KR20100033872A - 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 루프형 히트파이프(LHP; Loop Heat Pipe) 시스템용 증발기를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 다공성의 윅을 다수 개 형성하는 윅 형성단계; 상기 다수 개의 윅 중 어느 하나가 결합될 수 있는 윅결합부를 구비한 전열핀을 다수 개 형성하는 전열핀 형성단계: 상기 하나의 윅을 상기 하나의 전열핀의 윅결합부에 위치시켜 단위결합체를 형성하는 단위결합체 형성단계; 상기 단위결합체에 열 및 압력 중 적어도 하나를 가하여 윅과 전열핀의 접촉면을 상호 결합시키는 단위결합체 결합단계: 상기 단위결합체들을, 그 각각의 하측면이 하나의 평면상에 오도록 횡방향으로 배치하여 하나의 결합체구조물을 형성하는 결합체구조물 형성단계; 상기 결합체구조물에 열 및 압력 중 적어도 하나를 가하여 상기 단위결합체들을 상호 결합시키는 결합체구조물 결합단계; 및 상기 결합체구조물을 평판 형상의 전열판의 상측면에 배치한 후, 열 혹은 열과 압력을 가하여, 결합체구조물과 전열판의 상호 접촉면을 결합시키는 전열판 결합단계:를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법{Method for manufacturing evaporator for looped heat pipe system}
본 발명은, 응축기, 기체이송관 및 액체이송관과 함께 루프형 히트파이프 시스템을 이루는 증발기를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 윅과 결합되는 전열핀을 하나의 부재로 제작한 후 이들을 결합배열한 후 전열판에 결합하여 증발기를 제조함으로써, 다양한 형상과 크기를 가지는 윅과 전열핀의 제작이 가능할 뿐 아니라, 상호 간의 접촉열저항을 최소화시키는 것이 가능한 루프형 히트파이프 시스템용 증발기를 제조하는 방법에 관한 것이다.
컴퓨터 등의 각종 전자장치에 쓰이는 CPU나 반도체 칩과 같은 전자부품은 동작시 많은 열이 발생하게 된다. 이러한 전자부품은 통상 상온에서 제 기능을 하도록 설계되어 있기 때문에, 동작시에 발생하는 열을 효과적으로 냉각시켜야 필요가 있다.
전자부품의 냉각을 위해 여러 가지 시도가 있어 왔는데, 이러한 시도들 중의 하나로 상변화 열전달 시스템(phase change heat transport system)이 있다. 이러한 상변화 열전달 시스템의 예로 최근에 제안된 것이 루프형 히트파이프(Looped Heat Pipe, LHP) 시스템이다.
도 1에는 통상의 루프형 히트파이프 시스템(110)이 개념적으로 예시되어 있다. 루프형 히트파이프 시스템(110)은, 응축기(112), 증발기(114), 그리고 이들을 연결하는 증기라인(116)과 액체라인(118)으로 이루어져 있다. 루프형 히트파이프 시스템 내부에는 작동 유체가 주입되어 있다. 루프형 히트파이프 시스템(110)은, 통상의 원통형태를 가지는 히트파이프와는 달리 증발기(114) 내부에만 다공성의 윅(wick)이 구비되어 있다.
루프형 히트파이프 시스템(110)이 작동하는 기본원리는 다음과 같다.
먼저, 열원(heat source)인 전자부품(미도시)에 접한 증발기가 가열된다. 증발기(114)가 가열되면, 내부의 윅에 스며들어 있던 작동유체가 기체로 상변화 하게 된다.
이때 발생한 기체는 증발기(114) 일측에 연결된 증기라인(116)을 따라 응축기(112)로 이동된다. 이어서, 이동된 기체는 응축기(112)를 지나면서 외부로 열을 방출하고 액화된다. 액화된 작동유체는 응축기(112) 일측의 액체라인(118)을 따라 다시 증발기(114)로 이동된다. 이러한 과정이 순환 반복되며, 열원인 전자부품을 냉각시킨다.
한편, 루프형 히트파이프 시스템의 고성능화와 소형화를 위해서는 총 열저항이 낮아져야 한다. 총열저항이 낮아지면 열원 즉 전자부품을 낮은 온도에서 동작시킬 수 있게 된다.
시스템의 총열저항을 줄이기 위해서는, 여러 가지 요인을 고려해야 하지만, 가장 직접적인 영향을 미치는 요인은 증발기 내의 윅과 증발부의 베이스 접촉면 사이의 열접촉저항(thermal contact resistance)에 기인한다. 열접촉저항은 열전달이 일어나는 두개의 물체의 접하고 있는 면의 겉보기 면적의 크기만을 고려해서는 안 된다. 즉, 물리적으로 접하고 있는 면적이 동일하더라도, 접하는 표면의 상태에 따라 실제로 두개의 물체가 접하고 있는 실질적인 접촉점 면적의 크기는 다를 수 있기 때문에, 접하는 면의 상태를 고려한 실질적인 접촉점 면적을 고려해야 하는 것이다. 윅과 증발부의 베이스 접촉면 사이의 열전달은 실제 접촉면을 흐르는 전도와 접촉면 사이의 틈새(void)을 흐르는 전도에 의해 일어난다. 윅과 증발부의 베이스 접촉면의 틈에 의해 저항의 대부분이 만들어진다. 윅과 증발부의 베이스의 접촉점의 면적을 증가 시키면 열접촉저항이 감소 될 수 있다. 즉, 열 접촉 열저항는 금속표면이 다른 금속표면에 접촉하면서 발생하는 열저항(thermal resistance)에 관련된 것으로서, 접촉점의 면의 면적에 따라 상당히 큰 차이를 가지게 된다.
일반적으로 실질적인 접촉면적을 증대시키기 위하여 표면을 연마하여 접촉시키는 방식을 사용하며, 경우에 따라서는 열전도가 좋은 그리스(Thermal grease)를 바르기도 한다.
루프형 히트파이프 시스템의 열접촉 저항은 증발기의 가열계면과 소결윅과의 접촉계면의 상태와 밀접한 관련이 있으며 액체상태의 작동유체가 열을 공급받아 증기상태로 상변화하는 데 있어서, 매우 중요한 요인이다.
