KR20210033493A - 가변 투과도의 심지 구조물을 갖는 히트 파이프 - Google Patents

가변 투과도의 심지 구조물을 갖는 히트 파이프 Download PDF

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Abstract

히트 파이프가 제공되고, 그러한 히트 파이프는 내부 증기 공간, 증발기 영역 및 응축기 영역을 형성하는 중공형 본체, 중공형 본체의 내부 벽을 라이닝하는 심지 구조물, 및 중공형 본체 내에 배치된 작업 유체를 갖고, 액체 상태의 작업 유체를 위한 경로가 응축기 영역으로부터 증발기 영역을 향해서 연장되거나, 심지 구조물이 중공형 본체의 제1 단부로부터 제2 단부를 향해서 방향을 따라서 연장되고, 심지 구조물은, 경로 또는 방향을 따라서 연장되고 서로 상이한 각각의 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 각각 갖는, 제1 및 제2 영역을 포함한다.

Description

가변 투과도의 심지 구조물을 갖는 히트 파이프
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2018년 7월 18일자로 출원되고 그 전체 내용이 참조로 본원에 포함되는 미국 가출원 제 62/699,948호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로, 이송 메커니즘으로서 모세관 작용에 의존하는 열 전달 장치에 관한 것이고, 보다 특히 히트 파이프 내의 작업 유체의 모세관 작용을 촉진하는 심지 구조물을 갖는 히트 파이프에 관한 것이다.
히트 파이프는 전자 장치를 냉각하기 위해서 종종 이용된다. 히트 파이프는, 열을 전자 장치 상의 열원으로부터, 열원으로부터 멀리 이격된 위치까지 이동시키기 위해서 그리고 전자 장치를 신속하게 냉각하기 위해서 작업 유체의 증발 및 응축 사이클을 이용한다. 히트 파이프는, 히트 파이프 내의 작업 유체의 이동(예를 들어, 모세관 작용), 특히 히트 파이프의 응축기 단부로부터 히트 파이프의 증발기 단부로의 작업 유체의 이동을 촉진하기 위해서 히트 파이프 내에 배치되는 심지 구조물을 종종 포함한다. 현재 심지 구조물은 전형적으로 성질이 균일하고, 이는 심지 구조물 내의 입자 및/또는 소공(pore)의 크기가 심지 구조물 내에서 변경되지 않는다는 것을 의미한다.
일부 실시예에서, 히트 파이프가 제공되고, 제1 단부 및 제2 대향 단부로서, 제1 단부는 증발기 영역을 형성하고 제2 단부는 응축기 영역을 형성하며, 히트 파이프는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되는 내부 벽을 포함하는, 제1 단부 및 제2 대향 단부; 및 내부 벽에 인접하여 배치되고 제1 단부로부터 제2 단부를 향하는 방향을 따라서 연장되는 심지 구조물을 포함하고, 심지 구조물은 상기 방향을 따라 연장되는 제1 영역을 포함하고, 제1 심지 구조물 영역은 제1 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 갖고, 심지 구조물은 상기 방향을 따라서 제1 심지 구조물 영역으로부터 연장되는 제2 영역을 포함하고, 제2 심지 구조물 영역은, 제1 소공 크기와 상이한 제2 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 갖는다.
본 발명의 일부 실시예는 히트 파이프를 제공하고, 그러한 히트 파이프는 내부 증기 공간을 형성하는 중공형 본체로서, 증발기 영역, 응축기 영역, 및 중공형 본체의 길이를 따라 증발기 영역과 응축기 영역 사이에 배치된 중간 영역을 갖는, 중공형 본체; 중공형 본체의 내부 벽에 커플링된 심지 구조물; 및 중공형 본체 내에 배치되는 작업 유체를 포함하고, 열이 증발기 영역에서 작업 유체에 인가될 때, 작업 유체는, 증기 상태로 증발되도록, 증기 상태로 내부 증기 공간을 통과하도록, 응축기 영역에서 증기 상태로부터 액체 상태로 역으로 응축되도록, 그리고 중간 영역을 따라서 응축된 액체 작업 유체가 심지 구조물을 통한 방향으로 이동하여, 액체 상태로 심지 구조물을 통해서 응축기 영역으로부터 증발기 영역으로 복귀되도록, 구성되고; 심지 구조물은 제1 방향을 따른 길이를 갖고 그리고 제1 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 갖는 제1 영역을 포함하고, 심지 구조물은 제1 방향을 따른 길이를 갖는 제2 영역을 포함하고, 제2 심지 구조물 영역은 제1 방향을 따라 제1 심지 구조물 영역으로부터 연장되고, 제2 심지 구조물 영역은, 제1 소공 크기와 상이한, 제2 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 갖는다.
일부 실시예에서, 히트 파이프가 제공되고, 그러한 히트 파이프는 증기 공간을 내부에 형성하는 세장형의 중공형 관으로서, 증발기 영역을 형성하는 제1 단부, 응축기 영역을 형성하는 제2 대향 단부, 및 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되는 내부 벽을 갖는, 세장형의 중공형 관; 및 내부 벽에 인접하여 배치되는 심지 구조물을 포함하고, 심지 구조물은 복수의 영역을 포함하고, 복수의 심지 구조물 영역의 각각의 심지 구조물 영역은 다른 심지 구조물 영역의 각각 내의 심지 입자에 의해서 형성되는 소공 크기와 상이한 소공 크기를 형성하고, 복수의 심지 구조물 영역의 제1 심지 구조물 영역이 증발기 영역에서 열 입력을 위해서 구성되고, 복수의 심지 구조물 영역의 제2 심지 구조물 영역이 응축기 영역에서 열 방출을 위해서 구성되고, 제1 심지 구조물 영역은 제1 소공 크기의 소공을 갖고, 제2 심지 구조물 영역은, 제1 입자 크기보다 큰 제2 소공 크기의 소공을 갖는다.
본 발명의 일부 실시예는 히트 파이프를 제공하고, 그러한 히트 파이프는 제1 단부 및 제2 대향 단부로서, 제1 단부는 증발기 영역을 형성하고 제2 단부는 응축기 영역을 형성하며, 히트 파이프는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되는 내부 벽을 포함하는, 제1 단부 및 제2 대향 단부; 및 내부 벽에 인접하여 배치되고 제1 단부로부터 제2 단부를 향하는 방향을 따라서 연장되는 심지 구조물을 포함하고, 심지 구조물은 상기 방향을 따라 연장되는 제1 영역을 포함하고, 제1 심지 구조물 영역은 제1 투과도를 갖고, 심지 구조물은 상기 방향을 따라 제1 심지 구조물 영역으로부터 연장되는 제2 영역을 포함하고, 제2 심지 구조물 영역은, 제1 투과도와 상이한, 제2 투과도를 갖는다.
일부 실시예에서, 히트 파이프가 제공되고, 그러한 히트 파이프는 내부 증기 공간을 형성하는 중공형 본체로서, 증발기 영역 및 응축기 영역을 갖는, 중공형 본체; 중공형 본체 내에 배치된 작업 유체; 및 중공형 본체의 내부 벽에 라이닝되고 응축기 영역으로부터 증발기 영역을 향하는 액체 상태의 작업 유체를 위한 경로를 형성하는 심지 구조물을 포함하고, 심지 구조물은 경로를 따라서 연장되는 제1 영역을 포함하고, 제1 심지 구조물 영역은 제1 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 갖고, 심지 구조물은 경로를 따라서 제1 심지 구조물 영역으로부터 연장되는 제2 영역을 포함하고, 제2 심지 구조물 영역은, 제1 소공 크기와 상이한, 제2 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 갖는다.
상세한 설명 및 첨부 도면을 고려함으로써, 본 발명의 다른 양태가 명확해질 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 히트 파이프의 개략도이다.
도 2는 입자의 영역을 갖는 심지 구조물을 도시하는, 히트 파이프의 일부의 개략도로서, 각각의 영역은 그러한 영역 내에서 크기가 변경되는 입자들을 갖는다.
도 3은 입자의 영역을 갖는 심지 구조물을 도시하는, 히트 파이프의 다른 실시예의 개략도로서, 각각의 영역은 동일한 크기의 입자들을 갖는다.
도 4는, 수직으로 배향된, 도 3의 히트 파이프의 개략도이다.
도 5는, 특정 치수 및 균일 두께를 갖는, 히트 파이프의 다른 실시예의 개략도이다.
도 6은 도 5의 히트 파이프의 횡단면도이다.
도 7은 히트 파이프의 다른 실시예의 개략도이다.
도 8 및 도 9는 히트 파이프의 다른 실시예의 개략도이다.
