KR20100135541A - Evaporator for the looped heat pipe system and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 응축기, 기체이송관 및 액체이송관과 함께 루프형 히트파이프 시스템을 이루는 증발기에 관한 것으로서, 특히 금속평판, 휜, 심지의 구성을 개선하여, 각 구성의 다양한 형상의 구현이 가능하고 제조비용이 절감될 뿐 아니라 대량생산이 가능하며 열전달 효율을 높이는 것이 가능한 루프형 히트파이프 시스템용 증발기에 관한 것이다. The present invention relates to an evaporator which forms a loop heat pipe system together with a condenser, a gas transfer pipe, and a liquid transfer pipe, and in particular, improves the construction of metal flat plates, fins, and wicks, and enables various shapes of each configuration and is manufactured. Not only is this reduced, it is also possible to mass produce and to increase heat transfer efficiency for an evaporator for a loop heat pipe system.
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 냉각시키지 못하게 되면, 그 성능이 현저히 떨어지게 되는 것은 물론 경우에 따라서는 제품의 손상에까지 이르게 된다.Electronic components such as CPUs and semiconductor chips used in various electronic devices such as computers generate a lot of heat during operation. Since such electronic components are usually designed to function properly at room temperature, failure to effectively cool the heat generated during operation leads to a significant decrease in their performance and, in some cases, even damage to the product.
또한 전자부품의 고집적화와 고성능화로 인해 발열부하가 지속적으로 증가하고 있기 때문에 전자부품을 효과적으로 냉각하기 위한 새로운 여러 가지 시도가 있어 왔다. 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. In addition, since heat generation loads are continuously increasing due to high integration and high performance of electronic components, various new attempts have been made to effectively cool electronic components. One such attempt is a phase change heat transport system. A recent example of such a phase change heat transfer system is a looped heat pipe (LHP) system.
루프형 히트파이프 시스템은 인공위성용 통신장비나 전자장비 등에서 발생하는 대용량의 열을 냉각시키기 위해 미국 NASA에서 개발한 CLP(Capillary Pumped Loop Heat Pipe)기술의 일종이다. The loop heat pipe system is a type of CLP (Capillary Pumped Loop Heat Pipe) technology developed by NASA to cool large amounts of heat generated from satellite communication equipment and electronic equipment.
도 1에는 통상의 루프형 히트파이프 시스템(100)의 동작의 개념도가 예시되어 있다. 루프형 히트파이프 시스템(100)은, 응축기(112), 종래의 증발기(114), 그리고 이들을 연결하는 기체이송관(116)과 액체이송관(118)이 상호 연결되어 루프를 이루고 있다. 1 illustrates a conceptual diagram of the operation of a conventional looped
루프형 히트파이프 시스템(100)의 경우, 이전의 원통형 히트파이프와는 달리 증발기(114) 내부에만 소결 심지(sintered wick)가 구비되어 있다. 한편, 본 명세서에서 루프형 히트파이프는 루프형 히트파이프 시스템이라고도 칭하며 양 호칭은 같은 의미로 혼용하고, 증발기 및 응축기는 각각 증발부 및 응축부와 같은 의미이다. In the case of the loop
이러한 구성의 루프형 히트파이프 시스템(100)이 작동하는 기본원리는 다음과 같다. The basic principle of operating the loop type
먼저, 소결윅이 내부에 구비된 증발기의 하부에 위치한 베이스가 열원(heat source)인 전자부품(미도시)에 접하여 열원에 의해 가열되면, 전달된 열에 의해 소결윅에 스며들어 있던 작동유체가 포화온도까지 가열되어 기체로 상변화 하게 된다. 이때 발생한 기체는 증발기(114) 일측에 연결된 기체이송관(116)을 따라 응축 기(112)로 이동된다. 이어서, 상기 기체가 응축기(112)를 지나면서 외부로 열을 방출하여 액화되면, 그 액화된 작동유체가 응축기(112) 일측의 액체이송관(118)을 따라 다시 증발기(114)로 이동된다. 이러한 과정이 반복하며, 열원인 전자부품을 냉각시키게 된다.First, when the base located in the lower part of the evaporator provided inside is in contact with an electronic component (not shown) that is a heat source and is heated by a heat source, the working fluid that has permeated the sinter wick by the transferred heat is saturated. It is heated up to the temperature and is changed into gas. At this time, the generated gas is moved to the
본 발명은, 이러한 루프형 히트파이프 시스템에 있어서, 증발기에 관한 것이다. 증발기는 발열부와 접촉할 수 있는 부위와 열전달 혹은 열확산을 위한 부위, 상변화에 필요한 공간과 구조물 등이 필요하다. 증발기는 발열부의 열을 전달받아 작동유체를 보다 잘 기화시키는 것은 물론 대량생산이 가능한 구조를 구비하는 것이 요구되어지고 있다. The present invention relates to an evaporator in such a loop heat pipe system. The evaporator needs a part that can come into contact with the heat generating part, a part for heat transfer or heat diffusion, and a space and structure necessary for phase change. The evaporator is required to have a structure capable of mass-producing as well as vaporizing the working fluid by receiving the heat of the heat generating unit.
하지만, 현재까지 개발된 루프형 히트파이프 시스템용 증발기는, 그 내부 구성의 문제로 인해, 열원으로부터 전달받은 열에 의해 작동유체가 충분히 효과적으로 기화되지 못할 뿐 아니라, 충분한 성능을 위한 다양한 형상 및 원하는 사양으로 제조하는 것이 어렵고, 대량생산이 곤란하다는 문제점이 있다. However, evaporators for loop heat pipe systems developed to date, due to problems of their internal construction, not only do not effectively vaporize the working fluid by the heat transferred from the heat source, but also have various shapes and desired specifications for sufficient performance. It is difficult to manufacture, and there is a problem that mass production is difficult.