만약 소결윅과 가열판 역할을 하는 베이스가 겉으로 보기에 많은 면적에 걸쳐 접하고 있다고 하더라도, 미시적관점에서의 접한 면 사이의 접촉상태가 좋지 않 으면, 소결윅으로의 열전달이 원활히 이루어 지지 않게 된다. 이렇게 되면, 증발기의 가열판 역할을 하는 베이스의 온도는 증기의 온도를 시스템의 작동수준까지 증가시키기 위하여 온도가 상승하게 된다. 증기는 응축기로 열을 전달하는 매개체 역할을 하므로, 증기의 온도가 높은 상태로 작동한다는 것은 곧, 루프히트파이프시스템의 총열저항이 커지게 되는 결과를 초래하게 된다.
따라서, 증발기에 있어서, 증발기 내부에 구비된 소결윅과 이러한 소결윅과 증발기의 내부 구조물과의 실질적인 접촉 점면적을 넓히므로 열접촉저항의 값을 적게 하여 결과적으로 전자부품을 낮은 온도로 냉각시킬 수 있는 관건이 된다고 할 것이다.
그런데, 증발기에 있어서, 그 내부의 구조물과 윅과의 접촉면적을 늘이려는 시도를 한 종래기술이 특허출원 10-2006-0024388에 개시되어 있다. 하지만, 이러한 종래기술은, 공개특허공보를 참조하면, 증발기 내부의 구조물인 돌기부(120)들과 윅(410)과의 접촉면적을 증가시키기 위한 구조적인 고려는 있지만, 구조물들의 형상구현에 한계가 있고, 접촉면의 상태가 좋지 못하여 열전달이 효과적으로 이루어지지 않는 단점이 있다.
즉, 종래기술의 경우, 공개특허공보의 도 1, 도 5 및 도 6(각각 본 명세서의 도 2, 도 3 및 도 4로 도시)을 참조하면, 단순히 윅과 돌기부가 접하고 있는 부분의 면적은 그 이전 기술보다 상대적으로 넓은 것처럼 보이지만, 실제로는 윅(410)이 돌기부(120)들 사이에 단순히 삽입되어 결합되어 있기 때문에, 윅(410)과 돌기부(120)의 접촉면 사이의 실질적인 접촉면 상태가 좋지 못하다. 즉, 접촉면의 대부 분이 아닌 점 접촉으로 되게 되어, 돌기부(120)로부터 윅(410)으로의 열전달이 효과적으로 일어나지 못한다는 단점이 있는 것이다.
종래기술에 있어서, 돌기부(120)와 윅(410)의 접촉면을 전자현미경등으로 확대하여, 계면과 윅사이의 접촉 저항으로 예시한 도 5를 참조하면, 돌기부(120)와 윅(410) 사이에는 대부분 점접촉으로 결합되어 있고, 따라서 접촉계면에서 온도가 하강되는 것을 알 수 있다.
따라서 동일한 열부하에서 작동하는 증발기의 경우, 같은 증기온도에서 작동하는 증발기의 열접촉저항의 값에 따라 가열면의 온도가 달라질 수 있으며 열접촉저항의 값이 높은 경우, 가열계면의 온도가 높고, 열접촉저항의 값이 낮은 경우 가열계면의 온도가 낮게 된다.
종래기술의 경우, 돌기부(120)들이 금속판인 발열원접촉부(110)의 내측면에 일체로 형성되어 있기 때문에, 돌기부들의 형상이나 표면의 거칠기를 조절하는 것에는 여러 제한이 있고, 또한, 돌기부(120)들에 삽입되는 다수의 윅(410) 역시 돌기부(120)의 형상에 대응되기 때문에, 소재나 형상의 선택에 여러 제한이 있다는 단점이 있다. 이러한 제한은 접속면의 상태를 개선하기 어렵게 만드는 주요한 이유이다.
즉, 종래 기술의 경우, 증발기에 있어서 돌기부(120)들이 발열원접촉부(110)와 일체로 되어 있고, 이러한 돌기부에 삽입되어 있는 윅이 대응되는 형상으로 되어있기 때문에, 다양한 형상을 구현하는 데 한계가 있을 뿐 아니라, 돌기부와 윅의 접촉계면의 상태가 좋지 못하여 접촉열저항이 높게 되어, 전자부품의 냉각이 효과 적으로 이루어지지 못하게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은, 상술한 문제점들을 해결하고자 제안된 것으로서, 루프 히프파이프 시스템용 증발기를 제조하는 방법에 있어서, 전열핀의 형상은 물론 윅의 소재와 형상을 다양하게 구현하는 것이 가능하고 전열핀들과 윅들 사이의 접촉상태를 개선시키는 것이 가능한 제조 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 루프형 히트파이프(LHP; Loop Heat Pipe) 시스템용 증발기를 제조하는 방법은, 다공성의 윅을 다수 개 형성하는 윅 형성단계; 상기 다수 개의 윅 중 어느 하나가 결합될 수 있는 윅결합부를 구비한 전열핀을 다수 개 형성하는 전열핀 형성단계: 상기 하나의 윅을 상기 하나의 전열핀의 윅결합부에 위치시켜 단위결합체를 형성하는 단위결합체 형성단계; 상기 단위결합체에 열 및 압력 중 적어도 하나를 가하여 윅과 전열핀의 접촉면을 상호 결합시키는 단위결합체 결합단계: 상기 단위결합체들을, 그 각각의 하측면이 하나의 평면상에 오도록 횡방향으로 배치하여 하나의 결합체구조물을 형성하는 결합체구조물 형성단계; 상기 결합체구조물에 열 및 압력 중 적어도 하나를 가하여 상기 단위결합체들을 상호 결합시키는 결합체구조물 결합단계; 및 상기 결합체구조물을 평판 형상의 전열판의 상측면에 배치한 후, 열 혹은 열과 압력을 가하여, 결합체구조물과 전열판의 상호 접촉면을 결합시키는 전열판 결합단계:를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 윅 형성단계는, 금속분말, 비금속분말, 금속섬유 및 비금속섬유 중 적어도 하나를 소재로 하여, 열과 압력 중 적어도 하나를 가하여 원하는 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 윅 형성단계는, 열가소성 폴리머와 유기용매물질 중 적어도 하나를 혼합하여 열과 압력 중 적어도 하나를 가하여 원하는 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 윅 형성단계는, 상기 윅이 원하는 형상으로 형성된 후, 용매추출 및 열분해 중 어느 하나의 방법으로 혼합하였던 열가소성 폴리머 또는 유기용매물질을 제거하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 단위결합체 형성단계는, 상기 윅을 전열핀의 윅결합부에 삽입하기 전에, 금속분말 및 접합용 용재 중 어느 하나의 결합촉진물을 상기 윅과 전열핀의 접하는 면의 적어도 일부분에 위치하도록 하는 결합촉질물 삽입단계를 더 구비하는 것이 바람직하다.,
