둥을 형성하는, 서로 다른 지름을 갖는 복수개의 홀
    을 포함하여 상기 홀에서의 상기 유체 기둥의 형성 유무를 조절하여 상기 히트 소스와 상기 히트 싱크 사이의 열전달을 제어하는 것을 특징으로 하는 열 스위치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체 저장 채널의 일측에는 상기 유체 저장 채널에 저장된 상기 열전달 유체의 양을 조절하는 열전달 유체 조절부가 구비되는 것을 특징으로 하는 열 스위치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 홀은 상기 열전달 유체 조절부로부터 멀어질수록 지름이 점점 작아지도록 배열된 것을 특징으로 하는 열 스위치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 홀은 지름의 크기가 서로 다른 것들이 혼합되어 배열된 것을 특징으로 하는 열 스위치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀의 내주면은 소수성 재료로 코팅된 것을 특징으로 하는 열 스위치.
  6. 히트 소스와 히트 싱크 사이의 열 전달을 제어하는 열 스위치에 있어서,
    메인 패널;
    상기 메인 패널의 상부면과 하부면을 관통하여 형성되며 서로 다른 지름을 갖는 복수의 홀이 어레이 형태로 배열된 홀 어레이; 및
    상기 메인 패널의 하부면에 구비되며 상기 홀 어레이에 열전달 유체를 공급하여 상기 홀 어레이에 유체 기둥을 형성하도록 하는 복수의 유체 저장 채널
    을 포함하여 상기 홀 어레이에서의 상기 유체 기둥의 형성 유무를 조절하여 상기 히트 소스와 상기 히트 싱크 사이의 열전달을 제어하는 것을 특징으로 하는 열 스위치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 각 유체 저장 채널의 일측에는 상기 각 유체 저장 채널에 저장된 상기 열전달 유체의 양을 조절하는 열전달 유체 조절부가 개별적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 열 스위치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열전달 유체 조절부는 상기 유체 저장 채널 각각에 대해 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 열 스위치.
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