본 발명은, 상술한 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 루프 히프파이프 시스템용 증발기에 있어서, 증발기 내부에 구비된 금속평판과, 윅, 심지의 구조를 개선함으로써, 충분히 높은 열이송 능력을 가질 뿐 아니라 다양한 형상과 사양의 구현이 가능하고, 대량 생산화와 제조 원가 절감이 가능한 증발기를 제공하는 것에 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems, and in the evaporator for the loop bottom pipe system, by improving the structure of the metal plate, the wick, the wick provided inside the evaporator, not only has a sufficiently high heat transfer capacity It is an object of the present invention to provide an evaporator capable of realizing various shapes and specifications, and mass production and manufacturing cost reduction.
또한, 본 발명의 다른 측면으로, 상기 루프형 히트파이프 시스템용 증발기를 제조하는 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an evaporator for a loop heat pipe system.
본 발명의 루프형 히트파이프(LHP; Looped Heat Pipe) 시스템용 증발기는, 결합홈을 다수 개 구비한 상측면과, 평평한 하측면을 구비한 금속평판; 상기 각 결합홈에 하단부가 삽입고정된 다수의 휜(fin); 상기 휜들 사이에 배치되어 그 휜들과 결합되어 있는 다공성의 심지(wick); 및 상기 금속평판에 결합되는 덮개부재;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. An evaporator for a looped heat pipe (LHP) system according to the present invention includes a metal plate having an upper side and a flat lower side having a plurality of coupling grooves; A plurality of fins having lower ends inserted into respective coupling grooves; A porous wick disposed between and coupled to the pins; And a cover member coupled to the metal flat plate.
한편, 상기 휜은, 얇은 판 형상이고, 상기 각 결합홈은, 상기 휜의 하단부가 결합될 수 있는 형상이고, 상기 다수의 결합홈은 상호 이격되어 나란하게 배치되어 있는 것이 바람직하다. On the other hand, the fin is a thin plate shape, each of the coupling groove, the lower end of the fin is a shape that can be coupled, the plurality of coupling grooves are preferably spaced apart from each other side by side.
한편, 상기 휜의 하단부는 상기 결합홈에, 강제압입방식, 접착체를 사용한 본딩방식, 솔더링방식, 브레이징 방식 및 용접 방식 중에서 적어도 하나의 방식에 의해 결합된 것이 바람직하다.On the other hand, the lower end of the fin is preferably coupled to the coupling groove by a method of at least one of a forced pressing method, a bonding method using an adhesive, a soldering method, a brazing method and a welding method.
상기 심지는, 금속분말이 소결되어 형성된 소결심지, 다공성의 금속심지 및 다공성의 섬유심지 중 어느 하나인 것이 바람직하다. The wick is preferably any one of a sintered wick formed by sintering the metal powder, a porous metal wick, and a porous fiber wick.
그리고, 상기 휜과 심지는, 결합된 상태에서 열과 압력 중 적어도 하나가 가해져 상호 금속적 결합이 이루어진 것이 바람직하다. In addition, the wick and the wick, it is preferable that at least one of heat and pressure is applied in a bonded state is made of a mutual metal bond.
한편, 상기 금속평판은, 상판과 하판으로 이루어지고, 상기 상판에는 상하방향으로 관통하는 관통공이 형성되어 있고, 상기 결합홈은, 상기 상판과 하판이 결 합하여 상기 관통공에 의해 형성된 것이 바람직하다. On the other hand, the metal plate, the upper plate and the lower plate, the upper plate is formed with a through hole penetrating in the vertical direction, the coupling groove, the upper plate and the lower plate is preferably formed by the through hole.
그리고, 상기 상판, 하판, 휜 및 심지는, 상호 결합된 상태에서 가해진 열에 의해 상호 금속적 결합이 이루어진 것이 바람직하다. In addition, the upper plate, the lower plate, the fin and the wick, it is preferable that the mutual metallic bonding is made by the heat applied in the mutually bonded state.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 루프형 히트파이프(LHP; Looped Heat Pipe) 시스템용 증발기의 제조방법은, 금속평판의 상측면에 다수의 결합홈을 형성하는 결합홈 형성단계: 상기 결합홈에 그 하단부가 삽입될 수 있는 금속재질의 휜을 다수개 준비하는 휜(fin) 준비단계; 상기 각 휜을 상기 각 결합홈에 결합시키는 휜 결합단계; 및 상기 휜들 사이에 다공성의 심지를 배치하고 결합시키는 심지결합단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. On the other hand, the method of manufacturing an evaporator for a looped heat pipe (LHP) system according to another aspect of the present invention, the coupling groove forming step of forming a plurality of coupling grooves on the upper side of the metal plate: in the coupling groove A fin preparation step of preparing a plurality of metal fins into which the lower end may be inserted; A coupling step of coupling the respective couplings to each coupling groove; And a wick bonding step of placing and coupling the porous wick between the pins.
한편, 상기 금속평판은 상판과 하판으로 이루어지되, 상기 결합홈 형성단계는, 상기 상판에 상하방향으로 관통하는 관통공을 다수개 형성하는 관통공 형성단계와, 관통공이 구비된 상판과 하판을 상호 결합하여 결합홈을 형성하는 상판 하판 결합단계를 포함하는 것이 바람직하다. On the other hand, the metal plate is made of a top plate and a bottom plate, the coupling groove forming step, the through-hole forming step of forming a plurality of through-holes penetrating in the up and down direction on the top plate, and the top plate and the bottom plate provided with a through hole It is preferable to include a bottom plate coupling step of coupling to form a coupling groove.
그리고, 상기 심지결합단계는, 상기 휜들 사이에 상기 심지를 배치한 후, 상기 상판, 하판, 휜 및 심지가 상호 결합된 상태에서 열을 가하여, 상호 접한 면에 금속적 결합이 이루어지도록 수행되는 것이 바람직하다. And, the wick coupling step, after placing the wick between the pins, by applying heat in the state that the upper plate, the lower plate, the pin and the wick are mutually coupled, it is to be carried out to make the metal bond to the mutually contacting surface desirable.