도 10은 히트 파이프의 다른 실시예의 개략도이다.
도 11은 통상적인 히트 파이프에 대비되는 모세관 한계 개선을 도시하는 차트이다.
본 발명의 임의의 실시예를 구체적으로 설명하기에 앞서서, 본 발명이, 그 출원에서, 이하의 설명에서 기술되는 또는 첨부 도면에서 도시되는 구성 및 구성요소의 배열에 관한 상세 내용으로 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명이 다른 구성이 될 수 있거나 여러 가지 방식으로 실시 또는 실행될 수 있다. 또한, 본원에서 사용된 표현 및 용어가 설명의 목적을 위한 것이고 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 히트 파이프(10)를 도시한다. 히트 파이프(10)는 적어도 하나의 열원(14)(예를 들어, 반도체 소자 또는 다른 전자 구성요소)에 의해서 생성되는 열 에너지를 전달 및/또는 확전(spread)시키기 위한 크기 및 형상을 갖는다. 히트 파이프(10)는 제1 단부(18) 및 제2의 대향되는 단부(22)를 포함한다. 제1 단부(18)는 증발기 영역(26)을 형성하고, 제2 단부(22)는 응축기 영역(30)을 형성한다. 히트 파이프(10)는 다양한 형상 및 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 히트 파이프(10)는 하나의 세장형의 축방향 관일 수 있다. 다른 실시예에서, 히트 파이프(10)는 적어도 하나의 곡선부 또는 굽힘부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 히트 파이프(10)는 루프 히트 파이프 또는 열사이펀(thermosiphon)이거나, 가변 전도도 히트 파이프이다. 대안적으로, 히트 파이프(10)는 실질적으로 편평한 프로파일을 가질 수 있고(예를 들어, 히트 파이프(10)의 두께보다 상당히 더 큰 길이 및 폭 치수를 갖고), 그러한 경우에 증발기 영역(26) 및 응축기 영역(30)은 히트 파이프(10)의 대향되는 실질적으로 편평한 측면들에 의해서 대안적으로 형성될 수 있다. 다른 실시예는, 히트 파이프(10)에 대해서 설명된 것보다 다양한 형상 및 크기를 포함한다.
도 1의 도시된 실시예에서, 히트 파이프(10)는, 축(32)을 따라서 연장되는, 밀봉된 중공형의 그리고 전반적으로 세장형의 관 구조물이다. 도시된 히트 파이프(10)는 벽(38)에 의해서 적어도 부분적으로 형성되는 주 본체(34)를 포함하고, 벽은 내부 증기 공간(46)을 향해서 반경방향 내측으로 대면되는 내부 표면(42) 및 외측 환경을 향해서 반경방향 외측으로 대면되는 외부 표면(44)을 갖는다. 주 본체(34)는, 비제한적으로 구리, 알루미늄, 스테인리스 강, 강, 마그네슘, 티타늄, 그러한 금속들의 임의의 합금, 초합금, 다른 적합한 재료(예를 들어, 다른 고체 열 전도 재료), 또는 그 임의의 조합을 포함하는, 금속으로 적어도 부분적으로 형성될 수 있다.
도 1을 계속 참조하면, 히트 파이프(10)는 심지 구조물(50)을 포함하고, 그러한 심지 구조물은 주 본체(34)의 적어도 일부를 따라서 벽(38)의 내부 표면(42)에 커플링되거나 달리 라이닝되고(line), 응축된 작업 유체(예를 들어, 물, 냉각제, 메탄올, 암모니아, 세슘, 포타슘, 나트륨, 질소, 네온, 수소, 헬륨, 또는 임의의 다른 적합한 작업 유체, 그리고 그 임의의 조합)를 히트 파이프(10) 내에서 이동시키기 위해서 이용된다. 심지 구조물(50)은, 반경방향 외측으로 대면되고 일부 실시예에서 주 본체(38)의 내부 표면(42)과 접촉되는 외부 심지 구조물 표면(54), 및 증기 공간(46)을 향해서 반경방향 내측으로 대면되는 내부 심지 구조물 표면(58)을 갖는다. 도시된 실시예에서, 심지 구조물(50)은 구리 분말로 형성되나, 다른 실시예는 상이한 심지 재료(예를 들어, 금, 알루미늄, 및 기타) 또는 그 조합을 포함한다. 심지 구조물(50)은, 부가적으로 또는 대안적으로, (예를 들어, 축(32)에 평행하게 연장되는) 하나 이상의 홈을 포함할 수 있고, 및/또는 히트 파이프(10) 내에서의 응축된 작업 유체의 이동을 촉진하기 위한 스크린 또는 메시 구조물을 포함할 수 있다.
심지 구조물(50)의 2개의 대안적인 실시예를 도시하는 도 2 및 도 3을 참조하면, 심지 구조물(50)의 적어도 일부가 입자(62)(예를 들어, 구리 분말의 입자)를 포함하고, 그러한 입자들은 함께 소결, 융합, 브레이징(brazed), 또는 달리 유지될 수 있고, 그에 따라 심지 구조물(50) 내에서 소공(66)(예를 들어, 개구부 또는 간극)을 형성할 수 있다. 입자(62)는 구형, 편구형(oblate), 수지상형, 불규칙형일 수 있거나, 다른 형상을 가질 수 있다. 심지 구조물(50)은, 상이한 크기(예를 들어, 상이한 직경)의 입자들(62)을 갖는 둘 이상의 심지 구조물 영역을 포함한다. 따라서, 심지 구조물(50)은 상이한 크기의 소공들(66)을 갖는 둘 이상의 심지 구조물 영역을 포함한다. 예를 들어, 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 히트 파이프(10)는 제1 단부(18)로부터 제2 단부(22)까지 방향(70)을 따라 연장되고, 그에 따라 그러한 방향을 따라 연장되는 유체 경로를 형성한다. 도시된 실시예에서, 방향(70)은 제1 단부(18)로부터 제2 단부(22)까지 직접적으로 선형적으로 연장되나, 히트 파이프(10)가 곡률 또는 굽힘부(들)를 갖는 실시예에서, 방향(70)은 제1 단부(18)로부터 제2 단부(22)까지 히트 파이프 곡률 또는 굽힘부를 따를 것이다. 다른 실시예에서, 히트 파이프(10)는, 작업 유체가 증발기 영역(26)과 응축기 영역(30) 사이에서 이동하는 방향에 상응하거나 상응하지 않을 수 있는 하나 이상의 다른 방향을 따라 연장된다(즉, 세장화된다(elongated)). 히트 파이프(10)의 형상과 관계없이, 히트 파이프 내의 작업 유체는 작업 유체 경로를 따라서 이동하고, 작업 유체 경로는 작업 유체가 히트 파이프(10) 내에서 응축기 영역(30)으로부터 증발기 영역(26)을 향해서 이동할 때 액체 형태의 작업 유체가 취하는 경로, 및/또는 작업 유체가 히트 파이프(10) 내에서 증발기 영역(26)으로부터 응축기 영역(30)을 향해서 이동할 때 증기 형태의 작업 유체가 취하는 경로를 포함한다.
도 2 및 도 3의 도시된 실시예에서, 심지 구조물(50)은 제1 단부(14) 및 증발기 영역(26)에 위치되는 제1 심지 구조물 영역(74), 방향(70)을 따라서 제1 영역(74)으로부터 연장되는 제2 심지 구조물 영역(78), 방향(70)을 따라서 제2 영역(78)으로부터 연장되는 제3 심지 구조물 영역(82), 및 방향을 따라서 제3 영역(82)으로부터 연장되는 제4 심지 구조물 영역(86)을 포함하고, 제2 영역(78)이 방향(70)을 따라서 제1 영역(74)과 제3 영역(82) 사이에 배치되고 제3 영역(82)이 방향을 따라서 제2 영역(78)과 제4 영역(86) 사이에 배치된다. 도 2 및 도 3의 도시된 실시예의 제4 영역(86)은 제2 단부(22) 및 응축기 영역(30)에 배치된다. 심지 구조물(50)은 방향(70)을 따라서 증발기 영역(26)으로부터 응축기 영역(30)까지 연속적으로 연장될 수 있고, 증발기 영역(26)과 응축기 영역(30) 사이에서 부분적으로만 연장될 수 있고, 또는 증발기 영역(26)과 응축기 영역(30) 사이의 여러 심지 구조물(50)로 세분될 수 있다.