한편, 상기 결합체구조물 형성단계는, 서로 인접하는 상기 단위결합체의 사이에, 중간 윅과 스페이서 중 적어도 하나를 배치하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 결합체구조물 형성단계에 있어서, 상기 결합체구조물을 횡방향으로 압력을 가하여 상기 윅의 내부에 존재하는 공극의 지름을 수축시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 결합체구조물 형성단계에 있어서, 상기 결합체구조물의 양측에서 압력을 가하여, 상기 윅의 내부에 존재하는 공극의 지름을 수축시킬 수 있는 가압 수단을 구비하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 윅 형성단계, 전열핀 형성단계, 단위결합체 형성단계 및 결합체구조물 형성단계가 수행되고 난 후, 상기 단위결합체 결합단계, 결합체구조물 결합단계 및 전열판 결합단계가 하나의 단계로 동시에 수행되거나, 혹은 단위결합체 결합단계와 결합체구조물 결합단계가 동시에 수행된 후 전열판 결합단계가 수행되거나, 혹은 단위결합체 결합단계가 수행된 후, 결합체구조물 결합단계와 전열판 결합단계가 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기 제조 방법에 의하면, 윅과 전열핀을 먼저 제작한 후, 이들을 다수개 배열한 후, 금속 평판인 전열판에 부착하여 증발기를 제조하기 때문에, 전열핀의 복잡한 형상 혹은 사용자의 필요에 따른 형상을 구현하기 쉽고, 전열핀과 윅의 접촉상태를 개선하는 것이 가능하고, 이로 인해 가열 면적 및 증기 발생 면적 증대와 더불어 전열핀과 윅사이의 접촉열저항을 최소화시키는 것이 가능하다는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은, 응축기, 기체이송관 및 액체이송관과 함께 루프형 히트파이프 시스템을 이루는 증발기를 제조하는 방법에 관한 것이다. 루프히트파이프 시스템의 동작에 관한 설명은 배경기술란에서 상술한 것이 적용된다.
우선, 본 발명의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기 제조 방법에 따른 일실시예에 의해 제조된 증발기(1)의 구성을 도 6을 참조하며 설명한다. 도 6은 증발 기(1)의 개략적 분해 사시도이다.
상기 증발기(1)는, 윅(10), 전열핀(20), 전열판(50) 및 덮개부재(60)를 포함하여 구성되어 있다.
윅(10)은 다공성으로서, 도 8을 참조하면, 그 형상은 얇은 판의 형상을 가진다.
전열핀(20)은 다수 개 구비되며, 각 전열핀(20)에는 하나의 윅(10)이 결합될 수 있는 윅결합부(22)가 구비되어 있다(도 9 참조). 하나의 윅(10)과 하나의 전열핀(20)이 결합되어, 단위결합체(30)를 이룬다(도 10 참조). 단위결합체(30)들이 횡방향으로 배치되어 결합체구조물(40)을 형성한다(도 11). 전열판(50)은, 결합체구조물(40)의 하단부에 결합되어 있다.
전열판(50)은, 금속소재로 되어 있으며 그 하면은 열원에 접하는 부분으로서, 열원으로부터 열을 전달받는다. 열원은 동작시 열을 발생하는 전자부품이며, 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU), 그래픽 카드의 칩셋(chipset) 등이 그 예이다.
전열판(50)의 상부에는 덮개부재(60)가 결합되어 있다. 덮개부재(60)는 전열판(50)과 함께 내부 공간을 형성하며, 그 내부공간에는 결합체구조물(40)이 위치하게 된다. 덮개부재(60)의 일측면에는 증기라인이 결합되는 증기라인 결합공(62)이 형성되어 있으며, 그 상면 일측에는 액체라인이 결합되는 액체라인 결합공(64)이 형성되어 있다.
한편, 결합체구조물(40)에 있어서, 윅(10)에서 발생한 증기는, 윅(10)과 전열핀(20)의 돌기부(26, 28)들 사이에는 증기통로가 확보된 상태로 상호 결합되어 있기 때문에, 덮개부재(60)의 증기라인 결합공(62)으로 빠져 나갈 수 있다.
이러한 구성의 증발기(1)의 동작을 설명한다. 액체라인 결합공(64)을 통해 증발기(1) 내부로 유입된 액체상태의 작동유체는 다공성의 윅(10)의 내부에 형성되어 있는 수많은 공극으로 스며든다. 전열판(50)을 통해 전열핀(20)들로 전달된 열원의 열은, 다시 윅(10)으로 전달되어 액체상태의 작동유체를 기체로 상변화 시킨다. 기체로 변한 작동유체는 증기통로공간을 지나 증기라인 결합공(62)을 통해 증발기 외부로 빠져나간다.
이하, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 루프형 히트파이프 시스템용 증발기를 제조하는 방법을 본 발명에 따른 일실시예로서 도 7 내지 도 12를 참조하며 설명한다.
본 실시예의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법은, 윅 형성단계(S1), 전열핀 형성단계(S2), 단위결합체 형성단계(S3), 단위결합체 결합단계(S4), 결합체구조물 형성단계(S5), 결합체구조물 결합단계(S6) 및 전열판 결합단계(S7)를 포함하여 구성된다.
상기 윅 형성단계(S1)는, 다공성의 윅(10)을 다수 개 형성하는 단계이다.
윅(10)은, 내부에 수많은 공극이 존재하는 다공성의 구조물이다. 공극에는 작동유체가 스며들어 있다가 전열핀(20)으로부터 전달받은 열에 의해 수증기로 상변화된다. 본 실시예의 경우 윅(10)의 형상은, 도 8에 도시된 바와 같이, 얇은 사각판의 형상이다. 다만, 윅(10)의 형상은 필요에 따라 다양하게 변형이 가능하다.
이러한 윅(10)은, 금속분말, 비금속분말, 금속섬유 및 비금속섬유 중 적어도 하나를 소재로 선택하고, 선택된 소재에 열과 압력 중 적어도 하나를 가하여 원하는 형상으로 형성한다. 즉, 소재에 열을 가하거나, 압력을 가하거나, 열과 압력을 함께 가하여 원하는 형상으로 형성한다.