또한, 상기 휜 결합단계는, 상기 휜의 하단부를 상기 결합홈에 강제압입하여 결합시키는 강제압입방식, 상기 휜의 하단부와 상기 결합홈의 상호간을 접착체에 의해 결합시키는 본딩방식, 솔더링방식, 브레이징에 의한 브레이징 방식 및 용접 방식 중에서 어느 하나의 방식에 의해 수행되는 것이 바람직하다. In addition, the coupling step, the forced pressing method for forcing the lower end portion of the shock by coupling to the coupling groove, the bonding method for bonding the lower end of the shock and the coupling groove with each other by the adhesive, soldering method, brazing It is preferably carried out by any one of the brazing method and the welding method.
한편, 상기 심지는 금속분말이 소결되어 형성된 심지이고, 상기 심지결합단계는, 상기 심지를, 금속분말과 금속섬유 중 적어도 하나의 성형소재에 열과 압력 중 적어도 하나를 가하여 예비성형체로 형성하되, 상기 금속평판에 결합된 휜들 사이에 끼워질 수 있는 형상을 가지도록 형성하는 예비성형체 형성단계: 상기 예비성형체를 상기 휜들 사이에 삽입하는 예비성형체 삽입단계: 및 상기 예비성형체와 상기 휜들을 소결온도로 가열하여, 상기 예비성형체를 다공성의 소결심지(sintered wick)로 형성시키는 것과 동시에 상기 심지와 휜들의 상호 접한 면이 결합되도록 하는 소결심지 형성 및 결합단계:를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. On the other hand, the wick is a wick formed by sintering the metal powder, the wick bonding step, the wick is formed into a preform by applying at least one of heat and pressure to at least one of the molding material of the metal powder and the metal fiber, A preform forming step to form a shape that can be sandwiched between the pins coupled to the metal plate: a preform inserting step of inserting the preform between the pins: and heating the preform and the pins to a sintering temperature Thus, the preform is preferably formed of a porous sintered wick (sintered wick) and at the same time the sintering wick formation and bonding step to be bonded to the interfacial surface of the wick and the pin: is preferably configured to include.
한편, 상기 심지결합단계는, 상기 휜들 사이에 심지를 배치한 후, 상기 금속평판, 휜 및 심지가 상호 결합된 상태에서 열을 가하여 상호 금속적 결합이 이루어지도록 수행되는 것이 바람직하다. On the other hand, the wick coupling step, after placing the wick between the pins, it is preferable that the metal plate, the pin and the wick is applied to each other by applying heat in the state of mutual coupling.
또한, 상기 휜 결합단계와 상기 심지결합단계는, 상기 각 휜을 상기 각 결합홈에 끼우고 그 휜들 사이에 심지를 배치한 후, 상기 금속평판, 휜 및 심지들을 동시에 가열하여, 이들이 상호접하는 면에서 금속적 결합이 이루어지도록 수행되는 것이 바람직하다. In the coupling step and the wick coupling step, each of the pins are inserted into the coupling grooves and the wicks are disposed between the pins, and then the metal flat plate, the pins and the wicks are heated at the same time, and they are in contact with each other. It is preferable that the metal bond is performed in the above.
본 발명의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기에 의하면, 휜과 심지를 각기 따로 제조하여 결합함으로써, 충분한 냉각성능을 구비하면서도 다양한 형상과 원하는 사양으로 구현이 가능할 뿐 아니라, 저렴한 제조원가로 대량생산이 가능하다는 효과를 얻을 수 있다. According to the evaporator for the loop type heat pipe system of the present invention, by separately manufacturing and combining the fin and the wick, it is possible not only to have sufficient cooling performance but also to realize various shapes and desired specifications, and to mass-produce at low manufacturing cost. The effect can be obtained.
본 발명은, 응축기, 기체이송관 및 액체이송관과 함께 루프형 히트파이프 시스템을 이루는 증발기에 관한 것이다. 루프히트파이프 시스템의 동작에 관한 설명은 배경기술란에서 상술한 것이 적용된다. The present invention relates to an evaporator which together with a condenser, a gas conveying tube and a liquid conveying tube forms a loop heat pipe system. Description of the operation of the loop heat pipe system is applied to the above-described in the background section.
본 발명의 일실시예에 따른 루프형 히트파이프 시스템용 증발기를 도 2 내지 도 4를 참조하며 설명한다. An evaporator for a loop type heat pipe system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 개략적 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 2의 덮개부재를 제외한 일부분의 개략적인 분해 사시도이다. 2 is a schematic exploded perspective view of an evaporator for a loop type heat pipe system according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 2, and FIG. 4 is a portion except for the cover member of FIG. 2. Is a schematic exploded perspective view of a.