심지 구조물(50)은 입자 크기가 변경되고, 그에 따라 소공 크기가 변경된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 영역(74)은 제2 영역(78) 내의 입자(62)보다 작은 평균 입자 크기의 입자(62)를 포함하고, 제2 영역(78)은 제3 영역(82) 내의 입자(62)보다 작은 평균 입자 크기의 입자를 포함하고, 제3 영역(82)은 제4 영역(86) 내의 입자(62)보다 작은 평균 입자 크기의 입자(62)를 포함한다. 여기에서 그리고 첨부된 청구항에서 사용된 바와 같이, "입자 크기"라는 용어(및 그 유사 용어(facsimile))는, 예를 들어, 입자(62)의 직경 및/또는 입자(62)의 전체 부피에 상응할 수 있다. 유사하게, 여기에서 그리고 첨부된 청구항에서 사용된 바와 같이, "소공 크기"라는 용어(및 그 유사 용어)는, 예를 들어, 소공(62)의 전체 부피에 상응할 수 있다. 또한, 심지 구조물의 주어진 영역이 하나의 "입자 크기" 또는 "소공 크기"를 갖는 일부 실시예에서, 이는 영역 내에서 모두가 실질적으로 동일한 크기인 입자들 및 소공들을 포함하는 것으로 이해되고, 입자 및 소공 크기의 조합이 영역 내에 존재하는 실시예에서, 해당 영역이 평균 크기의 입자 또는 소공을 포함하는 것으로 이해된다.
심지 구조물(50)이, "입자"로 간주되지 않는 요소에 의해서 및/또는 "소공"으로 간주되지 않는 공극에 의해서 형성되는 실시예에서, 심지 구조물 가변성은 다른 방식으로 표현될 수 있다. 구체적으로, 심지 구조물(50)은 심지 구조물(50)의 상이한 영역들에서 달라지는 유체 투과도를 갖는다. 도 2 및 도 3의 도시된 실시예를 참조하면, 영역(74, 78, 82, 86)의 투과도는 제1 영역(74)으로부터 제4 영역(86)까지 증가된다.
도 2 및 도 3의 도시된 실시예를 계속 참조하면, 증발기 영역(26)으로부터 응축기 영역(30)까지 방향(70)을 따라서 이동할 때, 입자(62)의 입자 크기(그리고 그에 따라 심지 구조물(50)의 유체 투과도)가 증가된다. 도 2의 도시된 실시예에서, 방향(70)을 따라 이동할 때 입자 크기가 전반적으로 연속적으로 변화되도록, 입자 크기(그리고 그에 따라 유체 투과도)가 또한 영역(74, 78, 82, 86) 자체 내에서 증가된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 동작 중에, 히트 파이프(10) 내의 작업 유체가 증발기 영역(26) 내에서 가열되고 증발된다. 화살표(88)에 의해서 도시된 바와 같이, 작업 유체는 증기 공간(46)을 통해서 이동하고, 응축기 영역(30)에서 응축된다. 이어서, 응축된 작업 유체는, 화살표(90)에 의해서 도시된 바와 같이, 심지 구조물(50)을 통해서 순차적으로 제4 심지 구조물 영역(86)으로부터 제3 심지 구조물 영역(82)으로, 제2 심지 구조물 영역(78)으로, 그리고 마지막으로 제1 심지 구조물 영역(74)까지 역으로 이동한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 다른 실시예에서, 제1 영역(74)은, 모두가(또는 실질적으로 모두가) 제1 입자 크기인 입자를 갖고, 제2 영역(78)은, 모두가(또는 실질적으로 모두가) 제2 입자 크기인 입자를 갖고, 제3 영역(82)은, 모두가(또는 실질적으로 모두가) 제3 입자 크기인 입자를 갖고, 제4 영역(86)은, 모두가(또는 실질적으로 모두가) 제4 입자 크기인 입자를 갖는다. 도 3 및 도 4의 도시된 실시예에서, 제1 입자 크기는 제2 입자 크기보다 작고, 제2 입자 크기는 제3 입자 크기보다 작고, 제3 입자 크기는 제4 입자 크기보다 작다. 제1, 제2, 제3 및 제4 영역(74, 78, 82, 86) 내의 소공 크기는 제1 영역(74)으로부터 제4 영역(86)까지 증가된다. 비록 도 3 및 도 4의 실시예의 각각이 4개의 영역(74, 78, 82, 86)을 갖지만, 다른 실시예에서 심지 구조물(50)은 2개 또는 3개의 영역과 같은 적은 영역, 또는 4개 초과의 영역을 갖고, 각각의 영역은, 본원에서 개시된 바와 같이, 증발기 영역(26)으로부터 응축기 영역(30)까지 증가되는 입자 크기, 소공 크기, 및/또는 유체 투과도를 갖는다.
입자 크기 및 입자 크기(예를 들어, 직경 또는 부피 크기)의 비율이 히트 파이프(10) 내에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 상이한 심지 구조물 영역(74, 78, 82, 및/또는 86) 내의 입자 크기의 비율(예를 들어, 제2 입자 크기 대 제1 입자 크기, 제3 입자 크기 대 제2 입자 크기, 및/또는 제4 입자 크기 대 제3 입자 크기)이 적어도 1.5:1, 적어도 2:1, 적어도 3:1, 또는 다른 값일 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 소공 크기 및 소공 크기의 비율이 히트 파이프(10) 내에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 상이한 심지 구조물 영역(74, 78, 82, 및/또는 86) 내의 소공 크기의 비율(예를 들어, 제2 소공 크기 대 제1 소공 크기, 제3 소공 크기 대 제2 소공 크기, 및/또는 제4 소공 크기 대 제3 소공 크기)이 적어도 1.5:1, 적어도 2:1, 적어도 3:1, 또는 다른 값일 수 있다. 일부 실시예에서, 심지 구조물(50)의 유체 투과도가 히트 파이프(10) 내에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 상이한 심지 구조물 영역(74, 78, 82, 및/또는 86)의 유체 투과도의 비율(예를 들어, 제2 영역(78)의 유체 투과도 대 제1 영역(74)의 유체 투과도, 제3 영역(82)의 유체 투과도 대 제2 영역(76)의 유체 투과도, 및/또는 제4 영역(86)의 유체 투과도 대 제3 영역(82)의 유체 투과도)이 적어도 1.5:1, 적어도 2:1, 적어도 3:1, 또는 다른 값일 수 있다. 본원에서 개시된 심지 구조물 영역들(예를 들어, 도 2 및 도 3의 도시된 실시예의 영역(74, 78, 82, 86))은 서로 바로 인접하는 것으로(예를 들어, 서로 접촉하는 것으로) 도시되어 있다. 그러나, 영역들 사이의 그러한 관계가 요구되는 것은 아니다. 대안적인 실시예에서, 심지 구조물 영역들은, 예를 들어 심지 구조물을 갖지 않는 히트 파이프(10)의 영역에 의해서 또는 상이한 특성들을 갖는 심지 구조물 영역에 의해서, 분리될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 영역(74)은 제1 입자 크기(예를 들어, 표준 크기)의 복수의 입자(62)를 히트 파이프(10)의 중공형 내측부 내로(예를 들어, 중공형 내측부 내에 배치된 굴대(mandrel)와 벽(38) 사이의 간극 내로), (예를 들어, 수작업으로 또는 기계를 통해서) 침착하는 것(depositing)에 의해서 형성된다. 이어서, 제1 입자 크기의 입자(62)가 히트 파이프(10)의 축방향을 따라 함께 프레스되거나 달리 압밀될 수 있다. 이어서, 제2 크기(예를 들어, 다른 표준 크기)의 입자(62)가 중공형 내측부 내로(예를 들어, 굴대와 벽(38) 사이의 간극 내로) 침착되고, 축방향으로 함께 프레스되거나 달리 압밀되어, 제2 영역(78)을 형성할 수 있다. 이어서, 제3 입자 크기(예를 들어, 다른 표준 크기)의 입자(62)가 중공형 내측부 내로(예를 들어, 굴대와 벽(38) 사이의 간극 내로) 침착되고, 축방향으로 함께 프레스되거나 달리 압밀되어, 제3 영역(82)을 형성할 수 있다. 이어서, 제4 입자 크기(예를 들어, 다른 표준 크기)의 입자(62)가 중공형 내측부 내로(예를 들어, 굴대와 벽(38) 사이의 간극 내로) 침착되고, 축방향으로 함께 프레스되거나 달리 압밀되어, 제4 영역(86)을 형성할 수 있다. 이러한 프로세스를 임의의 횟수로 실시하여, 본원에서 개시된 바와 같이 히트 파이프(10)의 2개, 3개, 또는 그 초과의 심지 구조물 영역을 형성할 수 있다.