윅 형성단계(S1)는, 선처리 성형 공정(pre-formming process)으로 칭할 수도 있다.
우선, 금속분말과 금속섬유를 이용하여 윅을 형성하는 단계에 대해 설명한다. 윅 형성단계(S1)는, 다공성 부재를 획득하기 위한 단계로서, 구리, 황동, 청동, 니켈, 티타늄, 알루미늄, 스테인레스 등과 같은 금속분말입자(Metal Powder Particle) 및 금속 와이어(Metal wire/fiber) 중 적어도 하나를 소재로 이용하여 수행된다. 금속분말과 금속섬유 중 한 종류를 선택하는 것이 일반적이지만, 필요에 따라서는, 2가지 이상의 금속분말을 선택할 수도 있고, 금속분말과 금속섬유를 혼합하여 선택할 수도 있다.
선택되어진 소재에 열과 압력 중 적어도 하나를 가하여 원하는 형상으로 형성하게 된다. 즉, 소재 금속 혹은 소재 금속섬유를, 지그나 형상틀 등에 충진한 후, 열을 가하거나, 압력을 가하거나, 혹은 열과 압력을 동시에 가하여 원하는 형상으로 형성하게 된다. 열을 가하는 경우에는, 소재 금속이 소결될 수 있는 소결온도로 가할 수도 있고, 소결온도보다 낮은 예비소결온도로 가열할 수도 있다. 예비소결온도는 소재금속의 소결이 이루어지는 소결온도의 대략 80%~90% 범위 내에 있는 온도이다
또한, 소재 금속에 압력을 가하여 원하는 형상으로 성형하기 위해서는, 사출 의 방법이나, 지그나 형상틀에 충진한 후 압력을 가하는 방법을 사용한다.
한편, 금속분말이나 금속섬유를 윅의 소재로 사용하는 경우에는, 윅은 소결에 의해 다공성의 소결체가 된다. 다만, 윅이 소결되는 것은 윅 형성단계(S1)에서 이루질 수도 있고, 이후 수행되어지는 단위결합체 결합단계, 결합체구조물 결합단계 혹은 전열판 결합단계 중 어느 하나의 단계 중에 소결온도로 가열되면서 이루어질 수 있다.
즉, 윅 형성단계에서 이미 소결이 이루어진 상태라면, 그 후에 수행되는 단계에서 열이 가해는 것은, 접촉면의 결합상태를 좋게 하기 위해 소결 온도보다는 낮은 온도로 열이 가해지는 것이다. 그런데, 윅 형성단계에서 윅의 소결이 이루어지지 않은 상태라면, 그 후에 수행되는 단계에서 소결이 이루어져야 하므로, 이후의 여러 결합단계 중 어느 하나의 결합단계에서 소결온도로 열이 가해지게 되며, 이때 접촉면의 결합상태도 좋게 되는 것이다.
한편, 윅(10)은, 비금속분말 및 비금속섬유 중 적어도 하나를 소재로 선택하고, 선택된 소재에 열과 압력 중 적어도 하나를 가하여 원하는 형상으로 형성할 수도 있다.
비금속의 예로는, 세라믹(ceramic) 계열인 알루미나(Al2O3)의 분말이나, 흑연(Carbon)계열인 활성탄(Active Carbon) 및 카본 그래파이트(Carbon Graphite)가 있다. 비금속의 분말이나 비금속 섬유를 지그나 형상 틀에 충진한 후 열을 가하거나 압력을 가하거나 열과 압력을 동시에 가하여 원하는 형상으로 만든다.
다만, 비금속의 소재가 윅의 소재로 선택되어지는 경우에는, 이후 수행되는 윅과 전열핀을 결합하는 단위결합체 결합단계에서, 비금속 재질의 윅과 금속 재질의 전열핀들이 열에 의해서는 원하는 결합이 될 수 없으므로, 압력에 의해 상호 접촉점 면적을 증가시키도록 구성된다.
한편, 본 실시예의 경우, 윅 형성단계(S1)는, 열가소성 폴리머와 유기용매물질 중 적어도 하나를 혼합하여 열과 압력 중 적어도 하나를 가하여 원하는 형상으로 형성하도록 구성된다. 열가소성 폴리머는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 아크릴 수지, 스티렌수지와 같은 접착성 고분자 물질이며, 이러한 열가소성 폴리머는 소결 전 요구된 형상의 분말에 접착성을 촉진 시키며, 소결 성형시 발생되는 파손, 부피변화 등을 최소하기 위하여 사용된다.
금속 분말과 금속 섬유 등의 소재에 폴리머 혹은 승화성 물질인 유기용매물질을 혼합한 후 사출이나 가압 등을 통하여 윅을 형성한다.
승화성물질인 유기용매물질은, 실온에서 고체상태이고, 소정온도로 가열됨에 따라 고체상태에서 기체상태로 상변화가 일어난다. 유기용매물질에는 나프탈렌 등과 같이 승화되는 성질을 지닌 물질이나. 에테르나 알콜 중 어느 하나, 혹은 두개의 혼합이 사용될 수 있다.
이러한 유기용매 물질은 구현하기 힘든 복잡한 형상의 제조를 위해 사용이 되어, 성형 전에 유기용매 물질을 삽입할 경우 소결 성형 중 유기용매물질이 삽입된 곳은 승화되므로 요구된 형상을 제조 할 수 있게 된다.
또한, 윅 형성단계(S1)에서 소재금속에 열가소성 폴리머와 유기용매물질을 혼합한 경우, 윅이 원하는 형상으로 형성된 후, 용매추출 및 열분해 중 어느 하나 의 방법으로 혼합하였던 열가소성 폴리머 또는 유기용매물질을 제거할 수도 있다. 추후 루프형 히트파이프 작동 시에 열가소성 폴리머 또는 유기 용매 물질이 찌꺼기는 작동유체와 반응하여 부식(corrosion), 파울링(fouling), 불응축성 가스(non-condensible gas) 등의 발생 원인으로 될 수 있으므로 제거해야 된다.