상기 루프형 히트파이프 시스템용 증발기(1)는, 금속평판(10), 휜(fin; 20), 심지(wick; 30) 및 덮개부재(40)를 포함하여 구성되어 있다. The
상기 금속평판(10)은, 금속소재로 되어 있으며, 평평한 하측면(16)이 열원에 접하여, 그 열원으로부터 열을 전달받는다. 열원은 동작시 열을 발생하는 전자부품이며, 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU), 그래픽 카드의 칩셋(chipset) 등이 그 예이다. The metal
금속평판(10)의 상측면(12)에는 결합홈(14)이 다수개 구비되어 있다. The
각 결합홈(14)은, 휜(20)의 하단부(22)가 결합될 수 있는 형상으로 가공된다. 본 실시예의 경우, 휜(20)은 얇은 직각 판 형태이므로, 결합홈(14)의 형상 역시, 이에 대응되도록, 그 단면이 사각이고 길게 연장되어 있다. Each
또한, 결합홈(14)은, 금속평판(10)의 상측면(12)에 다수 개가 구비되며, 상호 이격되어 나란하게 배치되어 있다. 결합홈(14)은 금속평판(10)에 다양한 방법으 로 가공될 수 있다. In addition, a plurality of
상기 휜(20)은, 결합홈(14)에 그 하단부(22)중 일부분이 삽입고정된다. 휜(20)은 다수 개 구비되며, 하나의 휜(20)이 하나의 결합홈(14)에 결합된다. The
휜(20)의 하단부(22)의 위로는, 심지(30)에서 기화된 작동유체의 통로 확보를 위해, 상호 이격된 다수의 빗살부재(24)들이 형성되어 있다. 빗살부재(24)를 포함함 휜(20)의 형상은 마치 빗과 유사한 형상이다. 빗살부재(24)의 사이를 통해, 심지(30)에서 기화된 작동유체는 상부로 이동한 후, 다시 기체이송관결합공(44)으로 이동된다. Above the
휜(20)의 하단부(22)는 결합홈(14)에 다양한 방식에 의해 결합된다. The
상기 다양한 방식의 예로는, 강제압입방식이 있다. 휜(20)의 하단부(22)를 결합홈(14)에 강제압입하는 것에 의해 상호 결합이 이루어진다. 강제압입이 이루어지도록, 휜(20)의 하단부(22)의 크기와 결합홈(14)의 크기를 적절하게 가공한다. An example of the various methods is a forced press method. The mutual coupling is achieved by forcibly pressing the
한편, 휜(10)을 결합홈(14)에 강제압입하고 난 후, 휜(10)과 결합홈(14)부분에 열을 가하여 상호 접하는 면에서 금속적 결합이 이루어지도록 할 수도 있다. 금속적 결합이 이루어지게 되면, 상호 접하는 면에서의 접촉열저항이 현저히 낮아지게 된다. On the other hand, after forcibly pressurizing the
또한, 휜(20)을 결합홈(14)에 결합하는 다른 방식으로, 접착제를 사용하는 본딩방식이 있다. 즉, 열을 전달하는 성질을 가진 접착제, 예컨대, 열전달 에폭시 접착제나 실리콘 접착제 등과 같은 접착제를, 휜(20)의 하단부(22)와 결합홈(14)이 상호 접하는 부분에 도포하고, 양자를 결합시킨 후 경화시켜, 결합시킨다. In addition, there is another method of bonding the
또한, 휜(20)을 결합홈(14)에 결합하는 다른 방식으로 솔더링방식, 블레이징 또는 용접의 방식이 있다. In addition, another method of coupling the
상기 솔더링방식은, 납땜이라고도 하며, 납재를 사용해서 휜(20)과 결합홈(14)의 소재는 녹이지 않고 결합하는 방식이다. 그리고, 블레이징 방식도, 납땜의 한 종류이며, 접합하려는 모재보다도 녹는점이 낮은 비철금속 또는 그 합금(납재)을 용가재로 사용함으로써 모재를 거의 용융시키지 않고 납재 만을 용융시켜 접합하는 접합 방식이다. 다만, 블레이징방식은 솔더링방식에 비해 다소 높은 용융점을 가지는 합금을 용가재로 사용하며, 용제를 사용한다는 점에서 다소의 차이가 있다. The soldering method, also called soldering, is a method in which the material of the
상기 용접방식은, 휜(10)과 금속평판(20)에 다른 용재 없이 열 혹은 압력을 가하여 양자가 직접 결합이 되도록 접합시키는 방식이다. 용접방식에는 융접법과 압접법이 있는데, 양자 중 어느 방식을 사용할 수도 있다. The welding method is a method of joining the
휜(10)을 금속평판(20)의 결합홈(14)에 결합시키는 방식은, 상술한 방식들 중에, 휜(10)과 결합홈(14)의 형상이나 재질을 고려하여 적절한 것을 선택한다.The method of coupling the
상기 심지(wick; 30)는, 휜(20)들 사이에 배치되어 양측의 휜(20)들과 결합된다. 도 2와 도 3을 참조하면, 심지(30)는, 결합홈(14)에 삽입되어 고정된 휜(20)들 사이사이에 배치되어 양측의 휜(20)들에 결합되어 있다. The
심지(30)는, 내부에 작동유체를 포함하고 있을 수 있도록 다공성의 성질을 가진다. 심지(30)의 형상은, 본 실시예의 경우, 휜(10)의 형상에 맞추어, 얇은 판의 형상이다. 도 4에, 휜(10)과 심지(20)의 형상이 잘 도시되어 있다. The
심지(30)는, 본 실시예의 경우, 금속분말이 소결되어 형성된 소결심지이다. 소결심지는, 동과 같은 금속의 분말을 원하는 형상으로 압축성형한 후, 녹는점 보다 낮은 소결온도로 가열하여 제조한다. 한편, 다른 실시예의 경우, 심지는 다공성을 가지는 재료들 예컨대 금속섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 세라믹 화이바 등과 같은 재료로 제조될 수 있다. In the case of the present embodiment, the
본 실시예의 경우, 휜(20)과 심지(30)는, 상호 결합된 상태에서 열과 압력이 해지는 것에 의해, 상호 접하고 있는 부분에서 금속적 결합을 이루고 있다. 따라서, 휜(20)과 심지(30)의 경계면에서 열저항이 현저히 낮아지는 효과가 있다. In the case of the present embodiment, the
한편, 다른 실시예의 경우, 휜과 심지가 상호 밀착결합되어 있고, 금속적 결합은 이루고 있지 않을 수도 있다. 또한 금속적 결합을 이루고 있는 경우에도 열 이나 압력 중 어느 하나만이 가해져 금속적 결합이 이루어지도록 할 수도 있다. On the other hand, in the other embodiment, the pin and the wick is closely bonded to each other, the metallic bond may not be made. In addition, even when forming a metallic bond, only one of heat or pressure may be applied to make the metallic bond.