이어서, 입자(62)가 소결, 융합, 브레이징될 수 있거나, 달리 함께 본딩된다. 적어도 부분적으로 심지가 형성되는 방식에 따라, 굴대(사용되는 경우)가 이러한 심지 형성 단계 이전에 또는 이후에 제거될 수 있다. 심지 구조물(50)이 히트 파이프(10) 내에 남겨져, 벽(38) 및 증기 공간(46)을 따라서 연장된다. 다른 실시예는 다양한 입자(62)의 영역을 형성하는 다른 방법들을 포함한다. 또한, 그리고 전술한 바와 같이, 4개의 상이한 영역들(74, 78, 82, 86)이 도 2 및 도 3에 도시되어 있지만, 다른 실시예에서, 히트 파이프(10)는 2개의 영역, 3개의 영역만을 포함할 수 있거나, 4개 초과(예를 들어, 5개, 6개, 등)의 영역을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 심지 구조물(50)은, 성능 검사를 위해서, 생성 후에 (예를 들어, 건조에 대해서) 테스트된다. 테스트된 성능을 기초로, 새로운 심지 구조물(50)을 생성하기 위해서, 심지 구조물(50)의 일부 또는 전부가 제거될 수 있고, 상이한 입자 크기, 소공 크기, 및/또는 유체 투과도를 갖는 심지 구조물 영역(들)으로 대체될 수 있다.
심지 구조물(50)은, 히트 파이프(10) 내의 응축된 작업 유체를 응축기 영역(30)으로부터 증발기 영역(26)으로 펌핑하는 모세관 작용을 생성한다. 일부 실시예에서, 증발기 영역(26)에 근접한 영역(예를 들어, 도 2 및 도 3의 도시된 실시예에서 제1 심지 구조물 영역(74)) 내의 작은 입자(62)의 크기 또는 소공 크기는 큰 모세관 펌핑을 제공하는 반면, 응축기 영역(30)에 근접한 영역(예를 들어, 도 2 및 도 3의 도시된 실시예에서 제4 심지 구조물 영역(86)) 내의 큰 입자(62)의 크기 또는 소공 크기는 큰 투과도를 제공하고 액체 유동 저항을 감소시킨다. 증발기 영역(26) 및 응축기 영역(30)에 상응하는 심지 구조물 영역 및 하나 이상의 부가적인 중간 심지 구조물 영역과 같은, 3개 이상의 영역을 갖는 실시예에서, 특히 심지 구조물(50)을 따른 상이한 위치들에서의 작업 유체의 특성(예를 들어, 온도, 유체 압력, 및 기타)을 고려할 때, 심지 구조물(50)을 따른 모세관 펌핑에 관한 더 양호한 제어가 제공된다. 이러한 제어는 심지 구조물(50)의 효율 및 펌핑 용량을 증가시킬 수 있고, 일부 경우에, 히트 파이프(10)의 특별한 적용예 및 예상되는 동작 조건에 맞춰 구성될 수 있다.
증발기 영역(26)으로부터 응축기 영역(30)까지 증가되는 입자 크기, 소공 크기, 및/또는 투과도를 갖는 둘 이상의 심지 구조물 영역을 이용하는 것은, 전체를 통해서 균일한 입자 크기를 갖는 심지 구조물(50)보다 더 효율적인 펌핑 작용을 촉진할 수 있다. 예를 들어, 응축기 영역(30)에서의 큰 입자 크기(및 소공 크기)는 증발된 작업 유체가 심지 구조물(50) 내로 신속하게 전달되게 그리고 증발기 영역(26)을 향해서 역으로 이동되게 할 수 있다. 역으로, 증발기 영역(26)을 향해서 히트 파이프(10)를 따라서 이동함에 따라 점점 더 작아지는 입자 크기(및 소공 크기)는, 액체가 응축기 영역(30)에 근접한 히트 파이프(10)의 저온 지역으로부터 멀리 증발기 영역(26)에 근접한 히트 파이프(10)의 따뜻한 지역을 향해서 이동할 때 그리고 증발기 영역(26)에 가까운 액체가 증발되고 해당 영역에 근접한 작은 입자/작은 소공의 심지 구조물을 빠져 나갈 때, 더 큰 펌핑 작용을 촉진할 수 있다. 따라서, 작업 유체는 자연스럽게 축적되고 증발기 영역(26)을 향해서 유동하고, 그러한 증발기 영역 내에서 작업 유체가 유지되고 적어도 하나의 열원(14)에 의해서 가열된다.
심지 구조물(50)의 모세관 작용이 중력에 의해서 보조될 수 있다. 예를 들어, 그리고 도 4를 참조하면, 일부 실시예에서, 증발기 영역(26)은 응축기 영역(30) 보다 높은 높이에(예를 들어, 위에) 배치된다(즉, 예로서, 도시된 실시예에서 각도(θ)가 90도이다). 그러한 실시예에서, 동작 중에, 응축된 작업 유체는, 중력에 대항하여, 수직 위쪽으로 심지 구조물(50)을 통해서 증발기 영역(26)으로 역으로 이동된다. 다른 실시예에서, 증발기 영역(26)은 응축기 영역(30)보다 낮은 높이에(예를 들어, 아래에) 배치되고, 중력은 응축된 작업 유체가 증발기 영역(26)까지 역으로 이동하는 것을 돕는다. 또 다른 실시예에서, 그리고 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 증발기 영역(26) 및 응축기 영역(30)은 일반적으로 서로 수평으로 이격될 수 있고, 그에 따라, 응축된 작업 유체가 응축기 영역(30)으로부터 증발기 영역(26)으로 역으로 이동하는데 있어서 중력은 실질적인 인자가 아니다(또는 전혀 인자가 아니다). 다른 실시예는 히트 파이프(10)의 다양한 다른 배향(예를 들어, 다양한 각도(θ) 값)을 포함한다.
히트 파이프(10)의 방향을 따른(또는 증발기 영역(26)과 응축기 영역(30) 사이에서 작업 유체가 따르는 경로를 따른) 심지 구조물 영역의 길이는 변경될 수 있다. 도 4의 도시된 실시예 및 4개-영역의 심지 구조물(50)을 단지 예로서 참조하면, 방향(70)을 따라 측정되는 제1, 제2, 제3 및 제4 영역(74, 78, 82, 86)의 길이는 변경될 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(74)은 제1 길이(L1)를 가질 수 있고, 제2 영역은 제2 길이(L2)를 가질 수 있고, 제3 영역은 제3 길이(L3)를 가질 수 있고, 제4 영역은 길이(L4)를 가질 수 있다. 그러한 길이들은, 예시도 실시예에서 도시된 바와 같이, 직선형 히트 파이프의 길이를 따른 방향으로 측정될 수 있다. 이러한 그리고 다른 실시예에 적용되는 이러한 길이를 표현하는 다른 방식은, 히트 파이프(10)의 동작 중에 작업 유체가 응축기 영역(30)으로부터 증발기 영역(26)까지 따라서 이동하는, 심지 구조물(50)의 영역 길이를 측정하는 것이다. 일부 실시예에서, 제1 길이(L1)는 제2 길이(L2)보다 짧고, 제2 길이(L2)는 제3 길이(L3)보다 짧고, 및/또는 제3 길이(L3)는 제4 길이(L4)보다 짧다. 일부 실시예에서, 제2 길이(L2) 대 제1 길이(L1)의 비율은 적어도 1.5:1, 적어도 2:1, 적어도 3:1, 또는 다른 값이다. 유사하게, 일부 실시예에서, 제3 길이(L3) 대 제2 길이(L2)의 비율이 적어도 1:5:1, 적어도 2:1, 적어도 3:1 또는 다른 값인 반면, 일부 실시예에서, 제4 길이(L3) 대 제3 길이(L2)의 비율이 적어도 1:5:1, 적어도 2:1, 적어도 3:1 또는 다른 값이다.
일부 실시예에서, 제1 심지 구조물 영역(74)(즉, 제1 입자 크기, 소공 크기, 및/또는 유체 투과도를 갖고, 히트 파이프(10)의 증발기 영역(26)에 근접하여 위치됨)의 길이는 심지 구조물(50)(즉, 제1 심지 구조물 영역(74)으로부터 멀리 연장되는 심지 구조물(50)의 나머지를 포함하고, 제1 심지 구조물 영역(74) 내의 심지와 상이한 입자 크기, 소공 크기, 및/또는 유체 투과도를 가짐)의 총 길이의 50% 이하이다. 다른 실시예에서, 제1 심지 구조물 영역(74)은 심지 구조물의 총 길이의 40% 이하이다. 또 다른 실시예에서, 제1 심지 구조물 영역(74)은 심지 구조물의 총 길이의 30% 이하이다.