상기 전열핀 형성단계(S2)는, 하나의 윅(10)이 결합될 수 있는 윅결합부(22)를 가지는 전열핀(20)을 다수 개 형성하는 단계이다(도 9 참조). 전열핀(20)은 열전도율이 상대적은 높은 금속을 밀링 등의 절삭기를 이용하여 가공한다. 다만 가공하는 방식은 다양하게 적용가능하다. 전열핀(20)은, 전열판(50)으로부터 열을 전달받아 윅(10)으로 다시 전달해주는 역할을 한다.
전열핀(20)은 하부부재(24)와 다수의 돌기부(26, 28)들로 구성되어 있다. 하부부재(24)의 상면은 윅(10)의 하측면에 접하고, 돌기부(26, 28)들의 내측면은 윅의 양측면에 접한다.
일측에 위치한 돌기부(26)들과, 타측에 위치한 돌기부(28)들은, 각각 하부부재(24)의 양단부로부터 상부로 돌출 형성된다. 돌기부(26, 28)들은 상호 이격되어 있는데, 이격되어 형성된 공간은, 윅(10)에서 발생한 증기의 통로가 된다.
전열핀(20)들은 각각 다른 부재로 되어 있고, 전열판(50)과도 별도의 부재로 되어 있기 때문에, 돌기부(26, 28)들과 윅 결합부(22)를 포함한 비교적 복잡한 형상을 가공하기에 쉽고, 또한 가공면의 거칠기도 원하는 정도로 조절하는 것이 쉽게 가능하다.
한편, 윅 형성단계(S1)와 전열핀 형성단계(S2)를 수행함에 있어서, 어느 단 계를 먼저 수행해도 무관하다.
다음으로, 단위결합체 형성단계(S3)가 수행된다.
단위결합체 형성단계(S3)는, 하나의 윅(10)을 하나의 전열핀(20)의 윅결합부(22)에 삽입하여, 도 10에 도시된 바와 같은 단위결합체(30)를 형성하는 단계이다.
한편, 본 실시예의 경우에는, 단위결합체 형성단계(S3)는, 윅(10)을 전열핀(20)의 윅결합부(22)에 삽입하기 전에, 결합촉진물을, 윅(10)과 전열핀(20)의 접하는 면의 적어도 일부분에 위치하도록 하는 결합촉진물 삽입단계를 더 구비하도록 구성된다.
결합촉진물 삽입단계는, 윅(10)과 전열핀(20)이 상호 접하는 면에 결합촉진물을 위치시키는 단계이다. 결합촉진물은, 이후의 단위결합체 결합단계(S4)가 수행되는 과정에서 가해지는 열이나 압력에 의해, 윅과 전열핀의 상호 접하는 면이 더욱 견고한 금속적 결합으로 이루어지도록 돕는다.
결합촉진물로는, 금속분말 및 접합용 용재 중 어느 하나가 선택되어 진다. 다만, 결합촉진물이 삽입되는 경우에는 이후에 수행되는 단위결합체 결합단계에서 단위결합체에 열과 얍력 중 열은 반드시 가해져야 한다.
우선, 결합족진물이 금속분말인 경우를 설명한다.
윅(10)을 전열핀(20)들 사이에 삽입하기 전에, 금속분말을 돌기부(26, 28)들 사이와 하부부재(24)의 상면에 뿌려 놓은 후, 윅(10)을 돌기부(26, 28))들 사이에 삽입하는 것이다. 금속 분말의 크기는 그 직경이 마이크로 단위로서 상당히 작기 때문에, 전열핀(20)의 해당면에 금속분말을 뿌린 후 윅(10)을 삽입하게 되면, 윅과 전열핀(20)의 상호 접하는 면에 금속분말이 위치될 수 있게 된다. 혹은 금속분말을 윅(10)의 해당 표면에 뿌린 후, 전열핀(20)에 삽입해도 된다.
도 11에 윅(10)과 전열핀(20)이 접하는 면에 금속분말(11)이 위치하고 있는 것을 과장하여 도시한 도면이 예시되어 있다.
한편, 금속분말의 금속 종류는 성형소재와 같은 것을 사용하여도 되고, 다른 종류의 금속분말을 사용하여도 된다.
또한, 결합촉진물로서 접합용 용재가 사용할 수도 있다. 접합용 용재에는 납재가 포함되는 것으로 한다.
윅(10)과 전열핀(20)이 면에 납재 혹은 용재를 삽입하는 단계를 더 구비하는 것이다. 윅(10)과 전열핀(20)의 베이스 재질의 용융점에 따라 선택된 용재를 삽입하여 납땜하는 것이다. 예를 들어, 구리소재의 윅(20)과 전열핀(20)인 경우나, 니켈소재의 윅과 구리소재의 전열핀(20)인 경우, 접합용 융재로, Sn-Pb, Sn, Pb의 납재를 사용하며, 스테인레스 윅과 알루미늄 전열핀인 경우, 은납, 황동납, 양은납, 금납, 백금납, aluminum 납, 철납 등의 용재를 사용한다.
한편, 결합촉진물로서, 고분자 접촉제가 사용될 수도 있고, 접착성 고분자 물질인 열가소성 폴리머인 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 아크릴수지, 스티렌수지등이 사용될 수도 있다.
상기 단위결합체 결합단계(S4)는, 단위결합체(30)에 열 및 압력 중 적어도 하나를 가하여 윅(10)과 전열핀(20)의 접촉면을 상호 결합시키는 단계이다. 단위결 합체(30)에 열을 가하거나, 단위결합체(30)의 양측면과 상하방향으로 압력을 가하거나, 열과 압력을 함께 가하여 윅(10)과 전열핀(20)이 상호 접하는 접촉면을 결합시키는 단계이다. 한편, 단위결합체 형성단계(S3)에 결합촉진물 삽입단계가 포함된 경우에는 상호 접촉면의 결합이 더욱 견고해질 수 있다.
가하는 열의 온도는 윅의 소재와, 윅의 소재가 금속인 경우에는 소결을 본 단계에서 수행할지 아니면, 후에 수행되는 단계에서 수행할지의 여부에 따라, 적절하게 설정된다.
상기 결합체구조물 형성단계(S5)는, 다수의 단위결합체(30)들을, 그 각각의 하측면(29)이 모두 하나의 가상의 평면상에 오도록 횡방향으로 배치하여, 하나의 결합체구조물(40)을 형성하는 단계이다. 각 단위결합체(30)의 하측면(29)들을 가상의 평면상에 오게 함으로써, 후술할 전열판(50)의 평평한 상면에 용이하게 결합될 수 있도록 한다.