상기 덮개부재(40)는, 금속평판(10)에 결합되어 증발기(1)의 내부공간을 형성한다. 덮개부재(40)의 상면에는 액체이송관이 결합되는 액체이송관 결합공(42)이 두 개 구비되어 있다. 또한 덮개부재(40)의 측면에는 기체이송관이 결합될 수 있는 기체이송관 결합공(44)이 두 개 구비되어 있다. The
한편, 본 실시예의 금속평판(10), 휜(20) 및 심지(30)의 두께나 크기, 형상 등은 요구되는 냉각능력이나, 소재 등의 여러 가지를 고려하여 다양하게 변형이 가능하다. On the other hand, the thickness, size, shape, etc. of the metal
이하, 상술한 실시예의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기(1)의 작용과 효과를 설명한다. The operation and effects of the
본 발명의 일 실시예의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기(1)의 동작을 간단히 설명한다. 액상의 작동유체(working fluid)는 액체이송관연결공(42)을 통해 심지(30) 상부로 유입되어 흡수되고, 표면으로 넓게 확산된다. The operation of the
이때 증발기(1)의 하부를 이루는 금속평판(10)으로 열원에서 발생한 열이 전달되면, 이 열은 열전도에 의해, 금속평판(10)의 결합홈(14)에 결합되어 있는 돌기모양의 휜(20)으로 전달된다. At this time, when the heat generated from the heat source is transferred to the
심지(30)는, 휜(20)과의 접촉면을 통하여, 휜(20)으로 전달된 열을 다시 공급받는다. 이 열로 인해 심지(30) 표면에서 작동유체가 기화되며, 심지(30)의 내부에서는 지속적으로 작동 유체가 이송되어 온다. 기화된 작동유체는 휜(20)의 빗살부재(24)들 사이를 거쳐 기체이송관결합공(44)으로 이동된다. The
이때, 심지(30)의 표면 혹은 내부의 작동유체는 기-액 경계면을 형성하며, 메니스커스(meniscus)의 곡률이 발생되어 증기와 액체 사이에는, 압력차에 의한 모세관 압력(capillary pressure)이 발생한다. 이러한 모세관 압력은 응축기에서 증발기(1)로 귀환하는 액체 상태의 작동 유체를 지속적으로 끌어당겨, 결과적으로 순환을 가능하게 하는 구동력(driving force)으로 일부 작용하여 루프형 히트파이프 시스템 전체의 순환이 가능하도록 한다. At this time, the working fluid on the surface or the inside of the
본 발명의 일 실시예의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기(1)는, 금속평판(10), 휜(20) 및 심지(30)가 별도로 선제작된 후 상호 결합된 구조로 되어 있기 때문에, 각각의 형상의 변화, 원하는 사양의 구현, 제조방법의 다양화 및 대량생산이 구형 등이 가능하다는 장점이 있다. Since the
특히, 금속평판(10)에 결합홈(14)을 구비하고, 각 결합홈(14)에 휜(20)이 결합되어 있기 때문에, 금속평판(10)과 휜(20)의 형상을, 대량생산에 적합하도록 다양하게 변형할 수 있다는 장점이 있다. In particular, since the
또한, 휜(20)과 결합홈(14)의 결합을 강제압입방식으로 하는 경우, 조립이 간단하고 제조비용이 절감된다는 장점이 있다. 그리고, 강제압입방식을 한 후 열이나 압력을 가하여 휜(20과 결합홈(14) 사이에 금속적 결합을 이루게 한 경우에는, 상호 접하는 면에서의 열저항이 낮아진다는 장점이 있다. In addition, when the coupling of the
또한, 휜(20)과 심지(30)가 열이나 압력에 의해 상호 금속적 결합을 이루는 경우, 상호 접하는 면에서 열저항이 낮아 열전달이 효과적으로 이루어진다는 장점이 있다. In addition, when the fin (20) and the wick (30) to form a mutual metal bond with each other by heat or pressure, there is an advantage that the heat transfer is effective in the heat resistance is low in contact with each other.
한편, 도 5에는, 상술한 실시예의 증발기(1)의 금속평판(10)이 변형된 금속평판(10a)이 도시되어 있다. 5 shows a
상기 금속평판(10a)은, 상판(12a)과 하판(16a)을 포함하여 이루어져 있다. 상판(12a)에는, 상하방향으로 관통하는 관통공(15a)이 다 수개 형성되어 있다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 관통공(15a)을 구비한 상판(12a)과 하판(16a)이 상호 결합하게 되면, 관통공(15a)이 결합홈을 형성하게 된다. The metal
금속평판(10a)을 이루는 상판(12a)에 관통공(15a)을 형성하는 것에 의해, 결합홈을 형성하는 방식이 정밀도나 생산성의 측면에서 유리하다. By forming the through
또한, 상판(12a), 하판(16a)을 상호 결합하여 결합홈을 형성한 후, 도시하지는 않았지만, 결합홈에 휜의 하단부를 결합하고 휜들 사이사이에 심지를 배치한 후, 이러한 상호 결합된 상태에서 열을 가함으로써, 상판(12a), 하판(16a), 휜 및 심지들이 상호 접하는 면에 금속적 결합이 이루어지도록 한다. 이렇게 하면, 상호 접하는 면에서의 열전달 효율이 높아지고, 높은 생산성으로 대량생산이 가능하다는 장점이 있다. In addition, after the
한편, 본 발명의 다른 측면으로, 루프형 히트파이프 시스템용 증발기를 제조하는 방법을 개시한다. 도 7을 참조한다. On the other hand, in another aspect of the present invention, a method of manufacturing an evaporator for a loop type heat pipe system is disclosed. See FIG. 7.