다시 도 4의 도시된 실시예(및 단지 예로서 4개-영역 심지 구조물(50))를 참조하면, 일부 실시예에서, 제1 길이(L1)는 제2 길이(L2)보다 길고, 제2 길이(L2)는 제3 길이(L3)보다 길고, 및/또는 제3 길이(L3)는 제4 길이(L4)보다 길다. 다른 실시예는 다양한 다른 구성을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제2 길이(L2)는 제1 길이(L1) 및 제3 길이(L2) 모두보다 짧을 수 있거나, 제3 길이(L3)가 제2 길이(L2) 및 제4 길이(L4) 모두보다 짧을 수 있다. 일부 실시예에서, 응축기 영역(30)에 근접한 심지 구조물(50)의 길이(즉, 도 4의 도시된 4개-영역 실시예에서 제4 길이(L4), 그러나 다른 실시예에서 임의의 다른 수의 심지 구조물 영역들을 갖는 심지 구조물(50)에서 식별될 수 있다)는, 증발기 영역에 근접한 심지 구조물(50)의 길이(즉, 도 4의 도시된 4개-영역 실시예에서 제1 길이(L1), 그러나 다시 다른 실시예에서 임의의 다른 수의 심지 구조물 영역들을 갖는 심지 구조물(50)에서 식별될 수 있다)의 적어도 2배, 또는 적어도 3배 더 길다.
도 4를 계속 참조하면, 증발기 영역(26)은 길이(Le)를 갖고, 응축기 영역(30)은 길이(Lc)를 갖고, 방향(70)을 따라 증발기 영역(26)과 응축기 영역(30) 사이에서 연장되는 히트 파이프(10)의 중간 섹션(98)(예를 들어, 단열 영역)은 길이(La)를 갖는다. 열 플럭스(102)는 열원(14)으로부터 증발기 영역(26) 내로의 열의 이동을 나타낸다. 열 플럭스(106)는 응축기 영역(30)의 외부로의 열의 이동을 나타낸다.
도 4의 도시된 실시예에서, 증발기 영역(26)의 길이(Le)는 제1 영역(74)의 길이(L1)와 대략적으로 동일하거나 그보다 짧고, 그에 따라 히트 파이프(10) 내로의 열 플럭스(102)의 전부 또는 실질적으로 전부가 심지 구조물(50)의 제1 영역(74) 내에서 발생된다. 대안적으로, 제1 영역(74)의 길이(L1)는 증발기 영역(26)의 길이(Le)보다 짧을 수 있고, 그에 따라 열 플럭스(102)의 일부는 심지 구조물(50)의 인접 영역(예를 들어, 도 4의 도시된 4개-영역 심지 구조물 실시예에서 제2 영역(78)) 내로 연장된다.
도 4를 계속 참조하면, 응축기 영역(30)의 길이(Lc)는 제4 영역(86)의 길이(L4)와 대략적으로 동일하거나 그보다 짧고, 그에 따라 히트 파이프(10) 외부로의 열 플럭스(106)의 전부 또는 실질적으로 전부가 심지 구조물(50)의 제4 영역(86) 내에서 발생된다. 대안적으로, 제4 영역(86)의 길이(L4)는 응축기 영역(30)의 길이(Lc)보다 짧을 수 있고, 그에 따라 열 플럭스(106)의 일부는 심지 구조물(50)의 인접 영역(예를 들어, 도 4의 도시된 4개-영역 심지 구조물 실시예에서 제3 영역(78)) 내로 연장된다.
도 4의 도시된 실시예를 또한 참조하면, 중간 섹션(98)은 전체 제2 심지 구조물 영역(78) 및 전체 제3 심지 구조물 영역(82) 모두를 포함한다. 다른 실시예에서, 중간 섹션(98)은 제2 심지 구조물 영역(78)의 일부만을 및/또는 제3 심지 구조물 영역(82)의 일부만을 포함할 수 있다. 증발기 영역(26)은 제1 심지 구조물 영역(74)을 포함할 수 있고, 중간 영역(98)은 제2 및 제3 심지 구조물 영역(78, 82)을 포함할 수 있고, 응축기 영역(30)은 제4 심지 구조물 영역(86)을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 심지 구조물(50)은 2개의 영역(예를 들어, 히트 파이프(10)의 증발기 영역(26)의 적어도 일부를 형성하는 제1 심지 구조물 영역, 및 히트 파이프(10)의 응축기 영역(30)의 적어도 일부를 형성하는 제2 심지 구조물 영역)만을 가질 수 있고, 3개의 심지 구조물 영역, 5개의 심지 구조물 영역, 6개의 심지 구조물 영역, 또는 더 부가적인 심지 구조물 영역을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 증발기 영역(26)은 2개, 3개, 또는 더 많은 심지 구조물 영역을 포함할 수 있고, 각각의 심지 구조물 영역은 상이한 크기의 입자(62)(또는, 본원에서 설명된 바와 같이, 소공)를 갖거나, 달리 상이한 크기의 유체 투과도를 갖는다. 유사하게, 응축기 영역(30)은 2개, 3개, 또는 더 많은 심지 구조물 영역을 포함할 수 있고, 각각의 심지 구조물 영역은 상이한 크기의 입자(62)(또는, 본원에서 설명된 바와 같이, 소공)를 갖거나, 달리 상이한 크기의 유체 투과도를 갖는다.
도 5 내지 도 9는, 추가적으로, 본 발명의 일부 실시예에 따른 히트 파이프(10)의 더 구체적인 예를 도시한다. 예를 들어, 그리고 도 5를 참조하면, 히트 파이프(10)는 일반적으로, 두께가 0.25 mm인 주 본체(34)를 갖고 구리 분말 수지상 입자(62)를 갖춘 심지 구조물(50)을 갖는 세장형의 원통형 관일 수 있다. 도시된 심지 구조물(50)은, 방향(70)을 따라, 30 mm 길이의 제1 심지 구조물 영역(74), 180 mm 길이의 제2 심지 구조물 영역(78), 및 90 mm의 길이의 제3 심지 구조물 영역(82)을 포함한다. 제1 심지 구조물 영역(74)은 히트 파이프(10)의 증발기 영역(26)에 위치되고, 제2 심지 구조물 영역(78)은 히트 파이프(10)의 중간(예를 들어, 단열) 영역(98)에 위치되고, 제3 심지 구조물 영역(82)은 히트 파이프(10)의 응축기 영역(30) 내에 위치된다. 제1 심지 구조물 영역(74) 내의 입자(62)는 25 내지 50 ㎛의 직경을 갖고, 제2 심지 구조물 영역(78) 내의 입자(62)는 50 내지 100 ㎛의 직경을 갖고, 제3 심지 구조물 영역(82) 내의 입자(62)는 100 내지 200 ㎛의 직경을 갖는다. 히트 파이프(10)는 직경이 5.6 mm인 증기 공간(46)을 더 포함하고, 제1 및 제2 단부(18, 22) 모두에서 밀봉된다.
다른 실시예는 심지 구조물(50) 및 증기 공간(46)을 위한 다른 재료, 형상, 치수, 배향 및 길이를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 증기 공간(46)의 직경은 5.0 mm, 또는 4.5 mm, 또는 4.0 mm, 또는 다양한 다른 값이다. 또한 다른 실시예에서, 제1 심지 구조물 영역(74)의 길이는 30 mm 미만, 또는 30 mm 초과일 수 있다. 유사하게, 그리고 단지 예로서 도 5 및 도 7을 참조하면, 제2 및 제3 심지 구조물 영역(78, 82)의 길이가 또한, 각각, 180 mm 및 90 mm 미만 또는 초과일 수 있다. 일부 실시예에서, 심지 구조물(50)은 단지 2개의 영역, 또는 3개 초과의 영역을 포함한다. 예를 들어, 심지 구조물(50)은 히트 파이프(10)의 증발기 영역(26)에서 제1 심지 구조물 영역(74)을 그리고 히트 파이프(10)의 응축기 영역(30)에서 제2 심지 구조물 영역(78)을 포함할 수 있다. 제1 심지 구조물 영역(74)은 예를 들어 180 mm의 길이를 가질 수 있고, 제2 심지 구조물 영역(78)은 예를 들어 100 mm 또는 90 mm의 길이를 가질 수 있다. 또한, 여러 심지 구조물 영역 내의 입자(62)의 크기가 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 심지 구조물 영역(74) 내의 입자(62)는 직경이 25 내지 50 ㎛ 미만 또는 초과(예를 들어, 50 내지 100 ㎛)일 수 있고, 제2 심지 구조물 영역(78) 내의 입자(62)는 직경이 50 내지 100 ㎛ 미만 또는 초과일 수 있고, 제3 심지 구조물 영역(82) 내의 입자(62)는 직경이 100 내지 200 ㎛ 미만 또는 초과일 수 있다.