한편, 본 실시예의 경우에는, 결합체구조물 형성단계(S5)는, 서로 인접하는 단위결합체(30)들의 사이에 중간 윅(12)을 배치하는 단계를 포함한다. 도 12에는 중간 윅(12)이 단위결합체(30)들 사이에 배치된 결합체 구조물(40)이 예시되어 있다. 중간 윅(12)을 추가함으로써, 전열면적과 증기생성면적을 증가시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 중간 윅(12) 대신에 스페이서가 배치될 수도 있다. 도 13 내지 도 16에는, 스페이서가 단위결합체 사이에 배치된 결합체 구조물의 2가지 실시예가 도시되어 있다. 스페이서에 의해 확보된 단위결합체들 사이의 공간은 증기통로로 사용되어, 윅에서 발생한 증기가 보다 원활하게 외부로 배출될 수 있도록 도와준다.
도 13, 14에 도시된 결합체 구조물(40a)에는, 단위결합체(30a)들 사이에 마치 빗 모양의 스페이서(14)가 구비되어 있다. 이때 윅(10)이 결합된 전열핀(20a)은 앞선 실시예와 비교하여, 상당히 얇은 두깨로 되어 있다. 전열핀(20a)이 각각 개별적으로 가공되는 것이므로, 하부부재(24a) 및 돌기부(26a, 28a)들이 상당히 얇은 두께로도 가공이 가능한 것이다. 단위결합체(30a)들 사이에는 스페이서(14)로 인해 증기통로(15)가 확보되어 있다.
도 15, 16에는 앞선 실시예와는 다른 형상의 스페이서(16)가 구비된 결합체 구조물(40b)이 도시되어 있다. 전열핀(20b)의 각 부분, 즉 하부부재(24b), 돌기부(26b, 28b)들이 더욱 얇은 두께로 되어 있다. 단위결합체(30b)들 사이에는 스페이서(16)로 인해 증기통로(17)가 확보되어 있다.
한편, 증기통로의 확보를 위해, 스페이서(14, 16)의 역할을 하도록 스페이서와 유사한 형태를 가지는 지그(미도시)를 구비할 수도 있다. 지그는 결합제구조물이 전열판(50)에 결합되는 전열판 결합단계(S7)가 수행된 후 결합제구조물로부터 제거되도록 구성된다.
또한, 결합체구조물 형성단계(S5)는, 결합체구조물(40)을 단위결합체들이 나란하게 배치된 방향인 횡방향으로 압력을 가하여 윅(10) 의 내부에 존재하는 공극의 지름을 수축시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 도 17에 얍력을 가하는 방향이 화살표로 도시되어 있다.
도 18에는, 가압되기 전의 윅(10)의 내부에 있던 공극(18)의 지름의 길이가 D0에서, 화살표 방향으로 가압됨에 의해, D1로 줄어든 것이 예시되어 있다. 줄어든 공극은 윅의 소재에 따라 소송변형이 되어 압력을 제거하여도 그 줄어든 상태가 유지된다. 한편, 윅(10)은 모세관압력에 의해 작동유체를 증발계면으로 이송시켜주는 역할을 한다. 이때, 공극(18)의 지름을 수축시키게 되면 즉, 지름을 줄이게 되면, 모세관압력을 상승시킬 수 있게 되어, 결과적으로 작동유체를 증발이 일어나는 계면으로 빨리 이송시켜 냉각효율을 높일 수 있게 된다.
또한, 실시예에 따라서, 결합체구조물 형성단계(S5)는, 결합체구조물(40)의 양측에서 압력을 가할 수 있는 가압수단을 구비하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 가압수단은 결합체구조물(40)를 양측에서 횡방향으로 압력을 가하여 윅(10) 내부에 존재하는 공극의 지름을 수축시킬 수 있는 수단이다.
가압수단은, 도 19에 예시된 바와 같은 사각의 틀(42)일 수도 있고, 결합체구조물을 양측에서 물고 나사등으로 죌 수 있는 클램프(미도시)일 수도 있다. 또한, 결합체구조물을 횡방향으로 관통하는 관통공을 마련한 후 여기에 볼트나사를 체결하여 결합체구조물을 횡방향으로 가압할 수도 있다.
상기 결합체구조물 결합단계(S6)는, 결합체구조물(40)에 열 및 압력 중 적어도 하나를 가하여 단위결합체(30)들을 상호 결합시키는 단계이다. 결합체구조물(40)에 열을 가하거나, 결합체구조물(40)의 양측면을 향해 횡방향으로 압력을 가하거나, 열과 압력을 함께 가하여 단위결합체(30)들이 상호 접하는 접촉면을 결합시키는 단계이다.
상기 전열판 결합단계(S7)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 결합체구조물(40)을 평판 형상의 전열판(50)의 상측면에 배치한 후, 열 혹은 열과 압력을 가하여, 결합체구조물(40)과 전열판(50)의 상호 접촉면을 결합시키는 단계이다.
이때 전열판(50)의 재질과 특성에 따라 브레이징 및 솔더링과 같은 금속 용융 기법 등을 적용하여, 결합체구조물(40)과 전열판(50)를 결합할 수 있다.
전열판 결합단계(S7) 후에는 덮개부재(60)를 전열판(50)의 상부에 결합시킨다(도 6참조).
한편, 본 발명의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법을 이루는 단계들은 상술한 바와 같이, S1 단계부터 S7단계까지 순차적으로 수행될 수 있다. 하지만, 본 발명이 반드시 이들 단계들이 순차적으로 수행되어야 그 목적이 달성되는 것은 아니다. 즉, 윅 형성단계(S1), 전열핀 형성단계(S2), 단위결합체 형성단계(S3) 및 결합체구조물 형성단계(S5)들이 먼저 수행되고 난 후, 열 또는 압력을 가하거나, 열 및 압력을 함께 가하여 이루어지는, 단위결합체 결합단계(S4), 결합체구조물 결합단계(S6) 및 전열판 결합단계(S7)가 하나의 단계로 동시에 이루어질 수도 있다.
또한, 윅 형성단계(S1), 전열핀 형성단계(S2), 단위결합체 형성단계(S3) 및 결합체구조물 형성단계(S5)가 수행된 후, 단위결합체 결합단계(S4)와 결합체구조물 결합단계(S6)가 동시에 하나의 공정으로 먼저 수행되고 난 후, 전열판 결합단계(S7)가 별도의 공정으로 수행될 수도 있다.