본 발명에 따른 일실시예의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기를 제조하는 방법은, 결합홈 형성단계(S1), 휜 준비단계(S2), 휜 결합단계(S3) 및 심지결합단계(S4)를 포함하여 이루어진다. 본 실시예의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기를 제조하는 방법은 앞서 설명한 루프형 히트파이프 시스템용 증발기를 제조하기에 적합하다. Method for manufacturing an evaporator for a loop type heat pipe system according to an embodiment of the present invention includes a coupling groove forming step (S1), 휜 preparation step (S2), 휜 coupling step (S3) and wick coupling step (S4). It is done by The method of manufacturing the evaporator for the loop heat pipe system of the present embodiment is suitable for manufacturing the evaporator for the loop heat pipe system described above.
상기 결합홈 형성단계(S1)는, 도 4를 참고하면, 금속평판(10)의 상측면(12)에 다수의 결합홈(14)을 형성하는 단계이다. Referring to FIG. 4, the coupling groove forming step S1 is a step of forming a plurality of
금속재질의 평판(10)의 상측면(12)에, 휜(20)의 하단부(22)의 형상에 대응하도록 폭과 깊이 및 길이를 가지는 결합홈(14)을 형성한다. 금속의 표면을 가공하는 방법은 공지의 절삭공정을 이용한다. 한편, 실시예에 따라서는, 다이캐스팅의 방법에 의해, 결합홈(14)을 구비한 금속평판(10)을 형성할 수도 있다. An engaging
한편, 다른 실시예의 경우, 금속평판(10a)을, 도 5에 예시된 바와 같이, 상판(12a)과 하판(16a)으로 구성하는 경우, 결합홈 형성단계(S1)는, 관통공 형성단계와, 상판 하판 결합단계를 포함한다. On the other hand, in the case of another embodiment, when the
상기 관통공 형성단계는, 상판(12a)을 상하방향으로 관통하는 관통공(15a)을 다수개 형성하는 단계이다. 절삭이나, 다이캐스팅의 방법에 의해 관통공(15a)을 상판(15a)에 형성한다. The through hole forming step is a step of forming a plurality of through
상기 상판 하판 결합단계는, 관통공(15a)이 구비된 상판(12a)과 하판(16a)을 상호 결합하여 결합홈을 형성하는 단계이다. 상호 결합하는 방법은, 본딩방식, 솔더링방식, 브레이징방식, 용접방식이나, 압력이나 열을 가하여 상호 금속적 결합을 이루도록 하는 방식이 있다. 이들 중 상판(12a)과 하판(16a)의 재질을 고려하여 선택한다. The lower plate coupling step is a step of forming a coupling groove by coupling the
한편, 금속평판(10a)이 상판(12a)과 하판(16a)으로 이루어진 경우, 심지결합단계(S4)는, 휜(20)들 사이에 심지(30)를 배치한 후, 상판(12a), 하판(16a), 휜(20) 및 심지(30)가 상호 결합된 상태에서 열을 가하여, 상호 접한 면들이 금속적 결합이 이루어지도록 수행된다.On the other hand, when the
상기 휜 준비단계(S2)는, 결합홈(14)에 그 하단부(22)가 삽입될 수 있는 금속재질의 휜(20)을 다수 개 준비하는 단계이다. The preparation step (S2) is a step of preparing a plurality of metal (20), the
상기 휜 결합단계(S3)는, 각 휜(30)을 나란하게 이격시켜 구비된 결합홈(14)에 결합시키는 단계이다.The coupling step (S3) is a step of engaging each
휜 결합단계(S3)는, 휜(20)의 하단부(22)를 결합홈(14)에 강제압입하여 결합시키는 강제압입방식, 휜(20)의 하단부(22)와 결합홈(14)의 상호 간을 접착체에 의해 결합시키는 본딩방식, 솔더링방식, 브레이징에 의한 브레이징 방식 및 용접 방식 중에서 어느 하나 혹은 두 개 이상의 방식에 의해 수행된다. 휜 coupling step (S3) is a forced press method for forcing the
상기 심지결합단계(S4)는, 휜(20)들 사이에 다공성의 심지(30)를 배치하고 결합시키는 단계이다. 심지(30)는, 내부에 작동유체를 포함하고 있을 수 있도록 다공성의 성질을 가진다. 심지(30)는 얇은 판의 형상이며, 휜(20)의 형상과 상호 인접한 휜들 사이의 거리를 고려하여 심지의 두께 등을 가지도록 한다. The wick coupling step (S4) is a step of placing and bonding the
심지(30)는, 본 실시예의 경우, 금속분말이 소결되어 형성된 소결심지이다. 소결심지는, 동과 같은 금속의 분말을 원하는 형상으로 압축성형한 후, 녹는점 보다 낮은 소결온도로 가열하여 제조한다. 한편, 다른 실시예의 경우, 심지는 다공성을 가지는 재료들 예컨대 금속섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 세라믹 화이바 등과 같은 재료로 제조될 수 있다. In the case of the present embodiment, the
본 실시예의 경우, 휜(20)과 심지(30)는, 상호 결합된 상태에서 열과 압력이 해지는 것에 의해, 상호 접하고 있는 부분에서 금속적 결합을 이루고 있다. 따라서, 휜(20)과 심지(30)의 경계면에서 열저항이 현저히 낮아지는 효과가 있다. In the case of the present embodiment, the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 일실시예의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기를 제조하는 방법에 의하면, 금속평판(10)에 결합홈(14)을 사전에 형성하고, 별도 제작한 휜(20)을 결합홈(14)에 끼워서 결합시키는 방식이기 때문에, 휜의 형상이나 사양에 제한이 적다는 장점이 있다. As described above, according to the method of manufacturing an evaporator for a loop type heat pipe system according to an embodiment of the present invention, the
그리고, 휜과 심지는, 그 형태상 각각 별도로 대량 생산이 가능하며, 이들 휜과 심지의 결합방식이 간단하게 이루어지기 때문에 이들의 대량생산이 가능하다는 장점 있다. In addition, the wick and the wick can be mass-produced separately in their respective forms, and the combination method of these wicks and the wick is simply made, so that their mass production is possible.