도 6을 참조하면, 심지 구조물(50)은 (전술한 바와 같은 모세관 펌핑 작용을 위한 소공을 형성하는 입자에 더하여 또는 그 대신) 모세관 작용을 촉진하는 홈(110)을 포함할 수 있다. 홈들(110)은 방향(70)에 평행하게 각각 연장될 수 있다. 다른 실시예는 홈(110)을 포함하지 않거나, 도시된 것과 상이한 숫자 및 형상의 홈을 포함한다.
도 1 내지 도 6에 도시된 심지 구조물(50)이 일반적으로 일정하거나 균일한 두께를 갖지만, 일부 실시예에서, 심지 구조물(50)은 방향(70)을 따라 이동할 때 가변적인(예를 들어, 테이퍼링되는(tapering)) 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 심지 구조물(50)은 증발기 영역(26)으로부터 응축기 영역(30)으로 이동할 때 두께가 증가될 수 있다. 심지 구조물(50)의 테이퍼링되는 두께는, 증발기 영역(26)에서 큰 직경을 갖고 응축기 영역(30)에서 작은 직경을 갖는 증기 공간(46)을 초래한다. 또 다른 실시예에서, 심지 구조물(50)은 응축기 영역(30)을 향해서 두께가 감소될 수 있거나, 심지 구조물(50)의 일부에 대해서만 응축기 영역(30)을 향해서 두께가 증가 또는 감소될 수 있고, 심지 구조물(50)의 하나 이상의 다른 부분은 일반적으로 일정하거나 균일한 두께를 가질 수 있다.
도 1 내지 도 7에 도시된 심지 구조물(50)의 각각이 히트 파이프(10)의 제1 단부(18)로부터 히트 파이프(10)의 제2 단부(22)까지 전체적으로 또는 실질적으로 전체적으로 연장되지만, 또 다른 실시예에서, 심지 구조물(50)은 제1 단부(18) 및/또는 제2 단부(22)까지 전체적으로 연장하지 않을 수 있다. 또한, 도시된 심지 구조물(50)이 하나의 심지 구조물 영역으로부터 다음 영역까지 연속적으로 연장되지만, 일부 실시예에서, 다수의 심지 구조물(50) 또는 심지 구조물 영역들이 히트 파이프(10) 내에 제공될 수 있거나, 그 중 임의의 또는 모든 것이 방향(70)을 따라 접경될 수 있거나 간극 또는 간극들에 의해서 서로 분리될 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 일부 실시예에서, 증발기 영역이 히트 파이프(10)의 제1 단부(18)로부터 이격되도록, 그리고 열원(14)으로부터의 열이 제1 단부(18)로부터 이격된 심지 구조물(50)의 영역 내로 지향되도록, 히트 파이프(10)의 일부가 열원(14)과 중첩될 수 있다. 또한, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 열 교환기(114)(예를 들어, 냉각 핀(cooling fin)의 세트)가 응축기 영역(30)에 직접적으로 또는 간접적으로 커플링되어, 히트 파이프(10)로부터의 열의 제거를 촉진할 수 있다. 단지 예로서, 도 8 및 도 9는 300 mm의 전체 길이를 갖는 히트 파이프(10), 25 mm의 길이 및 폭을 갖고 17.5 mm만큼 제1 단부(18)로부터 이격된 열원(14), 및 80 mm의 길이를 갖는 열 교환기(114)를 도시한다. 다른 실시예는, 히트 파이프(10), 열원(14), 및 열 교환기(114)에 대한 다양한 다른 치수, 크기, 및 위치를 포함한다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 일부 실시예에서, 작업 유체의 온도는 방향(70)을 따라서 달라진다. 예를 들어, 작업 유체는 응축기 영역(30)에서보다 증발기 영역(26)에서 온도가 더 높을 수 있고, 증발기 영역(26)과 응축기 영역(30) 사이의 거리를 따라서 온도가 달라질 수 있다. 그에 따라, 제1 심지 구조물 영역(74) 내의 제1 입자 크기의 입자(62)의 크기(또는 제1 심지 구조물 영역(74) 내의 소공 크기)는 작업 유체의 제1 온도에 상응할 수 있고, 제2 심지 구조물 영역(78) 내의 제2 입자 크기의 입자(62)의 크기(또는 제2 심지 구조물 영역(78) 내의 소공 크기)는 작업 유체의 제2 온도에 상응할 수 있고, 제3 심지 구조물 영역(82) 내의 제3 입자 크기의 입자(62)의 크기(또는 제3 심지 구조물 영역(82) 내의 소공 크기)는 작업 유체의 제3 온도에 상응할 수 있고, 및/또는 제4 심지 구조물 영역(86) 내의 제4 입자 크기의 입자(62)의 크기(또는 제4 심지 구조물 영역(86) 내의 소공 크기)는 작업 유체의 제4 온도에 상응할 수 있다. 제1 온도는 제2 온도보다 높을 수 있고, 제2 온도는 제3 온도보다 높을 수 있고, 및/또는 제3 온도는 제4 온도보다 높을 수 있다. 일부 실시예에서, 제1, 제2, 제3 또는 제4 온도 중 하나 이상이 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제2 및 제3 온도가 유사할 수 있는 반면, 상당한 온도차가 (예를 들어, 제1 심지 구조물 영역(74) 내의 입자(62)에 신속하게 진입하는 열 및 제4 심지 구조물 영역(86) 내의 입자(62)를 신속하게 빠져 나가는 열로 인해서) 제1 및 제2 온도 사이에 그리고 제3 및 제4 온도 사이에 존재한다.
일부 실시예에서, 히트 파이프(10) 내의 증발된 작업 유체 대 응축된 작업 유체의 비율이 히트 파이프(10)의 동작 중에 방향(70)을 따라서 달라진다. 예를 들어, 히트 파이프(10)의 동작 중에 증발기 영역(26)에서의 증발된 작업 유체 대 응축된 작업 유체의 비율은 응축기 영역(30)에서의 증발된 작업 유체 대 응축된 작업 유체의 비율보다 클 수 있고, 증발기 영역(26)과 응축기 영역(30) 사이의 거리를 따라서 변경될 수 있다. 따라서, 제1 입자 크기의 입자(62)의 크기(또는 소공의 크기)는 증발된 작업 유체 대 응축된 작업 유체의 제1 비율에 상응할 수 있고, 제2 입자 크기의 입자(62)의 크기(또는 소공의 크기)는 증발된 작업 유체 대 응축된 작업 유체의 제2 비율에 상응할 수 있고, 제3 입자 크기의 입자(62)의 크기(또는 소공의 크기)는 증발된 작업 유체 대 응축된 작업 유체의 제3 비율에 상응할 수 있고, 및/또는 제4 입자 크기의 입자(62)의 크기(또는 소공의 크기)는 증발된 작업 유체 대 응축된 작업 유체의 제4 비율에 상응할 수 있다. 제1 비율은 제2 비율보다 클 수 있고, 제2 비율은 제3 비율보다 클 수 있고, 및/또는 제3 비율은 제4 비율보다 클 수 있다. 일부 실시예에서, 제1, 제2, 제3 또는 제4 비율 중 하나 이상이 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제2 및 제3 비율이 유사할 수 있는 반면, (예를 들어, 제1 심지 구조물 영역(74) 내의 입자(62)에 신속하게 진입하는 열 및 제4 심지 구조물 영역(86) 내의 입자(62)를 신속하게 빠져 나가는 열로 인해서) 상당한 위상 편이(phase shift)가 증발기 영역(26) 및 응축기 영역(30)에 존재한다.
본원에서 주목한 바와 같이, 본원의 실시예가 심지 구조물(50) 및 히트 파이프(10)를 따라 이동할 때의 입자 크기의 변화와 관련하여 일반적으로 설명되지만, 또 다른 실시예에서, 그 대신, 심지 구조물(50)은, 심지 구조물 및 히트 파이프(10)를 따라서 이동할 때 소공 크기의 변화를 갖는 것으로 확인될 수 있다. 예를 들어, 일부 심지 구조물(50)은, 함께 프레스되고, 본딩되고, 또는 달리 커플링되는 개별적인 입자로 형성되지 않고, 그 대신 (용이한 설명을 위해서 전체적으로 "소공"으로서 본원에서 지칭되는) 소공, 홀, 간극, 개구부 또는 공극을 포함하도록 작업되거나 달리 형성된 하나의 재료로 형성될 수 있다. 소공-충진된 심지 구조물(50)은 제1 크기의 소공(66)을 갖는 제1 영역, 제2 크기의 소공(66)을 갖는 제2 영역 등을 가질 수 있다. 제1 영역(예를 들어, 증발기 영역(26)에 근접한 영역) 내의 소공은 다른 영역 또는 영역들(예를 들어, 응축기 영역(30)에 근접한 영역)의 소공보다 작을 수 있다.