또한, 윅 형성단계(S1), 전열핀 형성단계(S2), 단위결합체 형성단계(S3) 및 결합체구조물 형성단계(S5)가 수행된 후, 단위결합체 결합단계(S4)가 수행되고, 그 후 결합체구조물 결합단계(S6)와 전열판 결합단계(S7)가 동시에 하나의 공정으로 수행될 수도 있다.
상술한 제조공정에 의해 제조된 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 동작을, 개략적으로 설명한다.
전열판(50)은 열원인 전자부품(미도시)에 결합되어 열을 전달받는다, 전달된 열은 전열핀(20)으로 전달된 후, 다시 윅(10)으로 전달된다. 다공성의 윅(10)으로 전달된 열에 의해 윅(10)의 내부 공극에 액체(liquid)로 존재하고 있는 작동유체는 기체(vapor)화 되어 윅(10)의 상부에 구비된 기체 통로를 따라 이동한 후, 증기라인을 따라 응축기로 이동하게 된다. 응축기에서 다시 열을 방출하며 액화된 작동유체는 다시 액체라인 결합공을 통해 상부로부터 윅(10)으로 공급된다. 이러한 과정이 순환되면서, 전자부품의 냉각이 이루어지게 된다.
이하, 상술한 구성의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법에 관한 작용 효과를 설명한다.
본 발명의 구성의 특징은, 하나의 윅이 결합되는 전열핀을 별도의 부재로 성형하고, 윅과 전열핀을 결합하여 단위결합체로 만든 후, 다수의 단위결합체들을 횡으로 배치하여 결합체구조물을 이룬 후, 결합체 구조물을 전열판에 결합하는 것에 있다. 이로 인해, 다양한 형상과 크기를 가지는 윅과 전열핀의 제작이 가능할 뿐 아니라, 상호 간의 접촉열저항을 최소화시키는 것이 가능하다는 장점이 있다.
즉, 종래 기술에서 모든 돌기부들을 전열판에 직접 일체로 형성하던 것과 비 교하여, 본 발명의 경우에는, 전열핀을 하나의 별도의 부재로 가공하기 때문에, 복잡한 형상의 가공도 상대적으로 용이하고, 상당히 얇은 두께를 가지도록 가공하는 것도 가능하다.
종래 기술은, 윅과 전열핀의 접촉력을 증가시키기 위한 방법으로 공차 등에 의한 접근만이 가능하여, 윅과 전열핀의 밀착성을 향상시키는 것에는 한계가 있다, 하지만, 본 발명의 경우, 윅과 전열핀의 밀착성을 높을 수 있기 때문에, 증기 생성을 활성화 시킬 수 있고 결과적으로 증발기의 성능을 높일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 경우, 전열핀의 두께를 조절이 쉽게 가능하므로, 증기 경로의 적절한 크기를 찾아 적용하기가 가능하다. 또한, 윅의 두께에 맞추어 전열핀의 제작이 가능하므로 얇은 윅을 적용하여 증기생성 면적과 열전달 면적을 적절히 맞추어 최적의 구조를 형상화하기 용이하다는 장점이 있다.
그리고, 본 발명의 경우, 상술한 가공의 용이성은, 가열 면적 및 증기 발생 면적 증대시킬 수 있고, 이와 함께 돌기부들을 구비한 전열핀과 윅 사이의 접촉열저항을 최소화시킴으로, 결국 루프형 히트파이프 시스템의 총열저항을 줄이는 것이 가능하다.
또한, 윅이 금속소재로 이루어진 경우, 윅과 전열핀, 그리고, 전열핀과 전열판의 결합이, 상호 접촉면의 단순한 접촉하고 있는 결합이 아니라, 열 또는 압력이나, 열과 압력에 의해, 금속적 결합으로 이루어지기 때문에, 결합면에서의 접촉 열저항이 줄어든다.
종래 기술의 경우에는, 소결윅을 제조한 후, 이를 단순히 물리적인 방법으로 전열판 역할을 하는 베이스의 돌기부 사이에 삽입 결합시켰다. 이로 인해, 외견상으로는 소결윅과 베이스의 접촉면의 면적이 증가된 것으로 보임에도 불구하고, 소결윅과 베이스의 돌기부의 접촉면에서의 결합이, 대부분 면접촉이 아닌 점접촉으로 되어 접촉면의 상태가 좋지 못하여, 실제로는 접촉면에서의 열저항이 상대적으로 높아 열원으로부터의 열이 소결윅으로 전달되는 것에 어려움이 많았다.
하지만, 본 발명의 경우, 윅과 전열핀의 접촉면이 단순한 물리적 결합으로 되어 있는 것이 아니고, 금속이 약간 용융되면서 결합이 이루어지는 금속적 결합으로 이루어져 있기 때문에, 종래기술에 비해 열저항을 현저히 낮출 수 있게 된 것이다. 이는 결과적으로 열원으로서의 전기부품을 낮은 온도에서 동작시킬 수 있게 한다.
한편, 본 발명의 경우, 윅과 전열핀이 직접적으로 열원에 접촉하지 않으므로 전열핀의 구조와 윅의 너비, 두께 등을 자유롭게 조절하는 것이 가능하다. 즉, 윅과 전열핀의 형상에 있어서, 보다 넓은 전열면적과 증기생성 면적을 확보할 수 있도록, 각각의 두께와 전체 너비 등을 조절하는 것이 용이하다는 장점이 있다.
한편, 윅과 전열핀을 결합시키기 위해, 열과 압력을 동시에 가하게 되면, 상호 결합이 더욱 밀접하게 이루어지기 때문에, 접촉면에서의 열저항이 줄어들게 된다.