한편, 다른 실시예의 경우, 심지를 금속분말이나 금속섬유가 소결되어 형성 되는 금속소결심지로 하되, 심지결합단계(S4)가 예비성형체 형성단계, 예비성형체 삽입단계와 소결윅 형성 및 결합단계를 포함하도록 구성할 수도 있다. Meanwhile, in another embodiment, the wick is a metal sintered wick formed by sintering metal powder or metal fiber, but the wick bonding step S4 includes a preform forming step, a preform inserting step, and a sintering wick forming and joining step. It can also be configured to.
상기 심지결합단계(S4)는, 예비성형제를 먼저 만들고, 이러한 예비성형체를 휜들 사이에 삽입한 후, 여기에 소결온도로 가열하여 소결심지로 만드고 결합시키는 단계를 포함한다. The wick bonding step (S4), a pre-forming agent is first made, and the pre-form is inserted between the pins, and then heated to a sintering temperature therein to include a step of making a sintered wick and bonding.
즉, 상기 예비성형체 형성단계는, 금속분말과 금속섬유 중 적어도 하나의 성형소재에 열과 압력 중 적어도 하나를 가하여 예비성형체로 형성하는 단계이다. 이대, 예비성형체의 형상은, 금속평판(10)에 결합된 휜(20)들 사이에 끼워질 수 있는 형상을 가지도록 형성한다. That is, the forming of the preform is a step of forming a preform by applying at least one of heat and pressure to at least one of the metal powder and the metal fiber. The preform is formed to have a shape that can be sandwiched between the
예비성형체는 후에 각 해당금속가 가지는 소결온도로 가열하여 소결심지가 된다. 따라서, 예비성형체로 되도록 가열하는 경우, 가열온도는 각 소재 금속의 소결온도보다 낮은 온도가 된다. The preform is then heated to the sintering temperature of the metal concerned to form a sintering core. Therefore, when heating so as to become a preform, the heating temperature becomes a temperature lower than the sintering temperature of each material metal.
한편, 상기 성형소재는 예비성형체를 만들기 위한 재료를 의미한다. 성형소재에는, 성형소재로 선택되어진 금속분말이나 금속섬유의 녹는점, 강도 등의 물성치를 고려하여, 적절한 온도의 열로 가열되거나, 가열과 함께 혹은 가열하는 것 대신에 압력이 가해져, 예비성형체로 형성된다. On the other hand, the molding material means a material for making a preform. The molded material is formed into a preform by being heated with an appropriate temperature, or with or without heating, in consideration of physical properties such as melting point and strength of the metal powder or metal fiber selected as the molding material. do.
그리고, 예비성형체 형성단계는, 금속분말과 금속섬유 등의 성형소재를 지그나 혹은 틀과 같은 고정기구 등을 사용하여 원하는 형태로 고정한 후, 열이나 압력을 가하여 수행될 수 있다. 또한, 순수하게 성형소재만으로 성형시켜도 되지만, 필요에 따라, 접착성 고분자 물질로 열가소성 폴리머인 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필 렌(PP), 아크릴수지, 스티렌수지 중 적어도 하나를 이용하여, 성형소재들의 사이의 바인더로 작용하도록 사용하는 것도 가능하다. The preform forming step may be performed by fixing molding materials such as metal powder and metal fibers to a desired shape using a fixture such as a jig or a frame, and then applying heat or pressure. In addition, although it is possible to form only a molding material purely, if necessary, at least one of thermoplastic (polyethylene (PE), polypropylene (PP), acrylic resin, styrene resin as the adhesive polymer material, It is also possible to use to act as a binder between.
상기 예비성형체 삽입단계는, 예비성형체를 휜(20)들 사이의 공간에 삽입하는 단계이다. The preform insertion step is to insert the preform into the space between the fins (20).
예비성형체 삽입단계는, 준비된 예비성형체를 금속평판(10)의 결합홈(14)에 결합되어 있는 휜(20)들 사이에 삽입하는 단계이다. 예비성형체들은 지그 등에 의해 상호 이격된 상태로 임시고정된 상태에서 한번의 고정으로 휜(20)들의 사이에 삽입되도록 하는 것이 바람직하다. In the preform inserting step, the prepared preform is inserted between the
각 예비성형체는 대응하는 휜(20)들 사이의 공간의 크기에 맞는 크기를 가지고 있어서, 휜(20)들 사이에 적절하게 끼워진다. 휜(20)들 사이에 끼워진 각 예비성형체는 그 하측면이 금속평판(10)의 상측면(12)에 접하고 양 측면이 대응하는 휜(20)들에 접하도록 끼워진다. 예비성형체는 휜(20)보다 위로 약간 연장되어 있어서, 상부에 빈공간이 형성된다. 이러한 빈공간은 심지의 표면에서 발생한 증기가 원활하게 빠져나갈 수 있도록 해준다. Each preform has a size that fits the size of the space between the corresponding
상기 소결윅 형성 및 결합단계는, 예비성형체와 금속평판(10)에 결합된 휜(20)들을 소결온도로 가열하여, 예비성형체를 다공성의 소결 심지(sintered wick; 30)으로 형성시키는 것과 동시에 소결심지(30)과 휜(20)들이 접한 면이 결합되도록 하는 단계이다. In the sintering wick forming and bonding step, the preforms and the
즉, 휜(20)들 사이에 예비성형체가 삽입된 상태의 결합체를 소결온도로 가열함으로써, 예비성형체는 다공성의 소결심지(30)로 형성되고, 또한 이와 동시에 예 비성형체와 휜(20)가 접하고 있던 부분에서 금속적 결합이 이루어지며 상호 밀접하게 결합되는 것이다. 결합체는 소결온도까지 소정 기울기의 속도로 가열된 후, 일정 시간 동안 그 온도로 유지된다That is, by heating the bonded body in which the preform is inserted between the
한편, 또 다른 실시예의 경우, 상기 심지결합단계(S4)는, 휜(20)들 사이에 심지(30)를 배치한 후, 금속평판(10), 휜(20) 및 심지(30)가 상호 결합된 상태에서 열을 가하여 이들이 상호 접하는 면에서 금속적 결합이 이루어지도록 수행될 수도 있다. On the other hand, in another embodiment, the wick coupling step (S4), after placing the