도 10을 참조하면, 심지 구조물(50) 내에서 상이한 입자 또는 소공 크기(또는 상이한 유체 투과도)의 다수의 영역을 이용하는 것이 히트 파이프(10)의 모세관 한계(즉, 심지 구조물(50)이 견딜 수 있는 최대 모세관 압력을 초과하는 액체 및 증기 압력 강하의 합계로 인해서, 펌핑율이 더 이상 충분치 않아 충분한 작업 유체를 증발기 영역(26)에 제공할 수 없을 때의, 최대 히트 파이프 동작 파워)를 개선할 수 있다는 것을 발견하였다. 특히, 일부 실시예에서, 영역의 수를 2개의 영역으로 증가시키는 것에 의해서, 모세관 한계는, 전체를 통해서 동일한 입자(또는 소공) 크기를 갖는 통상적인 균일한 심지 구조물에 비해서, 거의 2배가 된다. 또한 일부 실시예에서, 영역의 수를 3개의 영역으로 증가시키는 것에 의해서, 모세관 한계는 거의 3배가 되는 반면, 영역의 수를 5개 이상의 영역으로 증가시키는 것에 의해서, 모세관 한계는, 균일 심지 구조물(50)의 모세관 한계의 약 3.5배가 된다.
도 11을 참조하면, 심지 구조물(50) 내에서 상이한 입자 또는 소공 크기들(또는 상이한 유체 투과도들)의 다수의 영역을 이용하는 것이 히트 파이프의 전체적인 성능을 개선한다는 것이 또한 발견되었다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, (히트 파이프(22 및 23)로 표시된) 등급화되지 않은 심지(non-graded wick)를 갖는 히트 파이프는, (히트 파이프(18, 19, 20, 및 21)로 표시된) 등급화된 심지를 갖는 히트 파이프보다, 증발기 영역(26)과 응축기 영역(30) 사이의 주어진 온도차에서 열을 전달할 수 있는 그 용량이 훨씬 더 제한된다.
전반적으로 원통형인 히트 파이프(10) 및 전반적으로 원통형인 심지 구조물(50)이 본원에서 설명되고 도시되었지만, 일부 실시예에서, 히트 파이프(10)는 다른 형상을 갖는다. 예를 들어, 히트 파이프(10)는 보다 입방형인(또는 실질적으로 입방형인) 형상을 가질 수 있고, 전술한 바와 같은 실질적으로 편평한 형상을 가질 수 있고, 기타 등등을 가질 수 있다. 또한, 전술한 히트 파이프(10)가 단일 증발기 영역(26) 및 단일 응축기 영역(30)을 갖는 것과 관련하여 설명되었지만, 다른 실시예에서, 히트 파이프(10)는 하나 초과의 증발기 영역(26) 및/또는 하나 초과의 응축기 영역(30)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 히트 파이프(10)는 열원에 노출되는 하나의 중앙 집중형 증발기 영역(26)을 포함할 수 있고, 작업 유체는 하나 이상의 응축기 영역(30)으로 외측으로(예를 들어, 반경방향으로) 이동될 수 있고, 또는 증발기 영역(26) 및 응축기 영역(30)이 그러한 구조물에서 반대일 수 있다. 작업 유체가 증발 영역(26)으로부터 응축기 영역(30)으로 이동함에 따라, 그 사이에 배치된 심지 구조물(50)은 전술된 것과 같은 여러 영역을 가질 수 있다. 다른 예로서, 히트 파이프(10)는 실질적으로 편평한 히트 파이프(10)의 하나의 넓은 측면 상에서 증발기 영역(26)을, 그리고 실질적으로 편평한 히트 파이프(10)의 대향되는 넓은 측면 상에서 응축기 영역(30)을 포함할 수 있다. 작업 유체가 증발기 영역(26)으로부터 응축기 영역(30)으로 이동함에 따라, 그 사이에 배치된 심지 구조물(50)은 전술된 것과 같은 여러 영역을 가질 수 있다. 그러한 실질적으로 편평한 히트 파이프 실시예에서, 심지 구조물(50)은 히트 파이프의 짧고 좁은 인접 측면들을 따라서 연장될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 그러한 실질적으로 편평한 히트 파이프 실시예에서, 심지 구조물(50)은, 증기 공간(46) 내에 위치되고 그에 의해서 둘러싸이며 히트 파이프(10)의 하나의 넓은 측면으로부터 다른 측면으로 연장되는, 기둥, 컬럼, 벽 또는 다른 요소 상에 위치될 수 있거나 그러한 기둥, 컬럼, 벽 또는 다른 요소를 형성할 수 있다.
본 발명이 본원에서 개시되고 도면에 도시된 특정 구성으로만 결코 제한되지 않고, 청구항의 범위 내의 임의의 수정예 또는 균등물을 또한 포함한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (33)

  1. 히트 파이프이며:
    제1 단부 및 제2 대향 단부로서, 상기 제1 단부는 증발기 영역을 형성하고 상기 제2 단부는 응축기 영역을 형성하며, 상기 히트 파이프는 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 연장되는 내부 벽을 포함하는, 제1 단부 및 제2 대향 단부; 및
    상기 내부 벽에 인접하여 배치되고 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부를 향하는 방향을 따라서 연장되는 심지 구조물을 포함하고, 상기 심지 구조물은 상기 방향을 따라 연장되는 제1 영역을 포함하고, 상기 제1 심지 구조물 영역은 제1 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 갖고, 상기 심지 구조물은 상기 방향을 따라서 상기 제1 심지 구조물 영역으로부터 연장되는 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 심지 구조물 영역은, 상기 제1 소공 크기와 상이한 제2 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 갖는, 히트 파이프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 심지 구조물은 상기 방향을 따라서 상기 증발기 영역으로부터 상기 응축기 영역까지 연속적으로 연장되는, 히트 파이프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히트 파이프는 세장형의 밀봉된 관이고, 상기 심지 구조물은, 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 상기 방향을 따라서 연장되는 내부 증기 공간을 형성하는, 히트 파이프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히트 파이프는 내부 증기 공간의 대향 측면들 상에서 제1 및 제2의 실질적으로 편평한 벽을 갖고, 상기 증발기 영역 및 응축기 영역은 제1 및 제2 벽에 각각 위치되는, 히트 파이프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 심지 구조물 영역의 제1 소공 크기는 상기 증발기 영역에 근접하여 위치되고, 상기 제2 심지 구조물 영역의 제2 소공 크기는 상기 응축기 영역에 근접하여 위치되고 상기 제1 소공 크기보다 큰, 히트 파이프.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 소공 크기 대 상기 제1 소공 크기의 비율이 적어도 1.5:1인, 히트 파이프.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 심지 구조물은 제3 영역을 포함하고, 상기 제3 영역은 상기 방향을 따라서 상기 제2 심지 구조물 영역으로부터 연장되고 상기 제1 소공 크기 및 상기 제2 소공 크기 모두와 상이한 제3 소공 크기의 심지 소공을 갖는, 히트 파이프.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 심지 구조물 영역은 상기 방향을 따라 제1 길이를 갖고, 상기 제2 심지 구조물 영역은 상기 방향을 따라 제2 길이를 갖고, 상기 제2 길이 대 상기 제1 길이의 비율이 적어도 1.5:1인, 히트 파이프.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 히트 파이프 내에 배치된 작업 유체를 더 포함하고, 열이 상기 증발기 영역 내에서 상기 작업 유체에 인가될 때, 상기 작업 유체는 증기로 증발되도록 구성되고, 상기 증기는 상기 응축기 영역으로 이동하도록 그리고 상기 응축기 영역에서 응축되도록 그리고 이어서 상기 심지 구조물을 통해서 상기 응축기 영역으로부터 상기 증발기 영역으로 복귀되도록 구성되는, 히트 파이프.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 심지 구조물 영역 내의 실질적으로 모든 입자가 제1 공통 크기를 갖고, 상기 제2 심지 구조물 영역 내의 실질적으로 모든 입자가, 상기 제1 공통 크기와 상이한, 제2 공통 크기를 갖는, 히트 파이프.