또한, 결합체구조물을 횡방향으로 가압하는 구성으로 인해, 윅의 내부에 있는 공극의 지름은 수축되고,이에 따라 모세관압력이 커지게 되어 작동유체의 이동이 잘 이루어진다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 전열핀의 형상을 다양하게 성형할 수 있는 것은 물론, 단위결합체 사이에 스페이서를 배치하는 단계를 구비할 수 있다. 이러한 구성으로 인해, 발생된 증기가 원활하게 증발기 외부로 빠져나갈 수 있도록, 각 구성요소의 형상설계를 자유롭게 변형시도하면서 최적화시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 21 내지 도 23에는, 변형된 전열핀(20c)이 채용된 실시예가 도시되어 있다. 도 9에 예시된 전열핀(20)과 비교하여, 본 실시예의 전열핀(20c)은, 일측돌기부가 제거되고 타측돌기부(28c) 및 하부부재(24c)만으로 구성되어 있다. 도 22와 도 23에는 각각 이러한 전열핀(20c)과 윅(10)을 결합한 단위결합체(30c)와, 단위결합체(30c)들을 횡방향으로 배치한 결합체 구조물(40c)이 예시되어 있다. 이러한 결합체 구조물(40c)을 제조하기 위한 제조방법은 앞에서 설명한 것이 그대로 적용된다.
도 1은 종래기술의 루프형 히트파이프 시스템(110)의 개념도,
도 2내지 도 4는, 종래기술을 설명하기 위한 도면들,
도 5는, 도 2내지 도 4의 계면과 윅의 접촉면의 상태를 설명하기 위한 도면,
도 6은, 본 발명에 따른 일실시예의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법에 의해 제조된 증발기의 개략적 분해사시도,
도 7은, 본 발명에 따른 일실시예의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법의 흐름도,
도 8, 도 9, 도 10은, 각각 윅, 전열핀, 단위결합체를 예시한 도면,
도 11은, 윅과 전열핀이 접하는 면에 금속분말이 위치하고 있는 것을 다소 확대하여 도시한 도면,
도 12는, 결합체구조물을 예시한 도면,
도 13과 도 14는 각각 다른 실시예의 결합체구조물과 그 단면도,
도 15과 도 16은 각각 또 다른 실시예의 결합체구조물과 그 단면도,
도 17, 18은 결합체구조물에 횡방향 압력이 가해지는 것을 설명하는 도면,
도 19는 다른 실시예의 결합체구조물에 가압수단으로서 사각의 틀이 구비된 것을 예시한 도면,
도 20은, 결합체구조물에 전열판이 결합된 모습을 예시한 도면,
도 21 내지 23은, 각각 또 다른 실시예의 전열핀과, 단위결합체, 결합체구조물을 예시한 도면.

Claims (9)

  1. 루프형 히트파이프(LHP; Looped Heat Pipe) 시스템용 증발기를 제조하는 방법에 있어서,
    다공성의 윅을 다수 개 형성하는 윅 형성단계;
    상기 다수 개의 윅 중 어느 하나가 결합될 수 있는 윅결합부를 구비한 전열핀을 다수 개 형성하는 전열핀 형성단계:
    상기 하나의 윅을 상기 하나의 전열핀의 윅결합부에 위치시켜 단위결합체를 형성하는 단위결합체 형성단계;
    상기 단위결합체에 열 및 압력 중 적어도 하나를 가하여 윅과 전열핀의 접촉면을 상호 결합시키는 단위결합체 결합단계:
    상기 단위결합체들을, 그 각각의 하측면이 하나의 평면상에 오도록 횡방향으로 배치하여 하나의 결합체구조물을 형성하는 결합체구조물 형성단계;
    상기 결합체구조물에 열 및 압력 중 적어도 하나를 가하여 상기 단위결합체들을 상호 결합시키는 결합체구조물 결합단계; 및
    상기 결합체구조물을 평판 형상의 전열판의 상측면에 배치한 후, 열 혹은 열과 압력을 가하여, 결합체구조물과 전열판의 상호 접촉면을 결합시키는 전열판 결합단계:를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 윅 형성단계는,
    금속분말, 비금속분말, 금속섬유 및 비금속섬유 중 적어도 하나를 소재로 하여, 열과 압력 중 적어도 하나를 가하여 원하는 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 윅 형성단계는,
    열가소성 폴리머와 유기용매물질 중 적어도 하나를 혼합하여 열과 압력 중 적어도 하나를 가하여 원하는 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 윅 형성단계는,
    상기 윅이 원하는 형상으로 형성된 후, 용매추출 및 열분해 중 어느 하나의 방법으로 혼합하였던 열가소성 폴리머 또는 유기용매물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단위결합체 형성단계는,
    상기 윅을 전열핀의 윅결합부에 삽입하기 전에,
    금속분말 및 접합용 용재 중 어느 하나의 결합촉진물을 상기 윅과 전열핀의 접하는 면의 적어도 일부분에 위치하도록 하는 결합촉질물 삽입단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 결합체구조물 형성단계는,
    서로 인접하는 상기 단위결합체의 사이에, 중간 윅과 스페이서 중 적어도 하나를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 결합체구조물 형성단계에 있어서,
    상기 결합체구조물을 횡방향으로 압력을 가하여 상기 윅의 내부에 존재하는 공극의 지름을 수축시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 결합체구조물 형성단계에 있어서,
    상기 결합체구조물의 양측에서 압력을 가하여, 상기 윅의 내부에 존재하는 공극의 지름을 수축시킬 수 있는 가압수단을 구비하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 윅 형성단계, 전열핀 형성단계, 단위결합체 형성단계 및 결합체구조물 형성단계가 수행되고 난 후,
    상기 단위결합체 결합단계, 결합체구조물 결합단계 및 전열판 결합단계가 하나의 단계로 동시에 수행되거나, 혹은 단위결합체 결합단계와 결합체구조물 결합단계가 동시에 수행된 후 전열판 결합단계가 수행되거나, 혹은 단위결합체 결합단계가 수행된 후, 결합체구조물 결합단계와 전열판 결합단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법.
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JP6624119B2 (ja) * 2017-02-24 2019-12-25 トヨタ自動車株式会社 熱交換器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000040891A (ja) * 1998-07-24 2000-02-08 Fujikura Ltd ヒートパイプ付きヒートシンク
TWM309091U (en) * 2004-03-15 2007-04-01 Delta Electronics Inc Heat sink
TWI287964B (en) * 2005-11-11 2007-10-01 Cooler Master Co Ltd Water cooling head and manufacturing method thereof
SG142174A1 (en) * 2006-10-11 2008-05-28 Iplato Pte Ltd Method for heat transfer and device therefor
KR100831604B1 (ko) * 2007-01-31 2008-05-23 주식회사 에이팩 전자기기부품용 방열기의 제조방법
KR100846832B1 (ko) 2007-06-07 2008-07-17 주식회사 써모랩 히트파이프가 구비된 히트싱크 및 그 제조방법

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