하편, 또 다른 실시예의 경우, 상기 휜 결합단계와 상기 심지결합단계는, 각 휜(20)을 각 결합홈(14)에 끼우고 그 휜(20)들 사이에 심지를 배치하여, 금속평판(10)와 휜(20)들과 심지(30)들로 이루어진 결합체를 형성한 후, 이 결합체에 을 동시에 가열하여, 금속평판(10)와 휜(20)들과 심지(30)들이 상호접하는 면에서 금속적 결합이 이루어지도록 수행될 수도 있다. In the lower side, in another embodiment, the coupling step and the wick coupling step, each
상술한 S1, S2, S3 및 S4의 단계가 모두 수행된 후에는, 휜(20)과 심지(30)가 결합된 금속평판(10)에 덮개부재(40)가 결합된다. 덮개부재(40)의 기체이송관 결합공(44)과 액체이송관결합공(42)에는 각각 증기이송관과 액체이송관이 결합된다. 상술한 공정에 의해 루프형 히트파이프 시스템용 증발기가 완성된다. After all of the steps S1, S2, S3, and S4 described above are performed, the
이하, 상술한 구성의 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법에 관한 작용 효과를 설명한다. Hereinafter, the effect of the manufacturing method of the evaporator for loop type heat pipe systems of the above-mentioned structure is demonstrated.
본 발명의 제조방법의 특징적인 구성은, 금속평판(10)에 결합홈(14)을 먼저 형성한 후, 여기에 휜(20)들을 결합하고, 휜(20) 사이에 심지(30)을 결합하는 것이 다. 즉, 금속평판과 휜과 심지를 별도로 제작한 후 이들을 결합하여 증발기의 제조를 완성하는 것이다. 이러한 구성으로 인해, 증발기에 요구되는 다양한 사양을 충족시키기 위해 각 구성의 형상과 크기를 자유롭게 변형하여 생산하는 것이 가능하며, 이로 인해 생산성이 극대화되어 저렴한 비용으로 대량생산이 가능하다는 장점이 있다. Characteristic configuration of the manufacturing method of the present invention, first forming the
또한, 본 발명의 제조방법은, 심지를 형성함에 있어서, 예비성형체를 사전에 형성하고, 이를 금속평판의 결합홈에 결합된 휜들 사이에 삽입한 후, 다시 소결온도로 가열하여, 완전한 소결 심지를 형성함과 동시에 소결심지과 휜 들 사이에 금속적 결합을 이루도록 하는 구성을 구비할 수도 있다. 이러한 구성을 채용하는 경우, 심지와 휜들 사이의 결합이 금속적 결합으로 이루어져 접촉면에서의 열저항이 낮아 진다는 장점이 있다. In addition, in the manufacturing method of the present invention, in forming the wick, the preform is formed in advance, inserted between the pins coupled to the coupling groove of the metal plate, and then heated to the sintering temperature again, the complete sintered wick It may be provided with a configuration to form a metallic bond between the sintering wick and the pin at the same time. In the case of employing such a configuration, there is an advantage that the coupling between the wick and the pins is made of metallic coupling to lower the thermal resistance at the contact surface.
또한, 본 발명의 제조방법은, 금속평판에 결합홈을 먼저 형성한 다음에는 휜들과 심지를 결합하는 방법은, 각 구성의 성질, 형상 및 여견에 맞도록 다양하게 선택되어 수행될 수 있다. In addition, the manufacturing method of the present invention, after forming the coupling groove on the metal plate first, then the method of bonding the core and the wick, it can be carried out variously selected to suit the nature, shape and opinion of each configuration.
즉, 휜들을 금속평판의 결합홈에 모두 결합시킨 후, 휜들 사이에 심지를 결합시킬 수도 있고, 혹은 휜들을 결합홈에 삽입고정만 하고, 휜들 사이에 심지를 배치한 후, 이들을 동시에 가열하여 상호 접하는 면에 금속적 결합이 이루어지도록 할 수도 있다. That is, after coupling the pins to the coupling grooves of the metal plate, the wicks may be coupled between the pins, or only the pins are inserted into the coupling grooves, the wicks are disposed between the pins, and the cores are simultaneously heated to each other. It is also possible to make the metal bond to the contact surface.
도 1은 종래기술의 루프형 히트파이프 시스템의 개념도,1 is a conceptual diagram of a prior art loop heat pipe system;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 개략적 분해 사시도, 2 is a schematic exploded perspective view of an evaporator for a loop heat pipe system according to an embodiment of the present invention;
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도, 3 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 2;
도 4는 도 2의 덮개부재를 제외한 일부분의 개략적인 분해 사시도, Figure 4 is a schematic exploded perspective view of a portion except for the cover member of Figure 2,
도 5는 변형된 실시예의 금속평판의 분해사시도, 5 is an exploded perspective view of the metal plate of the modified embodiment,
도 6은 도 5의 금속평판이 결합된 상태의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 개략적 단면도,6 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV of the metal plate of FIG. 5 coupled thereto;
도 7은, 본 발명의 일실시예에 따른 루프형 히트파이프 시스템용 증발기의 제조방법의 순서도. 7 is a flow chart of a method of manufacturing an evaporator for a loop type heat pipe system according to an embodiment of the present invention.
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2009
- 2009-06-17 KR KR1020090053985A patent/KR20100135541A/en active IP Right Grant
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