  11. 히트 파이프이며:
    내부 증기 공간을 형성하는 중공형 본체로서, 증발기 영역, 응축기 영역, 및 중공형 본체의 길이를 따라 상기 증발기 영역과 상기 응축기 영역 사이에 배치된 중간 영역을 갖는, 중공형 본체;
    상기 중공형 본체의 내부 벽에 커플링된 심지 구조물; 및
    상기 중공형 본체 내에 배치되는 작업 유체를 포함하고, 열이 상기 증발기 영역에서 상기 작업 유체에 인가될 때, 상기 작업 유체는, 증기 상태로 증발되도록, 증기 상태로 상기 내부 증기 공간을 통과하도록, 상기 응축기 영역에서 증기 상태로부터 액체 상태로 역으로 응축되도록, 그리고 상기 중간 영역을 따라서 응축된 액체 작업 유체가 상기 심지 구조물을 통한 방향으로 이동하여, 액체 상태로 상기 심지 구조물을 통해서 상기 응축기 영역으로부터 상기 증발기 영역으로 복귀되도록, 구성되고;
    상기 심지 구조물은 제1 방향을 따른 길이를 갖고 그리고 제1 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 갖는 제1 영역을 포함하고, 상기 심지 구조물은 상기 제1 방향을 따른 길이를 갖는 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 심지 구조물 영역은 상기 제1 방향을 따라 상기 제1 심지 구조물 영역으로부터 연장되고, 상기 제2 심지 구조물 영역은, 상기 제1 소공 크기와 상이한, 제2 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 갖는, 히트 파이프.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 심지 구조물은 상기 방향을 따라서 상기 증발기 영역으로부터 상기 응축기 영역까지 연속적으로 연장되는, 히트 파이프.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 히트 파이프는, 상기 방향으로 세장형인 밀봉된 관인, 히트 파이프.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 히트 파이프는 상기 내부 증기 공간의 대향 측면들 상에서 제1 및 제2의 실질적으로 편평한 벽을 갖고, 상기 증발기 영역 및 응축기 영역은 상기 제1 및 제2 벽에 각각 위치되는, 히트 파이프.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 소공 크기가 상기 제2 소공 크기보다 작은, 히트 파이프.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제2 소공 크기 대 상기 제1 소공 크기의 비율이 적어도 1.5:1인, 히트 파이프.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 심지 구조물은 제3 영역을 포함하고, 상기 제3 심지 구조물 영역은 상기 방향을 따라서 상기 제2 심지 구조물 영역으로부터 연장되고 상기 제1 소공 크기 및 상기 제2 소공 크기 모두와 상이한 제3 소공 크기의 소공을 형성하는 심지 입자를 갖는, 히트 파이프.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 제1 심지 구조물 영역은 상기 방향을 따라 제1 길이를 갖고, 상기 제2 심지 구조물 영역은 상기 방향을 따라 제2 길이를 갖고, 상기 제2 길이 대 상기 제1 길이의 비율이 적어도 1.5:1인, 히트 파이프.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제1 심지 구조물 영역 내의 실질적으로 모든 입자가 제1 공통 크기를 갖고, 상기 제2 심지 구조물 영역 내의 실질적으로 모든 입자가, 상기 제1 공통 크기와 상이한, 제2 공통 크기를 갖는, 히트 파이프.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 방향이 제1 방향이고;
    증기가 상기 중간 영역을 따라서 상기 내부 증기 공간 내에서 제2 방향으로 이동되고; 그리고
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대향되는, 히트 파이프.
  21. 히트 파이프이며:
    증기 공간을 내부에 형성하는 세장형의 중공형 관으로서, 증발기 영역을 형성하는 제1 단부, 응축기 영역을 형성하는 제2 대향 단부, 및 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 연장되는 내부 벽을 갖는, 세장형의 중공형 관; 및
    상기 내부 벽에 인접하여 배치되는 심지 구조물을 포함하고, 상기 심지 구조물은 복수의 영역을 포함하고,
    상기 복수의 심지 구조물 영역의 각각의 심지 구조물 영역은 다른 심지 구조물 영역의 각각 내의 심지 입자에 의해서 형성되는 소공 크기와 상이한 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 갖고,
    상기 복수의 심지 구조물 영역의 제1 심지 구조물 영역이 상기 증발기 영역에서 열 입력을 위해서 구성되고,
    상기 복수의 심지 구조물 영역의 제2 심지 구조물 영역이 상기 응축기 영역에서 열 방출을 위해서 구성되고, 그리고
    상기 제1 심지 구조물 영역은 제1 소공 크기의 소공을 갖고, 상기 제2 심지 구조물 영역은, 상기 제1 입자 크기보다 큰 제2 소공 크기의 소공을 갖는, 히트 파이프.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 심지 구조물은 상기 증발기 영역으로부터 상기 응축기 영역까지 연속적으로 연장되는, 히트 파이프.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제2 소공 크기 대 상기 제1 소공 크기의 비율이 적어도 1.5:1인, 히트 파이프.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 제1 소공 크기 및 상기 제2 소공 크기와 상이한 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 갖는, 상기 복수의 심지 구조물 영역 중의 제3 심지 구조물 영역을 더 포함하는, 히트 파이프.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 증발기 영역과 상기 응축기 영역 사이의 방향을 따라서 측정될 때, 상기 제1 심지 구조물 영역은 상기 제2 심지 구조물 영역과 상이한 길이를 갖는, 히트 파이프.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 제1 심지 구조물 영역 내의 실질적으로 모든 입자가 제1 공통 입자 크기를 갖고, 상기 제2 심지 구조물 영역 내의 실질적으로 모든 입자가, 상기 제1 공통 입자 크기와 상이한, 제2 공통 입자 크기를 갖는, 히트 파이프.
  27. 히트 파이프이며:
    제1 단부 및 제2 대향 단부로서, 상기 제1 단부는 증발기 영역을 형성하고 상기 제2 단부는 응축기 영역을 형성하며, 상기 히트 파이프는 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 연장되는 내부 벽을 포함하는, 제1 단부 및 제2 대향 단부; 및
    상기 내부 벽에 인접하여 배치되고 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부를 향하는 방향을 따라서 연장되는 심지 구조물을 포함하고, 상기 심지 구조물은 상기 방향을 따라 연장되는 제1 영역을 포함하고, 상기 제1 심지 구조물 영역은 제1 투과도를 갖고, 상기 심지 구조물은 상기 방향을 따라 상기 제1 심지 구조물 영역으로부터 연장되는 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 심지 구조물 영역은, 상기 제1 투과도와 상이한, 제2 투과도를 갖는, 히트 파이프.
  28. 히트 파이프이며:
    내부 증기 공간을 형성하는 중공형 본체로서, 증발기 영역 및 응축기 영역을 갖는, 중공형 본체;
    상기 중공형 본체 내에 배치된 작업 유체; 및
    상기 중공형 본체의 내부 벽에 라이닝되고 상기 응축기 영역으로부터 상기 증발기 영역을 향하는 액체 상태의 작업 유체를 위한 경로를 형성하는 심지 구조물을 포함하고, 상기 심지 구조물은 상기 경로를 따라서 연장되는 제1 영역을 포함하고, 상기 제1 심지 구조물 영역은 제1 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 갖고, 상기 심지 구조물은 상기 경로를 따라서 상기 제1 심지 구조물 영역으로부터 연장되는 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 심지 구조물 영역은, 상기 제1 소공 크기와 상이한, 제2 소공 크기를 형성하는 심지 입자를 갖는, 히트 파이프.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 심지 구조물은 상기 경로를 따라서 상기 증발기 영역으로부터 상기 응축기 영역까지 연속적으로 연장되는, 히트 파이프.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 히트 파이프가 세장형의 밀봉된 관인, 히트 파이프.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 히트 파이프는 상기 내부 증기 공간의 대향 측면들 상에서 제1 및 제2의 실질적으로 편평한 벽을 갖고, 상기 증발기 영역 및 응축기 영역은 상기 제1 및 제2 벽에 각각 위치되는, 히트 파이프.
  32. 제28항에 있어서,
    상기 제1 심지 구조물 영역의 제1 소공 크기는 상기 증발기 영역에 근접하여 위치되고, 상기 제2 심지 구조물 영역의 제2 소공 크기는 상기 응축기 영역에 근접하여 위치되고 상기 제1 소공 크기보다 큰, 히트 파이프.
  33. 제28항에 있어서,
    상기 제2 소공 크기 대 상기 제1 소공 크기의 비율이 적어도 1.5:1인, 히트 파이프.
KR1020217004352A 2018-07-18 2019-07-16 가변 투과도의 심지 구조물을 갖는 히트 파이프 KR20210033493A (ko)

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